离心式油泵密封失效和改进措施研究

王龙

摘 要：本课题通过分析离心式油泵密封失效的主要表现及原因，围绕设备材质、钉孔位置、密封油等方面探究油泵密封优化措施，防止空气进入离心泵，避免油污泄漏。当密封过程面临较高压力时，能够通过科学分配介质的方式规划压力工作范围和密封端面的前后压差，优化密封工况，增加端面密封寿命。

关键词：离心式油泵;密封失效;螺旋密封

离心式油泵被广泛应用于油库接卸、中转、发油過程，其工作状态与系统安全运行密切相关。离心泵密封的核心是端面密封，可以避免空气进入。利用径向密封的方式避免油料向泵与轴之间渗透，延长设备使用寿命。因此，有必要深入分析离心式油泵密封失效的原因，探究优化策略，提升系统工作效率。

1 离心式油泵密封失效表现及原因分析

本课题以Y型离心泵为例，其进口压强是0.1MPa，出口压强在1.5-1.6MPa的范围内，属于双端面机械类密封模式[1]。静环和动环材料为硬质合金，借助热处理完成制作。设备使用条件如下：密封腔中水压是0.1-0.15MPa，在其中使用冷却水。试用期结束后发现离心泵出现发热、振动、噪音、渗漏问题，在停机检查过程中分析结果如下：①静环和动环的密封面存在烧结问题，密封圈磨损甚至消失，出现纵向和横向沟槽;②轴密封结构损坏，轴套磨损变形。

发生离心油泵密封失效的原因包含以下三方面：首先，轻油粘度小、密度低、易挥发、闪点小、润滑度低。当离心泵运行时，由于密封腔内压力高于油压，因此会产生外流密封效果。若烯烃和轻油物质进入摩擦面，由于其挥发性较强，无法构成有效密封，导致端面形成干摩擦，使密封结构受到损坏。其次，传动套的外径和密封腔内径之差较低，当设备运行时传动套出现离心作用，导致冷却水的流体阻力增加，水流量较低，使得冷却效果不佳，导致设备发热。最后，离心泵入口位置压力过大，使其内部密封静环逐渐向轴外侧移动，甚至随动环移动旋转，使密封圈不断滑磨密封腔，进而产生沟槽。

2 离心式油泵密封失效优化途径研究

2.1 优化设备材质

建议优化离心油泵端面的封面材料，优先选择耐高温、耐磨性良好的合金材质。同时，借助双端面或单侧双侧平衡方式完成密封。静环建议选择石墨浸渍醛树脂材料，而动环则结合工作情况选择合金钢，确保密封腔工作压强能够大于5.0MPa，为后续内流密封工作奠定基础。降低端面摩擦系数，极大程度地减少设备摩擦热和实际能耗。

2.2 调整钉孔位置

传统机械密封工作中，传动螺钉主要位于动环和弹簧外侧，若离心泵压强太大，会导致内环弹簧逐渐向外移动，极易出现静环脱槽情况，产生渗漏问题。因此，需要将轴套传动槽移向内侧，调节密封安装模式，限制静环和动环的移动范围。由于离心泵型号不同，其长度和实际传动槽位置具有差异性，应经过实际测量确定。如果转动槽与内侧距离较低，会导致转子在轴向转动时增加轴向力，使密封结构出现破坏;如果该位置与外侧距离较近，极易使静环脱槽，因此需科学控制传动套上螺钉孔的实际位置。

2.3 调整密封腔与密封油

其一，建议增加密封腔内径，并将轴流叶片安装在传动套上。离心泵在工作阶段通常会形成摩擦热，使得密封空间内油体会出现对流循环，但由于轴径向跳动模式会抑制对流循环过程，使离心泵运转阶段对密封空间产生消极影响。因此，借助轴流叶片能够形成轴向压力，显著提升设备冷却效果。同时，若想科学控制叶片压强，建议选择合理的叶片结构尺寸，将压强控制在0.05-0.1MPa。其二，增加密封油实际压力，实现内流密封。内流密封来源于叶轮背部实际压力，离心泵正常工作不会出现绝对稳定情况，导致压强和流量出现变动。其中内部密封面的内外压力差异性较大，离心泵自身压强高于密封腔压强，无法构成内流密封模式。因此，通过增加叶轮背部压力，借助管道构建密封系统，形成内流密封，确保密封液体压强大于叶轮背部压力。

