高粘物料介質輸送泵機械故障分析及改進方案

李小利 王嘯宇 楊佩 陳其寶 崔楊

摘 要：介紹了高粘物料介質齒輪泵發生故障的基本特征，通過對泵進行解體，觀察、分析發生機械密封泄漏及跳閘的主要原因。提出通過更換機封材料、改造機械密封密封沖洗系統等具體措施從根本上消除設備故障，提高設備運行時間。

關鍵詞：高粘物料介質;齒輪泵;機械密封;泄露;應對措施

某公司試驗裝置需配置齒輪泵，用來輸送高粘物料介質及為系統提供高壓動力。其能否正常運轉，對穩定裝置工藝參數及對試驗裝置的進展起著舉足輕重的作用。該泵選用天津泵業集團公司生產的雙齒輪泵系列化工流程泵，軸封采用雙端面背對背內置式機械密封結構形式，密封采用API 682 Plan 53A沖洗方案。在生產試驗過程中，要求齒輪泵能夠連續、高效、穩定地運行。試驗裝置自開車運行以來，該泵長期存在密封泄漏問題，且在運行過程中頻繁發生跳閘現象。拆解泵體時發現機封及密封液沖洗腔內大量高粘物料介質凝固成塊，維修耗費大量人力、物力，增加了檢修勞動強度，嚴重影響了試驗裝置正常開展。

1 故障分析

在檢修過程中，拆解泵體進行檢查，發現機封處及密封液沖洗腔內凝固大量塊狀高粘物料介質，高粘物料介質析出結晶包裹在整個傳動座表面。

通過多次觀察，對發生故障雙齒輪泵機械密封解剖進行分析，在泵運行時觀察泵轉動狀況，根據所發生現象，總結引起機械密封失效泄漏及跳閘停機的原因主要有以下幾個方面：

（1）機械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.5 mm以內。但實際上，由于設計及安裝的原因，泵軸往往產生很大的竄量，使得密封面的壓緊力減小，直至密封面損壞，進而使機械密封失效，致使高粘物料介質反竄至密封腔。由于該泵用于試驗裝置，工況時常變動。更主要的是泵開、啟頻繁，進一步加劇了軸向竄量，大大超過機械密封允許的軸向竄量。

（2）拆解機械密封時，輔助O型圈（圖1中1、3所示）溶脹、腐蝕嚴重，失去密封效果，致使高粘物料介質慢慢滲入到密封腔內。

（3）機械密封的輔助沖洗系統是非常重要的，它可以有效地保護機封及密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。而一旦沖洗液的流量、壓力不夠，沖洗液沖洗口位置設計不合理等原因使得沖洗液形同虛設而失去作用，對泵的損害是巨大的。高粘物料介質粘度大，溶劑沸點低，通過靜密封（圖3中1、3所表示位置）反竄至密封腔內，由于摩擦受熱，溶劑揮發，使得高粘物料介質極易結晶析出，高粘物料介質結塊包裹整個機封即是由此原因造成的。

沖洗液的壓力低，進入密封腔后壓力不足，不能阻止高粘物料介質的滲入，導致高粘物料介質進入背部后滲入到密封腔內，影響密封的冷卻，高粘物料介質在此處受熱，溶劑揮發，形成凝膠，并以此為基礎開始逐漸擴展，使得機封上凝膠越聚越多，最終導致高粘物料介質結塊，抱死傳動軸，致使電機因超負荷而發生跳閘，造成停車。這是造成齒輪泵故障的主要原因。

2 改進方案

（1）嚴格按照標準安裝，保證安裝精度

拆裝機械密封時，動靜環要清洗干凈，并在摩擦副表面上涂抹少量清潔的潤滑油，要兼顧高壓端和低壓端，嚴禁磕碰。在裝配機械密封時，彈簧壓縮量一定要按規定進行，不允許有過大或過小的現象，靜環壓蓋安裝時用力要均勻，防止壓偏，用塞尺檢查，上下左右位置的偏差不大于0.05mm;檢查壓蓋與軸外徑的配合間隙，四周要均勻，各點允許偏差不大于0.1 mm。安裝機械密封部位的泵軸的徑向跳動不超過三維0.05mm。測量機械密封套的徑向跳動和密封面的端面跳動符合要求。嚴格保證軸的軸向竄動量不允許大于0.5mm。

由于是試驗裝置，齒輪泵的頻繁開、啟無法避免，要求在泵開、停車時，首先將變頻調至最低，緩慢開、停泵，保證壓力變化在最低值。平時加大檢測力度，保證竄動量在要求范圍內。

（2）更換機械密封材質

拆機檢查時發現機械密封輔助密封圈溶脹、腐蝕嚴重，粘附在傳動座表面。該輔助密封圈為氟橡膠材質，氟橡膠在普通介質中具有耐高溫、耐酸堿及有機溶劑等優良特性。本高粘物料介質為二氯甲烷有機溶劑，對氟橡膠具有溶脹作用，使該處失去密封效果。所以此處輔助密封圈選用聚四氟乙烯包覆O型圈。

摩擦副材料的配置較為關鍵，該泵原設計均采用碳化鎢材料。由于高粘物料介質受熱易結晶，析出高粘物料介質薄片，因此將摩擦副中動環材質選用表面噴涂氧化鉻（Cr2O3），靜環材質選用YG6，該配合屬于“硬質合金—硬質合金”形式。由于二者硬度不同，可防止動靜環密封面同時損傷，也避免了產生熱裂現象。這樣，即使少量雜質和結晶物混入摩擦副之間，也因摩擦副的耐磨性，摩擦副也不易產生劃傷，從而保證了密封效果。

（3）對機械密封密封沖洗系統進行改造

密封沖洗液是保證齒輪泵正常運行的重要保障，故對此處必須進行改造。引入外系統與被密封介質相溶的清潔溶劑至密封腔進行沖洗，首先需確定密封腔壓力。齒輪泵密封腔的壓力大小是根據每種泵的結構型式、系統壓力等因素綜合計算得出的，此外還與泵的磨損狀況及揚程有關。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0.107～0.11MPa，壓力調節變化較大時差值可取0.15～0.2MPa。對現場進行水壓試驗，將沖洗液壓力提高至0.6MPa。為保險起見，使沖洗液與密封腔壓差維持在0.2～0.3MPa。當沖洗系統壓力發生波動情況及工作壓力變化時沖洗液依然能進入密封腔中，隔斷高粘物料介質進入密封腔。沖洗液的流量應保證帶走熱量，還需滿足沖洗的需要，不會產生對密封件的沖蝕。

3 結束語

經過對泵機封材料進行更換、對機封沖洗系統進行升級改造、加強平時的規范操作、并定期對泵進行嚴格檢測等一系列措施，齒輪泵經過高負荷運行和頻繁的切換運行而無泄漏故障，充分保障了試驗的正常開展。

作者簡介：李小利，1977年2月，高級工程師，主要從事化工設備管理。