关于离心泵用机械密封常见故障分析及对策探讨

2021-09-02杜江波

科海故事博览 2021年13期

杨扬杜江波

（河北德林机械有限公司，河北石家庄 051130）

1 离心泵密封概述

常见的机械密封也被称为端面密封，被广泛应用于各种泵类设备的动态密封中，应用在离心泵中可以有效避免泵内的流体介质流出泵体，进而引发设备故障与环境污染。常见的离心泵结构示意如图1 所示，机械密封装置在弹簧以及密封介质的压力下，对动环以及静环端面造成一定程度的积压，进而将两个端面始终保持在贴合状态下，并在端面间保持一层油膜，有利于静环与动环端面之间接触时保持一定的润滑，介质通过机械密封端面时，会受到很大的阻力影响，能有效防止液体泄漏，最终达到密封的目的。

图1 离心泵机械密封结构示意图

2 离心泵机械密封常见故障

2.1 波纹管失去弹性或者断裂

波纹管是机械密封的重要部分，在实际情况中，随着使用时间的增加，机械密封波纹管的弹性与强度会逐渐下降，这种现象被称为失弹现象，是不可逆的。而当波纹管的失弹量达到临界值时（不同材质的波纹管失弹临界值有所不同，但常见的波纹管失弹临界值为原设计压缩量的20%），就会导致离心泵机械密封出现故障，进而导致离心泵泄漏。需要注意的是，设备运行温度的变化也会对波纹管的失弹产生影响，当设备温度低于200℃时，波纹管的失弹现场比较不明显，当设备温度高于200℃时，则会加剧波纹管的失弹现象。此时，拆卸设备观察波纹管可以发现，波纹管的整体部件比设备运行之初要低1～2mm，面对这一问题，检修人员除了要定时观察设备的运行温度外，还应定时对波纹管进行更换。[1]

波纹管故障导致的离心泵密封故障问题还有一种原因是波纹管的断裂。这一故障问题的成因现对复杂，常见的问题主要有以下三种：第一，波纹管的接触比压限度超出限制范围；第二，波纹管实际压缩量过大，导致设备结构在长期压力下受损；第三，波纹管所处运行环境的温度变化较大，进而导致设备材质受损。

2.2 腐蚀造成的故障问题

在离心泵的实际工作环境往往较为复杂，因此机械密封不可避免的需要在各种腐蚀性场合中工作，这就使得腐蚀造成的故障问题也是机械密封常见的故障原因。在一般情况下，腐蚀造成的机械故障主要有以下几种：第一，表面腐蚀，机械密封元件在腐蚀作用下很容易出现表面腐蚀，在严重情况下会进而产生点蚀穿孔，导致设备结构被破坏。表面腐蚀问题在弹性元件上表现更为明显，弹簧等部件收到腐蚀就会出现弹性失效的问题，进而引发机械密封的泄漏问题。针对表面腐蚀，最为直接简单的方法就是在材料选择上尽可能使用不锈钢材质，从而有效降低表面腐蚀；第二，应力腐蚀，在机械密封正常运行情况下，弹性元件会存在应力，而长时间出于应力腐蚀以及介质腐蚀的双重作用下，波纹管以及弹簧等元件就很容易出现断裂的现象，进而引发机械密封的故障问题。[2]针对这一问题，如果在检修过程中发现弹性元件经常断裂，可以通过加大弹簧线径的方式来进行处理；第三，电化学腐蚀，这一故障问题的出现主要是当机械密封的材质为活泼性不同的异种金属时，就很容易引起电化学腐蚀。电化学腐蚀会造成异种金属元件之间出现松动，进而出现机械密封的泄漏。针对这一问题，最有效的做法就是在异种金属元件的连接处涂黏结剂来固定密封元件。

2.3 离心泵振动造成的故障问题

在设备运行之初，机械密封动环与静环之间的端面是光滑的，并且端面之间还有一层油膜，这样就能够在一定程度上避免两者相互摩擦造成的损害。但是随着设备运行时间的增加，端面就会逐渐变得粗糙，进而加大了动环与静环之间的摩擦力，同时又由于动环、静环与密封腔之间的间隙较窄，这就会导致机械密封的振动频率以及振动幅度不断加大，长时间的大幅振动就会导致密封结构被破坏，进而引发故障问题。此外，当离心泵运转时径向力过大或者是轴承自身的精确度较低时，都会导致离心泵振动过大引发泄漏问题。

2.4 安装和使用不当造成的故障问题

在离心泵机械密封的使用过程中，由于安装或使用不当造成的故障问题也是十分常见的，归纳起来主要有以下几种：第一，静环或动环安装不到位，如果O 型圈安装过紧或者未对准，就会导致静环或动环安装不到位，导致密封效果差，引发泄漏故障；第二，整机压缩量不合适，当整机压缩量过小时就会导致动环与静环缝隙过大，当整机压缩量过大是，就会导致动环与静环之间的摩擦加大；第三，离心泵内输送介质存在杂质，如果介质内含固体颗粒或介质易结晶，使杂质颗粒进入密封端面，破坏密封端面引起泄漏。

3 离心泵机械密封的维修与改造建议

3.1 优化密封位置结构设计

为降低离心泵机械密封的故障率，可以在结构上尽可能的进行优化，要在保证密封效果的基础上，尽可能对密封元件进行保护，设计人员可以在设计中采用机械结构来对密封元件进行保护。例如，在端盖扣合面位置可以利用金属台肩来对密封元件进行保护，从而降低流体对密封元件的腐蚀。此外，还可以通过优化离心泵内机械密封周边的液体流动环境，尽可能减少密封元件之间的缝隙以及孔洞等，降低液体的冲刷力，使密封元件之间受到的液体流动摩擦力均衡、稳定，减少局部位置快速损坏问题发生的概率。

优化机械密封的设计还可以从优化密封元件的材料选择上入手。设计人员应当不断突破原有思维的限制，了解市场上最前沿的材料技术，积极采用各种新材料来进行离心泵密封元件的设计，从而提高密封元件的抗腐蚀能力、抗应力能力，最终达到提高设备使用寿命的目标。

3.2 离心泵机械密封状态检测

针对离心泵机械密封的故障诊断维修技术，结合信息化技术的状态检测是未来发展的主要趋势。通过构建完善的设备状态监测体系，借助计算机信息技术建立包括离心泵在内的设备状态数据平台，提高故障诊断的水平。在状态检修实施过程中，技术人员要对设备的状态信息进行准确地分析判断，在此基础上坚持成本效益和诊断检修技术的优化，根据所获取的离心泵设备信息进行规范地检修作业。在通过信息化技术可以实现多方面数据资源的整合集中，检修技术人员通过对监测信息的分析，充分了解设备的运行状态在此基础上采取针对性的检修策略。[3]此外，状态监测要配合专家故障分析，每一次检修的数据都要进行上传，总结检修经验为后续的检修计划制定提供参考。对于容易出现磨损老化的设备零部件要适当缩短故障检修的周期，促进检修综合效益的提升。