離心泵機(jī)械密封的故障分析及對(duì)策

1、<p>　　離心泵機(jī)械密封的故障分析及對(duì)策</p><p>　　摘要：機(jī)械密封是指有至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。本文簡(jiǎn)要介紹了離心泵機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)和各部分的工作原理，列舉了機(jī)械密封常見的失效形式并分析其失效原因，結(jié)合雙蘭線投產(chǎn)期間機(jī)械密封產(chǎn)生的故障，分析一些基本的處理辦法。 </p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械密封；原理；選材；失效 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TH311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　與傳統(tǒng)的填料密封相比，機(jī)械密封具有密封性能好、壽命長(zhǎng)、承受壓力大，減少能源損耗和環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械密封目前廣泛應(yīng)用與國內(nèi)輸油站場(chǎng)機(jī)泵，研究機(jī)封結(jié)構(gòu)，分析故障原理和處理辦法，對(duì)掌握基本運(yùn)行情況、提升設(shè)備管理水平有重要意義。 </p>&

3、lt;p>　　一、機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)和作用原理 </p><p>　?。ㄒ唬?、機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu) </p><p>　　機(jī)械密封又叫端面密封，在國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中是這樣定義的:“有至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置”。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。機(jī)械密封安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，密封腔由彈簧、動(dòng)環(huán)密封圈、動(dòng)

4、環(huán)等構(gòu)成，它們隨軸一起旋轉(zhuǎn)。其他機(jī)械密封零件包括靜環(huán)、靜環(huán)密封圈等，安裝在端蓋內(nèi)，端蓋與密封腔體用螺栓連接。 </p><p>　?。ǘC(jī)械密封的作用原理 </p><p>　　如圖1所示，軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過傳動(dòng)座和推環(huán)，帶動(dòng)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)，靜環(huán)固定不動(dòng)，依靠介質(zhì)壓力和彈簧力使動(dòng)靜環(huán)之間的密封端面緊密貼合，在貼合面形成一層極薄的液體膜，阻止介質(zhì)泄漏。摩擦副表面磨損后，在彈簧的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。為了

5、防止介質(zhì)通過動(dòng)環(huán)與軸之間泄漏，裝有動(dòng)環(huán)密封圈。靜環(huán)密封圈阻止介質(zhì)沿靜環(huán)和壓蓋之間泄漏。 </p><p>　　1靜環(huán)2.動(dòng)環(huán)3.動(dòng)環(huán)密封圈4.推環(huán)5.彈簧 </p><p>　　6.傳動(dòng)座7.靜環(huán)密封圈8.壓蓋 </p><p><b>　　圖1 </b></p><p>　?。ㄈ?、機(jī)械密封的輔助設(shè)施 </p&g

6、t;<p>　　機(jī)械密封輔助設(shè)施是許多元件的統(tǒng)稱，它的作用是可以改善機(jī)械密封的工作環(huán)境，提高密封效果。包括過濾器、旋液分離器、限流孔板、冷卻器、各種檢測(cè)儀表及機(jī)械密封沖洗管路等。在實(shí)際的應(yīng)用中，根據(jù)具體的情況來選擇相應(yīng)的設(shè)施。 </p><p>　　在所有的輔助設(shè)施中，最主要的是沖洗設(shè)施。對(duì)于沖洗液的過濾和分離，通常選用的是過濾器和旋液分離器。旋液分離器工作原理是，含雜質(zhì)的介質(zhì)沿分離器切線方向進(jìn)入，

7、以一定的速度沿分離器旋轉(zhuǎn)，利用固體顆粒和液體的比重差，潔凈的液體從分離器頂部流出，去沖洗密封，含雜質(zhì)的液體從底部流回泵的入口。 </p><p><b>　　1、端面密封副 </b></p><p>　　如圖2所示，由動(dòng)環(huán)和靜環(huán)組成端面密封副，它的作用是防止介質(zhì)泄漏，使密封面緊密貼合。它要求靜、動(dòng)環(huán)要有非常好的耐磨性，動(dòng)環(huán)可以沿軸向靈活移動(dòng)，密封面的磨損自動(dòng)補(bǔ)償，與靜

8、環(huán)使之一直保持良好的貼合。為此，密封面對(duì)所用材料以及其加工質(zhì)量有較高的要求，確保密封副有良好的貼合性能。 </p><p><b>　　圖2端面密封副 </b></p><p><b>　　2、彈性元件 </b></p><p>　　彈性元件主要用彈簧和波紋管。它要求起預(yù)警、補(bǔ)償和緩沖作用，要求始終保持足夠的彈力來克服動(dòng)環(huán)

