离心泵机械密封失效的原因与对策探索

2015-03-18王伟平

产业与科技论坛 2015年7期

□王伟平

离心泵作为液体传送的装置在各个领域得到了广泛应用。填料密封由于泄漏量大、功率损耗大、输送介质单一，已经逐渐被机械密封所取代，但由于种种原因当前离心泵机械密封存在维修量大、寿命不能达到预期，严重影响了离心泵的正常运行，本文结合实际分析了影响离心泵机械密封的因素，给出了一些改进措施。

一、机械密封的原理

机械密封是一种在流体压力和补偿弹力作用下，使两个垂直于旋转轴线的密封端面保持紧密贴合，从而达到防止流体泄漏的装置。机械密封安装在传动轴上，随轴转动，通过传动座及推环来带动动环的旋转，静环则在压盖的作用下保持不动，依靠密封室中液体的压力和弹簧力使动静环组成的密封端面紧密贴合，在端面间形成一层极薄的液体膜，起到密封和平衡压力的作用，从而达到阻止液体外漏。动静O形环是用来防止液体通过动环与轴及静环与压盖之间泄漏，同时还能减小振动和冲击。机械密封是与泵的其它部分组合使用的，所以其它部分的运行状况直接影响着机械密封的效果。

二、离心泵机械密封失效的原因及解决对策

(一)选择机械密封不合理。当离心泵在带有弱酸弱碱介质中长时间工作时，机械密封温度过高或弱酸弱碱会对动静O形环进行腐蚀，导致O形环无弹性甚至腐烂，造成机械密封失效导致泄漏甚至可能会产生摩轴的现象。机械密封的O形环一般为普通的丁氰橡胶，这种橡胶在高温、酸、碱环境中就会变质。在弱酸、弱碱或高温环境中运行的泵，机械密封O形环应该选择耐高温、耐油及耐化学试剂的氟橡胶。当介质中存在细小颗粒时，它会随着介质进入到动静环端面，随着摩擦会导致端面划伤，磨损端面，液体就会从端面漏出，导致机械密封失效。因为一般的机械密封端面材质硬度不能承受细小颗粒的磨损，在有细小颗粒的介质中运转的泵，机械密封端面材质应该选用硬度较高的碳化硅或者碳化钨。因此，针对机械密封的选择应该考虑泵工作条件下介质的性质。

(二)离心泵设计不合理。

1.离心泵轴存在较大窜量。离心泵在运转时，机械密封保持密封效果是靠其两个端面的适合压力来保证的，这个压力是由机械密封中的弹簧的合适压缩量来提供的，为了保证这个适合的压力，就必须保证离心泵的轴不能有太大的窜量，标准规定应控制在0.5mm以内。但在实际中，因不合理的设计往往会使泵轴出现很大的窜量，对机械密封的使用产生非常不利的影响。一方面表现在离心泵的启动过程中产生较大窜量;另外由于平衡盘和平衡环的长期磨损，导致它们之间的间隙随之增大，因而就使轴产生了较大的窜量。由于泵的轴窜量超过了机械密封要求的窜量值，两个端面的压力减小，从而失去密封作用，导致泄漏。因此，要减小多级离心泵的轴向窜量，就要合理设计平衡装置。目前比较好的方案有两种:一种为平衡盘和轴向止推轴承组合，轴向力通过平衡盘来平衡掉，轴向止推轴承起到限位泵轴的作用;另一种为平衡鼓和轴向止推轴承组合，轴向力通过平衡鼓来减弱，由轴向止推轴承限位泵轴。

2.离心泵轴的挠度过大。机械密封在离心泵运转时，要求两个接触式密封端面在相对旋转时依靠介质和弹簧弹力的作用下均匀紧密配合，这样才能起到密封的效果。但在离心泵设计过程中的不合理，使得泵轴在运转时，机械密封部位会产生较大的挠度，导致密封端面间所受压力不均匀，使机械密封失效，致使泵腔体液体大量泄漏。因此，一是减小离心泵轴两端的距离:在设计离心泵时，控制叶轮的级数，当泵的总扬程要求很高时，应尽量增加单级叶轮的扬程，以减少整体级数。二是选用等级高的材料来制作轴。三是当离心泵设计好后，要对泵轴饶度进行校验核算看是否能满足要求。

(三)离心泵安装不合理。

1.机械密封的安装不合理。在安装机械密封时，固定端面的定位螺钉没有拧紧或所用紧固力不均匀，就会导致离心泵在运转时端面接触不均匀，产生与轴挠度过大一样的结果。另外有些离心泵在发生机械密封泄漏后，拆检机械密封发现静环O形环处发生损坏，其原因为装配工人在装配O形环时未能准确校对好位置。因此，要在安装机械密封时确保紧固螺丝拧紧，并且检查是否用力均匀;在安装O形环时注意对准尺寸以免产生偏差。

2.轴的安装不合理。一是转子在安装后，转子的径向跳动太大，转子不平衡;二是轴承压盖没有安装到位轴承晃动导致转子窜量超标;三是离心泵与电机安装时，中心未对中导致轴的跳动增大。以上三点都会造成泵的振动过大，振动被分解成水平、轴向、垂直三个方向，其中以轴向振动对机械密封影响最大。当振动剧烈时，机械密封动静环之间就不能很好地接触以致出现缝隙进而使机械密封失效。因此，要安装转子之前，应当对转子连同叶轮做动平衡实验，保证其跳动在规定的范围内;在安装转子时，保证轴承、压盖固定牢固;当与电机安装时，应当保证合理的同轴度，以最大限度地减小振动。

(四)离心泵使用维修不当。

1.使用不当。离心泵在启动时，由于预先没注满水，离心泵腔体里充有气体，机械密封中动静环端面没有形成水膜而使端面间干摩擦，从而导致机械密封失效。对于停机很长时间没有启动的离心泵，机械密封端面很有可能粘合在一起，未按规定启动前盘车，很容易扯坏动静端面造成机械密封失效。在使用过程中由于介质温度偏高或者进水管阻力太大使入口流速加大，液体就会在进口处产生汽化现象，气泡随着液体流向高压区，进入高压区后气泡破裂，空间瞬间被周围的液体充满，在填充点产生很高的压强，出现气蚀现象。气蚀发生后，泵体内会产生巨大的水流波动，使泵的振动加剧，产生的轴向振动会破坏机械密封动静环，导致机械密封失效。因此，在离心泵启动前，一定确保泵体内注满水，水未满不启动水泵;在离心泵启动前(特别是在久未启动)，一定按规定进行盘车;设法控制介质的温度，常压下离心泵传输介质的温度控制在80摄氏度以下;在使用离心泵时，尽量加大进口管径，确保进口阀门完全打开，以减小离心泵进口的阻力。

2.维护不当。离心泵在运行时，轴承润滑油不及时更换或轴承温升过高，造成轴承损坏，损坏后又不及时处理，造成泵轴振动加剧;运转过程中固定泵底座处螺栓松弛，没有及时处理造成泵与底座剧烈振动;轴套磨损严重不及时更换造成轴向窜量加大。因此，当离心泵在运转时，要有专人负责监视泵的运行情况，当发现油温过高、噪声过大、振动剧烈等现象时，应当及时停机处理以免造成严重后果;及时检查润滑油、压力表等是否在允许的范围运行。