浅谈多级离心泵机械密封故障原因分析与处理方法

贾冬生 闫 磊

（宁夏职业技术学院，宁夏 银川 750021）

浅谈多级离心泵机械密封故障原因分析与处理方法

贾冬生 闫 磊

（宁夏职业技术学院，宁夏 银川 750021）

针对某化工企业某台多级离心泵的故障原因进行了分析。从机械密封、装配精度以及实际运行情况等方面入手，对长期易损坏问题进行了多角度分析。通过分析对比，找出了影响机泵运行周期和机械密封使用寿命短的主要原因，制定了相应处理措施，提高了机械密封的使用寿命，间接提高了机泵运行的周期，达到了良好的效果。

多级离心泵；机械密封；故障分析

1 问题的提出

在现代工业生产过程中，机泵的应用领域很广，尤其在化工行业，各种形式机泵的使用非常广泛。多级离心泵的使用在化工行业中起着非常重要的作用，多用于锅炉给水泵等大流量、高压力的工作环境中。但是在多级离心泵在运行的过程中，经常会出现一些故障，影响机泵的长周期运行，其中一个非常常见的故障便是机械密封的损坏。某化工企业激冷水泵产自瑞士苏尔寿公司，自投入使用以来，运行一直不稳定，机封更换频繁，导致成本过高、生产不稳定。[1]本文根据机泵运行实际情况，对该离心泵机械密封进行故障分析，并制定了相对应的处理措施。

表1 多级泵运行故障类型统计

2 机械密封的结构与原理

机械密封是一种利用流体自身压力和弹性补偿单元的旋转轴端密封装置。常用于离心泵、离心机、压缩机等机械行业设备之中，起到防止内部液体向外部泄露的作用。机械密封的主要组成零部件有动环、静环、弹簧、密封圈和轴套等，[2]如图1所示。

图1 机械密封的组成

3 机械密封故障原因分析

通过对机泵运行过程中出现的问题，对故障原因进行分析总结，并对各种类型的机械故障做了详细的统计，从不同角度分析原因，找到影响机泵故障的主要因素。如图2所示，综合各种机械故障，对故障原因进行分析。

图2 机泵机械故障次数统计

3.1 机械密封冷却水水质

初始设计时，为了保证机封冷却水的温度降低，降温装置设计为中间换热器冷却，使冷却水的温度达到要求。换热器是通过管程和壳程不同温度的介质进行热量交换，达到降温的作用，[3]换热器如图3所示。

可是在机泵的实际运行当中，流动的介质为灰水（即充满杂质颗粒的煤浆污水），经常导致换热器内部管束堵塞，造成参加换热面积的管束减少，直接导致了换热面积的减小，使冷却器的换热效果下降，回流进入机械密封的冷却水温度变高，造成动静环之间冷却效果降低，机械密封动环和静环之间温度升高，磨损加剧。动静环之间磨损的加剧，使动静环温度继续升高，整个形成恶性循环，最终导致机封磨损、偏磨，甚至碎裂和损坏，使机械密封的作用失效，机泵内部介质外泄。

图3 机封冷却水换热器

3.2 机械密封设计缺陷

该机泵的机械密封在选用的过程中，选择了多弹簧式机械密封，如图4所示，这种机械密封的特点就是补偿机构由多个弹簧组成的，受力分布相对均匀，但是也会存在很多的问题。

图4 多弹簧型式的机械密封

由于机泵内部介质为灰水，经常造成机械密封内部堵塞，尤其在弹簧间和动静环之间积垢问题严重，同时弹簧丝直径较细，容易发生腐蚀，造成弹簧不发生作用，失去自动补偿的作用。同时，由于每个弹簧的结垢程度不同，弹簧补偿距离不均衡，造成动静环倾斜，发生偏磨现象，使机械密封的泄露更加严重。机械密封损坏如图5所示。

图5 机械密封动静环碎裂情况

3.3 泵体振动大

机泵的运行过程中，根据每日定期巡检记录运行状态，发现机泵会发生较大的振动，超出正常运行的范围。经过运行参数的分析和现场的调查，发现振动大的主要原因有三个。

首先，由于灰水介质颗粒大，容易堵塞，所以在入口滤网处，较大的灰水颗粒阻挡了灰水介质进入机泵内部进行工作，造成机泵大量不足，产生较大的振动，甚至发生气蚀，严重时造成机泵叶轮的变形和口环的磨损。

其次，原因是机械密封泄露时，轴承箱容易进水，而轴承箱没有对轴承进行有效的保护措施，轴承容易混进水，造成轴承的损坏，振动加剧，如图6所示。

图6 轴承箱进水造成轴承烧损

最后，是平衡鼓的磨损，平衡鼓磨损后，整个机泵轴向的平衡作用被破坏，平衡鼓起不到平衡轴向力的作用，造成推力轴承受力较大，轴负荷升高，机泵振动加剧，严重时会发生机泵损坏。

