泵用机械密封失效原因分析与检修

2011-12-12周晓宁中电投电力工程有限公司上海200233

湖南造纸 2011年3期

关键词：动环密封面密封圈

周晓宁中电投电力工程有限公司上海（200233）

泵用机械密封失效原因分析与检修

周晓宁中电投电力工程有限公司上海（200233）

对泵用机械密封失效的原因进行了全面的分析，提出了对机械的检修和维护措施。

机械密封；失效；泄漏；组装

1 引言

泵是工业领域最常用的机械设备之一，同样也是重要的核心设备。泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：轴套与轴间的密封、动环与轴套间的密封、动、静环间密封、对静环与静环座间的密封、密封端盖与泵体间的密封[1]。

2 泵用机械密封失效原因分析

2.1 安装静试时泄漏

机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。

2.2 试运转时出现的泄漏。

泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：

操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；

对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；

动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；

静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；

工作介质中有颗粒状物质，运转中进入摩擦副，擦伤动、静环密封端面；

设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。

2.3 由于两密封端面失去润滑膜而造成的失效

因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦；

介质的低于饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑；

如介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢或阻塞时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也造成介质压力低于其饱和蒸汽压的状况。

2.4 由于腐蚀而引起的机械密封失效

密封面点蚀，甚至穿透；

由于碳化钨环与不锈钢座等焊接，使用中不锈钢座易产生晶间腐蚀；

焊接金属波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂。

2.5 由于高温效应而产生的机械密封失效

热裂是高温油泵，如油渣泵、回炼油泵、常减压塔底泵等最常见的失效现象。在密封面处由于干摩擦、冷却水突然中断，杂质进入密封面、抽空等情况下，都会导致环面出现径向裂纹；

石墨炭化是使用碳-石墨环时密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨环一旦超过使用温度（一般在-105～250℃）时，其表面会析出树脂，摩擦面附近树脂会发生炭化，当有粘结剂时，会发泡软化，使密封面泄漏增加，密封失效；

辅助密封件（如氟橡胶、乙丙橡胶、全橡胶）在超过使用温度后，将会迅速老化、龟裂、变硬失弹。现在所使用的柔性石墨耐高温、耐腐蚀性较好，但其回弹性差。而且易脆裂，安装时容易损坏[2]。

2.6 由于密封端面的磨损而造成的密封失效

摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压（包括弹簧比压）过大等,都会缩短机械密封的使用寿命。对常用的材料，按耐磨性排列的次序为：碳化硅--碳石墨、硬质合金--碳石墨、陶瓷--碳石墨、喷涂陶瓷--碳石墨、氮化硅陶瓷--碳石墨、高速钢--碳石墨、堆焊硬质合金--碳石墨。

对于含有固体颗粒介质，密封面进入固体颗粒是导致使密封失效的主要原因。固体颗粒进入摩擦副端面起研磨剂作用，使密封发生剧烈磨损而失效。密封面合理的间隙，以及机械密封的平衡程度，还有密封端面液膜的闪蒸等都是造成端面打开而使固体颗粒进入的主要原因。

机械密封的平衡程度β也影响着密封的磨损。一般情况下，平衡程度β=75%左右最适宜。β＜75%，磨损量虽然降低，但泄漏增加，密封面打开的可能性增大。对于高负荷（高PV值）的机械密封，由于端面摩擦热较大，β一般取65%～70%为宜，对低沸点的烃类介质等，由于温度对介质气化较敏感，为减少摩擦热的影响，β取80%～85%为好。

2.7 因安装、运转或设备本身所产生的误差而造成机械密封泄漏

由于安装不良，造成机械密封泄漏。主要表现在以下几方面：

动、静环接触表面不平，安装时碰伤、损坏；

动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧；

动、静环表面有异物；

动、静环V型密封圈方向装反，或安装时反边；

轴套处泄漏，密封圈未装或压紧力不够；

弹簧力不均匀，单弹簧不垂直，多弹簧长短不一；

密封腔端面与轴垂直度不够；

轴套上密封圈活动处有腐蚀点。

设备在运转中，机械密封发生泄漏的原因主要有：

泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定，密封腔内压力经常变化等均会导致密封周期性泄漏；

摩擦副损伤或变形而不能跑合引起泄漏；

密封圈材料选择不当，溶胀失弹；

大弹簧转向不对；

设备运转时振动太大；

动、静环与轴套间形成水垢使弹簧失弹而不能补偿密封面的磨损；

密封环发生龟裂等。

泵在停一段时间后再启动时发生泄漏，这主要是因为摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢、弹簧腐蚀、阻塞而失弹。

