化工泵机械密封选用及失效分析

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　　摘  要：介绍了机械密封的原理、结构和组成;重点对化工泵的泄漏点进行详细分析，主要存在五处泄漏位置，关键是动密封点泄漏的处理。通过对机械密封的详细介绍，提出日常化工泵机械密封失效的形式和原因的分析，提出日常机械密封维护中相应改进和选用。
　　关键词：机械密封;泄漏;失效
　　中图分类号：TQ051 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）09-0061-02
　　Abstract： The principle， structure and composition of mechanical seal are introduced， and the leakage point of chemical pump is analyzed in detail. there are mainly five leakage positions， the key is the treatment of leakage of dynamic sealing point. Through the detailed introduction of the mechanical seal， this paper puts forward the analysis of the failure forms and causes of the mechanical seal of the daily chemical pump， and puts forward the corresponding improvement and selection in the daily mechanical seal maintenance.
　　Keywords： mechanical seal; leakage; failure
　　隨着社会的进步，环保要求越来越高，企业生产过程中更加注重对环保的保护工作。在化工企业中，接触的介质较多，尤其是腐蚀介质，要杜绝跑冒漏问题，因此在化工泵的选用过程中，要求在日常生产过程中做到无泄漏。因此目前多数化工泵的密封方式均采用机械式密封的方式。化工泵采用机械式密封结构相较于填料密封，其具有更好的密封性能，并且消耗的功率更低，在线使用时间更长，因为有缓冲弹簧所以缓冲性能更好，具有更加广泛的应用地方。其与填料密封相比结构更复杂，加工精度和安装要求更严格，另外对于安装人员的素质和技术水平要求更高。因此，找出机械密封泄露的真正原因加以解决，具有较实用的意义，可大大增强机封在线的使用寿命。
　　1 机械密封的简介
　　机械密封又称为端面密封，其是由一对或多对垂直于泵轴的动静环接触面，在泵内介质压力和补偿弹簧力的共同作用下，保持贴合并相对转动，防止液体从接触面泄露的密封装置。主要用于泵、压缩机、液压传动和其他类似设备的旋转轴的密封。它的主要功能是将易泄漏的轴向密封改变为较难泄漏的端面机械密封。工作过程中，在动静环之间形成一层极薄的液体膜，一方面实现密封介质的作用，另一方面起到润滑，减少摩擦副磨损的效果。
　　2 机械密封的结构和组成
　　机械式密封的制造型式种类较多，从结构上看也有很多区分的方法。通常是根据结构特点分类，主要分为以下几种：根据机封卸载端面的方式，分为平衡型和非平衡型机械密封;按照机封弹簧是否随轴一起转动，分为旋转式和静止式机封;按照机封密封腔体内摩擦副的数量，分为单端面和双端面机封;根据弹簧补偿结构的不同，分为单弹簧和多弹簧机械密封;根据机封补偿弹簧与介质是否直接接触，分为内装式和外装式机械密封。但从机械密封的组成上讲，它主要由4个基本单元组成：密封部分、缓冲补偿部分、传动部分和辅助密封部分。
　　（1）密封部分：由动环和静环组成的端面形成的密封，其是机械密封最主要的密封面。
　　（2）缓冲补偿部分：主要是以弹簧的弹力来缓冲动静环之间的压力波动，其是机封结构的重要组成部分。
　　（3）传动部分：主要是由动环的固定销和泵轴的轴套组成，可实现动环与泵轴一起旋转。
　　（4）辅助密封部分：主要是由密封圈组成，实现密封端面外的密封。
　　3 机械密封原理及泄漏点分析
　　机械密封的动环由O型圈、弹簧、传动座以及固定螺栓组成，将其固定在传动轴上，随其转动。静环主要由O型圈、防旋转固定螺栓组成，将其固定的机封压盖上，其与泵壳为一体，是静止的。机械密封安装完成后，主要靠泵内介质的压力和动环机构上弹簧的弹簧力共同作用下，将动环紧紧压在静环上。泵运转时，动静环之间由介质或冲洗液形成一层很薄的液体膜，实现机封无泄漏，这是机械密封的主密封。另外，机封静环与机封压盖、机封压盖与泵壳、轴套与泵轴、轴套与动环之间的密封主要靠O型圈来实现。
　　由上所述机械密封的主要泄漏点有五处：（1）轴套与轴之间的密封，属于静密封点;（2）动环与轴套间之间的密封，属于静密封点;（3）动环与静环的接触面上的密封，属于动密封点;（4）静环与机械密封压盖间之间的密封，属于静密封点;（5）机械密封压盖与泵体间之间的密封，属于静密封点。
　　4 机械密封的特点
