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浅谈常见泵用机械密封失效分析

2020-06-06

王华东
(大连博格曼有限公司)

  摘 要:分析泵用机械密封常见失效的原因,以及对应的解决措施,提高机械密封的运行周期,确保装置安全生产运行。
  关键词:泵;机械密封;失效
  机械密封原理:
  机械密封的主要结构是运用弹性元件实现对动、静环的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧,而达到密封的轴向端面密封装置,也称之为端面密封,通常简称:机封。
机封的基本结构包括:
  1.主要密封件:动环、静环;
  2.辅助密封件:密封圈、垫片;
  3.压紧件:弹簧、推环;
  4.传动件:传动座或扭矩环、锁紧螺钉。
  何为机械密封失效?
  “失效”一词是指产品不再设计意图去工作的情况,机械密封失效是发生在机械密封正常安全使用期之前,即在产品的质保期前发生,当泄露量超出某一确定值时,就可以认为该机械密封已失效。
  根据HG2099行业标准,规定泄露标准如下:
  轴径大于80mm时,泄露量不大于10ml/h
  轴径不大于80mm时,泄流量不大于8ml/h
  对于泵用机械密封失效分析,主要是根据现场的实际现象来反推可能导致的原因,找到失效的根本原因,予以解决。解决一个密封问题就像拼图游戏一样,但是首先必须把每一块都找到,才能把它们拼成完整的图案。
  机械密封达不到设计使用寿命-失效的普遍原因
  密封选型失误:现场实际工况与原始选项数据不符,导致机封不能满足现场工况,从而失效。
  解决措施:了解现场实际运行工况参数条件,如:泵进出口压力,密封腔压力,介质成分,运行温度,比重,是否含有颗粒等详细工况,重新选择适合的机封。
  2、机封与泵相关安装尺寸超差:安装机械密封的泵与机械密封配合部分的技术要求如下:
  2.1、轴弯曲度:最大不大于0.05毫米;
  2.2、轴振摆:动环密封圈处的轴套附近不大于0.06毫米;
  2.3、轴的轴向窜动量不允许超过±0.5毫米,如果带轴套,不允许轴套有松动;
  2.4、联轴器的找正误差:对于齿式联轴器不大于0.08~0.10毫米(P2008C),对于弹性联轴器不大于0.05~0.06毫米;(习惯做法端跳<0.05,径跳<0.10);
  2.5、压盖(静环座)与密封配合止口对轴中心线的同心度允差0.05毫米,与垫片接触的平面对中心线的垂直度值允差0.03~0.05毫米。
  以上相关尺寸如果达不到要求,需返厂检测后调整,严重者报废。
  3、现场操作失误:
  泵安装前,管路未整体吹扫,导致灌泵后密封腔内杂质堆积,设备运行后密封被损坏。
  未按操作说明执行,泵启动前未盘车、排气等。
  更换备件时止动垫片未锁紧、安装时定位不准、导致密封压缩量变化。
  辅助管路系统缺陷:辅助密封冲洗系统运行不正常,管路堵塞、仪表失效导致不能观察密封实际情况、封液选择不合理、系统压力不稳定,如PLAN53A冲洗方案,要求封液压力高于介质侧密封腔10%,如果封液压力不稳定,介质侧密封承压不稳定,密封失效。
  泵发生汽蚀,汽蚀现象时指泵在运转中,若其过流部分的局部区域(通常是叶轮叶片进口稍后的某处)因为某种原因,抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时,液体便在该处开始汽化,产生大量蒸汽,形成气泡,当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时,气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时,液体质点以很高的速度填充空穴,在此瞬间产生很强烈的水击作用,并以很高的冲击频率打击金属表面,对机封而言,汽蚀的伤害是巨大的。
  设备整体安装不牢,震动,机封安装过程对端面跳动和径向调整是有严格要求的,如果安装不牢,泵开车后产生震动,会导致密封这些跳动要求超差,严重的动静环直接碎裂失效。
  常见机封失效现象及原因分析
  1、密封面失效,密封泄露较大:
  1.1、泵轴窜动导致密封面打开,介质大量泄露
  1.2、动、静环裂开,可能原因:质量问题,对于质量较差的石墨环(动环)来讲,其内部气孔较多,这是因为在制造过程中,聚集在石墨内部的气体膨胀将碳微粒吹出的所致;传动问题,泵开车前未盘车,启动瞬间扭矩过大,传动座撞击动环,导致动环碎裂;机封干摩擦运行,导致动静环摩擦过热炸裂。
  而以下几种情况会导致密封干摩擦运行:未灌泵或者泵未灌满,造成密封面处无液体;泵运行前没有排气,造成密封腔面处无液体;双端面密封冲洗系统供液不足,造成密封面处缺少液体润滑。
  1.3、密封面磨损严重,甚至出现沟槽:安装过紧,压缩量太小,导致动静环磨损严重;密封面处进入杂质,加速密封磨损;密封面被腐蚀,介质中含有其他成分,导致动静环表面被腐蚀,伴随的现象还有动静环外表面会有一定程度的变色。
  2.辅助密封件失效,现象是密封泄露量少而稳定。
  2.1、动、静环橡胶圈被腐蚀,介质中含有其他腐蚀成分,例如氟橡胶在碱性较强的环境下会变硬甚至开裂,而乙烯、丙烯○型圈在石油润滑油中使用会胀大,臭氧对丁晴橡胶有侵蚀作用,所以丁晴橡胶制品不要装在电动机内,因此高温及化学腐蚀通常是造成橡胶制品硬化、裂纹的主要原因。
  2.2、安装时橡胶制件被割伤和表面有刻痕,也是密封失效常见的原因。而轴上的旧固定螺钉、键槽、花键轴,锋利的轴肩等迹象都会损伤橡胶制件。
  2.3、橡胶圈自然老化。
  3、压紧件失效
  3.1、弹簧失效,常见原因如下:腐蚀,材料选择错误,弹簧被腐蚀;安装过程压缩量控制不好,弹簧被压的过紧或过松,起不到补偿作用;弹簧断裂,安装时个别弹簧弯曲,运转过程扭矩作用下弹簧断裂;弹簧失效,直接导致密封面没有补偿或者偏心运行,使密封不能正常工作,通常维修时弹簧必须更换新的。
  3.2、传动座或扭矩环失效
  通常情况下传动座或扭矩环失效的原因是安装时紧固螺钉没有锁紧,导致传动座或扭矩环与轴有相对运动,从而引起动环及动环O型圈磨损失效。
  4、其他位置泄露,如轴套内侧泄露,是轴套与叶轮之间的密封垫片失效引起,只需更换此垫片即可,而无需更换密封。
  机械密封失效后的处理措施
  机械密封作为泵用零件,应用范围十分广泛,泄露时有发生,直接影响设备整体运行。当发现机封密封泄漏超过标准时应该第一时间停止设备,启动备用泵;并及时通知专业的生产厂家及时处理,避免事故扩大。
  机械密封是较为精密的产品,实际生产过程中,会有各种因导致机械密封的失效,以上仅仅提到一些常见失效分析。因此,及时并找到机封失效原因并不容易,提供详细而准确的参数,选用可靠的机封延长机械密封的使用寿命,保证密封系统的正确运行,提高机械密封的稳定性、可靠性,节约环保,增加经济效益。
  参考文献
  【1】机械密封实用技术顾永泉机械工业出版社2004/04
  【2】影响泵用机械密封外部条件的研究牟介刚润滑与密封2005/04
  【3】机械密封泄漏预测理论及其应用孙见君中国电力出版社2011/01

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