王勇 煜家 周寬 王春雷

摘要：離心泵在社會(huì)生產(chǎn)和生活中應(yīng)用廣泛，但其機(jī)械密封一旦發(fā)生故障失效，就會(huì)對(duì)離心泵的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。本文對(duì)離心泵用機(jī)械密封的工作原理及其主要密封件進(jìn)行了概述，進(jìn)一步分析了機(jī)械密封的故障失效原因，最后就如何解決和預(yù)防故障失效提出了對(duì)策建議，希望對(duì)業(yè)內(nèi)同仁可以起到一定意義的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：離心泵;機(jī)械密封;故障失效原因;應(yīng)對(duì)策略

1研究意義

改革開放以來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步迅速，機(jī)械行業(yè)也取得了顯著的發(fā)展成就，而離心泵作為現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍的設(shè)備，其技術(shù)水平也得到了明顯提升。與此同時(shí)我們也要清醒地看到，離心泵因?yàn)槠涔δ艿奶厥庑?，在使用中?duì)密封有著比較嚴(yán)格的要求，但現(xiàn)有的機(jī)械密封方式還無法徹底杜絕泄露等問題發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)甚至可能因故障發(fā)生密封失效，這對(duì)離心泵的正常工作運(yùn)行及其功能發(fā)揮造成了嚴(yán)重不利影響。鑒于此，有必要對(duì)離心泵用機(jī)械密封的故障失效機(jī)制進(jìn)行深入分析，并切實(shí)采取有效措施解決密封失效的問題，進(jìn)而為保障離心泵良好的工作性能奠定有利基礎(chǔ)。本文正是基于這一出發(fā)點(diǎn)，對(duì)離心泵用機(jī)械密封的工作原理及其主要密封件進(jìn)行了概述，進(jìn)一步分析了機(jī)械密封的故障失效原因，最后就如何解決和預(yù)防故障失效提出了對(duì)策建議，希望對(duì)業(yè)內(nèi)同仁可以起到一定意義的參考和借鑒。

2機(jī)械密封概述

所謂機(jī)械密封（如圖1所示）也可稱之為端面密封，它主要被安裝在旋轉(zhuǎn)的軸上面，通過彈簧、密封圈、密封環(huán)等密封件構(gòu)成密封腔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)密封功能。當(dāng)需要進(jìn)行密封的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，靜環(huán)處于靜止?fàn)顟B(tài)，而動(dòng)環(huán)則在介質(zhì)壓力和彈簧作用力的綜合作用下出現(xiàn)移動(dòng)，進(jìn)而使動(dòng)、靜環(huán)的密封端面緊密地貼合在一起。此時(shí)還會(huì)在相互接觸貼合的密封端面之間形成一層液體薄膜，所以可以達(dá)到密封和防止泄露的目的。當(dāng)然隨著使用時(shí)長(zhǎng)的延長(zhǎng)，接觸表面會(huì)出現(xiàn)磨損，但在彈簧作用力下可以進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，這也保證了機(jī)械密封具有較長(zhǎng)使用壽命的特性。

