李小利 王嘯宇 楊佩 陳其寶 崔楊

摘 要：介紹了高粘物料介質(zhì)齒輪泵發(fā)生故障的基本特征，通過對泵進行解體，觀察、分析發(fā)生機械密封泄漏及跳閘的主要原因。提出通過更換機封材料、改造機械密封密封沖洗系統(tǒng)等具體措施從根本上消除設備故障，提高設備運行時間。

關(guān)鍵詞：高粘物料介質(zhì);齒輪泵;機械密封;泄露;應對措施

某公司試驗裝置需配置齒輪泵，用來輸送高粘物料介質(zhì)及為系統(tǒng)提供高壓動力。其能否正常運轉(zhuǎn)，對穩(wěn)定裝置工藝參數(shù)及對試驗裝置的進展起著舉足輕重的作用。該泵選用天津泵業(yè)集團公司生產(chǎn)的雙齒輪泵系列化工流程泵，軸封采用雙端面背對背內(nèi)置式機械密封結(jié)構(gòu)形式，密封采用API 682 Plan 53A沖洗方案。在生產(chǎn)試驗過程中，要求齒輪泵能夠連續(xù)、高效、穩(wěn)定地運行。試驗裝置自開車運行以來，該泵長期存在密封泄漏問題，且在運行過程中頻繁發(fā)生跳閘現(xiàn)象。拆解泵體時發(fā)現(xiàn)機封及密封液沖洗腔內(nèi)大量高粘物料介質(zhì)凝固成塊，維修耗費大量人力、物力，增加了檢修勞動強度，嚴重影響了試驗裝置正常開展。

1 故障分析

在檢修過程中，拆解泵體進行檢查，發(fā)現(xiàn)機封處及密封液沖洗腔內(nèi)凝固大量塊狀高粘物料介質(zhì)，高粘物料介質(zhì)析出結(jié)晶包裹在整個傳動座表面。

通過多次觀察，對發(fā)生故障雙齒輪泵機械密封解剖進行分析，在泵運行時觀察泵轉(zhuǎn)動狀況，根據(jù)所發(fā)生現(xiàn)象，總結(jié)引起機械密封失效泄漏及跳閘停機的原因主要有以下幾個方面：

（1）機械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.5 mm以內(nèi)。但實際上，由于設計及安裝的原因，泵軸往往產(chǎn)生很大的竄量，使得密封面的壓緊力減小，直至密封面損壞，進而使機械密封失效，致使高粘物料介質(zhì)反竄至密封腔。由于該泵用于試驗裝置，工況時常變動。更主要的是泵開、啟頻繁，進一步加劇了軸向竄量，大大超過機械密封允許的軸向竄量。

（2）拆解機械密封時，輔助O型圈（圖1中1、3所示）溶脹、腐蝕嚴重，失去密封效果，致使高粘物料介質(zhì)慢慢滲入到密封腔內(nèi)。

（3）機械密封的輔助沖洗系統(tǒng)是非常重要的，它可以有效地保護機封及密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。而一旦沖洗液的流量、壓力不夠，沖洗液沖洗口位置設計不合理等原因使得沖洗液形同虛設而失去作用，對泵的損害是巨大的。高粘物料介質(zhì)粘度大，溶劑沸點低，通過靜密封（圖3中1、3所表示位置）反竄至密封腔內(nèi)，由于摩擦受熱，溶劑揮發(fā)，使得高粘物料介質(zhì)極易結(jié)晶析出，高粘物料介質(zhì)結(jié)塊包裹整個機封即是由此原因造成的。

沖洗液的壓力低，進入密封腔后壓力不足，不能阻止高粘物料介質(zhì)的滲入，導致高粘物料介質(zhì)進入背部后滲入到密封腔內(nèi)，影響密封的冷卻，高粘物料介質(zhì)在此處受熱，溶劑揮發(fā)，形成凝膠，并以此為基礎開始逐漸擴展，使得機封上凝膠越聚越多，最終導致高粘物料介質(zhì)結(jié)塊，抱死傳動軸，致使電機因超負荷而發(fā)生跳閘，造成停車。這是造成齒輪泵故障的主要原因。

