淺談常見泵用機(jī)械密封失效分析
2019-12-06王華東
（大連博格曼有限公司）
關(guān)鍵詞：泵；機(jī)械密封；失效
機(jī)械密封原理：
機(jī)械密封的主要結(jié)構(gòu)是運(yùn)用彈性元件實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)、靜環(huán)的預(yù)緊和介質(zhì)壓力與彈性元件壓力的壓緊，而達(dá)到密封的軸向端面密封裝置，也稱之為端面密封，通常簡(jiǎn)稱：機(jī)封。
機(jī)封的基本結(jié)構(gòu)包括：
1.主要密封件：動(dòng)環(huán)、靜環(huán)；
2.輔助密封件：密封圈、墊片；
3.壓緊件：彈簧、推環(huán)；
4.傳動(dòng)件：傳動(dòng)座或扭矩環(huán)、鎖緊螺釘。
何為機(jī)械密封失效？
“失效”一詞是指產(chǎn)品不再設(shè)計(jì)意圖去工作的情況，機(jī)械密封失效是發(fā)生在機(jī)械密封正常安全使用期之前，即在產(chǎn)品的質(zhì)保期前發(fā)生，當(dāng)泄露量超出某一確定值時(shí)，就可以認(rèn)為該機(jī)械密封已失效。
根據(jù)HG2099行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定泄露標(biāo)準(zhǔn)如下：
軸徑大于80mm時(shí)，泄露量不大于10ml/h
軸徑不大于80mm時(shí)，泄流量不大于8ml/h
對(duì)于泵用機(jī)械密封失效分析，主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際現(xiàn)象來反推可能導(dǎo)致的原因，找到失效的根本原因，予以解決。解決一個(gè)密封問題就像拼圖游戲一樣，但是首先必須把每一塊都找到，才能把它們拼成完整的圖案。
機(jī)械密封達(dá)不到設(shè)計(jì)使用壽命-失效的普遍原因
密封選型失誤：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況與原始選項(xiàng)數(shù)據(jù)不符，導(dǎo)致機(jī)封不能滿足現(xiàn)場(chǎng)工況，從而失效。
解決措施：了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況參數(shù)條件，如：泵進(jìn)出口壓力，密封腔壓力，介質(zhì)成分，運(yùn)行溫度，比重，是否含有顆粒等詳細(xì)工況，重新選擇適合的機(jī)封。
2、機(jī)封與泵相關(guān)安裝尺寸超差：安裝機(jī)械密封的泵與機(jī)械密封配合部分的技術(shù)要求如下：
2.1、軸彎曲度：Z大不大于0.05毫米；
2.2、軸振擺：動(dòng)環(huán)密封圈處的軸套附近不大于0.06毫米；
2.3、軸的軸向竄動(dòng)量不允許超過±0.5毫米，如果帶軸套，不允許軸套有松動(dòng)；
2.4、聯(lián)軸器的找正誤差：對(duì)于齒式聯(lián)軸器不大于0.08～0.10毫米（P2008C），對(duì)于彈性聯(lián)軸器不大于0.05～0.06毫米；（習(xí)慣做法端跳<0.05，徑跳<0.10）；
2.5、壓蓋（靜環(huán)座）與密封配合止口對(duì)軸中心線的同心度允差0.05毫米，與墊片接觸的平面對(duì)中心線的垂直度值允差0.03～0.05毫米。
以上相關(guān)尺寸如果達(dá)不到要求，需返廠檢測(cè)后調(diào)整，嚴(yán)重者報(bào)廢。
3、現(xiàn)場(chǎng)操作失誤：
泵安裝前，管路未整體吹掃，導(dǎo)致灌泵后密封腔內(nèi)雜質(zhì)堆積，設(shè)備運(yùn)行后密封被損壞。
未按操作說明執(zhí)行，泵啟動(dòng)前未盤車、排氣等。
更換備件時(shí)止動(dòng)墊片未鎖緊、安裝時(shí)定位不準(zhǔn)、導(dǎo)致密封壓縮量變化。
輔助管路系統(tǒng)缺陷：輔助密封沖洗系統(tǒng)運(yùn)行不正常，管路堵塞、儀表失效導(dǎo)致不能觀察密封實(shí)際情況、封液選擇不合理、系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，如PLAN53A沖洗方案，要求封液壓力高于介質(zhì)側(cè)密封腔10%，如果封液壓力不穩(wěn)定，介質(zhì)側(cè)密封承壓不穩(wěn)定，密封失效。
泵發(fā)生汽蝕，汽蝕現(xiàn)象時(shí)指泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若其過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處）因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的壓力降低到當(dāng)時(shí)溫度下的液體汽化壓力時(shí)，液體便在該處開始汽化，產(chǎn)生大量蒸汽，形成氣泡，當(dāng)含有大量氣泡的液體向前經(jīng)葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時(shí)，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡凝結(jié)破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)以很高的速度填充空穴，在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，對(duì)機(jī)封而言，汽蝕的傷害是巨大的。
