淺談離心泵機械密封的應(yīng)用

劉 帥

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

機械密封最早于19世紀(jì)末期開始得到部分應(yīng)用，當(dāng)時的機械密封結(jié)構(gòu)非常簡單，密封效果也不好，但隨著工業(yè)化的快速進步，機械密封的設(shè)計逐步得到優(yōu)化，其結(jié)構(gòu)類型、密封面材料的使用也迅速增加，應(yīng)用范圍也迅速擴大。由于機械密封本身是一種較為精密的構(gòu)件，在安裝、使用時應(yīng)盡可能地分析各種應(yīng)用因素，使機械密封滿足于離心泵的工況要求，這樣才能保證機械密封能夠長期穩(wěn)定的使用。

1 離心泵機械密封簡介

機械密封在離心泵中的應(yīng)用最為廣泛和普及，離心泵的機械密封由一對或兩對

摩擦副組成，摩擦副與軸套配合使用，其中的一片靜止稱為靜環(huán)，一片在壓縮彈簧的作用下與靜環(huán)保持密切的貼合可跟隨泵軸同步旋轉(zhuǎn)，稱為動環(huán)。動靜環(huán)結(jié)合再依靠O型圈作為輔助密封，達到阻止離心泵腔內(nèi)介質(zhì)泄漏的密封裝置。離心泵的機械密封一般有靜環(huán)和動環(huán)以及壓緊彈簧和輔助密封等部件。

機械密封的動、靜環(huán)是密封的主要部位，共同組成摩擦副，壓緊彈簧能夠確保離心泵運轉(zhuǎn)時動、靜環(huán)始終保持貼合狀態(tài)。確保離心泵內(nèi)的介質(zhì)不外漏，同時也能夠防止冷卻水以及其他介質(zhì)進入到離心泵的泵腔中。輔助密封填充在相對靜止的部件間隙中，也能夠緩沖泵在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動。離心泵中的機械密封是一個可以單獨更換的備件，但在實際運行中并不是一個孤立的部件，機封與離心泵的其他部件共同組合在一起運行。

2 機械密封泄漏部位和泄漏形式

機械密封具有密封嚴(yán)密、能耗小等一系列優(yōu)點，所以不僅在離心泵中廣泛應(yīng)用，而且在風(fēng)機、攪拌軸等設(shè)備中應(yīng)用的也非常多，目前隨著節(jié)能降耗減少泄漏活動的開展以及設(shè)備技術(shù)水平的不斷提高機械密封的應(yīng)用前景也更加的廣泛，而機械密封的應(yīng)用效果也直接決定了設(shè)備的整體運行效率。

機械密封一旦損壞泄漏不僅造成污染周邊區(qū)域衛(wèi)生還直接造成物料的浪費，同時也嚴(yán)重的影響設(shè)備的正常運行。一般而言機械密封的泄漏主要有5個部位，分別是動環(huán)與靜環(huán)的接觸面、靜環(huán)與壓蓋之間、動環(huán)與軸套之間、軸套與軸之間、壓蓋和泵體之間，這些部位泄漏多是由于輔助密封的老化損壞或者壓縮彈簧的疲勞失效而引起。輔助密封老化損壞造成的泄漏量一般較小，因為輔助密封主要填充在部件與部件的間隙內(nèi)，而動環(huán)與靜環(huán)的接觸面的泄漏量則比較大，這主要是因為壓縮彈簧失效造成動環(huán)與靜環(huán)無法緊密貼合，兩者之間的間隙較大，因而泄漏量也較大。

3 常見的機械密封故障

3.1 運轉(zhuǎn)時發(fā)出異響或嗡鳴

機械密封環(huán)所用的金屬材料的表面與離心泵中的腐蝕性介質(zhì)相接處，但金屬材料本身并不耐腐蝕，長期接觸離心泵中的腐蝕性介質(zhì)會造成機械密封表面的腐蝕。在正常的工況條件下金屬表面很難形成氧化膜，造成機械密封表面均勻腐蝕，并逐漸的損壞機械密封的密封斷面而產(chǎn)生泄漏，這會造成機械密封在運行時發(fā)出摩擦聲響。

要解決這種介質(zhì)腐蝕需要加大機械密封的沖洗水量或者在機械密封處安裝旁路沖洗管路，確保密封端面的沖洗和冷卻，定期檢查機械密封密封腔內(nèi)的壓力，溫度及介質(zhì)壓力檢查沖洗水是否夾帶離心泵輸送的介質(zhì)。

