機(jī)械密封失效及改進(jìn)措施

duoduo123

  催化裝置302泵為解吸塔塔底泵,，輸送介質(zhì)為脫乙烷汽油,，泵軸采用104-45型機(jī)械密封。該泵自安裝以來(lái),，機(jī)械密封使用狀況一直比較正常,，維修間隔一般在2個(gè)月左右。但是在1997年大檢修后,，維修次數(shù)較為頻繁,，使用周期在3～8天,，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了較大的困難，這一問(wèn)題亟待解決,。1　機(jī)械密封損壞情況
　　機(jī)械密封是1種靠彈性元件對(duì)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)摩擦副的預(yù)緊和介質(zhì)壓力與彈性元件壓力的壓緊來(lái)達(dá)到密封的軸向旋轉(zhuǎn)密封裝置,。其密封性好，在石油化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,。該催化解吸塔底泵是沈陽(yáng)水泵廠生產(chǎn)的，流量7m3/h,，轉(zhuǎn)速2950r/min,，吸入壓力0.9MPa，排出壓力為1.5MPa,。機(jī)械密封結(jié)構(gòu)為內(nèi)裝單端面彈簧非平衡型,，傳動(dòng)套傳動(dòng)。冷卻方式為石墨靜環(huán)外水冷,，常溫冷卻,，冷卻水流量為0.3t/h。
　　將損壞的機(jī)械密封解體后發(fā)現(xiàn),，石墨靜環(huán)上的摩擦副接觸凸臺(tái)被磨平,，端面粗糙，并有開(kāi)裂現(xiàn)象,。硬質(zhì)合金動(dòng)環(huán)表面變成墨色,，并且出現(xiàn)徑向裂紋。輔助密封圈老化失效,，摩擦副處密封軸套有燒傷痕跡,。
2　失效形式及原因
　　由于機(jī)械密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝精度要求高,，如果設(shè)計(jì)或使用不當(dāng),，也會(huì)出現(xiàn)磨損嚴(yán)重，使用壽命短等多種問(wèn)題,。密封失效的形式有4種,，即腐蝕失效、熱裂失效,、磨損失效以及因安裝或運(yùn)轉(zhuǎn)等因素引起的失效,。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械密封的失效原因大體有6個(gè)方面,，見(jiàn)表1,。

故障 原因	設(shè)計(jì) + Z/ [# @4 B  \, o0 M2 D缺陷	裝配 ( ~# T& T: ^% a5 q+ d誤差	輔助 系統(tǒng)	機(jī)泵 6 F! {, l# _$ C振動(dòng)	工藝 操作	其它
比例／%	43	20	8	21	2	6

表1　機(jī)械密封失效原因統(tǒng)計(jì)

  根據(jù)該泵密封失效后的損壞情況，初步判斷其機(jī)械密封失效有以下原因：①除密封失效及壽命短外,，其余一切情況正常,，因此,，可以排除裝配誤差、輔助系統(tǒng),、機(jī)泵振動(dòng)及工藝操作等因素的影響,，大致可以認(rèn)為是設(shè)計(jì)缺陷引起的密封失效。②從密封面的失效現(xiàn)象看,，動(dòng)環(huán)表面出現(xiàn)徑向裂紋,，輔助密封圈老化，屬于典型熱損失效,。石墨靜環(huán)磨平并有開(kāi)裂現(xiàn)象是磨損和熱損雙重作用所致,。③1997年大檢修后因生產(chǎn)的需要，工藝上做了部分調(diào)整,，增加了輕質(zhì)油產(chǎn)率,，致使該泵輸送的汽油中輕質(zhì)組分增加，并含有少量的液化汽成分(C4,、C5),，導(dǎo)致摩擦副工作的溫升過(guò)大，動(dòng)環(huán)出現(xiàn)熱裂現(xiàn)象,，同時(shí)靜環(huán)磨損加劇,，使密封壽命大為降低。

