论文部分内容阅读
摘 要：为了保证水泵安全有效的运转，机械密封是关键的一环，应分析使用机械密封的各种因素，使机械密封适用于各种泵的技术要求和使用介质要求。机械密封的寿命和可靠性不仅取决于水泵运行工况和工作环境，从某种意义上还取决于对故障的精确的判断和故障的排除。本文总结了机械密封比较常见的渗漏原因，并提出了解决问题的具体措施。
关键词：机械密封；水泵；故障分析
引言
机械密封在泵类产品中被广泛应用，而随着节约能源的要求和产品技术水平的提高，机械密封的应用将更加广泛。机械密封亦称端面密封，其至少有一对垂直于旋转轴线的端面，该端面在流体压力及补偿机械外弹力的作用下，依赖辅助密封的配合与另一端保持贴合，并相对滑动，并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。
一、机械密封泄漏分析
1.1机械密封的工作原理
水泵的机械密封是由2块垂直于泵轴的密封元件（静环和动环）组成，其表面光洁而平直，相互贴合。密封端面平面度≤0.0009mm，金属材料表面粗糙度Ra=0.02μm，非金属材料表面粗糙度Ra=0.04μm。动环和静环作相对转动，摩擦副材料为石墨、氧化铝陶瓷、碳化硅、氮化硅、碳化钨硬质合金等。工作时，靠弹簧和密封介质（工作溶液）的压力在旋转的动、静环的接触表面上产生适当的压紧力，使两端面紧密贴合，并在端面间产生一层极薄的液体膜而达到密封的目的，液体膜具有外层流体动压力与内层静压力（或称分子亲和力），起着润滑和平衡压力作用。
1.2机械密封泄漏原因分析
1.机械密封由材质原因造成的渗漏
水泵运行环境恶劣，机械密封无法满足工作溶液要求，在运行一段时间后，机械密封被工作溶液腐蚀而发生泄漏。
①密封件损坏引起渗漏。大多数潜污泵机械密封拆解后，动、静环的辅助密封件出现无弹性甚至已经腐烂，造成了机械密封的大量渗漏甚至有磨轴的现象。由于温度过高、工作溶液中的弱酸、弱碱对机械密封辅助密封件（橡胶）的腐蚀作用，就造成了机械渗漏过大。机械密封橡胶密封圈材料一般为丁腈-40，不耐高温和酸碱，在高温和酸性或碱性工作环境中，机械密封的辅助橡胶应选择性能耐高温、耐弱酸、弱碱的氟橡胶。
②细小颗粒杂质引起的机械密封渗漏。当细小颗粒杂质随着工作溶液进人密封端面，必然会划伤或加快磨损密封端面，破坏两端面紧密贴合而使机械密封出现渗漏。解决的最好方法是选用摩擦副材质硬度相对高些的碳化钨对碳化钨的机械密封。
解决方案：选取材质满足水质要求的机械密封。
2.安装静试时泄漏
离心水泵安装调试好后，一般要进行灌水静试，检查机械密封的泄漏量。当泄漏量出现较小时，一般是机械密封辅助密封圈有问题；泄漏量出现较大时，一般是机械密封的动、静环摩擦副间有问题。通过检查机械密封的泄漏量、泄漏位置后，再盘动离心泵检查机械密封，如果泄漏量无太大的变化，说明机械密封的辅助密封圈有问题；如盘动离心泵时泄漏量出现较大变化说明是机械密封的动、静环摩擦副有问题；如果工作溶液沿着轴向泄漏，多为动环密封圈有问题，工作溶液沿着径向泄漏，多为静环密封圈有问题。
解决方案：弹簧压缩量是有一定的规定的，过大或过小都会引起机械密封泄漏，一般偏差为±2mm，如果压缩量过大会引起摩擦副端面比压增高，增大摩擦热量，引起摩擦副端面热变形和磨损，如果压缩量过小会引起摩擦副端面比压降低，导至摩擦副端面不能密封。动环密封圈安装时轴（或轴套）端面及静环密封圈安装时密封压盖（或壳体）的端面应有安装倒角并无行刺，避免安装时划破动、静环密封圈。
3.运行時出现泄漏
①真空状态运行造成的机械密封泄漏。泵在起动、停机和进口管漏气，使得泵送的介质中含有气体，密封腔就可能出现负压，如果密封腔内是负压，那么就会造成密封端面干摩擦，破坏密封端面，引起机械密封泄漏。
解决方案：采用双端面机械密封，有助于改善润滑条件，提高密封性能。
②在介质为污泥的长时间运行中，由于密封圈的磨损，污泥进入弹簧里，堆积阻碍弹簧的伸缩补偿；颗粒状物质进入摩擦副，擦伤动、静环密封端面，造成机械密封泄漏。