泵轴扰度太大。

3 泵用机械密封的检修和维护

要掌握机械密封检修与维护，首先要知道机械密封的工作原理。机械密封是由两块密封元件（静环与动环）垂直于轴的、光洁而平直的表面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置。它是靠密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触表面（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密结合，端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封目的的。这层液体膜具有液体动压力与静压力，起着润滑和平衡力的作用。泵机械密封的检修工艺主要有以下几个方面，如图1。

3.1 机械密封的清扫与检查

机械密封的工作原理要求机械密封内部无任何杂质。在组装机械密封前要彻底清扫动环、静环、轴套等部件。重点检查：

1）动静环（5、6）表面是否存在划痕、裂纹等缺陷，这些缺陷存在会造成机械密封严重漏泄。有条件的可以用专用工具检查密封面是否平整，密封面不平整，压力水会进入组装后机械密封的动静环密封面，将动静环分开，机械密封失效。必要时可以制作工装在组装前水压试验[3,4]。

2）检查动静环座（2）是否存在影响密封的缺陷。如动静环座与动静环密封胶圈配合表面是否存在伤痕等缺陷，我厂3＃机组汽动给水泵曾经由于静环座存在类似的缺陷而产生漏泄。

3）检查机械密封补偿弹簧（7）是否损坏及变形，倔强系数是否变化。

4）检查密封轴套（8）是否存在毛刺、沟痕等缺陷。

5）清扫检查所有密封胶圈是否存在裂纹、气孔等缺陷，测量胶圈直径是否在工差范围内。

具有泵送机构的机械密封还要检查螺旋泵的螺旋线是否存在裂纹、断线等缺陷[5,6]。

3.2 机械密封组装技术尺寸校核

机械密封检修工艺较为复杂，要保证组装后的机械密封无漏泄，机械密封技术尺寸的校核必不可少。

1）测量动环、静环（5、6）密封面的尺寸。这项数据是用来验证动静环的径向宽度，当选用不同的摩擦材料时，硬材料摩擦面径向宽度应比软的大1－3mm，否则易造成硬材料端面的棱角嵌入软材料的端面上去。

2）检查动环、静环（5、6）与轴或轴套（8）的间隙，静环的内径一般比轴径大1－2mm，对于动环，为保证浮动性，内径比轴径大0.5－1mm，用以补偿轴的振动与偏斜，但间隙不能太大，否则会使动环密封圈卡入而造成机械密封机能的破坏。

3）机械密封紧力的校核。我们通常讲的机械密封紧力也就是端面比压，端面比压要合适，过大，将使机械密封摩擦面发热，加速端面磨损，增加摩擦功率；过小，容易漏泄。端面比压是在机械密封设计时确定的，我们在组装时只能靠测量机械密封紧力来确定。通常情况的测量方法使测量安装好的静环端面至压盖（2）端面的垂直距离，在测量动环端面至压盖端面的垂直距离，两者的差极为机械密封的紧力。

4）测量补偿弹簧（7）的长度是否发生变化。弹簧性能的发生变化将会直接影响机械密封端面比压。一般情况下弹簧在长时间运行后长度会缩短，补偿弹簧在动环上的机械密封还会因为离心力的原因而变形。机组给水泵前置泵机械密封检修过程中曾发现补偿弹簧变短造成机械密封机能下降的情况。

5）测量静环防转销子的长度及销孔深度，防止销子过长静环不能组装到位。这种情况出现会损坏机械密封[7]。

3.3 机械密封的组装

经过清扫检查、技术尺寸校核后的机械密封即可回装，在这个过程中要注意以下几点：

1）组装时所有密封圈应该涂以肥皂水等润滑剂，这样可以避免组装过程中损坏胶圈。动静环的密封面之间涂以润滑脂，防止动静环密封面在水泵开车前磨损。

2）浮动环组装时，一定要小心不要碰倒浮动环弹簧，以免弹簧碰倒后影响浮动环的浮动性能。

3）浮动环组装后，可以轻轻按浮动环，以确定是否就有良好的浮动性能。

4）安装密封时应轻拿轻放，防止损坏密封件，安装时应将密封及腔体擦洗干净。

5）紧固机械密封压盖时紧固螺栓应均匀受力，防止受力不均损坏机械密封。对于快装式机械密封在整体组装完毕后一定不要忘记将定位片径向移动道远离轴的位置固定[8,9]。

泵的机械密封按照以上三个步骤进行组装，可以实现组装后的机械密封无漏泄及其它问题的出现。但机械密封检修过程中也要做到具体问题具体分析，因为机械密封所密封的介质是不同的，凉水和热水的温度不同，密封的介质是否具有腐蚀性，腔室内压力的不同，机械密封的设计就会不同，检修工艺也会有所差别，这就需要我们在检修工作中灵活应变，只有这样才能保证检修质量。