劉永民

惠州平海發(fā)電廠有限公司

凝結(jié)水泵機(jī)械密封泄漏原因及改進(jìn)措施

劉永民

惠州平海發(fā)電廠有限公司

介紹了某型凝結(jié)水泵的整裝式雙端面機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)及工作原理，結(jié)合實(shí)際工況，分析了其失效原因（如對(duì)輪中心偏大，密封面磨損，密封面沖蝕等），提出了改進(jìn)措施及使用中的注意事項(xiàng)。

雙端面機(jī)械密封；磨損；密封面；動(dòng)靜環(huán)；泄漏

隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，流體機(jī)械和流體工程的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，高溫密封、紙溫密封、超低溫、強(qiáng)腐蝕、易燃、易爆、有毒、放射性介質(zhì)、高壓密封、高真空密封以及含各種雜質(zhì)等懸浮顆粒介質(zhì)的密封也都應(yīng)運(yùn)而生。保證密封的可靠性和使用壽命，目前已廣泛用于石油、化工、冶金等行業(yè)，是當(dāng)前密封研究、設(shè)計(jì)制造、使用等各方面最重要的課題之一。

1.機(jī)械密封的工作原理及結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封是靠一組研配的密封端面形成的動(dòng)密封。機(jī)械密封的種類很多，但工作原理基本相同。與單端面機(jī)械密封相比，雙端面機(jī)械密封密封性能好，適用于強(qiáng)腐蝕高溫、帶懸浮顆粒及纖維介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃易爆、易揮發(fā)低黏度介質(zhì)，高真空度工況的密封。雙端面機(jī)械密封原理與單端面機(jī)械密封基本相同，都是靠垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面（摩擦副）在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。但雙端面機(jī)械密封的特點(diǎn)是兩套機(jī)械密封采取面對(duì)背的方式安裝在密封腔體中（見(jiàn)圖1），并由外部提供沖洗液做為緩沖液或沖洗液，從而起到密封、潤(rùn)滑和冷卻的作用。當(dāng)內(nèi)側(cè)密封發(fā)生泄漏時(shí)，阻塞液可防止或緩沖被密封介質(zhì)泄漏到大氣。這種密封布置方式是在石化、電力等行業(yè)廣泛采用的一種安全性較好的機(jī)械密封方式。

圖1.式雙端面機(jī)械密封

2.故障分析

2.1.障狀況

凝結(jié)水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。該水泵均采用帶軸套整裝式雙端面機(jī)械密封，自投入使用后，機(jī)械密封的泄漏問(wèn)題就較為普遍，甚至從機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)處甩出大量的水，大大超過(guò)了機(jī)械密封允許泄漏量≤5mL／h（單側(cè)）的要求。且隨泵軸轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械密封泄漏量隨之增大。

機(jī)械密封泄漏故障的發(fā)生，不僅浪費(fèi)了大量的水，影響周圍環(huán)境，還嚴(yán)重影響了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.障分析

泵作為一種通用機(jī)械，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門中應(yīng)用十分廣泛。所以，泵的安全運(yùn)行與整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)。從它的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多方面分析，判斷機(jī)械密封發(fā)生泄漏的原因主要有以下幾個(gè)方面。

2.2.1.械密封沖洗水入口設(shè)計(jì)不合理

對(duì)凝結(jié)水泵機(jī)械密封進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)密封環(huán)的碳石墨環(huán)存在沖蝕、切邊情況。造成碳石墨環(huán)沖蝕、切邊的原因主要因?yàn)椋寒?dāng)密封進(jìn)出口循環(huán)液差別太大或循環(huán)液流體中含有磨削性物料時(shí)，就會(huì)發(fā)生碳石墨環(huán)的沖蝕。由于壓蓋上循環(huán)液入口正對(duì)著碳石墨環(huán)沖蝕而形成了槽。該泵機(jī)械密封沖洗水入口剛好對(duì)著動(dòng)靜環(huán)密封面，故密封環(huán)存在沖蝕情況（見(jiàn)圖2）。

圖2.械密封沖洗水入口

2.2.2.軸軸振偏大

根據(jù)該型號(hào)泵安裝后，泵軸軸振要求≤0.05mm，但在實(shí)際運(yùn)行中，泵軸軸振達(dá)到0.12mm-0.16mm，同時(shí)測(cè)量電機(jī)端軸承振動(dòng)，最大振動(dòng)達(dá)0.10mm，已嚴(yán)重超出技術(shù)要求。

造成泵軸軸振偏大的原因很多，包括安裝時(shí)對(duì)中調(diào)整不良；軸承損壞或間隙過(guò)大；軸彎曲度超標(biāo)；泵體導(dǎo)軸承間隙超標(biāo)等。

對(duì)輪中心偏差越大，泵軸在每次軸向位移和徑向擺動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)中，密封面產(chǎn)生的分離和泄漏量就越大，密封面的磨痕也越寬。

2.2.3.靜環(huán)密封面磨損嚴(yán)重

機(jī)械密封磨損主要情況如下幾點(diǎn)：a、碳石墨環(huán)密封面上有“唱片”條紋般的同心圓紋理（見(jiàn)圖3）；b、硬環(huán)密封面成正錐角磨損，即內(nèi)徑處接觸較重，即密封面靠?jī)?nèi)徑處磨損較為嚴(yán)重，沿外徑方向，磨損量逐漸減?。ㄒ?jiàn)圖4）。c、硬密封面出現(xiàn)皰疤情況。