解决方案：定期更换密封圈，清理弹簧中的污泥。更换机械密封，在污泥容易进人的位置选用摩擦副材质硬度相对高些的碳化钨对碳化钨的机械密封。
③因漏气、气蚀、憋压等异常现象，引起泵主轴轴向窜动量大，增大了辅助密封与轴过盈量，造成动、静环磨损后，动环不能灵活移动而得不到补偿位移。
解决方案：在安装机械密封时，控制轴的轴向窜动量应<0.1mm，在确保辅助密封与轴的径向密封时又能使动环在轴上自由移动（弹簧能自由地伸缩）。
④密封面润滑油量不足引起密封端面干摩擦或划伤，应使油室腔内润滑油面高于动、静环密封面。因为轴承座不同心（轴承磨损）和转子不平衡及汽蚀造成转子振动增大，会使机械密封渗漏产生和寿命缩短。这种问题可根据维修标准来纠正。
二、机械密封常见的几个误区
2.1弹簧压缩量越大密封效果越好
弹簧压缩量是有一定的规定的，如果压缩量过大会引起摩擦副端面比压增高，增大摩擦热量，引起摩擦副端面热变形和急剧磨损，如果压缩量过小会引起摩擦副端面比压降低，导至摩擦副端面不能密封。
2.2动环密封圈越紧密封效果越好
机械密封动环密封圈过盈量大。①使密封圈与轴（轴套）间的磨损加剧，出现泄漏；②造成动、静环磨损后，动环不能灵活移动而得不到补偿位移；③弹簧因过度疲劳而容易失效；④密封圈容易变形而失效。
2.3静环密封圈越紧越好
静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的：①引起静环密封因过度变形；②静环材质以石墨居多，一般较脆，过度受力极易引起碎裂；
三、结束语
平常的检修和保养时是更好的方法，例如：选用合理的机械密封来减少运转设备的振动，加强工艺管理以确保工艺指标的稳定，防止压力、温度等条件的变化过大从而提高机械密封可靠性，保证机械密封系统的正确应用，使机械密封长期有效的运转，提高机械密封稳定性、长期性，节约能耗，提高效益。
参考文献：
[1]朱维兵，张海洋，王和顺.核主泵用流体静压型机械密封流固热耦合变形分析[J].润滑与密封.2015（11）
[2]邵壮.密封油站在高温油泵群机械密封系统中的应用[J].石油化工设计.2015（04）
[3]楼建铭，孟祥铠，李纪云，彭旭东.波度端面机械密封温度场的有限元分析[J].流体机械.2015（09）
关键词：机械密封；水泵；故障分析
引言
机械密封在泵类产品中被广泛应用，而随着节约能源的要求和产品技术水平的提高，机械密封的应用将更加广泛。机械密封亦称端面密封，其至少有一对垂直于旋转轴线的端面，该端面在流体压力及补偿机械外弹力的作用下，依赖辅助密封的配合与另一端保持贴合，并相对滑动，并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。
一、机械密封泄漏分析
1.1机械密封的工作原理
水泵的机械密封是由2块垂直于泵轴的密封元件（静环和动环）组成，其表面光洁而平直，相互贴合。密封端面平面度≤0.0009mm，金属材料表面粗糙度Ra=0.02μm，非金属材料表面粗糙度Ra=0.04μm。动环和静环作相对转动，摩擦副材料为石墨、氧化铝陶瓷、碳化硅、氮化硅、碳化钨硬质合金等。工作时，靠弹簧和密封介质（工作溶液）的压力在旋转的动、静环的接触表面上产生适当的压紧力，使两端面紧密贴合，并在端面间产生一层极薄的液体膜而达到密封的目的，液体膜具有外层流体动压力与内层静压力（或称分子亲和力），起着润滑和平衡压力作用。
1.2机械密封泄漏原因分析
1.机械密封由材质原因造成的渗漏
水泵运行环境恶劣，机械密封无法满足工作溶液要求，在运行一段时间后，机械密封被工作溶液腐蚀而发生泄漏。
①密封件损坏引起渗漏。大多数潜污泵机械密封拆解后，动、静环的辅助密封件出现无弹性甚至已经腐烂，造成了机械密封的大量渗漏甚至有磨轴的现象。由于温度过高、工作溶液中的弱酸、弱碱对机械密封辅助密封件（橡胶）的腐蚀作用，就造成了机械渗漏过大。机械密封橡胶密封圈材料一般为丁腈-40，不耐高温和酸碱，在高温和酸性或碱性工作环境中，机械密封的辅助橡胶应选择性能耐高温、耐弱酸、弱碱的氟橡胶。
