王 豐

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司機(jī)械設(shè)備技術(shù)服務(wù)中心 天津 300452）

1 引言

在海洋石油采油平臺(tái)中使用的離心泵有90%采用機(jī)械密封，機(jī)械密封的使用壽命直接影響泵類(lèi)設(shè)備的完好率，在QK17-2、LD32-2等多個(gè)平臺(tái)注水泵及外輸泵的機(jī)械密封更換非常頻繁，而我們的維修人員在分析機(jī)械密封失效以及機(jī)械密封使用壽命短等原因時(shí)，總是習(xí)慣先從機(jī)械密封自身查找原因，而很少?gòu)臋C(jī)械密封外部條件查找原因。例如：我們總是會(huì)先看機(jī)械密封的選型是否合理，密封面的比壓是否正確，摩擦副的選擇是否合適等。而很少去看泵給機(jī)械密封創(chuàng)造的條件是否合適，輔助系統(tǒng)的配置是否合適，而這些方面往往在判斷機(jī)械密封失效原因以及機(jī)械密封使用壽命短等原因時(shí)非常重要。本文希望從影響機(jī)械密封效果的另外一個(gè)方面即機(jī)械密封的外部條件來(lái)分析影響機(jī)械密封效果的因素以及應(yīng)采取的措施。

圖1 機(jī)械密封原理示意圖

2 機(jī)械密封原理概述

機(jī)械密封是靠一對(duì)或數(shù)對(duì)垂直于軸作相對(duì)滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏的軸封裝置。

如圖1所示，常用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、彈性元件彈簧座、緊定螺釘、動(dòng)環(huán)密封圈和靜環(huán)密封圈等元件組成，其中動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對(duì)摩擦副。動(dòng)環(huán)靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環(huán)端面上，并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使泵在不運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質(zhì)不外漏，并防止雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。密封元件起密封動(dòng)環(huán)與軸的間隙B、靜環(huán)與壓蓋的間隙C的作用，同時(shí)對(duì)泵的振動(dòng)、沖擊起緩沖作用。

機(jī)械密封在使用時(shí)與泵的其它部件一起形成一個(gè)有機(jī)整體，共同發(fā)揮作用。如機(jī)械密封希望發(fā)揮理想效果必須在使用時(shí)跟泵的其他部件進(jìn)行配合使用，這就不僅需要機(jī)械密封本身性能優(yōu)異，同時(shí)還需要與泵的其它部件彼此相適應(yīng)。任何一個(gè)問(wèn)題，無(wú)論是機(jī)械密封本身的問(wèn)題還是機(jī)械密封外部條件的問(wèn)題，都會(huì)對(duì)機(jī)械密封效果產(chǎn)生重要的影響。

3 影響機(jī)械密封壽命的外部因素

3.1 因泵軸軸向竄量增大導(dǎo)致機(jī)械密封效果不好

要讓機(jī)械密封起到密封作用需要其密封面具有一定的比壓，這就需要機(jī)械密封的彈簧通過(guò)壓縮給密封端面一個(gè)推力，旋轉(zhuǎn)起來(lái)使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個(gè)比壓，機(jī)械密封要求泵軸的軸向竄量一般不超過(guò)0.5mm。但在日常的使用過(guò)程中許多泵軸因設(shè)計(jì)不合理，從而使其竄量值過(guò)大，這樣對(duì)機(jī)械密封的使用來(lái)說(shuō)是非常不好的。

3.2 因軸向力未被平衡導(dǎo)致機(jī)械密封效果不好

泵在設(shè)計(jì)時(shí)必須將軸向力平衡掉。我們知道，機(jī)械密封在使用過(guò)程中是不建議承受軸向力的，如果由于泵的軸向力平衡機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試以及日常使用過(guò)程中導(dǎo)致軸向力未被平衡掉，將會(huì)對(duì)機(jī)械密封產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。因?yàn)闄C(jī)械密封在承受軸向力的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致密封壓蓋的溫度持續(xù)升高，從而使得介質(zhì)隨著溫度的升高而被熔化，導(dǎo)致泵在啟動(dòng)后不久就會(huì)失去密封效果，當(dāng)泵靜止時(shí)密封端面又會(huì)出現(xiàn)間斷噴漏等現(xiàn)象，影響泵的正常使用。

3.3 因機(jī)械密封沖洗管線配置問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)械密封效果不好

