高压泵密封失效分析及改进

朱辉　王晓波

摘 要：高压泵柱塞密封性能好坏与使用寿命的长短直接影响催化剂的正常生产，通过对密封失效原因进行研究分析，提出改进措施，为催化剂平稳生产奠定基础。

关键词：柱塞泵；柱塞密封；改进措施

中图分类号：TE964 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0052-02

高压泵是催化剂生产过程中最重要的设备之一，目前该厂使用的高压泵主要为往复式的柱塞高压泵，主要用于给喷枪内注入高压胶体，正常情况下压力高达13MPa，高压泵的运行状况直接影响到催化剂成品的产量，因此，提高高压泵柱塞密封的使用寿命对生产运行具有极其重要的意义。

1 高压泵柱塞密封结构

高压泵密封是轴向往复式动密封，属于“V”型接触式密封如图1所示，密封采用氟橡胶材料制成，通常为了延长密封的使用寿命，使用特殊的支撑圈，分别安装在密封圈的前后端。

2 柱塞密封运行现状

该厂高压泵所输送的介质具有高粘度、强酸性，Cl-含量高，硬质颗粒多等特点。在这种流体性质下，高压泵的密封受到了极大的挑战，胶体中的细微颗粒在高压状态下，将进入密封端面，使密封填料的机械磨损增加，同时强酸性和高氯含量也增加了密封填料的腐蚀性，造成高压泵密封填料寿命仅有3-5天，严重影响了工厂的连续性生产，耗费了大量的人力，同时也增加了工厂维护费用。

3 密封失效分析

为了弄清高压泵密封的主要失效形式和原因，分别对已失效的高压泵密封进行了解剖分析。

3.1 失效形式

3.1.1 密封圈的老化

老化产生的部位：橡胶密封圈有老化现象，橡胶密封圈的密封面有裂纹、橡胶硬化，失去弹性。产生原因：一是由于密封圈的压缩量比较大，所以密封力也就越大，从而导致密封面所受到的摩擦力就越大，温度急剧升高；二是由于散热不好加速橡胶密封圈的老化，使得橡胶圈表面变硬、强度和弹性降低、橡胶变脆，耐磨性下降，所以密封圈的表面有裂纹。

3.1.2 撕裂与断裂

撕裂产生的部位：橡胶密封圈撕裂部分均发生在与柱塞表面接触的密封面上产生的原因：

（1）胶体进入密封表面，密封面的摩擦力增加，密封面的温度升高，从而增加密封圈的老化，使得密封材料弹性降低；（2）随着柱塞往复的运动，胶体不断地磨损密封圈，在一定的循环次数以后，很容易在老化部位产生裂纹，裂纹的增长将促使橡胶颗粒迅速与胶体表层分开，橡胶纤维被拉断，最后撕裂；（3）这种撕裂的反复作用就形成不规则的裂条，密封根部被严重咬坏、直至完全丧失密封能力，这样就导致有更多的胶体进入密封表面，经过多次作用，最后导致断裂。

3.1.3 磨损

磨损产生的部位：密封圈几乎都有磨损的痕迹，特别是密封面，密封圈的轴向有凹凸不平的划痕。产生的原因是胶体液进入摩擦界面，当柱塞在往复运动时，胶体液粘附在柱塞表面，并被带入到密封面，反复地磨蚀密封面，失去弹性的橡胶表面就会产生沟槽。

3.2 失效原因分析

3.2.1 抽空

当喂料泵输送量降低或高压泵入口过滤器堵塞出现抽空，液压系统中出现空穴现象时，大量的气泡破坏了液流的连续性。当大量气泡随着液流到压力较高的部位时，气泡在高压下迅速破裂，并又凝结成液体，使体积突然减小而形成真空，周围高压液体迅速流过来补充。由于这一过程时间极短，产生局部高温，柱塞密封圈老化，密封材料弹性降低，并带有强大冲击压力，产生强烈的振动和噪声，从而造成密封圈的损坏。导致高压泵抽空的直接原因主要是来量不足，造成来量不足的原因有以下五个方面：

（1）喂料泵流量输送量过小。（2）高压泵入口过滤器过滤面积小。（3）入口管线细（仅90），且弯头多，会增大液体的局部水头损失，从而降低了泵的吸入能力，造成供液不平稳。（4）入口罐液面较低时，柱塞泵供液不足，也会造成泵抽空。（5）固含量过高，液体过稠时，流动性较差，不能满足泵的吸入量，造成泵抽空。

3.2.2 流量压力波动

高压泵入口仅装有过滤网，从喂料泵输出的物料压力和流量经常处于不稳定状态，高压泵在不稳定状态下运行，加剧了柱塞和盘根磨损，导致密封失效。

4 改进措施

针对高压泵出现的问题，经过分析研究，作出相应的改进如图2。

（1）增加过滤器过滤面积：高压泵入口过滤器容易被物料堵塞造成高压泵抽空从而造成高压泵盘根失效，出现高压泵柱塞漏胶，高压泵无法运行。为了改善高压泵过滤器堵塞，可以增加过滤器台数，将原来一台过滤器改为现在两台过滤器同时运行，这就增加了过滤器过滤面积。同时将原来两天清一次过滤器的过滤网变为每班清一次过滤器过滤网，避免物料堵塞过滤网。（2）增大喂料泵输送量：喂料泵是高压泵的物料输送泵，该厂现喂料泵的流量是20m3/h，与长岭催化剂厂喂料泵流量50m3/h相比，该厂20m3/h流量相对较小，从长岭催化剂厂高压泵运行情况来看，长岭催化剂厂高压泵运行情况良好且检修频率相对比较低，两个厂高压泵输送物料情况基本相同。對此借鉴长岭催化剂厂高压泵喂料泵的输送流量，喂料泵的流量由原来每班开一台喂料泵现改为每班同时开两台泵，以满足高压泵入口流量，避免高压泵抽空。（3）优化入口管线：结合现场实际状况，管线管径由原来的90至扩大至110，改善柱塞高压泵的吸入条件，减少泵的抽空现象，取得了良好效果。（4）增加缓冲罐：在高压泵入口增加缓冲罐来保证高压泵入口压力流量稳定，促使物料稳定进入高压泵腔体，使得高压泵能正常平稳工作。

5 结语

综上所述，高压泵柱塞密封失效的主要原因是泵抽空导致密封圈温度升高。由于密封圈工作表面温度升高，使得密封材料的密封性能丧失，材料老化，材料的弹性降低，从而导致密封性能降低。因此，只有杜绝泵抽空现象，才能延长高压泵密封的使用寿命。

参考文献

[1]广延洪，汪得涛.密封件使用手册[M].北京：机械工业出版社，1994.

[2]朱俊华，战长松.往复泵[M].北京：机械工业出版社，1992.