影响泵用机械密封运行可靠性因素分析

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　　摘要：机泵能否正常运转，很大程度上也取决于密封结构的可靠性。通过对泵用机械密封在实际应用中的运行可靠性进行分析，从泵用机械密封的内因和外部条件的角度提出了影响泵用机械密封运行可靠性的几种因素，并提出了相应的技术措施，对保障泵用机械密封可靠平稳运行有一定指导作用。
　　关键词：泵用机械；机械密封；运行可靠性
　　
　　1.引言
　　机械端面密封(Mechanical Face Seal)是一种轴向端面密封，简称机械密封。如今机械密封作为一种重要的轴封装置，在国内外各工业领域得到了广泛的应用，在其它行业也越来越多的以机械密封来代替其它型式的旋转轴封[1]。机械密封设计制造精密，安装精度高，对使用环境要求严格，使之成为泵部件中最容易失效的部件，泵用机械密封一旦损坏，会导致流体泄漏、泵损坏、设备停机和置换或维修成本，影响生产正常的进行，严重的还将出现重大安全事故。机械密封运行可靠性分析不仅能发现故障的模式和原因，而且对管理人员总结机械密封维护的经验，以改进技术管理，延长机械密封寿命，减少故障发生率，提高密封可靠性等均是有益的[2]，对保障泵用机械密封平稳运行具有重大意义。
　　2. 泵用机械密封运行可靠性因素分析
　　泵用机械密封的实际密封效果不仅与机械密封自身的性能有关，而且与其它零部件提供的条件以及密封辅助系统提供的条件有着重要的关系[3]。机械密封的辅助系统，泵的汽蚀，轴的窜量，装配精度，标准的严格执行，是泵用机械密封可靠运行的决定因素。下面将对影响泵用机械密封可靠运行的三种常见因素―辅助系统、泵的汽蚀和轴窜量进行具体分析并确定相应的技术措施。
　　2.1机械密封的辅助系统
　　机械密封的辅助装置是许多元件的统称，如冲洗管路、过滤器、节流孔板、流量显示仪表、换热元件等。泵用机械密封要保证可靠运行，除需密封结构、选材、加工制造和安装良好等条件之外，还需正确选用辅助装置才能充分发挥密封效用。辅助装置的作用如今已逐渐被人们所认识，特别在恶劣条件下工作的机械密封，采用不同的辅助装置，可明显地提高了机械密封的使用寿命。例如：冲洗就是延长机械密封寿命的最有效的措施之一。机械密封采用冲洗，可以控制密封腔内被密封液体的压力和温度，带走热量，防止液膜汽化，改善润滑条件，防止杂质集积和气囊形成。
　　密封辅助系统是通过加入一套辅助系统，在三个方面对密封工况进行控制和改善，分别是温度控制、流体替代、清除杂质，变苛刻工况为普通工况，延长密封件使用寿命，为机械密封可靠性提供保障。泵用机械通过采用辅助装置设施，可将某些苛刻的工作环境改变为密封能接受的，从而使机械密封的效果大大提高，使用范围更加宽广。
　　2.2泵的汽蚀
　　汽蚀是指泵内流体流动过程中，某一局部地区的压力等于或低于与该介质相对应的汽化压力时介质就在该处发生汽化。汽蚀是工程现场机械密封失效的最主要因素之一，汽蚀导致密封端面间液膜相态的瞬时改变，膜压系数剧烈变化，导致密封面开启，密封失效。而且，汽蚀对机械密封的破坏最大，往往导致动静环的断裂。防止汽蚀的破坏首先在工艺操作上要保证足够的汽蚀余量，防止介质超温。另外还需要设置合理的冲洗系统。
　　汽化发生后，就有大量的蒸汽及溶解在水中的气体逸出，形成沸腾和闪蒸发生相变。在相交发生的过程中，端面膜压和开启力都发生了显著的变化，进而就有可能破坏机械密封工作的平衡状态，这时就会出现干摩擦、温度急剧上升或端面严重开启泄漏等失效现象。机械密封在泵汽蚀状态下，因流体膜相变半径的改变使正常工况下的稳定运行变成不稳定。另外，机械密封在泵汽蚀的瞬间，发生相态的瞬时改变导致膜压系数发生骤变，密封面会开启造成密封失效。
　　机械密封汽蚀失效的原因是由于汽蚀发生后，密封腔压力急剧降低，导致端面液膜发生闪蒸相变，在瞬时端面开启力的作用下，动静环出现振动，端面出现开启，严重时静环被抽入腔内不能复位或动静环碰撞而失效。为防止机械密封抽空失效，应尽可能稳定密封腔压力，降低腔内介质温度。机械密封在结构上尽量减少端面开启力，限制静环位移量，动静环采用抗振耐磨材料，这些都是解决抽空失效的有效手段
　　2.3轴窜量的影响
　　机械密封的密封面要有一定的比压，这样才能起到密封作用，这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量，给密封端面一个推力，旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压，机械密封要求泵轴不能有太大的窜量，一般要保证在0.5mm以内。泵经过长时间运行后，平衡盘与平衡环摩擦磨损，间隙随着增大，机械密封轴向窜量不断增加。由于轴向力的作用，吸入侧的密封面的压紧力增加，密封面磨损加剧，直至密封面损坏，失去密封作用。吐出侧的机械密封，随着平衡盘的磨损，转子部件的轴向窜量大于密封要求的轴向窜量，密封面的压紧力减小，达不到密封要求，最终使泵两侧的机械密封全部失去密封作用。
　　多级泵所采用的水力平衡装置会形成轴的窜动，因此要保持机械密封良好的工作，可以采取如下措施：1、注意保持泵良好平稳的工作状态，避免压力和流量的突升突降。2、良好的平衡装置设计对泵用机械密封运行可靠性非常重要。大多的多级泵在一个流量范围内工作，选定一个典型的流量压力点进行平衡装置设计，平衡到一个合理的范围，是非常重要的。3、注意泵启动的突然性。如果泵能采用软启动，比如变频启动，多级电机启动，通过中间液力耦合器的启动能降低泵启动的突然性，降低轴窜的速度，对机械密封起到良好的保护作用。
　　3.结束语
　　本文对影响泵用机械密封可靠性的三种主要因素辅助系统、泵的汽蚀和轴窜量进行了分析，并根据各因素对泵用机械密封运行封可靠性的影响提出了相应的措施，对保障泵用机械密封可靠平稳运行有一定指导作用。除以上三种因素之外，工艺操作、材料和安装等因素也影响泵用机械密封的可靠平稳运行[4]。
　　在实际工作中，对泵用机械密封的运行状况正是从上述因素逐个分析，排查原因，进行整改，才使机械密封运行可靠性得到了很大的提升。所以，在设备上配置合理的辅助系统，工艺操作上防止汽蚀，现场维修装配上严格按规范保证装配精度，是提高泵用机械密封运行可靠性最关键的因素。
　　4．参考文献
　　[1]. 顾永泉. 机械密封实用技术[M].机械工业出版社,200l:6-148.
　　[2]. 于海明. 机械密封失效及改进措施[J].石油化工设备,2000(29):50-51.
　　[3]. 张波. 离心泵机械密封的安装技术[J].石油化工设备技术, 2003(24):59-61.
　　[4]. 单晓亮, 胡欲立. 机械密封温度问题研究方法综述[J]. 流体机械,2006,34(8):7-40.
　　

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