泵機械密封失效的原因分析及對策討論

　　在石油化工行業(yè)中，泵有著(zhù)很重要的作用，在使用的過(guò)程中會(huì )存在泄漏的情況，機械密封的密封效果較好是針對采取機械密碼泵出現的泄漏情況，分析其工作原理，討論形成泄漏的原因及相關(guān)對策。

　　在石油化工行業(yè)內，各類(lèi)泵有著(zhù)很重要的作用，其承擔著(zhù)流體介質(zhì)輸送的目的，保證了工業(yè)生產(chǎn)的連續、正常運轉。泵的失效、異常會(huì )造成流程中斷，對后續的生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生很?chē)乐氐挠绊�。根據相關(guān)統計，泵損壞、檢修以及軸封的失效約占了整體的一半，軸封的失效主要是因為機械密封的失效，為保證泵長(cháng)期有效的運行，就必須保證機械密封的長(cháng)期性和可靠性。

　　本文主要就相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)討論。

1、機械密封的原理分析

　　機械密封也稱(chēng)作軸封或端面密封，由一對或者以上各垂直于旋轉軸線(xiàn)的斷面的液體壓力與補償機構彈力共同作用來(lái)輔助密封，保持貼合且相對滑動(dòng)而形成的防止流體泄漏的裝置。機械密封的實(shí)質(zhì)就是將容易產(chǎn)生泄漏的軸向密封轉變?yōu)椴灰仔孤┑臄嗝婷芊�。它是由垂直于軸線(xiàn)的斷面，靜環(huán)和動(dòng)環(huán)兩個(gè)平滑端面，在彈性元件如彈簧等與密封介的作用下，會(huì )在旋轉斷面產(chǎn)生壓力使得兩個(gè)端面緊密貼合，在端面間形成一層穩定、極薄的流體膜，達到密封和潤滑的效果。

　　機械密封主要是由四個(gè)部分組成：

　　(1)密封斷面，也稱(chēng)為摩擦副，是由動(dòng)環(huán)和靜環(huán)組成。

　　(2)緩沖補償機構，其主要零件為彈性元件如彈簧等，作用是保證密封斷面的緊密配合。

　　(3)輔助密封圈，又分為動(dòng)環(huán)密封圈和靜環(huán)密封圈。

　　(4)傳動(dòng)機構，其作用是使動(dòng)環(huán)能隨軸旋轉。

　　機械密封的結構示意圖如下圖1：

　　機械密封的原理：軸通過(guò)傳動(dòng)座與推環(huán)帶動(dòng)動(dòng)環(huán)旋轉，靜環(huán)則保持不動(dòng)，在彈簧彈力與介質(zhì)壓力的共同作用下動(dòng)靜環(huán)之間的密封斷面緊密配合，從而形成密封包裝介質(zhì)不泄漏。彈簧的推動(dòng)可以對摩擦副的磨損形成一定的補償。動(dòng)環(huán)(〕型密封圈保證了動(dòng)環(huán)與軸之之間的泄漏是通i當靜習{))裂渡洼J匿萬(wàn)鑫至J。

2、機械密封中的泄漏點(diǎn)討論

　　機械密封雖然所占位置不大，但是較為容易出現故障，可能發(fā)生的泄漏點(diǎn)如圖1所示的A，B，C，D，E，F幾處。圖中A處密封墊是通過(guò)靜環(huán)與密封壓蓋之間形成的，為靜密封點(diǎn)，密封采用O型密封圈、聚四氟乙烯墊和鋁墊等。B處泄漏點(diǎn)為泵密封腔體和壓蓋之間，也為靜密封，密封圈多采用O型密封圈、聚四氟乙烯圈或鋁墊等C處機械密封中唯一的一個(gè)動(dòng)密封點(diǎn)，它是動(dòng)靜環(huán)端面密封面，該處的動(dòng)密封是通過(guò)旋轉環(huán)和靜止環(huán)端面相互貼合、滑動(dòng)形成，這也是機械密封中最主要的密封。為保證密封質(zhì)量就必須對密封端面的加工過(guò)程嚴格要求，由于密封端面需要形成必要的潤滑液膜，也要對端面上的單位面積壓力有所控制，過(guò)大的壓力會(huì )造成潤滑液膜的不穩定，從而使得端面的磨損加速;而過(guò)小的壓力則增加了泄漏量。

　　在進(jìn)行機械密封設計及安裝的過(guò)程中，需要充分考慮單位面積壓力值，選取最佳值，獲得合理的壓縮比來(lái)保證其密封性和長(cháng)期性。

　　D處的通道是由動(dòng)環(huán)與動(dòng)環(huán)座之間形成的，為靜密封點(diǎn)，其密封是通過(guò)制造時(shí)的配合與密封圈，此處的密封可通過(guò)將動(dòng)環(huán)設計為堆焊形式來(lái)形成無(wú)泄漏。

