污泥螺杆泵故障及改进方法

2021-01-05潘其文杜兴云

设备管理与维修 2020年19期

潘其文，杜兴云

（兰州石化维达公司，甘肃兰州 730060）

1 设备概况

某化工厂水汽车间污水预处理装置型号NM063BY01L06V，功率7.5 kW，转速1445 r/min，流量40 m3/h，排出压力0.3 MPa。耐驰泵业有限公司制造的污泥螺杆泵，主要是将高效澄清池中的污泥水输送至污泥浓缩池，属于重要的环保设备。该泵运行周期短，全年非计划停车检修达20 次之多，平均运行周期不足20 d，备件消耗多，检修工作量大，严重影响装置的连续化运行。

2 故障现象与原因分析

2.1 故障现象

每次只要机械密封有泄漏时，现场检修中就会发现石墨静环密封面有偏磨、端面出现圆状沟槽、严重磨损、碎裂等现象。硬质合金（YG20，布氏硬度80 HRC）动环表面出现因高温而产生的颜色发蓝、发黑，以及裂纹等，动环O 形橡胶密封圈出现失弹、变硬、碳化等永久变形现象。在减速机输出轴上安装动环密封圈位置的轴颈处出现周向凹槽。同时，该泵每次只要因机械密封泄漏或者振动值大进行检修时，测量减速机输出轴销孔尺寸都会出现变大，且销孔磨损呈椭圆形等现象。

2.2 原因分析

由于中间万向节材料硬度低，短时间运行即出现两端销孔严重磨损，呈椭圆形或长孔状。造成销子与销孔配合间隙增大，减速机输出轴和螺杆等转动件摆动量加大，当输出轴发生摆动时，使摩擦副产生偏隙，发生偏磨。同时，因为污泥螺杆泵输送的介质是污泥，当介质中含有的微粒物质少量进入机械密封端面楔形间隙时，产生接触摩擦使端面温度迅速升高，动静环端面之间的液膜也随之消失，破坏了摩擦副间的液体润滑。使得机械密封处于干摩擦状态，加剧了端面温度的升高。该泵机械密封静环为石墨材料，脆性大、硬度低，微粒使石墨静环端面划磨出圆状沟槽，或石墨环严重磨损或破裂，动环出现龟裂纹等。另一方面，由于机械密封动环在弹簧力作用下，具有追随性和补偿能力，这样，动环密封圈在轴上作高频率往复运动。此时，密封圈介质侧的微粒像砂纸一样磨削输出轴，造成动环密封圈损坏和减速机输出轴磨损，中间万向节报废。只要中间万向节销孔磨大时，就会造成减速机输出轴磨损、机械密封损坏、螺杆与定子工作间隙超标，设备停车修理。

2.3 端面比压核算

NM063BY01L06V 泵机械密封型号为CYT4360-00-B，其机械密封端面的受力状况如图1 所示。

图1 机械密封的受力状况

机械密封端面比压计算相关公式如下。

式中 Pb——端面比压，MPa

PS——动环所受的弹簧比压，MPa

P——密封腔内的介质压力，MPa

K——机械密封载荷系数，介质压力的作用面积与密封端面面积之比

λ——液膜压力系数

f——弹簧系数

Y——弹簧压缩量，mm

D2——静环外径，mm

D1——静环内径，mm

D0——装在动环处的密封圈滑动面的直径，mm

本例中，P=0.3 MPa，λ=0.5，f=1.054 5，材料为65Mn；安装时，Y=8.5 mm，D2=56 mm，D1=48 mm，D0=45 mm。代入以上公式，得PS=0.137 MPa，K=1.335 3。内装式非平衡型机械密封弹簧比压PS值范围一般为0.08～0.3 MPa。该泵PS=0.137 MPa，满足要求。把PS、K 代入公式，得Pb=PS+P（K-0.5）=0.137+0.3×（1.335 3-0.5）=0.39 MPa。

端面比压是指摩擦副端面上所受的轴向压紧力，此值过小会使泄漏量增大，密封性不好，过大则会加剧机械密封的磨损和发热，一般Pb=0.3～0.5 MPa。本螺杆泵的Pb在标准参数值范围内，不会造成摩擦副端面的磨损及机械密封损坏。然而，CYT4360-00-B 型机械密封采用大弹簧结构，本身就有端面受力不均匀的问题，很难确保摩擦副之间受力均匀。因此，这种结构的机械密封在此泵应用不是很好。

3 改进措施

3.1 机械密封结构改进

分析CYT4360-00-B 型机械密封失效原因后，决定改进机械密封结构。要求新的密封结构必须具有良好的密封性，使用寿命长，能防止微粒进入密封端面，并且拆装方便。经查阅资料，并与同类型机泵中运行良好的机械密封结构进行对比。将单弹簧机械密封改为金属波纹管型机械密封，将O 形圈换为石墨垫片，采用清水冲洗。通过与机械密封制造厂家交流并现场测绘，重新设计制造，解决了轴封结构问题。