設(shè)備整體安裝不牢，震動(dòng)，機(jī)封安裝過程對(duì)端面跳動(dòng)和徑向調(diào)整是有嚴(yán)格要求的，如果安裝不牢，泵開車后產(chǎn)生震動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致密封這些跳動(dòng)要求超差，嚴(yán)重的動(dòng)靜環(huán)直接碎裂失效。
常見機(jī)封失效現(xiàn)象及原因分析
1、密封面失效，密封泄露較大：
1.1、泵軸竄動(dòng)導(dǎo)致密封面打開，介質(zhì)大量泄露
1.2、動(dòng)、靜環(huán)裂開，可能原因：質(zhì)量問題，對(duì)于質(zhì)量較差的石墨環(huán)（動(dòng)環(huán)）來講，其內(nèi)部氣孔較多，這是因?yàn)樵谥圃爝^程中，聚集在石墨內(nèi)部的氣體膨脹將碳微粒吹出的所致；傳動(dòng)問題，泵開車前未盤車，啟動(dòng)瞬間扭矩過大，傳動(dòng)座撞擊動(dòng)環(huán)，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)碎裂；機(jī)封干摩擦運(yùn)行，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)摩擦過熱炸裂。
而以下幾種情況會(huì)導(dǎo)致密封干摩擦運(yùn)行：未灌泵或者泵未灌滿，造成密封面處無液體；泵運(yùn)行前沒有排氣，造成密封腔面處無液體；雙端面密封沖洗系統(tǒng)供液不足，造成密封面處缺少液體潤(rùn)滑。
1.3、密封面磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)溝槽：安裝過緊，壓縮量太小，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)磨損嚴(yán)重；密封面處進(jìn)入雜質(zhì)，加速密封磨損；密封面被腐蝕，介質(zhì)中含有其他成分，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)表面被腐蝕，伴隨的現(xiàn)象還有動(dòng)靜環(huán)外表面會(huì)有一定程度的變色。
2.輔助密封件失效，現(xiàn)象是密封泄露量少而穩(wěn)定。
2.1、動(dòng)、靜環(huán)橡膠圈被腐蝕，介質(zhì)中含有其他腐蝕成分，例如氟橡膠在堿性較強(qiáng)的環(huán)境下會(huì)變硬甚至開裂，而乙烯、丙烯○型圈在石油潤(rùn)滑油中使用會(huì)脹大，臭氧對(duì)丁晴橡膠有侵蝕作用，所以丁晴橡膠制品不要裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，因此高溫及化學(xué)腐蝕通常是造成橡膠制品硬化、裂紋的主要原因。
2.2、安裝時(shí)橡膠制件被割傷和表面有刻痕，也是密封失效常見的原因。而軸上的舊固定螺釘、鍵槽、花鍵軸，鋒利的軸肩等跡象都會(huì)損傷橡膠制件。
2.3、橡膠圈自然老化。
3、壓緊件失效
3.1、彈簧失效，常見原因如下：腐蝕，材料選擇錯(cuò)誤，彈簧被腐蝕；安裝過程壓縮量控制不好，彈簧被壓的過緊或過松，起不到補(bǔ)償作用；彈簧斷裂，安裝時(shí)個(gè)別彈簧彎曲，運(yùn)轉(zhuǎn)過程扭矩作用下彈簧斷裂；彈簧失效，直接導(dǎo)致密封面沒有補(bǔ)償或者偏心運(yùn)行，使密封不能正常工作，通常維修時(shí)彈簧必須更換新的。
3.2、傳動(dòng)座或扭矩環(huán)失效
通常情況下傳動(dòng)座或扭矩環(huán)失效的原因是安裝時(shí)緊固螺釘沒有鎖緊，導(dǎo)致傳動(dòng)座或扭矩環(huán)與軸有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而引起動(dòng)環(huán)及動(dòng)環(huán)O型圈磨損失效。
4、其他位置泄露，如軸套內(nèi)側(cè)泄露，是軸套與葉輪之間的密封墊片失效引起，只需更換此墊片即可，而無需更換密封。
機(jī)械密封失效后的處理措施
機(jī)械密封作為泵用零件，應(yīng)用范圍十分廣泛，泄露時(shí)有發(fā)生，直接影響設(shè)備整體運(yùn)行。當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)封密封泄漏超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)該時(shí)間停止設(shè)備，啟動(dòng)備用泵；并及時(shí)通知專業(yè)的生產(chǎn)廠家及時(shí)處理，避免事故擴(kuò)大。
機(jī)械密封是較為精密的產(chǎn)品，實(shí)際生產(chǎn)過程中，會(huì)有各種因?qū)е聶C(jī)械密封的失效，以上僅僅提到一些常見失效分析。因此，及時(shí)并找到機(jī)封失效原因并不容易，提供詳細(xì)而準(zhǔn)確的參數(shù)，選用可靠的機(jī)封延長(zhǎng)機(jī)械密封的使用壽命，保證密封系統(tǒng)的正確運(yùn)行，提高機(jī)械密封的穩(wěn)定性、可靠性，節(jié)約環(huán)保，增加經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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