關(guān)于離心泵用機(jī)械密封常見故障分析及對策探討

楊 揚(yáng) 杜江波

（河北德林機(jī)械有限公司，河北石家莊 051130）

1 離心泵密封概述

常見的機(jī)械密封也被稱為端面密封，被廣泛應(yīng)用于各種泵類設(shè)備的動(dòng)態(tài)密封中，應(yīng)用在離心泵中可以有效避免泵內(nèi)的流體介質(zhì)流出泵體，進(jìn)而引發(fā)設(shè)備故障與環(huán)境污染。常見的離心泵結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示，機(jī)械密封裝置在彈簧以及密封介質(zhì)的壓力下，對動(dòng)環(huán)以及靜環(huán)端面造成一定程度的積壓，進(jìn)而將兩個(gè)端面始終保持在貼合狀態(tài)下，并在端面間保持一層油膜，有利于靜環(huán)與動(dòng)環(huán)端面之間接觸時(shí)保持一定的潤滑，介質(zhì)通過機(jī)械密封端面時(shí)，會(huì)受到很大的阻力影響，能有效防止液體泄漏，最終達(dá)到密封的目的。

圖1 離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)示意圖

2 離心泵機(jī)械密封常見故障

2.1 波紋管失去彈性或者斷裂

波紋管是機(jī)械密封的重要部分，在實(shí)際情況中，隨著使用時(shí)間的增加，機(jī)械密封波紋管的彈性與強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，這種現(xiàn)象被稱為失彈現(xiàn)象，是不可逆的。而當(dāng)波紋管的失彈量達(dá)到臨界值時(shí)（不同材質(zhì)的波紋管失彈臨界值有所不同，但常見的波紋管失彈臨界值為原設(shè)計(jì)壓縮量的20%），就會(huì)導(dǎo)致離心泵機(jī)械密封出現(xiàn)故障，進(jìn)而導(dǎo)致離心泵泄漏。需要注意的是，設(shè)備運(yùn)行溫度的變化也會(huì)對波紋管的失彈產(chǎn)生影響，當(dāng)設(shè)備溫度低于200℃時(shí)，波紋管的失彈現(xiàn)場比較不明顯，當(dāng)設(shè)備溫度高于200℃時(shí)，則會(huì)加劇波紋管的失彈現(xiàn)象。此時(shí)，拆卸設(shè)備觀察波紋管可以發(fā)現(xiàn)，波紋管的整體部件比設(shè)備運(yùn)行之初要低1～2mm，面對這一問題，檢修人員除了要定時(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行溫度外，還應(yīng)定時(shí)對波紋管進(jìn)行更換。[1]

波紋管故障導(dǎo)致的離心泵密封故障問題還有一種原因是波紋管的斷裂。這一故障問題的成因現(xiàn)對復(fù)雜，常見的問題主要有以下三種：第一，波紋管的接觸比壓限度超出限制范圍；第二，波紋管實(shí)際壓縮量過大，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)在長期壓力下受損；第三，波紋管所處運(yùn)行環(huán)境的溫度變化較大，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備材質(zhì)受損。

2.2 腐蝕造成的故障問題

在離心泵的實(shí)際工作環(huán)境往往較為復(fù)雜，因此機(jī)械密封不可避免的需要在各種腐蝕性場合中工作，這就使得腐蝕造成的故障問題也是機(jī)械密封常見的故障原因。在一般情況下，腐蝕造成的機(jī)械故障主要有以下幾種：第一，表面腐蝕，機(jī)械密封元件在腐蝕作用下很容易出現(xiàn)表面腐蝕，在嚴(yán)重情況下會(huì)進(jìn)而產(chǎn)生點(diǎn)蝕穿孔，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)被破壞。表面腐蝕問題在彈性元件上表現(xiàn)更為明顯，彈簧等部件收到腐蝕就會(huì)出現(xiàn)彈性失效的問題，進(jìn)而引發(fā)機(jī)械密封的泄漏問題。針對表面腐蝕，最為直接簡單的方法就是在材料選擇上盡可能使用不銹鋼材質(zhì)，從而有效降低表面腐蝕；第二，應(yīng)力腐蝕，在機(jī)械密封正常運(yùn)行情況下，彈性元件會(huì)存在應(yīng)力，而長時(shí)間出于應(yīng)力腐蝕以及介質(zhì)腐蝕的雙重作用下，波紋管以及彈簧等元件就很容易出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)機(jī)械密封的故障問題。[2]針對這一問題，如果在檢修過程中發(fā)現(xiàn)彈性元件經(jīng)常斷裂，可以通過加大彈簧線徑的方式來進(jìn)行處理；第三，電化學(xué)腐蝕，這一故障問題的出現(xiàn)主要是當(dāng)機(jī)械密封的材質(zhì)為活潑性不同的異種金屬時(shí)，就很容易引起電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕會(huì)造成異種金屬元件之間出現(xiàn)松動(dòng)，進(jìn)而出現(xiàn)機(jī)械密封的泄漏。針對這一問題，最有效的做法就是在異種金屬元件的連接處涂黏結(jié)劑來固定密封元件。