2.4 构建全新密封模式

第一，使油体由轴套外部和填料环内侧缝隙流入填料函。第二，油体由泵盖和填料环外侧缝隙流入填料函。其中，油料的主要来源是叶轮背部或吸入口，因此压强较低，极易出现负压情况。同时，进油位置和压盖位置较远，当油体借助多层填料完成密封后，压强降低、密封作用增强。第三，通过油封使油体进入填料函，在进入空间时逐渐分成两部分。一部分油体进入叶轮，而另外一部分则沿着离心泵轴结构从填料压盖位置流出。因此，以技术层面分析，若创新轴封技术，摒弃全油封模式对于降低渗漏问题具有一定效果。创新油封结构可以通过油体流动形式，导出离心泵工作过程填料和轴套之间的摩擦热量，减少轴承实际运行温度。借助油封环完成内侧填料，确保压紧应力的均匀分布。

2.5 安装及运行优化要点

当安装端面密封时，需要结合设备规定安装要求进行，并注意以下要点：第一，确保装配部件整洁干净，如机器设备、密封零件、润滑油、润滑脂、白布绸、棉纱、揩拭材料等，静环和动环的端面需借助纱布擦拭干净。第二，当密封结构出现倒角时需要修整光滑，擦亮端盖和轴位置。第三，安装设备时，建议在辅助密封圈、静环、动环、端盖等部分涂抹15号机油或者汽轮机油，降低摩擦力，避免辅助密封圈或静环动环密封端面受到磨损。第四，当离心泵运行阶段出现少量渗漏，其原因可能是持续憋压、抽空、环境温度变化、端面脏污等情况，因此需要注意润滑、降低磨损、延长设备使用寿命。同时，在端面密封过程中应提前检测隔离液的实际冷却温度，若温度异常需要及时解决。第五，反冲洗密封端面，向外传导摩擦产生的杂质和热能，防止端面存在干摩擦问题，避免对密封结构造成损坏。第六，定期检查辅助系统的实际工作情况，确保隔离液系统的压力和液位满足需求，提升密封效果。如果密封腔的压力减少，应借助补液泵在系统内灌输密封液，且注意液位，当油位降低及时补充。

2.6 优化螺旋密封模式

2.6.1 实现螺旋密封

建议在离心泵的填料函轴套位置增加螺纹，如管螺纹、梯形螺纹，形状为锯齿形或梯形齿，注意泵体和外螺纹的间隔距离应尽可能小。离心泵工作过程中轴套和泵体间存在密封性，若轴套和轴高速旋转，螺纹位置会对其上部液体施加摩擦力，增加离心泵内流动情况，提高压强。若油料粘度较高或转速较大，则会导致水平力增加。如果螺纹端长度一定，则液体压强与泵中密封油压强相互平衡，内部油料无法泄漏，可以实现动态平衡密封。因此，螺旋密封模式在转速不同的情况下，其形成的密封作用具有差异性。若离心泵转速较小，密封腔中压强大于螺纹流体反压，其压差流也超过螺纹所产生的反输流，进而出现液体外泄情况。但如果转速提升至某一范围，会将气体吸入油料内，导致油体出现气泡，影响气液结构稳定性。若转速持续上升，容易使密封液自低压位置泄漏，因此需要进行以下优化措施：选择三角齿、梯形齿螺旋结构，防止出现漩涡吸入气体。同时，针对粘度较高的油料，建议借助深螺槽开展工作，减少螺旋密封空间的偏心度。增加未浸液螺纹结构的实际长度，延长密封失效时间。并在螺杆的端口位置增加缝隙，避免气液界面失稳。

2.6.2 提升密封压力

螺旋密封模式的优势在于离心泵和轴套之间无磨损和摩擦，结构简单、能量损耗少，对于密封构件要求较低，材料选择范围大。不过密封压力通常低于1.0MPa，其密封性能和螺旋套加工精度、离心泵轴安装质量、工差配合等方面息息相关。此模式属于动态密封，如果设备停止工作将导致其失去密封作用。因此，建议增加轴密封结构，在螺旋轴套外部设置螺旋结构，其可以广泛应用于填料轴封部分。而对于单吸模式离心泵，建议在填料函密封套内圆周上增加矩形带螺纹结构，提升密封效果。

3 结论

离心油泵密封性对于油田开发工作至关重要，因此有必要优化设备材质和安装位置，提升密封油和密封腔结构的科学性，灵活选择密封方式提高离心油泵工作效率。加强石油开发作业的安全性，提升事故安全性。加强离心泵密封性，确保其在运行阶段无油污渗漏、无过度损耗，避免环境污染、节省工作成本。

参考文献：

[1]张治恒.双端面机械密封在离心原油泵上的应用[J].设备管理与维修，2020（08）：106-107.