　　E處是動(dòng)環(huán)和軸或者軸套之間容易形成的密封泄漏點(diǎn)，這處的密封為靜密封點(diǎn)，密封常采用O型密封圈或者聚四氟乙烯圈。

　　F處為軸套與軸之間的泄漏點(diǎn)，也為靜密封點(diǎn)，密封多采用O型圈、石墨墊和鋁環(huán)等來(lái)實(shí)現。

3、機械密封失效原因及對策分析

　　機械密封失效的原因主要有彈性元件失效、動(dòng)靜環(huán)失效、密封圈失效和其他。

　　3.1、彈性元件失效

　　彈性元件的失效又分為斷裂和失彈。斷裂是因為泵長(cháng)期運轉不平穩，出現抽空和大幅振動(dòng)的情況較多，彈性元件在長(cháng)期交變載荷的作用下而產(chǎn)生疲勞，出現斷裂現象。成斷裂的其他原因有可能是焊接不牢固或者相關(guān)熱處理不合理造成的，對于此類(lèi)問(wèn)題多進(jìn)行彈性元件更換，查找泵抽空和震動(dòng)的原因進(jìn)行消除。失彈主要是因為高溫環(huán)境中形成，有部分因為元件間隙的結垢造成，可以通過(guò)封油沖洗以及軟化水方法來(lái)解決;另一種是彈性元件在高溫下因彈性元件材質(zhì)、焊接工藝及焊接后的熱處理等問(wèn)題而形成的失彈，解決此類(lèi)問(wèn)題可以通過(guò)彈性元件的材質(zhì)和波形設計改善來(lái)解決，如選用耐高溫、耐腐蝕的合金材料。從工藝上可以通過(guò)添加封油沖洗來(lái)降低溫度和防止結垢。

　　3.2、動(dòng)靜環(huán)失效

　　動(dòng)靜環(huán)失效的原因其一是在高溫介質(zhì)下，密封環(huán)的鑲嵌結垢形成松動(dòng)和脫落，這種失效通�？梢圆捎谜�體結構和堆焊硬質(zhì)合金來(lái)解決，如果因摩擦副配對而無(wú)法改變鑲嵌結構時(shí)，可以通過(guò)適當的過(guò)盈量、密封膠無(wú)機粘接或是改善環(huán)座材料，裝配前還需做好缺陷和松動(dòng)的檢查。其二，動(dòng)在泵過(guò)快預熱中產(chǎn)生應力裂紋，導致運轉中泄漏發(fā)生，在泵出現抽空和振動(dòng)等情況過(guò)多后，動(dòng)靜環(huán)的石墨環(huán)會(huì )出現脫離而造成破碎，形成軸封的失效。其三、泵的長(cháng)期運轉下彈性元件壓縮比過(guò)大以及端面間壓力過(guò)大造成摩擦副靜環(huán)出現嚴重磨損而導致失效。第二、三種情況一般通過(guò)更換摩擦副和調整壓縮量的方法來(lái)解決，對于容易抽空的泵增加防抽空型機械密封設計，保證泵的正常工作。其四，摩擦副端面失效是因為泵心軸彎曲造成的振動(dòng)過(guò)大，使得彈性元件補償無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)出現的泄漏，解決方法主要是校正泵軸的彎曲，消除原因。一般采用的方法是更換軸或校軸。

　　3.3、密封圈失效

　　密封圈失效的原因可能是老化和嵌入溝槽造成。密封圈的材質(zhì)如果與介質(zhì)不適當，就容易產(chǎn)生體積膨脹而出現過(guò)多的摩擦熱，加速材料老化，一般在中、高溫介質(zhì)中采用氟橡膠等耐熱材料可以得到有效解決。在密封圈遇冷時(shí)會(huì )出現暫時(shí)的硬化，這也會(huì )出現斷裂，這種硬化會(huì )在溫度恢復后恢復，對特殊環(huán)境使用就需要選擇耐寒材料。

　　另外由于密封圈屬于易損件，保存過(guò)程中應盡量避免陽(yáng)光直射和高溫，放置在防潮袋中，在陰涼處存放。對于靜密封使用的O型圈，對于一般材料在壓縮比超過(guò)40%后就會(huì )發(fā)生大的形變，而過(guò)小的壓縮比會(huì )影響到安裝尺寸，也會(huì )出現局部沒(méi)有壓縮量造成泄漏。在工程實(shí)際中一般控制在10一20;6。

　　另外，軸套和軸套嵌入溝槽如果加工過(guò)深也會(huì )造成壓縮量的不夠而形成泄漏。除此外還有可能因為裝配關(guān)系影響、動(dòng)平衡破壞以及泵中的其他部件損害(軸承損壞和葉輪松動(dòng)等)帶來(lái)的機械密封失效。這些都需要針對產(chǎn)生泄漏的原因進(jìn)行分析，找出元件因素進(jìn)行處理。

　　機械密封失效的原因是多樣的，不同的失效形式有不同的解決方式，在生產(chǎn)實(shí)際中，要做好寫(xiě)泄漏的觀(guān)察和分析工作，準確判斷失效部位，針對原因制定合理的解決方案，保證泵的長(cháng)期有效運行，實(shí)現經(jīng)濟效益最大化。