李宏范胡金平 朱健 徐民

（兗礦魯南化工有限公司）（兗礦煤業(yè)鄂爾多斯能化有限公司)

泵用機械密封失效原因分析與預防措施

李宏范*胡金平 朱健 徐民

（兗礦魯南化工有限公司）（兗礦煤業(yè)鄂爾多斯能化有限公司)

介紹了泵用機械密封的原理及結(jié)構，對化工裝置用泵的機械密封失效原因進行了分析，提出了防止機械密封失效的措施。

機械密封泄漏失效預防措施泵

1 機械密封簡介

機械密封（簡稱機封）是靠一組研配的密封端面形成的動密封，它是依靠密封端面緊貼著相對旋轉(zhuǎn)來達到密封的。與填料密封相比，機械密封克服了軸封容易泄漏的缺點，改為較難泄漏的靜密封和端面徑向接觸的動密封。機械密封的主要優(yōu)點是：泄漏量小，一般為10 mL/h，僅為填料密封的1%；使用壽命長，一般可連續(xù)使用1～2年。與填料密封相比，對軸的精度和表面粗糙度要求較低，對軸的振動敏感性相對較小，而且軸不受磨損。機械密封摩擦力耗功相對較小，約為填料密封的10%～50%。但是，機械密封造價較高，對密封元件的制造要求和安裝要求均較高。

機械密封一般有五個可能的泄漏點。第一個點在動環(huán)與靜環(huán)的接觸面上。機械密封主要靠泵內(nèi)液體壓力及彈簧力將動環(huán)壓貼在靜環(huán)上，以達到密封防止泄漏。而兩環(huán)的接觸面上總會有少量液體泄漏，它可以形成液膜，一方面起到防止泄漏的作用，另一方面又起到潤滑的作用。第二個點在靜環(huán)與壓蓋之間，屬于靜密封點。用有彈性的O形（或V形）密封圈壓于靜環(huán)和壓蓋之間，靠彈簧力使彈性密封圈變形而密封。第三個點在動環(huán)與軸套之間，此處也屬靜密封點?？紤]到動環(huán)可以沿軸向竄動，可采用具有彈性和自緊性的V形密封圈來密封。第四個點在軸套與軸之間，屬于靜密封點，一般采用O形密封圈密封。第五個點在壓蓋和泵體之間，也是靜密封點，可采用密封圈或墊片作為密封元件。機械密封主要結(jié)構如圖1所示。

2 機械密封失效原因分析

目前，隨著對化工廠無泄漏及清潔文明生產(chǎn)要求的提高，絕大多數(shù)的泵都采用了機械密封。但機械密封也會發(fā)生失效，這不僅增大了檢修工作量和檢修費用，同時對生產(chǎn)運行也是一種安全隱患。從多年的檢修經(jīng)驗來看，導致化工裝置用泵機械密封失效的因素較多、也較為復雜，但最為常見的失效因素主要有下述5個方面。

圖1 機械密封結(jié)構

2.1 機封沖洗系統(tǒng)

沖洗系統(tǒng)是機械密封最為重要的部分。沖洗一般有自沖洗和外沖洗兩種。沖洗的主要目的是通過沖洗液有效地保護機封密封面，其主要作用是對機封摩擦副進行潤滑和冷卻，同時沖走雜物等。沖洗液的流量、壓力必須滿足要求，同時根據(jù)介質(zhì)的溫度，對沖洗液的溫度也有一定的要求。沖洗口位置設計要滿足工藝要求，才能達到最佳的沖洗效果。如果沖洗不佳，會大大縮短機封使用壽命，甚至直接燒壞。

2.2 安裝機封的泵軸

機械密封屬于端面接觸式密封，密封面在流體介質(zhì)和彈性元件的共同作用下，與垂直于軸心線的密封端面緊密貼合、相對旋轉(zhuǎn)，達到密封效果。因此要求動靜密封環(huán)在圓周方向上受力均勻。如果軸的彎曲超過允許值，動靜密封環(huán)會出現(xiàn)相對瓢偏，使動靜密封環(huán)的受力不均勻，那么機封的密封效果就會受到影響，長時間運行還可能導致靜環(huán)被磨偏，出現(xiàn)泄漏。

2.3 泵軸向作用力和振動

機封本身無法受軸向作用力，但如果由于泵的軸向力平衡裝置發(fā)生故障等原因，使得泵軸向力未被完全平衡掉，那么在軸向力的作用下，吸入側(cè)機封密封面的壓緊力就會逐漸增大（軸向力一般都指向吸入側(cè)），密封面磨損就會逐漸加劇，直至密封面被磨成環(huán)形溝狀，密封失效，發(fā)生泄漏。如果泵在運行時發(fā)生異常振動，那么將會導致機械密封的密封面發(fā)生徑向位移，如果位移過大，超過了機械密封的密封能力極限，同樣會引起密封失效。

2.4 機封制造質(zhì)量

機械密封制造質(zhì)量問題最為常見的就是密封端面變形。密封面不平，就無法達到密封的效果。此外，機封形位公差控制不好等也是較為常見的機封制造質(zhì)量問題。