2.3 離心泵振動(dòng)造成的故障問題

在設(shè)備運(yùn)行之初，機(jī)械密封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的端面是光滑的，并且端面之間還有一層油膜，這樣就能夠在一定程度上避免兩者相互摩擦造成的損害。但是隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加，端面就會(huì)逐漸變得粗糙，進(jìn)而加大了動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的摩擦力，同時(shí)又由于動(dòng)環(huán)、靜環(huán)與密封腔之間的間隙較窄，這就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封的振動(dòng)頻率以及振動(dòng)幅度不斷加大，長時(shí)間的大幅振動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)被破壞，進(jìn)而引發(fā)故障問題。此外，當(dāng)離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)徑向力過大或者是軸承自身的精確度較低時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致離心泵振動(dòng)過大引發(fā)泄漏問題。

2.4 安裝和使用不當(dāng)造成的故障問題

在離心泵機(jī)械密封的使用過程中，由于安裝或使用不當(dāng)造成的故障問題也是十分常見的，歸納起來主要有以下幾種：第一，靜環(huán)或動(dòng)環(huán)安裝不到位，如果O 型圈安裝過緊或者未對準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致靜環(huán)或動(dòng)環(huán)安裝不到位，導(dǎo)致密封效果差，引發(fā)泄漏故障；第二，整機(jī)壓縮量不合適，當(dāng)整機(jī)壓縮量過小時(shí)就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)環(huán)與靜環(huán)縫隙過大，當(dāng)整機(jī)壓縮量過大是，就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的摩擦加大；第三，離心泵內(nèi)輸送介質(zhì)存在雜質(zhì)，如果介質(zhì)內(nèi)含固體顆粒或介質(zhì)易結(jié)晶，使雜質(zhì)顆粒進(jìn)入密封端面，破壞密封端面引起泄漏。

3 離心泵機(jī)械密封的維修與改造建議

3.1 優(yōu)化密封位置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為降低離心泵機(jī)械密封的故障率，可以在結(jié)構(gòu)上盡可能的進(jìn)行優(yōu)化，要在保證密封效果的基礎(chǔ)上，盡可能對密封元件進(jìn)行保護(hù)，設(shè)計(jì)人員可以在設(shè)計(jì)中采用機(jī)械結(jié)構(gòu)來對密封元件進(jìn)行保護(hù)。例如，在端蓋扣合面位置可以利用金屬臺肩來對密封元件進(jìn)行保護(hù)，從而降低流體對密封元件的腐蝕。此外，還可以通過優(yōu)化離心泵內(nèi)機(jī)械密封周邊的液體流動(dòng)環(huán)境，盡可能減少密封元件之間的縫隙以及孔洞等，降低液體的沖刷力，使密封元件之間受到的液體流動(dòng)摩擦力均衡、穩(wěn)定，減少局部位置快速損壞問題發(fā)生的概率。

優(yōu)化機(jī)械密封的設(shè)計(jì)還可以從優(yōu)化密封元件的材料選擇上入手。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)不斷突破原有思維的限制，了解市場上最前沿的材料技術(shù)，積極采用各種新材料來進(jìn)行離心泵密封元件的設(shè)計(jì)，從而提高密封元件的抗腐蝕能力、抗應(yīng)力能力，最終達(dá)到提高設(shè)備使用壽命的目標(biāo)。

3.2 離心泵機(jī)械密封狀態(tài)檢測

針對離心泵機(jī)械密封的故障診斷維修技術(shù)，結(jié)合信息化技術(shù)的狀態(tài)檢測是未來發(fā)展的主要趨勢。通過構(gòu)建完善的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測體系，借助計(jì)算機(jī)信息技術(shù)建立包括離心泵在內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)平臺，提高故障診斷的水平。在狀態(tài)檢修實(shí)施過程中，技術(shù)人員要對設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行準(zhǔn)確地分析判斷，在此基礎(chǔ)上堅(jiān)持成本效益和診斷檢修技術(shù)的優(yōu)化，根據(jù)所獲取的離心泵設(shè)備信息進(jìn)行規(guī)范地檢修作業(yè)。在通過信息化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多方面數(shù)據(jù)資源的整合集中，檢修技術(shù)人員通過對監(jiān)測信息的分析，充分了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)在此基礎(chǔ)上采取針對性的檢修策略。[3]此外，狀態(tài)監(jiān)測要配合專家故障分析，每一次檢修的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行上傳，總結(jié)檢修經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)的檢修計(jì)劃制定提供參考。對于容易出現(xiàn)磨損老化的設(shè)備零部件要適當(dāng)縮短故障檢修的周期，促進(jìn)檢修綜合效益的提升。

4 結(jié)語

機(jī)械密封是離心泵的主要組成部分，具備精密度較高并且容易受損出現(xiàn)故障的特點(diǎn)，因此在設(shè)備日常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，檢修人員一定要注意對離心泵機(jī)械密封故障的分析，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并根據(jù)故障進(jìn)行相應(yīng)的維修，從而在確保設(shè)備能夠滿足日常生產(chǎn)需要的同時(shí)，延長設(shè)備的使用壽命。