3.2 波紋管發(fā)生徑向裂紋或斷裂

一套離心泵的機械密封有多種金屬材料包括硬質(zhì)合金、不銹鋼等，這些材料在制作過程中很容易因為處理不當(dāng)出現(xiàn)機械應(yīng)力損壞，因為在加工制作過程中有應(yīng)力的存在，所以當(dāng)離心泵帶動機械密封高速旋轉(zhuǎn)時內(nèi)部應(yīng)力造成的破壞就很容易發(fā)生。且溫度越高破壞就越快。有些機械密封用波紋管替代了壓縮彈簧，波紋管與軸套之間有一個水夾套，波紋管與水夾套間隙直徑為2毫米左右，機械密封的冷卻水長期沖洗波紋管很容易形成一側(cè)水垢，這些水垢會使得波紋管逐漸失去彈性而產(chǎn)生細小的裂紋，任其發(fā)展則會造成波紋管的斷裂，要避免這種情況一方面機械密封的冷卻水要經(jīng)過軟化處理，另一方面也可以增加冷卻水壓力，提高冷卻水的流速減少結(jié)垢的形成。

3.3 石墨環(huán)表面出現(xiàn)深且粗的環(huán)狀溝紋

在使用中，如果工作介質(zhì)溫度很高，再加上密封摩擦副端面的摩擦熱， 一旦沖刷系統(tǒng)發(fā)生故障， 使得端面溫度急劇升高，超過允許使用溫度（一般在－105～250℃）時，其表面會析出樹脂，摩擦面四周樹脂會發(fā)生炭化，石墨炭化是使用碳―石墨環(huán)時密封失效的主要原因之一。

高溫還可使密封端面間的液膜汽化或閃蒸，產(chǎn)生殘留物質(zhì)，造成石墨環(huán)磨損，石墨環(huán)表面產(chǎn)生環(huán)狀溝紋， 碳化鎢 （動環(huán)）也易脫落。應(yīng)改善潤滑狀態(tài)，防汽化。

4 減少機械密封失效的措施

4.1 保持離心泵運行穩(wěn)定減緩泵軸竄動

離心泵的振動是造成機械密封損壞的一個重要原因，要保持離心泵的穩(wěn)定運行減緩泵軸竄動在多級離心泵上有兩個比較常見的方案一是在離心泵的平衡盤增加軸向推力軸承依靠平衡盤平衡軸向力并由軸向推力軸承對泵軸進行限位控制，二是平衡鼓加軸向止推軸承，由平衡鼓平衡掉大部分軸向力，再依靠軸向力止推軸承進行限制，同時軸向止推軸承對泵軸進行軸向限位。著兩種方案各有長短，在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)設(shè)備的實際情況靈活采用。

4.2 減緩運行軸向力

根據(jù)設(shè)備的運行條件合理地選用軸向力平衡裝置，使設(shè)備能夠充分的將運行的軸向力平衡掉，這樣可以確保機械密封在運行時始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，對于重要級別較高的離心泵還可以在泵的轉(zhuǎn)子上增加一個軸向測力環(huán)以檢測離心泵運行后的軸向力變化。確保機械密封處于良好的運行條件之下，及時解決出現(xiàn)的問題。

4.3 增加輔助沖洗水

在條件允許的情況下，盡量設(shè)計輔助沖洗系統(tǒng)。密封腔壓力要根據(jù)每種泵的結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)壓力等因素來計算。軸封腔壓力很高時或者壓力幾乎接近該密封使用最高極限時，也可由密封腔引液體至低壓區(qū)，使軸封液體流動以帶走摩擦熱。

密封的可靠性和壽命，在很大程度上取決于密封輔助系統(tǒng)的配置。對泵輸送含有固體顆粒的介質(zhì)時，應(yīng)選用碳化鎢對碳化鎢摩擦副的機械密封。

5 結(jié)語

機械密封時離心泵發(fā)生故障頻率最高的部位，這在很大程度上制約了離心泵的高效率運行，而且由于機械密封的更換過程需要將離心泵全部拆解，所以更換、維修機封的工作量非常大，維修成本也非常高。

因此離心泵和機械密封在實際的應(yīng)用中應(yīng)多總結(jié)分析以往的損壞原因，并根據(jù)實際的工況條件制定合理的優(yōu)化措施，分析以往機械密封的損壞原因一方面有利于制定設(shè)備的優(yōu)化方案，另一方面也有利于開展后續(xù)的修舊利廢工作，從總體上有利于減少機械密封的損壞幾率、降低維修成本。