1.靜環(huán) 2.動(dòng)環(huán) 3.動(dòng)環(huán)密封圈 4.推環(huán) 5.彈簧

6.傳動(dòng)座 7.靜環(huán)密封圈 8.壓蓋

圖1 機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)示意

通過上述對(duì)機(jī)械密封的工作原理介紹可知，機(jī)械密封涉及到的主要密封件包括以下幾種：第一，端面密封副。端面密封副主要由動(dòng)、靜環(huán)構(gòu)成，通過使二者的密封端面接觸貼合在一起實(shí)現(xiàn)密封作用，這也構(gòu)成了主要密封結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，考慮到密封副之間的摩擦力影響，所以一般對(duì)動(dòng)、靜環(huán)的耐磨性會(huì)提出較高的要求。同時(shí)，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，耐磨性再好也會(huì)產(chǎn)生磨損，此時(shí)就需要?jiǎng)迎h(huán)邊伴隨軸旋轉(zhuǎn)，邊通過軸向移動(dòng)來補(bǔ)償磨損，而這對(duì)動(dòng)環(huán)的運(yùn)動(dòng)靈活性提出了一定要求。此外，根據(jù)動(dòng)、靜環(huán)間的接觸密封原理，還要確保靜環(huán)具有非常好的浮動(dòng)性，且能夠起到較好的緩沖作用。第二，彈簧元件。通過以上介紹可知，彈簧要確保端面密封副能夠?qū)崿F(xiàn)良好的接觸密封，而且在密封端面出現(xiàn)磨損后能進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，而這些都需要彈簧的彈性元件必須保證良好的彈力。此外，考慮到機(jī)械密封的使用場(chǎng)合及工作壽命要求，還必須確保彈簧的材料應(yīng)具備較好的耐腐蝕性和耐疲勞特性。第三，輔助密封。輔助密封主要指對(duì)能達(dá)到良好密封要求起輔助作用的一些零件，它既要確保動(dòng)、靜環(huán)之間能夠起到良好的接觸貼合，而且還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木彌_及浮動(dòng)作用。

3故障失效原因分析

考慮到離心泵的工作環(huán)境和安裝工藝等因素的影響，其使用一段時(shí)候后就可能會(huì)發(fā)生密封故障，造成密封失效。故障失效的主要原因如下：

1.泵抽空或汽蝕

現(xiàn)實(shí)中，如果還沒進(jìn)行灌漿就啟動(dòng)泵運(yùn)行，那么空氣就會(huì)進(jìn)入液體介質(zhì)，此時(shí)泵的出口壓力會(huì)降低，在干摩擦的作用下很容易導(dǎo)致機(jī)械密封失效。此外，機(jī)械密封一般也有使用壽命，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致密封端面出現(xiàn)硬化或老化，進(jìn)而導(dǎo)致密封失效。最后，液體介質(zhì)在流經(jīng)低壓區(qū)域時(shí)，會(huì)因氣泡破裂導(dǎo)致附近液體以較大速度溢出，而這又會(huì)導(dǎo)致局部壓力升高，最終發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，引發(fā)機(jī)械密封失效。

2.密封面磨損

通過上文對(duì)機(jī)械密封的工作原理介紹可知，機(jī)械密封主要依靠動(dòng)、靜環(huán)的密封端面接觸貼合來達(dá)到密封效果，但動(dòng)、靜環(huán)接觸會(huì)產(chǎn)生摩擦力，如果液體介質(zhì)中含有比較多的雜質(zhì)顆粒，會(huì)使摩擦力進(jìn)一步增大。而摩擦力增大會(huì)導(dǎo)致密封端面出現(xiàn)磨損，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械密封失效。雖然機(jī)械密封中的彈簧元件會(huì)推動(dòng)動(dòng)環(huán)沿著軸向運(yùn)動(dòng)以補(bǔ)償端面磨損，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這些磨損痕跡會(huì)逐漸擴(kuò)展，最終可能會(huì)出現(xiàn)大面積的裂縫或裂隙，使得密封徹底失效。

3.腐蝕

離心泵輸送的液體介質(zhì)具有不同程度的腐蝕性，因?yàn)闄C(jī)械密封會(huì)直接和液體借助接觸，長(zhǎng)時(shí)間后就可能因介質(zhì)腐蝕而失效。比如密封面發(fā)生點(diǎn)蝕甚至被穿透，造成嚴(yán)重泄漏;機(jī)械密封中的彈簧元件和輔助密封件會(huì)因介質(zhì)腐蝕而出現(xiàn)破裂現(xiàn)象等等。

4.泵送介質(zhì)物性改變

離心泵輸送的液體介質(zhì)會(huì)在不同的操作條件下發(fā)生物理性質(zhì)改變，而這也可能造成密封面或密封沖洗系統(tǒng)出現(xiàn)失效。比如在溫度發(fā)生明顯改變時(shí)，部分液體介質(zhì)的黏度和密度都會(huì)產(chǎn)生較大變化，而高粘度和高密度的介質(zhì)會(huì)降低泵的輸送能力，同時(shí)導(dǎo)致密封沖洗系統(tǒng)破壞，進(jìn)而就會(huì)造成機(jī)械密封的使用壽命減少或發(fā)生失效。