2.5 機封安裝質(zhì)量

在機械密封的安裝上，如果質(zhì)量控制不好，也會縮短機械密封的使用壽命，甚至在試車時就發(fā)生泄漏。

3 預防措施

3.1 增加輔助沖洗系統(tǒng)

根據(jù)泵的使用和操作條件，可以增配一些附件，如冷卻器（調(diào)節(jié)冷卻液溫度）、閥門（控制冷卻液流量）、流量計（可以準確把握冷卻液流量）、壓力表（方便觀察冷卻液壓力）、溫度計（了解冷卻液溫度）等，及時掌握機封的沖洗情況，確保機封擁有良好的沖洗。在實際的生產(chǎn)應用中，沖洗對機封的使用壽命起著至關重要的作用。

3.2 防止泵軸彎曲變形

對臥式多級離心泵而言，泵軸的彎曲主要是由于在停用時不按時盤車，泵轉(zhuǎn)子長時間停留在某一位置，致使泵軸出現(xiàn)彎曲，這種現(xiàn)象在化工廠比較常見。按要求經(jīng)常盤車，做好標記，以原位置為參考，每次以180°為倍增基數(shù)進行盤車，就可有效防止泵軸彎曲。設備在長時間運行后也可能出現(xiàn)軸彎曲的現(xiàn)象，因此在泵大修時要對泵軸進行彎曲度測量，如果發(fā)生軸彎曲，可進行校正或更換新軸。

3.3 控制泵軸向力和振動幅度

確保泵平衡裝置工作正常，使之能夠充分地平衡掉軸向力，避免機封承受額外的軸向力。泵軸的振動對機械密封的影響很大，要充分分析振動的來源，以消除振動源。

3.4 嚴格質(zhì)量驗收

端面變形主要是材料在未消除殘余應力的情況下進行加工生產(chǎn)，在安裝使用后材料仍然需要釋放殘余應力，導致端面發(fā)生變形。解決的方法是制造廠家嚴格進行生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，給材料以充足的應力釋放時間。生產(chǎn)過程質(zhì)量的有效控制也可避免機械密封形位公差控制不好等問題，例如最為常見的端面平面度差、端面垂直度不夠等。對新購買的機封需要進行嚴格的質(zhì)量驗收，確保質(zhì)量合格的機封用于現(xiàn)場機泵。

3.5 安裝質(zhì)量的控制

機封安裝質(zhì)量的好壞，對機封的使用壽命有著重要的作用，因此，一定要做好安裝質(zhì)量的控制。

（1）安裝

安裝機封部位的軸(或軸套)的外徑尺寸公差為h6，其表面粗糙度Ra值不大于3.2 μm。泵軸(或軸套)的外徑尺寸不同，對泵軸的徑向跳動量要求也不同，外徑小于50 mm時，要求徑向跳動量小于0.04 mm，外徑大于50 mm時，要求徑向跳動量小于0.06 mm。轉(zhuǎn)子軸向竄動量要小于0.03 mm。安裝時必須將密封腔體(泵蓋)、機械密封等部件清洗干凈，防止雜質(zhì)（物）進入密封安裝部位，在運轉(zhuǎn)時劃傷密封面。

（2）密封

機械密封安裝前要很好地與總裝配圖相對照，檢查零件是否已準備齊全。這時要注意密封摩擦副密封面、密封圈等有無傷痕、缺損等異?，F(xiàn)象，還要注意與密封圈（O形環(huán)）等相接觸的軸或軸套表面的質(zhì)量，若發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象，則必須更換或修理后再使用。在裝配時要確定合理的壓縮量，一般以彈簧總壓縮量的1/2為宜，壓縮量定完之后即將動環(huán)在軸（或軸套）上鎖緊。在緊固壓蓋前，要確認軸與殼體的同心度符合要求。在緊固機封壓蓋時，應先對角預緊，以防止機封壓偏。

（3）觀察

以上工作完成后進行手動盤車，檢查壓蓋、靜環(huán)與軸有無摩擦，盤車時應感覺均勻、輕快。如果存在問題，需要將機封拆下重新安裝和調(diào)整。待合格后，對泵進行充壓、排氣以及試漏。確認上述這些工作正確無誤后方可進行運轉(zhuǎn)試車。

4 結(jié)束語

機械密封的使用壽命長短是確?；どa(chǎn)裝置中離心泵實現(xiàn)安全、環(huán)保、穩(wěn)定運行的重要因素。實踐證明，只要泵本身運轉(zhuǎn)正常，同時機封沖洗良好，所使用的機封符合質(zhì)量要求，在檢修或更換機封時能正確進行安裝，就可保證機封長周期穩(wěn)定運行。

Failure Analysis and Preventive Measures of Pump Mechanical Seal

Li Hongfan Hu Jinping Zhu Jian Xu Min

Introduced the principle and structure of pump mechanical seal,analyzed failure reasons of mechanical seal for pump used in the chemical industry,and proposed measures to prevent mechanical seal failure.

Mechanical seal;Leakage;Failure;Preventive measure;Pump

TQ 051.21

*李宏范，男，1980年生，助理工程師。滕州市，277525。

2011-11-16）