②细小颗粒杂质引起的机械密封渗漏。当细小颗粒杂质随着工作溶液进人密封端面，必然会划伤或加快磨损密封端面，破坏两端面紧密贴合而使机械密封出现渗漏。解决的最好方法是选用摩擦副材质硬度相对高些的碳化钨对碳化钨的机械密封。
解决方案：选取材质满足水质要求的机械密封。
2.安装静试时泄漏
离心水泵安装调试好后，一般要进行灌水静试，检查机械密封的泄漏量。当泄漏量出现较小时，一般是机械密封辅助密封圈有问题；泄漏量出现较大时，一般是机械密封的动、静环摩擦副间有问题。通过检查机械密封的泄漏量、泄漏位置后，再盘动离心泵检查机械密封，如果泄漏量无太大的变化，说明机械密封的辅助密封圈有问题；如盘动离心泵时泄漏量出现较大变化说明是机械密封的动、静环摩擦副有问题；如果工作溶液沿着轴向泄漏，多为动环密封圈有问题，工作溶液沿着径向泄漏，多为静环密封圈有问题。
解决方案：弹簧压缩量是有一定的规定的，过大或过小都会引起机械密封泄漏，一般偏差为±2mm，如果压缩量过大会引起摩擦副端面比压增高，增大摩擦热量，引起摩擦副端面热变形和磨损，如果压缩量过小会引起摩擦副端面比压降低，导至摩擦副端面不能密封。动环密封圈安装时轴（或轴套）端面及静环密封圈安装时密封压盖（或壳体）的端面应有安装倒角并无行刺，避免安装时划破动、静环密封圈。
3.运行時出现泄漏
①真空状态运行造成的机械密封泄漏。泵在起动、停机和进口管漏气，使得泵送的介质中含有气体，密封腔就可能出现负压，如果密封腔内是负压，那么就会造成密封端面干摩擦，破坏密封端面，引起机械密封泄漏。
解决方案：采用双端面机械密封，有助于改善润滑条件，提高密封性能。
②在介质为污泥的长时间运行中，由于密封圈的磨损，污泥进入弹簧里，堆积阻碍弹簧的伸缩补偿；颗粒状物质进入摩擦副，擦伤动、静环密封端面，造成机械密封泄漏。
解决方案：定期更换密封圈，清理弹簧中的污泥。更换机械密封，在污泥容易进人的位置选用摩擦副材质硬度相对高些的碳化钨对碳化钨的机械密封。
③因漏气、气蚀、憋压等异常现象，引起泵主轴轴向窜动量大，增大了辅助密封与轴过盈量，造成动、静环磨损后，动环不能灵活移动而得不到补偿位移。
解决方案：在安装机械密封时，控制轴的轴向窜动量应<0.1mm，在确保辅助密封与轴的径向密封时又能使动环在轴上自由移动（弹簧能自由地伸缩）。
④密封面润滑油量不足引起密封端面干摩擦或划伤，应使油室腔内润滑油面高于动、静环密封面。因为轴承座不同心（轴承磨损）和转子不平衡及汽蚀造成转子振动增大，会使机械密封渗漏产生和寿命缩短。这种问题可根据维修标准来纠正。
二、机械密封常见的几个误区
2.1弹簧压缩量越大密封效果越好
弹簧压缩量是有一定的规定的，如果压缩量过大会引起摩擦副端面比压增高，增大摩擦热量，引起摩擦副端面热变形和急剧磨损，如果压缩量过小会引起摩擦副端面比压降低，导至摩擦副端面不能密封。
2.2动环密封圈越紧密封效果越好
机械密封动环密封圈过盈量大。①使密封圈与轴（轴套）间的磨损加剧，出现泄漏；②造成动、静环磨损后，动环不能灵活移动而得不到补偿位移；③弹簧因过度疲劳而容易失效；④密封圈容易变形而失效。
2.3静环密封圈越紧越好
静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的：①引起静环密封因过度变形；②静环材质以石墨居多，一般较脆，过度受力极易引起碎裂；
三、结束语
平常的检修和保养时是更好的方法，例如：选用合理的机械密封来减少运转设备的振动，加强工艺管理以确保工艺指标的稳定，防止压力、温度等条件的变化过大从而提高机械密封可靠性，保证机械密封系统的正确应用，使机械密封长期有效的运转，提高机械密封稳定性、长期性，节约能耗，提高效益。
参考文献：
[1]朱维兵，张海洋，王和顺.核主泵用流体静压型机械密封流固热耦合变形分析[J].润滑与密封.2015（11）
[2]邵壮.密封油站在高温油泵群机械密封系统中的应用[J].石油化工设计.2015（04）
[3]楼建铭，孟祥铠，李纪云，彭旭东.波度端面机械密封温度场的有限元分析[J].流体机械.2015（09）