9、等元件的慣性、傳動(dòng)件和輔助密封的摩擦，保證端面動(dòng)環(huán)的追隨性和密封副良好的貼合。材料要求耐疲勞、耐腐蝕。 </p><p><b>　　3、輔助密封 </b></p><p>　　如圖3所示，輔助密封有O型圈、V型圈、U型圈等。它主要起密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的作用，同時(shí)也起到緩沖和浮動(dòng)的作用。要求能夠保證靜環(huán)的密封元件使壓蓋與靜環(huán)之間的密封的同時(shí)，對(duì)靜環(huán)也要求有一定的浮動(dòng)性；動(dòng)

10、環(huán)的密封元件能保證動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性和動(dòng)環(huán)與軸套或者軸之間的密封性。材料要求能與介質(zhì)相容并耐寒、耐熱。 </p><p><b>　　圖3輔助密封 </b></p><p><b>　　4、傳動(dòng)件 </b></p><p>　　傳動(dòng)元件主要有傳動(dòng)銷、傳動(dòng)環(huán)、傳動(dòng)座、傳動(dòng)鍵等。它的作用是將軸的轉(zhuǎn)矩傳給動(dòng)環(huán)。材料要求耐磨、耐腐蝕。

11、</p><p>　　二、機(jī)械密封失效機(jī)理 </p><p>　　機(jī)械密封的失效主要有幾種主要形式，如靜試泄漏、運(yùn)轉(zhuǎn)泄漏等。運(yùn)轉(zhuǎn)泄漏又包括持續(xù)泄漏、突發(fā)泄漏，再運(yùn)行泄漏等。 </p><p>　?。ㄒ唬?、安裝靜試泄漏 </p><p>　　安裝調(diào)試結(jié)束后須對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行靜試，通過觀察泄漏量分析泄漏原因。如泄漏量較大時(shí)，則表存在問題明于靜、動(dòng)環(huán)

12、摩擦副間；泄漏量較小，存在的問題多為靜環(huán)或動(dòng)環(huán)密封圈。在判斷泄漏部位、初步觀察泄漏量的基礎(chǔ)上，若泄漏量再手動(dòng)盤車觀察，無明顯變化，則靜、動(dòng)環(huán)密封圈有問題；如沿軸向噴射泄漏介質(zhì)，則居多為動(dòng)環(huán)密封圈存在問題，泄漏介質(zhì)從水冷卻孔中漏出或向四周噴射，則靜環(huán)密封圈多為失效；如盤車時(shí)泄漏量有明顯變化，則可斷定是動(dòng)、靜環(huán)摩擦副存在問題。 </p><p>　　（二）、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)泄漏分析 </p><p>　

13、　導(dǎo)致持續(xù)性密封泄漏的原因較多，主要表現(xiàn)為密封端面問題，如端面變形不平、端面出現(xiàn)裂紋。端面比壓過大、摩擦熱引起熱變形，強(qiáng)度不夠產(chǎn)生變形，安裝時(shí)零件受力不均引起變形；工作介質(zhì)中有顆粒狀物質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)入摩擦副，擦傷動(dòng)、靜環(huán)密封端面；動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的密封圈與軸的垂直誤差過大；輔助密封問題，如安裝時(shí)輔助密封被壓傷或擦傷，O形圈出現(xiàn)化學(xué)腐蝕、老化；彈簧偏心、比壓過小或彈簧失效；防轉(zhuǎn)銷端部未頂住防轉(zhuǎn)槽；轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過大；泵葉輪軸向竄動(dòng)量超過標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)軸發(fā)生周

14、期性振動(dòng)及工藝操作不穩(wěn)定，密封腔內(nèi)壓力經(jīng)常變化等均會(huì)導(dǎo)致密封周期性泄漏；軸套表面在密封圈處有軸向溝槽、凹坑或腐蝕。突發(fā)性泄漏主要由幾種因素導(dǎo)致，如設(shè)備強(qiáng)烈振動(dòng)，抽空破壞了摩擦副；彈簧斷裂；防轉(zhuǎn)銷脫落或傳動(dòng)銷斷裂；安裝錯(cuò)誤或不符合要求。 </p><p>　　再運(yùn)行泄漏也是常見的機(jī)械密封失效形式。泵在停一段時(shí)間后再啟動(dòng)時(shí)可能發(fā)生泄漏，這主要是因?yàn)槟Σ粮备浇橘|(zhì)的凝固、結(jié)晶，摩擦副上有水垢、彈簧腐蝕、阻塞而失彈。 &