2 改進方案

（1）嚴格按照標準安裝，保證安裝精度

拆裝機械密封時，動靜環(huán)要清洗干凈，并在摩擦副表面上涂抹少量清潔的潤滑油，要兼顧高壓端和低壓端，嚴禁磕碰。在裝配機械密封時，彈簧壓縮量一定要按規(guī)定進行，不允許有過大或過小的現(xiàn)象，靜環(huán)壓蓋安裝時用力要均勻，防止壓偏，用塞尺檢查，上下左右位置的偏差不大于0.05mm;檢查壓蓋與軸外徑的配合間隙，四周要均勻，各點允許偏差不大于0.1 mm。安裝機械密封部位的泵軸的徑向跳動不超過三維0.05mm。測量機械密封套的徑向跳動和密封面的端面跳動符合要求。嚴格保證軸的軸向竄動量不允許大于0.5mm。

由于是試驗裝置，齒輪泵的頻繁開、啟無法避免，要求在泵開、停車時，首先將變頻調(diào)至最低，緩慢開、停泵，保證壓力變化在最低值。平時加大檢測力度，保證竄動量在要求范圍內(nèi)。

（2）更換機械密封材質(zhì)

拆機檢查時發(fā)現(xiàn)機械密封輔助密封圈溶脹、腐蝕嚴重，粘附在傳動座表面。該輔助密封圈為氟橡膠材質(zhì)，氟橡膠在普通介質(zhì)中具有耐高溫、耐酸堿及有機溶劑等優(yōu)良特性。本高粘物料介質(zhì)為二氯甲烷有機溶劑，對氟橡膠具有溶脹作用，使該處失去密封效果。所以此處輔助密封圈選用聚四氟乙烯包覆O型圈。

摩擦副材料的配置較為關(guān)鍵，該泵原設計均采用碳化鎢材料。由于高粘物料介質(zhì)受熱易結(jié)晶，析出高粘物料介質(zhì)薄片，因此將摩擦副中動環(huán)材質(zhì)選用表面噴涂氧化鉻（Cr2O3），靜環(huán)材質(zhì)選用YG6，該配合屬于“硬質(zhì)合金—硬質(zhì)合金”形式。由于二者硬度不同，可防止動靜環(huán)密封面同時損傷，也避免了產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象。這樣，即使少量雜質(zhì)和結(jié)晶物混入摩擦副之間，也因摩擦副的耐磨性，摩擦副也不易產(chǎn)生劃傷，從而保證了密封效果。

（3）對機械密封密封沖洗系統(tǒng)進行改造

密封沖洗液是保證齒輪泵正常運行的重要保障，故對此處必須進行改造。引入外系統(tǒng)與被密封介質(zhì)相溶的清潔溶劑至密封腔進行沖洗，首先需確定密封腔壓力。齒輪泵密封腔的壓力大小是根據(jù)每種泵的結(jié)構(gòu)型式、系統(tǒng)壓力等因素綜合計算得出的，此外還與泵的磨損狀況及揚程有關(guān)。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0.107～0.11MPa，壓力調(diào)節(jié)變化較大時差值可取0.15～0.2MPa。對現(xiàn)場進行水壓試驗，將沖洗液壓力提高至0.6MPa。為保險起見，使沖洗液與密封腔壓差維持在0.2～0.3MPa。當沖洗系統(tǒng)壓力發(fā)生波動情況及工作壓力變化時沖洗液依然能進入密封腔中，隔斷高粘物料介質(zhì)進入密封腔。沖洗液的流量應保證帶走熱量，還需滿足沖洗的需要，不會產(chǎn)生對密封件的沖蝕。

3 結(jié)束語

經(jīng)過對泵機封材料進行更換、對機封沖洗系統(tǒng)進行升級改造、加強平時的規(guī)范操作、并定期對泵進行嚴格檢測等一系列措施，齒輪泵經(jīng)過高負荷運行和頻繁的切換運行而無泄漏故障，充分保障了試驗的正常開展。

作者簡介：李小利，1977年2月，高級工程師，主要從事化工設備管理。