大型國產(chǎn)化離心泵軸承密封泄漏原因分析及改造

（寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750011）

國內(nèi)某公司400萬t/a煤炭間接液化項目的油品合成裝置和合成氣凈化裝置使用的22臺離心泵現(xiàn)場泄漏嚴(yán)重，造成軸承箱體缺油，不僅浪費潤滑油，污染環(huán)境，也成為安全生產(chǎn)隱患。這22臺離心泵中，12臺泵軸承潤滑方式采用甩油潤滑，軸承箱壓蓋和軸承之間的密封結(jié)構(gòu)為防塵盤結(jié)構(gòu)（迷宮密封），其余10臺泵軸承潤滑方式采用強制潤滑，軸承壓蓋和軸承之間的密封結(jié)構(gòu)為軸承隔離器結(jié)構(gòu)（迷宮密封）。

1 機械油封失效原因

1.1 防塵盤工作原理及失效分析

位號P3100101/201/301/401A-B/C對應(yīng)的12臺泵為國產(chǎn)SCSK 650-125×4型離心泵，工作壓力1.129 MPa,轉(zhuǎn)速2950r/min，軸功率847.5kW,介質(zhì)相對密度0.938 4，工作溫度-58.6℃，額定體積流量522.4 m3/h，其軸承采用甩油潤滑，軸承密封形式為迷宮密封（防塵盤）。甩油環(huán)帶起潤滑油潤滑軸承，同時擊打油面產(chǎn)生油霧，潤滑油飛濺到軸承箱壁也產(chǎn)生油霧。所以，離心泵的油封除了要密封液態(tài)油外，還要封住油霧［1］。

防塵盤 （圖1）是一種典型的階梯形迷宮結(jié)構(gòu)，當(dāng)液體流過防塵盤靜環(huán)與防塵盤動環(huán)形成的小間隙時，液體受到一次節(jié)流的作用，其壓力和溫度下降而流速增加［2］。液體經(jīng)過間隙之后，流過防塵盤靜環(huán)的迷宮槽，液體在腔內(nèi)體積突然增加，形成很強的漩渦，液體進入到體積比間隙體積大很多的空腔中后，流動速度幾乎減為0，動能由于漩渦全部變?yōu)闊崃浚訜嵋后w介質(zhì)，液體在這一腔內(nèi)的溫度因此又回升到了節(jié)流前的溫度，但壓力卻回升很少，可以認(rèn)為壓力與流經(jīng)縫隙時的壓力相同。液體每經(jīng)過一次間隙和隨后較大的空腔，液體就受到一次節(jié)流和擴容的作用，由于漩渦損失了能量，液體壓力不斷下降，流速增大，隨著壓力的降低，液體泄漏量減小［3］。

圖1 離心泵防塵盤結(jié)構(gòu)示圖

迷宮密封為一種非接觸密封，具有無摩擦、不需要潤滑的優(yōu)點，但完全非接觸結(jié)構(gòu)不可避免存在間隙，故一定存在泄漏，可通過增加迷宮級數(shù)（空間有限）來減小泄漏量。迷宮密封工作可靠，功耗少，維護簡單，壽命長。防塵盤軸承密封主要存在3個方面的問題［4］,①動環(huán)采用的是鋁合金（ZAlSi9Mg），鋁合金耐磨性好，但是硬度不夠，長時間運行造成間隙過大，泄漏量增加。②靜環(huán)材質(zhì)為45鋼，比鉛青銅耐磨性差［5］，長時間使用后動、靜環(huán)的間隙變大，不能更好地密封潤滑油，導(dǎo)致泄漏量變大。③防塵盤是一種完全非接觸密封，運行中一定會存在泄漏情況［6］。

1.2 軸承隔離器原理及失效原因

位號 P-5641104/204ABC、P-5641105/205AB對應(yīng)的10臺泵為國產(chǎn)EDS 400-780×2型離心泵，工作壓力 0.14 MPa,轉(zhuǎn)速 1 475 r/min，軸功率3 065 kW,介質(zhì)相對密度1.25，工作溫度105℃，額定體積流量2000 m3/h，潤滑油油壓0.1 MPa，其軸承潤滑采用強制潤滑，軸承密封采用軸承隔離器。軸承隔離器是一種在普通迷宮式軸承隔離器基礎(chǔ)上融合動態(tài)密封理論，在軸運轉(zhuǎn)過程中動態(tài)平衡腔體內(nèi)外壓力，同時兼顧空間隔離，防止?jié)櫥托孤┖屯饨缥廴疚镞M入的隔離器［7］，是一種全新的軸承保護產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 離心泵軸承隔離器結(jié)構(gòu)示圖