15、lt;/p><p>　　表1中給出了導(dǎo)致機(jī)械密封失效的主要影響因素，數(shù)據(jù)表明操作是導(dǎo)致機(jī)械密封失效的主要因素，約占42%。為了盡量減少機(jī)械密封失效的發(fā)生，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行安裝、調(diào)試、檢查、維護(hù)和清洗。養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，保證機(jī)械密封的正常運(yùn)行。 </p><p>　　表1導(dǎo)致機(jī)械密封失效的因素及其占比 </p><p>　　影響因素 失效占比/% 影響因素 失效

16、占比/% </p><p>　　操作 42 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 </p><p>　　設(shè)備精度 26 密封設(shè)計(jì) </p><p><b>　　/應(yīng)用選型 8 </b></p><p><b>　　三、典型案例分析 </b></p><p><b>　　（一）、故障現(xiàn)象

17、</b></p><p>　　在泵啟動(dòng)瞬間，非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封處有煙霧冒出，并伴有油品泄漏?；蛲Ｖ箷r(shí)泵腔內(nèi)的壓力瞬時(shí)升高而引起，在結(jié)焦的過程中伴隨有煙霧。 </p><p><b>　?。ǘ?、原因分析 </b></p><p>　　如圖4所示，從解體后的情況來看，動(dòng)靜環(huán)內(nèi)壁都堆積比較多的結(jié)焦物。高溫經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦故障，少量的泄漏就會(huì)

18、在密封靠近大氣一側(cè)發(fā)生碳化。 </p><p>　　圖4(a):動(dòng)環(huán)傳動(dòng)處和傳動(dòng)套之間發(fā)生了摩擦。 </p><p>　　圖4(b)、圖4(e)、圖4(f):3張圖片中都堆積含有顆粒的結(jié)焦物。 </p><p>　　圖4(c):動(dòng)環(huán)表面出現(xiàn)金屬粉磨的痕跡，說明密封運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短，動(dòng)環(huán)面磨損嚴(yán)重。 </p><p>　　圖4(d):靜環(huán)表面有正常的

19、磨損痕跡。 </p><p><b>　?。ㄈ⒔鉀Q途徑 </b></p><p><b>　　1、選型 </b></p><p>　　原油具有黏度大、凝點(diǎn)高、雜質(zhì)多、含硫高的特點(diǎn)。為了防止彈簧由于原油結(jié)晶、雜質(zhì)卡住而失效，選用的是靜止式機(jī)械密封，即靜環(huán)為補(bǔ)償環(huán)；當(dāng)發(fā)生粘著磨損或磨粒磨損時(shí)，材料越硬越耐磨，為了減少磨損率

20、和因?yàn)槟p而導(dǎo)致密封失效，選用的是碳化硅-碳化硅的端面硬摩擦組對(duì)；輔助封圈選用的是氟橡膠，具有耐高溫、耐油、耐化學(xué)腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。 </p><p><b>　　2、沖洗 </b></p><p>　　必須設(shè)計(jì)合理的沖洗管路，否則會(huì)因結(jié)晶的析出，顆粒、雜質(zhì)的沉淀，使機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)失去浮動(dòng)性，彈簧失靈。更嚴(yán)重的是顆粒、雜質(zhì)進(jìn)入摩擦副會(huì)加劇摩擦的磨損，導(dǎo)致機(jī)械密封的迅速破壞

21、。 </p><p><b>　　3、維護(hù) </b></p><p>　　定期清洗沖洗管路，使之保持暢通；啟動(dòng)泵前充分排氣。 </p><p>　　圖4失效的機(jī)械密封 </p><p>　　總之，處理機(jī)泵泄漏問題時(shí)，一定要綜合考慮泵的安裝精度、操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件、機(jī)封裝配精度等方面因素，查清原因，有針對(duì)性地解決存在的問題。文中

22、內(nèi)容對(duì)機(jī)械密封的選型使用和維修保養(yǎng)提供幫助，保證機(jī)械密封長(zhǎng)周期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 樊銘．離心泵機(jī)械密封泄漏原因分析及處理．能源研究與管理，2011(4):48-49． </p><p>　　[2] 肖軍．談離心泵的機(jī)械密封及其控制．液壓氣動(dòng)與密封，2010(5):38