5.密封圈失效

目前機(jī)械密封所采用的密封圈主要為乙丙烯或橡膠材質(zhì)，如果材質(zhì)質(zhì)量不合格，那么就會(huì)導(dǎo)致密封失效。比如一些密封圈生產(chǎn)廠商為了獲取較大利益，使用了含有較多雜質(zhì)的橡膠進(jìn)行密封圈生產(chǎn)，這種密封圈被高粘度的液體介質(zhì)浸泡較長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)造成彈性下降，進(jìn)而過早發(fā)生老化或硬化，使得密封性能大大降低，這種影響在介質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間沖流造成的磨損加持下會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，最終導(dǎo)致機(jī)械密封出現(xiàn)整體失效。

4應(yīng)對(duì)策略探討

1.避免泵抽空和汽蝕

為了消除因泵抽空和汽蝕給機(jī)械密封造成的不利影響，可以采取以下應(yīng)對(duì)措施：首先，對(duì)輸送液體介質(zhì)的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡量避免出現(xiàn)過高溫的情況。其次，對(duì)相連旁介質(zhì)罐的液位進(jìn)行檢查，確保其處于最低液位之上;第三，對(duì)離心泵操作人員加強(qiáng)培訓(xùn)，確保其能正常操作，避免干摩擦現(xiàn)象發(fā)生;最后，做好上、下站、調(diào)度室在清理管線中的協(xié)調(diào)工作，保證清管器到站前關(guān)閉泵，避免空氣混入引發(fā)泵抽空和汽蝕現(xiàn)象。

2.控制密封面的磨損

為了對(duì)因磨損造成的密封失效進(jìn)行控制，應(yīng)使用性能良好的摩擦副，重點(diǎn)需求對(duì)摩擦副的材質(zhì)進(jìn)行合理控制。合理選擇摩擦副的材質(zhì)可以有效改善摩擦副的耐磨性能，這對(duì)防止密封失效具有顯著作用，一般對(duì)于材質(zhì)選用可以遵循以下次序：碳化硅-碳石墨、硬質(zhì)合金-碳石墨、陶瓷-碳石墨。此外，高速鋼-碳化硅材料構(gòu)成的摩擦副具有優(yōu)越性能，采用這種材質(zhì)可以有效提升機(jī)械密封的性能，對(duì)避免密封失效具有積極作用，應(yīng)注重對(duì)該材質(zhì)的選用。

3.降低腐蝕影響

液體介質(zhì)的腐蝕作用是引發(fā)機(jī)械密封失效的一個(gè)重要因素，需要引起足夠重視。一方面，應(yīng)派專員對(duì)離心泵及其機(jī)械密封進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，維持密封性能并延長(zhǎng)其使用壽命;另一方面，可以定期用高純度、干凈的透平油對(duì)密封件進(jìn)行沖洗，這對(duì)提升機(jī)械密封的抗腐蝕性效果顯著。

4.控制泵送介質(zhì)的物性變化

在進(jìn)行工藝操作時(shí)，應(yīng)對(duì)泵送介質(zhì)的物性改變進(jìn)行充分考慮，并采取適當(dāng)措施對(duì)物性變化進(jìn)行控制。比如北方冬季比較干燥，在進(jìn)行泵操作時(shí)需要考慮介質(zhì)液體會(huì)因溫度下降而出現(xiàn)粘性升高的問題，而這會(huì)造成泵的輸送能力降低。此時(shí)可減少密封沖洗系統(tǒng)的冷水用量，盡量使密封的介質(zhì)環(huán)境與正常操作時(shí)一致。

5.及時(shí)更換密封圈

密封圈失效會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封整體失效，為避免這一問題，應(yīng)在綜合考慮密封圈使用壽命的基礎(chǔ)上，及時(shí)對(duì)接近失效狀態(tài)的密封圈進(jìn)行更換。同時(shí)，在進(jìn)行離心泵的日常維護(hù)保養(yǎng)作業(yè)時(shí)，也應(yīng)對(duì)密封圈的性能加強(qiáng)檢測(cè)，必要時(shí)就應(yīng)及時(shí)更換。

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