凝结水泵机械密封泄漏原因及改进措施

刘永民

惠州平海发电厂有限公司

凝结水泵机械密封泄漏原因及改进措施

刘永民

惠州平海发电厂有限公司

介绍了某型凝结水泵的整装式双端面机械密封的结构及工作原理，结合实际工况，分析了其失效原因（如对轮中心偏大，密封面磨损，密封面冲蚀等），提出了改进措施及使用中的注意事项。

双端面机械密封；磨损；密封面；动静环；泄漏

随着科学技术和生产的发展，流体机械和流体工程的应用范围不断扩大，高温密封、纸温密封、超低温、强腐蚀、易燃、易爆、有毒、放射性介质、高压密封、高真空密封以及含各种杂质等悬浮颗粒介质的密封也都应运而生。保证密封的可靠性和使用寿命，目前已广泛用于石油、化工、冶金等行业，是当前密封研究、设计制造、使用等各方面最重要的课题之一。

1.机械密封的工作原理及结构

机械密封是靠一组研配的密封端面形成的动密封。机械密封的种类很多，但工作原理基本相同。与单端面机械密封相比，双端面机械密封密封性能好，适用于强腐蚀高温、带悬浮颗粒及纤维介质、气体介质、易燃易爆、易挥发低黏度介质，高真空度工况的密封。双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同，都是靠垂直于旋转轴线的端面（摩擦副）在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。但双端面机械密封的特点是两套机械密封采取面对背的方式安装在密封腔体中（见图1），并由外部提供冲洗液做为缓冲液或冲洗液，从而起到密封、润滑和冷却的作用。当内侧密封发生泄漏时，阻塞液可防止或缓冲被密封介质泄漏到大气。这种密封布置方式是在石化、电力等行业广泛采用的一种安全性较好的机械密封方式。

图1.式双端面机械密封

2.故障分析

2.1.障状况

凝结水泵在运转过程中，难免会出现各种各样的故障。该水泵均采用带轴套整装式双端面机械密封，自投入使用后，机械密封的泄漏问题就较为普遍，甚至从机械密封动静环处甩出大量的水，大大超过了机械密封允许泄漏量≤5mL／h（单侧）的要求。且随泵轴转速上升，机械密封泄漏量随之增大。

机械密封泄漏故障的发生，不仅浪费了大量的水，影响周围环境，还严重影响了设备的安全稳定运行。

2.2.障分析

泵作为一种通用机械，在国民经济的各个部门中应用十分广泛。所以，泵的安全运行与整个国民经济的发展密切相关。从它的机械密封结构、现场设备运行状况和系统设计等多方面分析，判断机械密封发生泄漏的原因主要有以下几个方面。

2.2.1.械密封冲洗水入口设计不合理

对凝结水泵机械密封进行解体检查，发现密封环的碳石墨环存在冲蚀、切边情况。造成碳石墨环冲蚀、切边的原因主要因为：当密封进出口循环液差别太大或循环液流体中含有磨削性物料时，就会发生碳石墨环的冲蚀。由于压盖上循环液入口正对着碳石墨环冲蚀而形成了槽。该泵机械密封冲洗水入口刚好对着动静环密封面，故密封环存在冲蚀情况（见图2）。

图2.械密封冲洗水入口

2.2.2.轴轴振偏大

根据该型号泵安装后，泵轴轴振要求≤0.05mm，但在实际运行中，泵轴轴振达到0.12mm-0.16mm，同时测量电机端轴承振动，最大振动达0.10mm，已严重超出技术要求。

造成泵轴轴振偏大的原因很多，包括安装时对中调整不良；轴承损坏或间隙过大；轴弯曲度超标；泵体导轴承间隙超标等。

对轮中心偏差越大，泵轴在每次轴向位移和径向摆动的转动中，密封面产生的分离和泄漏量就越大，密封面的磨痕也越宽。

2.2.3.静环密封面磨损严重

机械密封磨损主要情况如下几点：a、碳石墨环密封面上有“唱片”条纹般的同心圆纹理（见图3）；b、硬环密封面成正锥角磨损，即内径处接触较重，即密封面靠内径处磨损较为严重，沿外径方向，磨损量逐渐减小（见图4）。c、硬密封面出现疱疤情况。

