1 概述
泵是化工企业的主要流体输送设备, 在对转动设备的维修中, 几乎有一半以上工作量是对泵的维修, 其中90%是离心泵, 而离心泵的故障中, 又以机械密封的故障为最多。根据相关数据统计, 离心泵故障42%是机械密封泄漏, 31%是轴承损坏, 28%是其他原因。
1.1 泵用机械密封种类繁多, 型号各异, 但泄漏点主要有以下五处
(1) 轴套与轴间的密封。 (2) 动环与轴套间的密封。 (3) 动、静环间密封。 (4) 对静环与静环座间的密封。 (5) 密封端盖与泵体间的密封。
1.2 机械密封泄漏的原因大概有四种[1]
(1) 机械密封本身质量有缺陷。 (2) 泵本体有缺陷。 (3) 机械密封选用不当。 (4) 操作、使用、维护不当。
2 故障原因分析及对策
下面分别从机械密封的机械损坏、热应力损坏、腐蚀、密封面等方面简要分析判断泄漏的原因及应对措施。
2.1 从机械损坏判断密封泄漏原因[2]
2.1.1 动环断裂或开裂
若断裂表面变色不均匀, 或者存在磨屑, 表明动环断裂是在开车前或运行中发生的。若没有磨屑、变色, 断裂可能是在拆卸时造成的。如若是密封扭矩过大造成的损坏一般伴有所配合的传动装置磨损或损坏。
原因及防范措施如下: (1) 密封装配不当;措施:仔细装配, 避免密封咬死、卡住。 (2) 安装或拆卸操作失误;措施:安装时认真、小心操作。 (3) 密封面扭矩过大 (压缩量过大, 泵压力超高, 润滑性差, 密封面干摩擦) ;措施:调整压缩量、改进环境, 防止摩擦副润滑不良造成扭矩过大。 (4) 泵压力超高。措施:降低泵送液体压力。 (5) 温度变化大。措施:加大封油量, 降低密封温度。
2.1.2 密封面磨损
原因及防范措施如下: (1) 压盖螺栓上的松紧不均或过紧, 夹持应力过大;措施:调整压盖螺栓扭矩至均匀、合适力度。 (2) 冷却不好, 有不均匀热应力调整冷却或冲洗液流量不足;措施:保证密封面有足够的冷却和润滑, 并除去流体中杂质。 (3) 泵操作压力过高, 超出设计;措施:降低泵的操作压力。 (4) 密封面间有杂物;措施:可机械或人工研磨消除刻痕或擦痕、改善密封环境, 消除流体中的颗粒物。 (5) 密封面硬度不合适;措施:提高密封面硬度。
2.1.3 密封环切边
原因及防范措施如下: (1) 轴振动大或泵压力太高;措施:降低轴振动值、降低泵操作压力。 (2) 轴弯曲;措施:校正轴, 消除弯曲。 (3) 密封面与轴线不垂直;措施:调整密封面安装, 使其与轴线保持垂直。
2.1.4 密封面严重磨损、开裂、变色和过热
原因是密封面间无液体或液体不足, 密封干运转。应在启动前灌泵时排干净气体;排除影响泵吸入流量和压头的故障, 如过滤器堵塞、入口阀开度不够、入口液体温度高、压头低等。
2.1.5 碳石墨环冲蚀
由于润滑冲洗液入口流速过高、液体中有颗粒物, 碳石墨环表面被冲蚀。
预防纠正措施有:润滑冲洗液管线加限流孔板;使用洁净的封油;通过过滤设施, 滤去自身封油中的颗粒物后, 再引入密封箱;遮蔽密封环。
2.1.6 辅助密封件物理损坏
○型环、V型环或J型环、波纹管等辅助密封件的切口、擦痕、刻痕、撕裂、挤出等损坏, 都能导致密封泄漏。
原因可能有:安装经验不足;使用不当;飞边、台阶棱、键槽等将密封件划伤;制造有缺陷。宜针对原因处理。
2.1.7 弹簧变形、断裂
弹簧旋向和泵的转向不正确, 弹簧就会松开、打滑、变形、开裂、断裂。必须保证单向弹簧总是夹紧轴套或动环且配置合适。
2.2 从热损坏判断机封故障原因[3]
2.2.1 密封环热裂
密封面受高磨擦、高热, 产生热应力过大, 金属或陶瓷密封面出现径向裂纹, 呈由中心向外发射状。
原因及防范措施如下: (1) 缺乏合适的润滑、冷却;措施:保证密封面处有足够流量的润滑冷却液带走密封产生的摩擦热和泵送热流体传导的热量, 一般润滑冷却液流过轴封箱的温升应小于22℃。 (2) 密封面间液膜汽化;措施:轴封箱压力应高于流体在该温度下的饱和蒸汽压约1.7kg/cm2。 (3) p V值过大。措施:采用抗热、耐振能力好, 具有高p V值的碳化钨、碳化硅作密封面材料。
2.2.2 机封汽化泄漏
原因是:操作压力超高;密封冷却润滑不足;密封面变形。