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圖1　不同相態(tài)機(jī)械密封液體膜載荷與膜厚關(guān)系

　　另外,，104-45型機(jī)械密封使用的psv值和工作Pbv值均超過(guò)了允許值,。而端面比壓pb的大小對(duì)機(jī)械密封的穩(wěn)定運(yùn)行有著極大的影響。端面比壓太小容易產(chǎn)生泄漏,。端面比壓太大,，會(huì)使摩擦面液膜減薄，液膜承載力降低,，摩擦因數(shù)加大,，使用壽命降低。
　　綜上所述,，脫乙烷汽油泵機(jī)械密封失效的原因是由于汽油中輕組分的增加,，介質(zhì)更易于汽化，液膜承載能力降低,，端面比壓過(guò)大,，液膜減薄，摩擦副在不穩(wěn)定的似汽相狀態(tài)下工作,，摩擦熱增加,，端面溫升過(guò)大，進(jìn)而引起更多的輕質(zhì)汽油組分汽化,。如此循環(huán),，最終摩擦副在干摩擦狀態(tài)下工作,，使石墨靜環(huán)磨損加劇。同時(shí),，過(guò)大的端面溫升使碳化鎢動(dòng)環(huán)出現(xiàn)徑向熱裂紋,，輔助密封圈老化，介質(zhì)泄漏增加,，密封壽命大為縮短,，最終使機(jī)械密封迅速失效。
7 N: B& L. x0 n3　改進(jìn)措施及應(yīng)用效果
) ?7 G- ]' b' q9 @7 Z/ W　　為了適應(yīng)輸送介質(zhì)的變化,，結(jié)合該泵的具體條件,，采取了2種措施來(lái)降低密封的端面比壓。①將104-45非平衡機(jī)械密封改為110-45平衡型機(jī)械密封,，使密封的平衡系數(shù)β由1.177降為0.77。②根據(jù)石油大學(xué)流體動(dòng)密封研究室的實(shí)驗(yàn),，在密封面上開(kāi)圓弧槽可顯著提高液膜的承載能力,，增加密封穩(wěn)定性。限于加工條件,，我們僅在110-45型機(jī)械密封的石墨靜環(huán)表面上加工了8個(gè)半圓形凹槽,，增強(qiáng)了端面液膜的承載能力，降低了端面比壓,，并使密封的潤(rùn)滑性能得到了改善,，降低了摩擦副的摩擦因數(shù)，減少了端面的摩擦熱及由溫度升高引起的端面汽化現(xiàn)象,，避免了干摩擦的出現(xiàn),。
, s! n! [5 Y2 r, x4 m; D　　經(jīng)過(guò)計(jì)算，改進(jìn)以后的110-45型機(jī)械密封的使用,，psv=8.71MPa.m／s,，這小于允許值1.22MPa.m/s，工作pbv=2.071MPa*m／s,，小于極限pbv值3.08MPa.m／s,。
　　改進(jìn)后的110-45型機(jī)械密封經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，密封效果良好,，使用周期達(dá)到半年以上,，保證了設(shè)備長(zhǎng)期、安全和平穩(wěn)運(yùn)行,，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,。
" y- O# r- L/ Q" D0 E4　結(jié)語(yǔ)
( n( }! E/ U+ `/ D' P$ ?　　工藝條件和介質(zhì)成分的變化對(duì)機(jī)械密封的使用效果有著極大影響，在某些情況下,，可能使密封迅速失效,。在機(jī)械密封摩擦副表面開(kāi)流動(dòng)力楔,，可顯著提高機(jī)械密封流體膜的承載能力，降低端面比壓,。
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雷鋒（上海）2008

能否講機(jī)械密封的開(kāi)槽位置說(shuō)明白點(diǎn),？最好附帶照片，我們柴油回?zé)挋C(jī)泵也遇到同樣的問(wèn)題,，大約2～3個(gè)月就更換一次,，成本較高！多謝