圖3.封面磨損

圖4.封面成正錐角磨損

造成密封面磨損嚴(yán)重的原因主要如下幾點(diǎn)：在泵有對(duì)中誤差或嚴(yán)重磨削性液體的場(chǎng)合下，硬面上容易產(chǎn)生深的同心圓紋理的磨痕。密封面熱變形形成不平直的密封面，使密封面內(nèi)側(cè)受力大于外側(cè)，使內(nèi)側(cè)磨損較為嚴(yán)重。

2.2.4.械密封沖洗水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

該泵機(jī)械密封沖洗水源主要取自兩路：一路取自凝補(bǔ)水泵（啟動(dòng)密封水）；一路取自凝結(jié)水泵出口，形成自密封。但設(shè)計(jì)的兩路密封水均未設(shè)置濾網(wǎng)（見(jiàn)圖5），未能有效攔截密封水的磨削性顆粒，造成機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)密封面磨損。

圖5.械密封沖洗水源管路

2.2.5.修、裝配過(guò)程操作不嚴(yán)謹(jǐn)

機(jī)械密封是水泵滲漏的主要原因,但是機(jī)械密封本身是一種要求較高的精密部件。如果靜環(huán)石墨密封面內(nèi)緣有大量小缺口，那么水泵在檢修后仍然會(huì)存在泄漏問(wèn)題。究其原因是：在裝配機(jī)械密封時(shí)，敲擊用力過(guò)大或運(yùn)輸過(guò)程中碰撞嚴(yán)重。

3.改進(jìn)措施

（1）對(duì)機(jī)械密封沖洗水入口進(jìn)行優(yōu)化：將機(jī)械密封沖洗水入口由直沖沖向密封面改進(jìn)為切向進(jìn)入封面，減少對(duì)密封面的沖擊力。

（2）在密封水管路上加裝流量調(diào)節(jié)閥，防止沖洗水壓力、流量過(guò)大沖洗密封環(huán)。同時(shí)，在管線上加裝旋流分離器，減少磨削性顆粒進(jìn)入密封面的可能性（見(jiàn)圖6）。

圖6.進(jìn)后的沖洗水管路

（3）為減小泵軸振動(dòng)，保證泵軸同心度，主要做如下措施：a、檢修時(shí)，保證對(duì)輪中心在合格范圍內(nèi)（圓周≤0.05mm張口≤0.05mm）；b、電機(jī)下端軸承及凝結(jié)水泵推力軸承游隙調(diào)至合格范圍內(nèi)；c、泵軸彎曲度測(cè)量，并對(duì)彎曲度超標(biāo)的泵軸進(jìn)行校直；d、泵體導(dǎo)軸承與軸套間隙確保在合格范圍內(nèi)。

（4）機(jī)械密封的零部件、工器具、潤(rùn)滑油、揩拭材料要十分干凈。動(dòng)靜環(huán)的密封端面要用柔軟的紗布揩拭，確保兩密封面完全接觸貼合（一般密封端面平面度不大于0.9μm）。

（5）加強(qiáng)檢修過(guò)程的管理和控制。必須確保檢修環(huán)境整潔，在裝配機(jī)械密封時(shí)，不準(zhǔn)使用鐵榔頭等硬物敲擊；動(dòng)環(huán)拆下后，經(jīng)磨削加工，先進(jìn)行粗研，后進(jìn)行精研，有條件可進(jìn)行拋光。軸套的檢修拆下后檢查銹蝕和磨損的情況，如果銹蝕或磨損得比較輕微，可用細(xì)砂紙打光再用，如果銹蝕或磨損的嚴(yán)重可采用加工后電鍍的方法或換新軸套。密封圈經(jīng)過(guò)一段使用時(shí)間后，多數(shù)情況下失去彈性或老化，一般情況下需要更換新圈。如果彈簧銹蝕的不嚴(yán)重，能保持原有彈性，可不更換。對(duì)有組裝盒的機(jī)械密封，要將盒清理干凈，并檢查凹槽是否磨損或變形，以便進(jìn)行校正修復(fù)，重新開(kāi)槽或更換。機(jī)械密封元件修復(fù)以后，重新進(jìn)行組裝，組裝后同樣進(jìn)行壓力試驗(yàn)，然后再投入正常操作。

4.改進(jìn)效果

機(jī)械密封改進(jìn)后再投入使用，至今未發(fā)生泄漏，這不僅大大降低了檢修強(qiáng)度，節(jié)約了檢修費(fèi)用，也使得設(shè)備運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性得到明顯提高。

5.結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)和制造工藝隨著不斷地要求完善，以及檢修技術(shù)質(zhì)量的不斷提高，機(jī)械密封的技術(shù)必然會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)上的質(zhì)量要求。對(duì)其泄漏問(wèn)題隨之也會(huì)逐漸的有所降低，并且保障機(jī)械密封的安全性。通過(guò)對(duì)機(jī)械密封失效的原因分析，并且相應(yīng)采取了一些對(duì)策，密封壽命已明顯提高。通過(guò)改進(jìn)，目前凝結(jié)水泵泵體機(jī)械密封基本達(dá)到8000h/a無(wú)泄漏。

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