離心泵機械密封的失效分析及改造

滕 猛

(中國石化催化劑有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255300)

我公司某裝置膠體轉(zhuǎn)料泵選用的是煙臺龍港泵業(yè)股份有限公司生產(chǎn)制造的離心泵，型號為YID100-80-200。該泵是裝置的重要設(shè)備，主要用途是將膠體中間罐內(nèi)膠體物料輸送到振動篩上進行過濾。其工況參數(shù)為：介質(zhì)溫度50～60℃，介質(zhì)黏度20～30萬Cp，泵入口壓力為微正壓，泵出口壓力為0.4～0.6MPa，電機功率為30kW，轉(zhuǎn)速n=2950r/min。

在投用后的前幾個月，該泵使用效果不理想，機械密封過早失效，出現(xiàn)泄漏。根據(jù)維修統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每套密封的使用壽命僅有15天左右。頻繁維修，不僅影響了裝置的平穩(wěn)運行，也增加了車間的維修費用和維修人員的勞動強度。因此，有必要對泵密封結(jié)構(gòu)形式進行技術(shù)改造，延長密封的使用壽命。

1 最初機械密封的結(jié)構(gòu)及失效原因分析

最初，轉(zhuǎn)料泵機械密封選用普通雙端面機械密封，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。工作原理是其在工作時，在流體壓力和彈簧元件的彈力等合力作用下，在密封環(huán)的端面上產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)膲壕o力，使得兩個接觸端面，動環(huán)和靜環(huán)端面相互緊密貼合，并且在兩個端面之間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的[1]。

從圖1中可看出，它是由兩套平衡、多彈簧、內(nèi)流、旋轉(zhuǎn)式單端面機械密封背對背安裝在密封盒內(nèi)，通過密封盒螺栓與泵殼固定，動、靜環(huán)密封面采用合金/石墨材質(zhì)，并外接冷卻水對密封腔內(nèi)兩套密封進行潤滑和冷卻，最終排出的冷卻水進入回收槽。因此，可通過冷卻水判斷機械密封是否出現(xiàn)泄露。

1-軸套,2-靜環(huán)密封圈,3-靜環(huán),4-動環(huán),5-動環(huán)密封圈,6-彈簧,7-彈簧座,8-彈簧座,9-彈簧,10-密封盒,11-動環(huán)密封圈,12-動環(huán),13-靜環(huán),14-靜環(huán)密封圈

通常，機械密封失效主要出現(xiàn)在以下部位：①軸套與軸之間的密封；②靜環(huán)與靜環(huán)座之間的密封；③動環(huán)、靜環(huán)摩擦副；④動環(huán)與軸套之間的密封；⑤密封端蓋與泵體間的密封。通過對大量短期工作即失效的密封進行拆檢，發(fā)現(xiàn)多數(shù)密封失效主要原因是動環(huán)、靜環(huán)摩擦副的磨損造成的。

影響摩擦副的磨損的因素很多，其中最重要的因素是是端面密封比壓，它影響著機械密封的密封特性(即泄露率指標(biāo))和端面摩擦特性(即抵御摩擦磨損的能力)。端面密封比壓過大，容易導(dǎo)致摩擦副的急劇磨損，甚至造成設(shè)備的損壞；端面密封比壓過小，容易導(dǎo)致過大的泄露率。因此，為了兼顧到密封特性和摩擦特性，必須選擇正確的端面密封比壓，實現(xiàn)機械密封的最佳工作狀態(tài)。另外工作的環(huán)境溫度、介質(zhì)的腐蝕性、介質(zhì)中雜質(zhì)顆粒的硬度和濃度、泵的轉(zhuǎn)速、摩擦副的材質(zhì)、密封面的光潔度、振動、冷卻與潤滑情況、安裝的精度跑和程度、冷卻水的大小和有無等因素都在不同程度的影響摩擦副的磨損程度和使用壽命。

在轉(zhuǎn)料泵維修過程中，機械密封的現(xiàn)場安裝由維修人員完成，容易出現(xiàn)以下問題：①安裝過程中，機械密封的壓縮量受到維修人員安裝經(jīng)驗和操作技能等人為因素影響，容易出現(xiàn)壓縮量過大或過小，影響密封的壽命。②動、靜環(huán)密封圈與軸套配合不好，或松或緊，導(dǎo)致密封泄露。③現(xiàn)場安裝條件有限，容易造成顆粒雜質(zhì)進入動靜環(huán)密封端面，在泵啟動時出現(xiàn)泄漏。④廠家很難做到對每套密封進行出廠前耐壓試驗，即使進行耐壓試驗，也不能保證密封在現(xiàn)場安裝后不出現(xiàn)泄露。另外，轉(zhuǎn)料泵屬于間歇操作，頻繁啟停，在泵啟動瞬間，憋壓時有發(fā)生，易造成泄露；泵輸送膠體粘度大，也極容易造成泵抽空或氣蝕等異常現(xiàn)象。這些問題都容易造成密封的泄露，過早出現(xiàn)失效。