機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)可以起到潤(rùn)滑、冷卻、沖洗機(jī)械密封上各種雜物等作用，能夠有效的保護(hù)機(jī)械密封的密封面，可以說(shuō)對(duì)于機(jī)械密封系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是十分的重要。但有時(shí)廠家在設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)泵時(shí)，不是沒(méi)有合理的配置輔助沖洗系統(tǒng)就是雖然設(shè)計(jì)了輔助系統(tǒng)但由于設(shè)計(jì)的不規(guī)范、不合理導(dǎo)致達(dá)不到預(yù)期的密封效果。

3.4 因機(jī)械密封振動(dòng)偏大導(dǎo)致機(jī)械密封效果不好

影響機(jī)械密封振動(dòng)偏大的原因有許多，但并不是所有都是由機(jī)械密封本身所引起的，很多都是由于泵整體的振動(dòng)引起機(jī)械密封振動(dòng)過(guò)大，如泵轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡、平臺(tái)甲板的共振、軸承損壞或軸瓦磨損、泵與電機(jī)對(duì)中不好、泵內(nèi)流體的脈動(dòng)、泵體氣蝕等原因均可引起泵的振動(dòng)。

機(jī)械密封振動(dòng)偏大會(huì)對(duì)機(jī)械密封效果產(chǎn)生重要的影響，甚至最終會(huì)導(dǎo)致失去密封效果。

3.5 因泵汽蝕引起機(jī)械密封損壞導(dǎo)致機(jī)械密封效果不好

由于操控、設(shè)計(jì)不合理等原因?qū)е卤迷谶\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)局部會(huì)產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，汽蝕現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生氣泡對(duì)機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)吻合面以及外表面產(chǎn)生影響，久而久之使機(jī)械密封失效。

4 應(yīng)采取措施

4.1 消除泵軸竄量大

重視對(duì)軸向力平衡裝置的合理化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段就徹底消除軸向竄量，規(guī)避該問(wèn)題的發(fā)生。

4.2 消除軸向力偏大

重視對(duì)軸向力平衡機(jī)構(gòu)的合理化設(shè)計(jì)，使其不僅在原理上能夠平衡掉軸向力，并且做到在今后的制造、安裝、使用過(guò)程中同樣能夠較好的平衡掉軸向力。

4.3 添加機(jī)械密封沖洗管線

如果機(jī)械密封沒(méi)有沖洗管線或沖洗管線設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)增加機(jī)械密封沖洗管線或?qū)υ袡C(jī)械密封沖洗管線進(jìn)行重新設(shè)計(jì)調(diào)整。根據(jù)各類(lèi)泵的實(shí)際情況，合理地配置管路及相關(guān)附件，對(duì)提高機(jī)械密封的可靠性和壽命具有重要的意義。

4.4 消除泵振動(dòng)偏大

（1）在設(shè)計(jì)階段就需要充分考慮泵類(lèi)設(shè)備的振動(dòng)源，從而避免振動(dòng)源的產(chǎn)生。

（2）在泵類(lèi)設(shè)備制造過(guò)程中需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及操作程序去生產(chǎn)，從而避免振動(dòng)源的產(chǎn)生。

（3）在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泵、電機(jī)、底座、管路等進(jìn)行安裝時(shí)需要嚴(yán)格按照安裝手冊(cè)及相關(guān)要求進(jìn)行，從而避免振動(dòng)源的產(chǎn)生。

（4）泵類(lèi)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)日常使用時(shí)需要嚴(yán)格按照相關(guān)要求及手冊(cè)進(jìn)行，從而避免振動(dòng)源的產(chǎn)生。

（5）定期對(duì)泵類(lèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題并做好維修保養(yǎng)工作，從而避免振動(dòng)源的不斷擴(kuò)大。

4.5 消除泵進(jìn)口汽蝕

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泵類(lèi)設(shè)備的要求，提升泵的汽蝕性能水平。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置與泵汽蝕性能水平相匹配，否則試驗(yàn)裝置將無(wú)法為泵類(lèi)設(shè)備提供準(zhǔn)確信息。

（3）現(xiàn)場(chǎng)各方面需給泵消除汽蝕提供便利。

（4）定期對(duì)泵類(lèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，避免情況的進(jìn)一步惡化。

結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)生機(jī)械密封故障的原因很多，既有機(jī)械密封自身的因素，也有各種外部因素對(duì)其的影響。以往我們更多的是從機(jī)械密封自身入手，現(xiàn)在為了提高機(jī)械密封的使用壽命及密封效果我們還需要充分考慮影響機(jī)械密封的外部因素，將兩者結(jié)合在一起從而不斷提高機(jī)械密封的效果，使得生產(chǎn)效益最大化。

[1]顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2]白樺.流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī).中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2016.

[3]姬忠禮,鄧志安，趙會(huì)軍.泵與壓縮機(jī)(第二版).石油工業(yè)出版社,2015.