　　（1）相对填料密封，机械密封的密封效果更好更可靠，在正常使用情况下，可以实现无泄漏或者很少泄漏量，正常情况下，其泄漏率为填料密封的1%。相对填料密封而言，其缺点是在突然失效的情况下，会造成大量的泄漏，导致生产中断。
　　（2）机械密封使用寿命相对较长，正常情况下，介质不含颗粒或含颗粒较低的情况下，可以连续运转1～2年或更长时间，在运行过程中只需注重冷却管的冲洗及一些简单维护即可，不需要进行维修。
　　（3）机械密封通过摩擦副密封，且摩擦副之间有液膜润滑，因此摩擦消耗的功率低，约为填料密封的10%～50%，且轴与轴套之间不受磨损。 　　（4）机械密封相较填料密封，制作精度要求较高。动静环端面要求较高的精度和粗糙度，相反对轴的精度和粗糙度要求较低。摩擦副和其他元件材料需根据介质来选配，难度较大，选配不合理，机械密封极易失效。
　　（5）机械密封的安装需要一定的安装技术，成本较高。
　　5 化工泵机械密封失效原因分析
　　（1）端面破损。机械密封密封端面的损坏形式多样，比如动环和静环因长时间运转，自然磨损;机械密封摩擦副材质选取不当，造成机械密封摩擦副磨損较快;机械密封端面在安装过程中划伤和磕碰造成损伤;动静环之间有异物;碳化硅、石墨等易碎材质的端面在运转过程中因表面有颗粒或设备振动大造成破损等。因此，在机械密封选型过程中，要根据介质的成分、温度、压力等综合考虑，选择最适合的机械密封。
　　（2）端面不平。机械密封有严格的设计要求，一般情况下，如果机械密封满足工况使用要求的情况下，运转设备长时间停用重新开启，机械密封端面粘结有杂质颗粒或结晶物质时，将会导致机械密封泄漏，这种情况只需清理掉杂物即可，不需更换机械密封。另外部分机械密封端面不平可根据磨损情况，进行研磨和抛光，也可继续在现场使用，达到降成本的目的。
　　（3）机械密封的弹簧补偿力太低。机械密封的弹簧不起作用也是造成机械密封泄露较为多见的原因。多簧式机械密封的部分弹簧失效造成受力不均;弹簧在高温环境中长时间运行，弹性降低;弹簧在焦油等粘性介质中造成黏连等均会造成弹簧的失效，从而造成设备的泄漏;密封圈长时间使用其耐磨性、抗腐蚀性、耐极冷即热性、抗老化性能变差，造成密封圈提前发生硬化、破裂、溶解、变形等情况，进而导致密封圈弹性降低或破损，引发介质的泄漏;另外固定动静环的防转销出现松动错位、在使用过程中断掉或者安装时位置偏差较大，造成机械密封动静环压紧力降低，低于介质所需的紧压力时，会造成机械密封泄漏。
　　（4）机械密封材质不符。机械密封常见的密封环主要有石墨、聚四氟乙烯、青铜、合金钢、碳化硅等，要根据介质选择符合现场要求材质的机械密封。如果现场介质腐蚀性较强，选择合金钢的密封环，机械密封在运转极短时间内，就可能失效，甚至造成损坏设备的现象。机械密封的密封环要求聚四氟乙烯，在安装过程中，安装的普通橡胶材质密封环，在运转中也将造成机械密封的泄漏。因此要根据介质选择适合的材质，一旦选择不好，将造成频繁的检修，增大劳动强度，也导致成本升高。
　　（5）安装质量缺陷。在机械式密封的使用和安装过程过程中，最重要的是注意安装过程中保护机械密封动静环的接触面。机械密封端面需要用棉纱擦拭干净，检查机械密封端面有无崩边、点坑、沟槽、划痕、裂纹、是否光洁明亮等缺陷。机械式密封动静环O型圈表面不得存在凹凸不平、汽泡、杂志等缺陷以及老化迹象。机械密封的端面和O型圈的加工粗糙度和行位公差是否满足设计规定。在泵轴、机封配套的轴套上、安装机械密封的表面、密封端盖内表面需要提前涂上一层润滑油，便于安装，用手压迫动环或静环组件，组件的浮动应无卡涩感。保证动环和轴垂直偏差尺寸等，安装过程中，要严格按照安装规范进行，一旦检查不到位，机械密封质量不达标或安装不合适，均会造成介质泄漏，需重新拆检费时费力。另外在机械密封出现间歇性泄漏情况时，要细致分析原因，是由于机械密封失效、操作不稳定、轴向窜动量较大等什么原因造成的，要根据实际情况去解决，才能从根源上解决介质泄漏的问题。
　　（6）设备空运转。设备最忌讳空运转，在操作过程中，要确保先开打入口截门，防止离心泵将泵腔内介质抽空，导致泵腔内出现负压的情况。如果这是机械密封的弹簧力偏弱，会造成静环脱离机械密封端盖，且会在轴上旋转某一角度，造成机械密封失效，引起介质泄漏。一旦长时间空运转，机械密封的辅助冲洗系统中没有介质，该项设计起不到润滑、冷却、冲走端面杂物的作用，在密封端面形成不了液膜，造成摩擦副直接接触摩擦，局部过热，会导致机械密封端面损坏，将会加剧介质泄漏。另外辅助系统内冲洗液压力不足、压力不够、冲洗位置设计不合适、冲洗液含颗粒杂质等均会影响机械密封的密封效果。
　　6 结束语
　　综上所述，从机械密封的结构、泄漏点分析到机械密封的失效形式，根据现场的使用做了适当的分析，从而提高对机械密封的认识和后续的应用。机械密封仍是一种较高的密封原件，选用得当，就能保证设备高效、安全的运行，从而为企业带来更多的效益。
　　参考文献：
　　[1]关醒凡.现代泵设计手册[K].北京：宇航出版社，2011.
　　[2]刘斌.泵用机械密封故障分析及对策[J].机电信息，2011（19）：97-98.
　　[3]沈阳水泵研究所.叶片泵设计手册[M].北京：机械工业出版社，1973.
　　[4]胡国桢.化工密封技术[M].北京：化学工业出版社，1990.
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