2 機械密封的重新選型

針對轉(zhuǎn)料泵密封在使用過程中過早出現(xiàn)失效，車間管理人員與廠家技術(shù)人員交流，并經(jīng)現(xiàn)場查看以及部分尺寸測繪，確定在泵不換型的前提下，可采用集裝式機械密封替代原有的普通雙端面機械密封。

與普通雙端面機械密封相比，集裝式機械密封具有以下優(yōu)點：1)密封在出廠前由廠家全部組裝完成，并進行動、靜壓實驗，保證了備件的出廠合格，確保不會發(fā)生在泵啟動時的泄露。2)在安裝過程中，整裝整拆，維修人員不需要調(diào)整尺寸，只需要緊固密封盒上的四個螺栓，降低了對工人技術(shù)水平的要求，減少了人為安裝誤差。3)彈簧的壓縮量在出廠前由廠家根據(jù)實際工況進行了核算，通過定位機構(gòu)進行固定，保證了彈簧的壓縮量，使密封在設(shè)計工況下運行，提高了密封的使用壽命。4)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，方便運輸，減少了密封在運輸過程中損壞的可能。

1-固定銷,2-動環(huán)密封圈,3-動環(huán),4-靜環(huán),5-靜環(huán)密封圈,6-密封圈,7-定位銷,8-靜環(huán)密封圈,9-密封盒,10-動環(huán),11-定位卡,12-動環(huán)密封圈,13-靜環(huán),14-彈簧,15-軸套

圖2 集裝式機械密封結(jié)構(gòu)簡圖

選用的集裝式機械密封結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，將密封的動環(huán)(3和10)、靜環(huán)(4和13)、密封圈(2,5,6,8和12)、密封盒(9)及定位銷(1和7)等零件與軸套(15)預(yù)裝成一體，實現(xiàn)整體安裝和拆卸。定位銷(7)將密封盒(9)和靜環(huán)(4和13)進行徑向固定，定位銷(1)將動環(huán)(3)固定在軸套(15)。軸套(15)和動環(huán)(10)圓周都不是標(biāo)準(zhǔn)圓，配套安裝，實現(xiàn)徑向精確定位。定位卡(11)將密封的靜止件和旋轉(zhuǎn)件進行軸向固定。因此，集裝機械密封安裝精度高，定位準(zhǔn)確，彌補了傳統(tǒng)機械密封的不足，滿足了多種場合的使用。

3 集裝式機械密封參數(shù)的確定

確定機械密封結(jié)構(gòu)型式后，根據(jù)介質(zhì)確定材質(zhì)等其他重要參數(shù)。考慮膠體物料內(nèi)含有少量硬雜質(zhì)顆粒，動環(huán)材質(zhì)仍采用硬度高、耐磨系數(shù)較低的硬質(zhì)合金，靜環(huán)采用無壓燒結(jié)的碳化硅替代原有的碳石墨，這兩種材質(zhì)組成的摩擦副非常適合于含有顆粒的環(huán)境中，具有性價比高、使用壽命長的特點。密封圈選用耐高溫的氟橡膠FKM，墊片采用PTFE材質(zhì)，金屬選用304不銹鋼。考慮到泵的高速運轉(zhuǎn)(n=2950r/min)及端面比壓的穩(wěn)定性，仍采用多彈簧結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)現(xiàn)場操作條件重新核算機械密封的彈簧比壓、平衡系數(shù)及端面比壓等參數(shù)，并選取合理數(shù)值，確定彈簧的參數(shù)。

4 結(jié)論

改造后，膠體轉(zhuǎn)料泵運行穩(wěn)定可靠，集裝機械密封使用壽命更是達到10個月以上，達到了預(yù)期效果，解決了困擾生產(chǎn)的密封過早失效的問題。集裝式機械密封以其優(yōu)異的性能值得在化工行業(yè)中推廣。

[1]蔡仕雄.雙端面機械密封失效分析與研究[J].中國化工貿(mào)易，2014,6(24):48.

[2]陳海波.淺談雙端機械密封的結(jié)構(gòu)及維修[J].科技展望，2016(20):52-53.

(本文文獻格式：滕猛.離心泵機械密封的失效分析及改造[J].山東化工,2018,47(7):79-80.)

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