動、靜環(huán)上使用的是O型圈密封，因此外界污染物進入腔體的唯一通道就是動、靜環(huán)間狹小的間隙，由于隔離器的迷宮式設(shè)計，污染物進入腔體前必須經(jīng)過數(shù)個90°的折彎、旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪和等溫膨脹槽［8］。污染物在膨脹槽處因動能下降產(chǎn)生集聚，聚積的污染物在重力和風(fēng)輪的雙重作用下從靜環(huán)排污槽返回到大氣中。在自然條件下，外界進入腔體的雜質(zhì)不只是固體物質(zhì)，還有水汽等氣態(tài)物質(zhì)，有效隔離氣態(tài)物質(zhì)進入軸承箱體是防止?jié)櫥妥冑|(zhì)和延長軸承壽命的關(guān)鍵。

浮動環(huán)連接動環(huán)與靜環(huán)，將其鎖定為一個整體，這個整體結(jié)構(gòu)同時具有蒸汽阻隔作用［9］。在停機狀態(tài)下，浮動環(huán)僅僅是一個靜密封圈。在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，浮動環(huán)隨動環(huán)一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下產(chǎn)生徑向的拉伸，使靜止環(huán)處于浮動狀態(tài)，其摩擦和磨損因而極大減小。隨著軸承箱體溫度上升，腔內(nèi)氣體膨脹并逸出，浮動環(huán)可釋放出這部分氣體。反之，當(dāng)設(shè)備停車、溫度下降時，腔內(nèi)氣壓變小，外界氣體將進入腔體，此時浮動環(huán)作為靜密封圈阻止外界污染物進入腔內(nèi)，因而對潤滑油和軸承起到保護作用［10］。在現(xiàn)場發(fā)生泄漏的10臺泵均采用了國內(nèi)某公司生產(chǎn)的軸承隔離器，此種軸承隔離器主要存在4個方面的問題，①靜環(huán)選用的304不銹鋼材料摩擦性能差。②動環(huán)選用的黃銅材料摩擦性能較差，強度不夠，容易發(fā)生變形。③動、靜環(huán)的裝配公差未控制在合理范圍內(nèi)，造成該間隙過大(1 mm)，不能形成一個完整的油膜，導(dǎo)致潤滑油從軸承進入浮動環(huán)槽并在其中越積越多，發(fā)生滴漏甚至大量泄漏。④浮環(huán)的硬度不夠，長時間運轉(zhuǎn)造成浮環(huán)損壞，泄漏變得更加嚴(yán)重。

2 機械油封改造

2.1 采用新型軸承隔離器軸承密封

將原防塵盤和軸承隔離器的油封全部更換為新型軸承隔離器軸承密封［11］。新型軸承隔離器軸承密封結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 新型軸承隔離器軸承密封結(jié)構(gòu)示圖

總體結(jié)構(gòu)主要由動環(huán)、靜環(huán)和浮動環(huán)組成，為一體式設(shè)計，方便安裝拆卸，同時可以使用在飛濺潤滑、強潤潤滑結(jié)構(gòu)中。動環(huán)結(jié)構(gòu)為，O型圈抱緊軸承并隨軸旋轉(zhuǎn)，O型圈不產(chǎn)生軸向位移。靜環(huán)結(jié)構(gòu)為，靠定位臺階安裝在軸承腔體上，外徑處O型圈與腔體進行密封。在靜環(huán)上設(shè)計油槽，在相應(yīng)位置設(shè)計潤滑油返回通道［12］。

改造后，軸承隔離器動環(huán)和靜環(huán)材料都采用優(yōu)質(zhì)的錫青銅（C93200）材料，浮動環(huán)采用硬度更高的氟橡膠，其耐磨性更佳，可在動環(huán)隨軸承高速旋轉(zhuǎn)時提高軸承隔離器壽命［13］。

2.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

優(yōu)化機械油封座結(jié)構(gòu)，增加擋油板。油封座固定在軸承箱體上，擋油板與軸承間隙很小，起到節(jié)流的作用［14］。擋油板正下方開設(shè)3個回油孔，當(dāng)潤滑油進入擋油板外側(cè)時，潤滑油順著回油孔返回到軸承側(cè)，可減少軸承隔離器附近的積油，降低軸承隔離器泄漏風(fēng)險［15］。

3 結(jié)語

軸承隔離器2019-11更換至今，未發(fā)現(xiàn)可見泄漏，改造效果良好。相較于傳統(tǒng)型機械油封，軸承隔離器是一種先進的軸承密封形式，其獨特的非接觸式設(shè)計，可消除磨損，阻隔空氣中的水汽和粉塵，使軸承使用壽命延長到普通油封軸承壽命的3～5倍，減少能源消耗，增加設(shè)備的可靠性，有取代普通機械油封的趨勢。