關(guān)于離心泵用機(jī)械密封常見故障分析及對(duì)策探討獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【關(guān)鍵詞】離心泵;機(jī)械密封;失效原因;應(yīng)對(duì)策略

1.前言

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步迅速，機(jī)械工業(yè)也取得了顯著的發(fā)展成就。離心泵作為現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中非常常見的設(shè)備，其技術(shù)水平也有了顯著的提高。同時(shí)，我們也要意識(shí)到，由于離心泵的特殊功能，在使用中對(duì)密封有嚴(yán)格的要求，但現(xiàn)有的機(jī)械密封方式不能完全消除泄漏等問題，嚴(yán)重時(shí)甚至可能因失效而發(fā)生密封失效，這對(duì)離心泵的正常運(yùn)行和功能。鑒于此，有必要深入分析離心泵機(jī)械密封的失效機(jī)理，采取有效措施解決密封失效問題，為保證離心泵良好的工作性能奠定良好的基礎(chǔ)。

2.機(jī)械密封概述

所謂機(jī)械密封也可稱端面密封，它主要安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，通過彈簧、密封圈、密封圈等密封件形成密封腔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)密封功能。當(dāng)需要密封的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，靜環(huán)處于靜止?fàn)顟B(tài)，動(dòng)環(huán)在中壓和彈簧力的聯(lián)合作用下運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)、靜環(huán)的密封面緊密相連。此時(shí)，在相互接觸的密封面之間形成一層液膜，從而達(dá)到密封和防止泄漏的目的。當(dāng)然，隨著使用時(shí)間的延長，接觸面會(huì)磨損，但在彈簧力作用下可以自動(dòng)補(bǔ)償，這也保證了機(jī)械密封具有較長的使用壽命。

3.故障失效原因分析

考慮到離心泵的工作環(huán)境和安裝工藝等因素的影響，其使用一段時(shí)候后就可能會(huì)發(fā)生密封故障，造成密封失效。故障失效的主要原因如下：

3.1泵排空或氣蝕

實(shí)際中，如果在灌漿前啟動(dòng)泵，空氣會(huì)進(jìn)入液體介質(zhì)，泵的出口壓力會(huì)降低，在干摩擦作用下容易導(dǎo)致機(jī)械密封失效。另外，機(jī)械密封一般都有使用壽命，長期使用會(huì)導(dǎo)致密封面硬化或老化，從而導(dǎo)致密封失效。最后，當(dāng)液體介質(zhì)流經(jīng)低壓區(qū)時(shí)，附近的液體會(huì)因氣泡破裂而高速溢流，從而導(dǎo)致局部壓力升高，最后出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)械密封失效。

3.2密封面磨損

通過介紹機(jī)械密封的工作原理可以看出，機(jī)械密封主要依靠動(dòng)、靜環(huán)的密封端面接觸來達(dá)到密封效果，但動(dòng)、靜環(huán)之間的接觸會(huì)產(chǎn)生摩擦。如果液體介質(zhì)中雜質(zhì)顆粒較多，摩擦力將進(jìn)一步增大。摩擦力的增大會(huì)導(dǎo)致密封面磨損，從而導(dǎo)致機(jī)械密封失效。雖然機(jī)械密封中的彈簧元件會(huì)推動(dòng)動(dòng)環(huán)沿軸向移動(dòng)以補(bǔ)償端面磨損，但隨著時(shí)間的延長，這些磨損痕跡會(huì)逐漸擴(kuò)大，最終可能出現(xiàn)大面積裂紋或裂紋，使密封完全失效。

3.3腐蝕

離心泵輸送的液體介質(zhì)具有不同程度的腐蝕性，機(jī)械密封與液體直接接觸，長時(shí)間接觸后可能因介質(zhì)腐蝕而失效。如密封面有麻點(diǎn)甚至穿透，泄漏嚴(yán)重;機(jī)械密封中的彈簧元件和輔助密封因介質(zhì)腐蝕而開裂等。