图3.封面磨损

图4.封面成正锥角磨损

造成密封面磨损严重的原因主要如下几点：在泵有对中误差或严重磨削性液体的场合下，硬面上容易产生深的同心圆纹理的磨痕。密封面热变形形成不平直的密封面，使密封面内侧受力大于外侧，使内侧磨损较为严重。

2.2.4.械密封冲洗水系统设计不合理

该泵机械密封冲洗水源主要取自两路：一路取自凝补水泵（启动密封水）；一路取自凝结水泵出口，形成自密封。但设计的两路密封水均未设置滤网（见图5），未能有效拦截密封水的磨削性颗粒，造成机械密封动静环密封面磨损。

图5.械密封冲洗水源管路

2.2.5.修、装配过程操作不严谨

机械密封是水泵渗漏的主要原因,但是机械密封本身是一种要求较高的精密部件。如果静环石墨密封面内缘有大量小缺口，那么水泵在检修后仍然会存在泄漏问题。究其原因是：在装配机械密封时，敲击用力过大或运输过程中碰撞严重。

3.改进措施

（1）对机械密封冲洗水入口进行优化：将机械密封冲洗水入口由直冲冲向密封面改进为切向进入封面，减少对密封面的冲击力。

（2）在密封水管路上加装流量调节阀，防止冲洗水压力、流量过大冲洗密封环。同时，在管线上加装旋流分离器，减少磨削性颗粒进入密封面的可能性（见图6）。

图6.进后的冲洗水管路

（3）为减小泵轴振动，保证泵轴同心度，主要做如下措施：a、检修时，保证对轮中心在合格范围内（圆周≤0.05mm张口≤0.05mm）；b、电机下端轴承及凝结水泵推力轴承游隙调至合格范围内；c、泵轴弯曲度测量，并对弯曲度超标的泵轴进行校直；d、泵体导轴承与轴套间隙确保在合格范围内。

（4）机械密封的零部件、工器具、润滑油、揩拭材料要十分干净。动静环的密封端面要用柔软的纱布揩拭，确保两密封面完全接触贴合（一般密封端面平面度不大于0.9μm）。

（5）加强检修过程的管理和控制。必须确保检修环境整洁，在装配机械密封时，不准使用铁榔头等硬物敲击；动环拆下后，经磨削加工，先进行粗研，后进行精研，有条件可进行抛光。轴套的检修拆下后检查锈蚀和磨损的情况，如果锈蚀或磨损得比较轻微，可用细砂纸打光再用，如果锈蚀或磨损的严重可采用加工后电镀的方法或换新轴套。密封圈经过一段使用时间后，多数情况下失去弹性或老化，一般情况下需要更换新圈。如果弹簧锈蚀的不严重，能保持原有弹性，可不更换。对有组装盒的机械密封，要将盒清理干净，并检查凹槽是否磨损或变形，以便进行校正修复，重新开槽或更换。机械密封元件修复以后，重新进行组装，组装后同样进行压力试验，然后再投入正常操作。

4.改进效果

机械密封改进后再投入使用，至今未发生泄漏，这不仅大大降低了检修强度，节约了检修费用，也使得设备运行时的稳定性得到明显提高。

5.结束语

科学技术和制造工艺随着不断地要求完善，以及检修技术质量的不断提高，机械密封的技术必然会达到设计上的质量要求。对其泄漏问题随之也会逐渐的有所降低，并且保障机械密封的安全性。通过对机械密封失效的原因分析，并且相应采取了一些对策，密封寿命已明显提高。通过改进，目前凝结水泵泵体机械密封基本达到8000h/a无泄漏。

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