预防纠正措施有:改善密封面冷却润滑状况;尽量采用窄密封面的密封环, 以减少摩擦热;检查封油 (冷却液) 线是否堵赛;机封压缩量在设计范围, 即保证在合理的p V值下工作。
2.2.3 密封环表面剥落、疱疤
原因及防范措施如下: (1) 密封面干磨;局部突然过热膨胀。措施:防止干运转。 (2) 碳石墨环热应力过大、粘性液体摩擦产生高热。措施:选用双断面密封, 采用热虹吸或强制循环冷却润滑系统、保持产品低粘度。 (3) 碳石墨环内浸渍剂汽化膨胀造成隆起疱疤。措施:采用无孔隙和浸渍剂的碳化钨和碳化硅密封材料代替碳石墨。 (4) 频繁开停车造成局部过热, 形成高应力, 材料破坏预防纠正措施有:避免频繁开停车。
2.3 从化学腐蚀判断故障原因
2.3.1 密封环整体腐蚀
碳石墨环与产品接触区受腐蚀作用侵蚀, 整体呈现腐蚀、咬蚀、剥落、蜂窝状或掉皮, 碳石墨环硬度下降。原因是碳石墨环与泵送液体性质不相容, 应该重新选择密封环材料;或采用双端面密封, 用冲洗液隔离腐蚀环境;或采用单端面密封加衬套、冲洗液。
2.3.2 密封环浸析腐蚀和结晶
浸析或结晶物聚集在密封面边缘, 有时嵌在软环内, 密封面磨损很快。原因可能是浸析使密封环受化学侵蚀或泵送液体因受热结晶。可改用抗浸蚀材料;用蒸汽、热水、封油、溶剂作机封背冷以溶解或冲走结晶物。
2.3.3 金属表面腐蚀
由于整体腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等各种腐蚀作用, 密封环、弹簧、轴套、组装套等元件泄漏, 应选用耐蚀性好的不锈钢材料。
2.3.4 辅助密封圈 (一般是○型、V型或J型)
受泵送液体化学浸蚀, 体积膨胀或收缩, 密封圈功能丧失造成泄漏。应检查密封圈材料选用和尺寸是否正确。
2.4 从密封面判断故障原因
(1) 如果硬环密封面外径处接触磨损较重, 软环的外缘可能有切边。在运行压力低时稳定少量泄漏, 在较高压力下不漏或漏量很少。可能的原因是:密封面研磨不平;由机械效应造成密封环变形;密封面间侵入外来杂质等。
(2) 硬环密封面内径处接触磨损较重, 软环的内缘可能有切边, 密封面形成锥角。可能是密封环热变形, 应改善密封的冷却或更换密封材料。
(3) 硬环密封面上接触磨损的宽度远大于软环宽度, 泵静止时密封不漏, 运转时连续滴漏。可能的原因是:泵对中不好;轴弯曲;轴承间隙大或损坏;泵振动或汽蚀;泵憋压;静环偏心或未对中。
(4) 静环上有一处或几处高点接触, 动静密封面互相不平行。可能的原因是:泵轴对中不好;机封压盖和静环接触处有毛刺或沟槽;机封压盖变形 (可能螺栓扭矩过大) , 动、静环密封面平直度不够;防转销位置不正确或静环槽过浅等。
(5) 密封面偏心接触, 静环上有偏心接触图像, 如果静环无破损, 动环上无异常磨损。一般是动环未对中, 可能的原因是:动环结构设计和间隙不正确;轴套外径和轴封箱内径不同心。
3 结语
机封本身原因造成机泵泄漏的情况并不尽于此, 处理机泵泄漏问题时, 要在使用过程中要充分考虑到泵其它零部件以及现场其它设备对机械密封的使用效果的影响, 为机械密封创造一个良好的外部条件。增加对机械密封辅助系统的重要作用的认识, 尽可能配备完善的机械密封辅助系统, 以提高密封效果。对重要泵产品的机械密封, 要增加保护措施, 提高密封质量, 减少密封质量事故。分析机械密封的质量事故的原因时, 要充分考虑到泵的其它零部件对机械密封运行的影响, 采取措施不断提高机械密封的效果。
摘要：从机械密封的本体缺陷、热影响、介质及机械本体腐蚀、密封面等四个方面分析列举了泵机械密封泄漏的原因及应对措施。
关键词：机械密封,泄漏原因,对策
参考文献
[1] (德) 海英茨.K.米勒, (英) 伯纳德.S.纳乌.流体密封技术——原理与应用[M].北京:机械工业出版社, 2002, 7:173～174.
[2] 沈红.密封使用与维修问答[M].北京:机械工业出版社, 2005, 7:160～162.
[3] 顾永泉.机械密封实用技术[M].北京:机械工业出版社, 2001, 8:401～438.
[4] 牟介刚, 张胜昌, 等.影响泵用机械密封外部条件的研究[J].广州:润滑与密封, 2005 (4) .
[5] 张智登.泵用机械密封泄漏原因分析及主要预防措施[J].广州化工, 2006 (3) .