3.4 叶轮及口环变形

由于机泵运行不稳定，振动大，轴向负荷大，平衡鼓作用不稳定，造成机泵内部损坏严重，最常见的现象就是叶轮的变形和叶轮口环的磨损，使口环间隙增大且不平衡。通过对口环的重新加工，可以改善口环间隙的要求，但是会出现一些问题，由于叶轮口环与壳体口环相互配合，虽然间隙值通过加工达到要求，但是会出现叶轮口环和壳体口环不同心的现象，如图7所示。

图7 叶轮口环同心度情况对比

4 故障处理方法

4.1 机械密封冷却水改造

由于中间换热器容易造成堵塞，所以取消密封冷却水中间换热器，由泵第二级引出管线对机械密封直接供水（灰水温度为50℃-70℃），保证了密封冷却水的足量和稳定，可以保证机封动静环之间的供水充足，同时可以在一定从程度上增强机封的冷却能力。[4]

4.2 机械密封型式的改造

机封型式采用了多弹簧式，容易造成弹簧结构，失去自动补偿能力，造成偏斜磨损，使机封损坏。所以改变机械密封结构，将多弹簧式改为单弹簧式，提高机械密封的弹性补偿能力，克服弹簧积垢造成的损坏，如图8所示。同时旧式机封外端采取紧定螺钉固定，运转时容易发生松动，导致机械密封压缩量变化。新改进的机封改为两端固定限位式，防止机封压缩量改变，保障了动静环之间的良好运行。

图8 单弹簧式机械密封

4.3 机泵口环的精配

针对同心度加工精度不高和灰水介质易对口环造成磨损的问题，通过不断试验，对口环间隙进行多次测量和复核，在不影响打量的前提下，适当放大口环、平衡鼓间隙值，将壳体口环内径扩大，保证口环、平衡鼓相配合时不发生剐蹭。较大的口环间隙，也可保证灰水不堵塞口环。同时，平衡鼓材质由铜改为钢，增强耐磨性。表2为检修后各项技术参数的改进情况。

5 结论

通过对机泵运行故障的原因分析与处理，使机泵运行周期得到了明显的提高，性能的提高主要有以下几个方面。

第一，机泵运行过程中，两端轴承振动情况有了明显的改善，基本维持在机泵设计振值要求范围内，如表3所示。

第二，机泵在输送介质的过程中，流量输出仅仅设计值，并且保持稳定，表面口环间隙的调整未影响机泵的打量情况，保证了机泵稳定的流量输出，流量监测如表4所示。

第三，机泵运行平稳，轴承温度正常，润滑有温度正常，未出现异常现象，轴承温度监测情况如图9所示。

表2 机泵各部间隙改进情况

表3 机泵振动值监测

表4 机泵流量值监测

图9 机泵轴承温度监测情况

从之前的一个月更换一次机械密封，降低到六个月更换一次，大幅度地提高了机械密封的使用寿命。同时对后期机械密封的改进采取了进一步的举措，将中压锅炉给水泵的清净水引入机械密封，可以很大改善机封的使用工况，保证机泵长周期满负荷运行。

[1]王敏，赵睿.高温泵机械密封失效分析与改进[J].石油化工设备，2009，（6）.

[2]张巍，潘立斌，张旭东.离心泵机械密封的选用[J]. 石油化工设备，2007，（3）.

[3]顾永泉.流体动密封[M].东营:石油大学出版社,1990.

[4]李现国,龙珍珠.渣浆泵填料密封改造为机械密封的研究[J]. 润滑与密封，2016，（7）.

【责任编辑：黄素华】

Analysis and Treatment of Mechanical Seal Failure in M ulti Stage Centrifugal Pump

JIA Dong-sheng YAN Lei
（Ningxia Polytechnic， Ningxia 750021，China）

In this paper,the failure causes of a multilevel centrifugal pump in a chemical enterprise are analyzed.An analysis of the problem of long term damage is conducted from the mechanical seal,assembly precision and the actual operation and so on.Through the analysis and comparison,themain factors affecting the operation cycle of the pump and the short service life of themechanical seal are found out,and some correspondingmeasures are taken,thus the service life of themechanical seal being improved,the cycle of the pump operation increased and the good effect achieved.

multilevel centrifugal pump;mechanical seal;failure analysis

TH311

A

1671-9565（2016）03-090-04

2016-08-19

贾冬生（1964-），男，甘肃甘谷人，宁夏职业技术学院副研究员，主要从事机械制造及其自动化方面研究；

闫磊（1987-），男，山西太原人，宁夏职业技术学院机械与电气技术系助理工程师，主要从事机械工程方面研究。