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機械密封在工業泵中的使用及檢修

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摘要:機械密封是冶金、石油、化工企業工業泵中常采用的密封結構,筆者總結了長期現場工作經驗,分析了機械密封泄漏的主要原因及維護檢修措施。
       隨著工業企業流程化、自動化水平的不斷提高,設備穩定性、可靠性顯得尤為重要。據統計60%機械設備非計劃停車事故與密封故障造成泄漏有直接聯系,密封性能已成為評定機械產品質量的一個重要指標。隨著密封技術水平的不斷提高,工業泵用密封正由傳統的填料密封向機械密封發展。機械密封技術以其性能可靠、泄漏量少、使用壽命長、功耗低、無需經常檢修,應用于冶金、石油、化工企業工業泵中。筆者通過近幾年的使用經驗,總結出機械密封在工業泵上檢修、維護的一些經驗,取得了治理泄漏的一些效果。
一、泵用機械密封結構      
機械密封是靠一對或幾對垂直軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力(或磁力)作用下,保持接合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。工業泵常用的機械密封結構如圖1所示。防轉銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環轉動。旋轉環和靜止環還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環或非補償環。
    機械密封中流體可能泄漏的途徑有4種,如圖1中  A、B、C、D 4個通道。其中C、D泄漏通道分別是靜止環與壓蓋、壓蓋于殼體之間的密封,二者均屬靜密封。B通道是旋轉環與軸之間的密封。但端面磨損時,它僅能隨補償環沿軸向作微量的移動,實際上仍然是一個相對靜密封。因此,這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。靜密封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈,而作為補償環的旋轉環或靜止環輔助密封,有時采用兼備彈性元件功能的橡膠、聚四氟乙烯材料及金屬波紋管的結構。A通道則是旋轉環與靜止環的斷面彼此結合作相對滑動的動密封。因此,對密封端面的加工要求很高(平面度為0.0009mm,表面粗糙度:硬環Ra≤0.1μm,軟環Ra≤0.2μm)。為了使密封端面間保持必要的潤滑油膜,必須嚴格控制端面上的單位面積壓緊力。端面上單位壓力過大,不易形成穩定的潤滑液膜,會加速斷面的磨損。斷面上單位壓力過小,泄漏量增加。所以,要獲得良好的密封性能有較長的壽命,在安裝機械密封時,一定要保持端面單位壓力值在最適當的范圍內。
二、泄漏原因分析及檢修      
1、安裝靜試時泄漏。機械密封安裝調試好后,一般要進行靜試,觀察泄漏量。如泄漏量較大時,則表明動、靜環密封圈存在問題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎上,再手動盤車觀察,若泄漏量無明顯變化則可判定式動、靜環摩擦副存在問題;如泄漏介質沿軸向噴射,則動環密封存在問題居多,泄漏介質向四周噴射或從水冷卻孔中漏出,但一般有主次區別,只要觀察細致,熟悉結構,一定能正確判斷。
       2、試運轉時出現的泄漏。泵用機械密封經過靜試后,運轉時高速旋轉產生的離心力,會抑制介質泄漏。因此,試運轉時機械密封泄漏在排除軸間極端蓋密封失效后,基本上都是由于動、靜環摩擦副受破壞所致。引起摩擦副密封失效的原因主要有:
     (1)操作中,因抽空、氣濁、憋壓等異常現象,引起較大的軸向力,使動、靜環接觸面分離;
     (2)安裝機械密封時壓縮量過大,導致摩擦副斷面嚴重磨損、擦傷;
     (3)動環密封圈過緊,彈簧無法調整動環的軸向浮動量;
     (4)靜環密封圈過松,當動環軸向浮動時,靜環脫離靜環座;
     (5)工作介質中有顆粒狀物質,運轉中進入摩擦副,擦傷動、靜環密封端面;
     (6)設計選型有誤,密封端面比壓偏低或密封材質冷縮性較大等。上述現象在試運轉中經常出現,有時可以通過適當調整靜環座等予以消除,但多數需要重新拆裝,更換密封。
       3、正常運轉中突然泄漏。離心泵在運轉中突然泄漏少數是因正常磨損或已達到使用壽命,而大多數是由于工況變化較大或操作、維護不當引起的。
     (1)抽空、氣濁或較長時間憋壓,導致密封破壞;
     (2)泵實際輸出量偏小,大量介質泵內循環,熱量積聚,引起介質氣化,導致密封失效;
     (3)回流量偏大,導致吸入管側容器(罐、池)底部沉渣泛起,損壞密封;
     (4)較長時間停運,重新啟動時沒有手動盤車,摩薩副因粘連而扯壞密封面;
     (5)介質中腐蝕性、聚合性、結膠性物質增多;
     (6)環境溫度急劇變化;
     (7)工況頻繁變化或調整;
     (8)突然停電或故障停機等。離心泵在正常運轉中突然泄漏,如不能及時發現,往往會釀成較大事故或損失,須予以重視并采取優先措施。
       三、 泵用機械密封維護、檢修中應注意的幾項問題
       1、潤滑
       對機械密封端面應進行適當潤滑,這樣可減少磨損和延長壽命,部分摩擦熱也可由潤滑劑帶走。一般潤滑劑可由介質本身承擔,因此密封端面(動環、靜環)見彈簧壓力不應過大。
       2、沖洗冷卻       泵用機械密封工作使端面上產生的熱量應及時傳遞出去,否則端面間的液膜就會汽化而形成干摩擦,必須考慮沖洗冷卻措施。一般沖洗冷卻液采用內部密封介質,也可采用外部供水冷卻沖洗。在機械密封使用中應絕對保證沖洗冷卻液的供應及沖洗冷卻液的暢通,必要時應定期清理。
       3、新舊密封更新
       相對而言使用新機械密封的效果好于舊的,但新機械密封的質量或材質選擇不當時,配合尺寸誤差較大會影響密封效果;在聚合性滲透性介質中,靜環如無過度磨損,還是不更換為好。因為靜環在靜環座中長時間處于靜止狀態,使聚合物和雜質沉積為一體,起到了較好的密封作用。
       4、 密封拆修
     一旦出現機械密封泄漏便急于拆修,其實,有時密封并沒有損壞,只需調整工況或適當調整密封就可消除泄漏。這樣既避免浪費又可以驗證自己的故障判斷能力,積累維修經驗提高檢修質量。

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