淺談常見泵用機械密封失效分析
2019-12-06王華東
（大連博格曼有限公司）
關鍵詞：泵；機械密封；失效
機械密封原理：
機械密封的主要結構是運用彈性元件實現對動、靜環的預緊和介質壓力與彈性元件壓力的壓緊，而達到密封的軸向端面密封裝置，也稱之為端面密封，通常簡稱：機封。
機封的基本結構包括：
1.主要密封件：動環、靜環；
2.輔助密封件：密封圈、墊片；
3.壓緊件：彈簧、推環；
4.傳動件：傳動座或扭矩環、鎖緊螺釘。
何為機械密封失效？
“失效”一詞是指產品不再設計意圖去工作的情況，機械密封失效是發生在機械密封正常安全使用期之前，即在產品的質保期前發生，當泄露量超出某一確定值時，就可以認為該機械密封已失效。
根據HG2099行業標準，規定泄露標準如下：
軸徑大于80mm時，泄露量不大于10ml/h
軸徑不大于80mm時，泄流量不大于8ml/h
對于泵用機械密封失效分析，主要是根據現場的實際現象來反推可能導致的原因，找到失效的根本原因，予以解決。解決一個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。
機械密封達不到設計使用壽命-失效的普遍原因
密封選型失誤：現場實際工況與原始選項數據不符，導致機封不能滿足現場工況，從而失效。
解決措施：了解現場實際運行工況參數條件，如：泵進出口壓力，密封腔壓力，介質成分，運行溫度，比重，是否含有顆粒等詳細工況，重新選擇適合的機封。
2、機封與泵相關安裝尺寸超差：安裝機械密封的泵與機械密封配合部分的技術要求如下：
2.1、軸彎曲度：Z大不大于0.05毫米；
2.2、軸振擺：動環密封圈處的軸套附近不大于0.06毫米；
2.3、軸的軸向竄動量不允許超過±0.5毫米，如果帶軸套，不允許軸套有松動；
2.4、聯軸器的找正誤差：對于齒式聯軸器不大于0.08～0.10毫米（P2008C），對于彈性聯軸器不大于0.05～0.06毫米；（習慣做法端跳<0.05，徑跳<0.10）；
2.5、壓蓋（靜環座）與密封配合止口對軸中心線的同心度允差0.05毫米，與墊片接觸的平面對中心線的垂直度值允差0.03～0.05毫米。
以上相關尺寸如果達不到要求，需返廠檢測后調整，嚴重者報廢。
3、現場操作失誤：
泵安裝前，管路未整體吹掃，導致灌泵后密封腔內雜質堆積，設備運行后密封被損壞。
未按操作說明執行，泵啟動前未盤車、排氣等。
更換備件時止動墊片未鎖緊、安裝時定位不準、導致密封壓縮量變化。
輔助管路系統缺陷：輔助密封沖洗系統運行不正常，管路堵塞、儀表失效導致不能觀察密封實際情況、封液選擇不合理、系統壓力不穩定，如PLAN53A沖洗方案，要求封液壓力高于介質側密封腔10%，如果封液壓力不穩定，介質側密封承壓不穩定，密封失效。
泵發生汽蝕，汽蝕現象時指泵在運轉中，若其過流部分的局部區域（通常是葉輪葉片進口稍后的某處）因為某種原因，抽送液體的壓力降低到當時溫度下的液體汽化壓力時，液體便在該處開始汽化，產生大量蒸汽，形成氣泡，當含有大量氣泡的液體向前經葉輪內的高壓區時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡凝結破裂的同時，液體質點以很高的速度填充空穴，在此瞬間產生很強烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，對機封而言，汽蝕的傷害是巨大的。
設備整體安裝不牢，震動，機封安裝過程對端面跳動和徑向調整是有嚴格要求的，如果安裝不牢，泵開車后產生震動，會導致密封這些跳動要求超差，嚴重的動靜環直接碎裂失效。
常見機封失效現象及原因分析
1、密封面失效，密封泄露較大：
1.1、泵軸竄動導致密封面打開，介質大量泄露
1.2、動、靜環裂開，可能原因：質量問題，對于質量較差的石墨環（動環）來講，其內部氣孔較多，這是因為在制造過程中，聚集在石墨內部的氣體膨脹將碳微粒吹出的所致；傳動問題，泵開車前未盤車，啟動瞬間扭矩過大，傳動座撞擊動環，導致動環碎裂；機封干摩擦運行，導致動靜環摩擦過熱炸裂。
而以下幾種情況會導致密封干摩擦運行：未灌泵或者泵未灌滿，造成密封面處無液體；泵運行前沒有排氣，造成密封腔面處無液體；雙端面密封沖洗系統供液不足，造成密封面處缺少液體潤滑。
1.3、密封面磨損嚴重，甚至出現溝槽：安裝過緊，壓縮量太小，導致動靜環磨損嚴重；密封面處進入雜質，加速密封磨損；密封面被腐蝕，介質中含有其他成分，導致動靜環表面被腐蝕，伴隨的現象還有動靜環外表面會有一定程度的變色。
2.輔助密封件失效，現象是密封泄露量少而穩定。
2.1、動、靜環橡膠圈被腐蝕，介質中含有其他腐蝕成分，例如氟橡膠在堿性較強的環境下會變硬甚至開裂，而乙烯、丙烯○型圈在石油潤滑油中使用會脹大，臭氧對丁晴橡膠有侵蝕作用，所以丁晴橡膠制品不要裝在電動機內，因此高溫及化學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，起不到補償作用；彈簧斷裂，安裝時個別彈簧彎曲，運轉過程扭矩作用下彈簧斷裂；彈簧失效，直接導致密封面沒有補償或者偏心運行，使密封不能正常工作，通常維修時彈簧必須更換新的。
3.2、傳動座或扭矩環失效
通常情況下傳動座或扭矩環失效的原因是安裝時緊固螺釘沒有鎖緊，導致傳動座或扭矩環與軸有相對運動，從而引起動環及動環O型圈磨損失效。
4、其他位置泄露，如軸套內側泄露，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。
機械密封失效后的處理措施
機械密封作為泵用零件，應用范圍十分廣泛，泄露時有發生，直接影響設備整體運行。當發現機封密封泄漏超過標準時應該時間停止設備，啟動備用泵；并及時通知專業的生產廠家及時處理，避免事故擴大。
機械密封是較為精密的產品，實際生產過程中，會有各種因導致機械密封的失效，以上僅僅提到一些常見失效分析。因此，及時并找到機封失效原因并不容易，提供詳細而準確的參數，選用可靠的機封延長機械密封的使用壽命，保證密封系統的正確運行，提高機械密封的穩定性、可靠性，節約環保，增加經濟效益。
參考文獻
【1】機械密封實用技術顧永泉機械工業出版社2004/04
【2】影響泵用機械密封外部條件的研究牟介剛潤滑與密封2005/04
【3】機械密封泄漏預測理論及其應用孫見君中國電力出版社2011/01