3.4泵送介質(zhì)物性改變

離心泵輸送的液體介質(zhì)在不同工況下的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致密封面或密封沖洗系統(tǒng)失效。例如，當(dāng)溫度變化較大時(shí)，一些液體介質(zhì)的粘度和密度會(huì)發(fā)生較大變化，高粘度、高密度的介質(zhì)會(huì)降低泵的輸送能力，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致密封沖洗系統(tǒng)損壞，從而影響機(jī)械密封的使用壽命減少或失敗。

3.5密封圈故障

目前機(jī)械密封中使用的密封圈主要是乙丙橡膠或橡膠。如果材料質(zhì)量不合格，會(huì)導(dǎo)致密封失效。例如，一些密封圈生產(chǎn)廠家為了獲得更大的效益，采用含有較多雜質(zhì)的橡膠來生產(chǎn)密封圈。這種密封圈在高粘度液體介質(zhì)中長時(shí)間浸泡會(huì)降低其彈性，導(dǎo)致過早老化或硬化，從而大大降低密封性能。這種影響還將進(jìn)一步受到介質(zhì)長時(shí)間沖洗造成的磨損和膨脹，最終導(dǎo)致機(jī)械密封的整體失效。

4.應(yīng)對(duì)策略探討

4.1避免泵抽空和汽蝕

為消除泵抽真空和汽蝕對(duì)機(jī)械密封的不利影響，可采取以下對(duì)策：一是嚴(yán)格控制液體介質(zhì)溫度，避免過熱。第二，檢查相鄰介質(zhì)罐液位，確保其在最低液位以上。第三，加強(qiáng)對(duì)離心泵操作人員的培訓(xùn)，確保其正常運(yùn)行，避免干摩擦;最后是上站之間的協(xié)調(diào)工作，做好下站及控制室的管道清掃工作，確保清管器到達(dá)站場前停泵，避免混氣造成泵抽真空和氣蝕現(xiàn)象。

4.2控制密封面磨損

為了控制磨損引起的密封失效，應(yīng)選用性能良好的摩擦副，并合理控制摩擦副的材料。合理選擇摩擦副材料可以有效地提高摩擦副的耐磨性，對(duì)防止密封失效有顯著作用。一般來說，材料的選擇可以遵循以下順序：碳化硅碳石墨、硬質(zhì)合金碳石墨、陶瓷碳石墨。此外，由高速鋼和碳化硅材料組成的摩擦副具有優(yōu)越的性能。使用這種材料可以有效地改善機(jī)械密封的性能，對(duì)防止密封失效有積極的作用。因此，在選擇這種材料時(shí)應(yīng)注意。

4.3降低腐蝕影響

液體介質(zhì)的腐蝕作用是引發(fā)機(jī)械密封失效的一個(gè)重要因素，需要引起足夠重視。一方面，應(yīng)派專員對(duì)離心泵及其機(jī)械密封進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，維持密封性能并延長其使用壽命;另一方面，可以定期用高純度、干凈的透平油對(duì)密封件進(jìn)行沖洗，這對(duì)提升機(jī)械密封的抗腐蝕性效果顯著。

4.4控制泵送介質(zhì)的物性變化

在工藝操作過程中，應(yīng)充分考慮泵送介質(zhì)的物性變化，并采取相應(yīng)措施控制其物性變化。例如北方冬季相對(duì)干燥，需要考慮泵運(yùn)行時(shí)由于溫度下降，介質(zhì)液體的粘度會(huì)上升，從而降低泵的輸送能力。此時(shí)，可降低密封沖洗系統(tǒng)的冷水消耗，使密封介質(zhì)環(huán)境與正常運(yùn)行相一致。

4.5及時(shí)更換密封圈

密封圈的失效將導(dǎo)致機(jī)械密封的整體失效。為了避免這一問題，在綜合考慮密封圈使用壽命的基礎(chǔ)上，必須更換接近失效狀態(tài)的密封圈。同時(shí)，在離心泵的日常維護(hù)中，應(yīng)加強(qiáng)密封圈的性能試驗(yàn)，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

5.總結(jié)

離心泵廣泛