论文部分内容阅读
摘要：离心泵在社会生产和生活中应用广泛，但其机械密封一旦发生故障失效，就会对离心泵的正常运行造成严重影响。本文对离心泵用机械密封的工作原理及其主要密封件进行了概述，进一步分析了机械密封的故障失效原因，最后就如何解决和预防故障失效提出了对策建议，希望对业内同仁可以起到一定意义的参考和借鉴。
关键词：离心泵;机械密封;故障失效原因;应对策略
1研究意义
改革开放以来，我国的经济社会进步迅速，机械行业也取得了显著的发展成就，而离心泵作为现代机械系统中应用非常普遍的设备，其技术水平也得到了明显提升。与此同时我们也要清醒地看到，离心泵因为其功能的特殊性，在使用中对密封有着比较严格的要求，但现有的机械密封方式还无法彻底杜绝泄露等问题发生，严重时甚至可能因故障发生密封失效，这对离心泵的正常工作运行及其功能发挥造成了严重不利影响。鉴于此，有必要对离心泵用机械密封的故障失效机制进行深入分析，并切实采取有效措施解决密封失效的问题，进而为保障离心泵良好的工作性能奠定有利基础。本文正是基于这一出发点，对离心泵用机械密封的工作原理及其主要密封件进行了概述，进一步分析了机械密封的故障失效原因，最后就如何解决和预防故障失效提出了对策建议，希望对业内同仁可以起到一定意义的参考和借鉴。
2机械密封概述
所谓机械密封（如图1所示）也可称之为端面密封，它主要被安装在旋转的轴上面，通过弹簧、密封圈、密封环等密封件构成密封腔，进而实现密封功能。当需要进行密封的轴旋转时，静环处于静止状态，而动环则在介质压力和弹簧作用力的综合作用下出现移动，进而使动、静环的密封端面紧密地贴合在一起。此时还会在相互接触贴合的密封端面之间形成一层液体薄膜，所以可以达到密封和防止泄露的目的。当然随着使用时长的延长，接触表面会出现磨损，但在弹簧作用力下可以进行自动补偿，这也保证了机械密封具有较长使用寿命的特性。
1.静环 2.动环 3.动环密封圈 4.推环 5.弹簧
6.传动座 7.静环密封圈 8.压盖
图1 机械密封的结构示意
通过上述对机械密封的工作原理介绍可知，机械密封涉及到的主要密封件包括以下几种：第一，端面密封副。端面密封副主要由动、静环构成，通过使二者的密封端面接触贴合在一起实现密封作用，这也构成了主要密封结构。当然，考虑到密封副之间的摩擦力影响，所以一般对动、静环的耐磨性会提出较高的要求。同时，随着使用时间的延长，耐磨性再好也会产生磨损，此时就需要动环边伴随轴旋转，边通过轴向移动来补偿磨损，而这对动环的运动灵活性提出了一定要求。此外，根据动、静环间的接触密封原理，还要确保静环具有非常好的浮动性，且能够起到较好的缓冲作用。第二，弹簧元件。通过以上介绍可知，弹簧要确保端面密封副能够实现良好的接触密封，而且在密封端面出现磨损后能进行相应补偿，而这些都需要弹簧的弹性元件必须保证良好的弹力。此外，考虑到机械密封的使用场合及工作寿命要求，还必须确保弹簧的材料应具备较好的耐腐蚀性和耐疲劳特性。第三，辅助密封。辅助密封主要指对能达到良好密封要求起輔助作用的一些零件，它既要确保动、静环之间能够起到良好的接触贴合，而且还应进行适当的缓冲及浮动作用。
3故障失效原因分析
考虑到离心泵的工作环境和安装工艺等因素的影响，其使用一段时候后就可能会发生密封故障，造成密封失效。故障失效的主要原因如下：
1.泵抽空或汽蚀
现实中，如果还没进行灌浆就启动泵运行，那么空气就会进入液体介质，此时泵的出口压力会降低，在干摩擦的作用下很容易导致机械密封失效。此外，机械密封一般也有使用寿命，长时间使用会导致密封端面出现硬化或老化，进而导致密封失效。最后，液体介质在流经低压区域时，会因气泡破裂导致附近液体以较大速度溢出，而这又会导致局部压力升高，最终发生汽蚀现象，引发机械密封失效。
2.密封面磨损
通过上文对机械密封的工作原理介绍可知，机械密封主要依靠动、静环的密封端面接触贴合来达到密封效果，但动、静环接触会产生摩擦力，如果液体介质中含有比较多的杂质颗粒，会使摩擦力进一步增大。而摩擦力增大会导致密封端面出现磨损，进而导致机械密封失效。虽然机械密封中的弹簧元件会推动动环沿着轴向运动以补偿端面磨损，但随着时间的延长，这些磨损痕迹会逐渐扩展，最终可能会出现大面积的裂缝或裂隙，使得密封彻底失效。
3.腐蚀
离心泵输送的液体介质具有不同程度的腐蚀性，因为机械密封会直接和液体借助接触，长时间后就可能因介质腐蚀而失效。比如密封面发生点蚀甚至被穿透，造成严重泄漏;机械密封中的弹簧元件和辅助密封件会因介质腐蚀而出现破裂现象等等。
4.泵送介质物性改变
离心泵输送的液体介质会在不同的操作条件下发生物理性质改变，而这也可能造成密封面或密封冲洗系统出现失效。比如在温度发生明显改变时，部分液体介质的黏度和密度都会产生较大变化，而高粘度和高密度的介质会降低泵的输送能力，同时导致密封冲洗系统破坏，进而就会造成机械密封的使用寿命减少或发生失效。
5.密封圈失效
目前机械密封所采用的密封圈主要为乙丙烯或橡胶材质，如果材质质量不合格，那么就会导致密封失效。比如一些密封圈生产厂商为了获取较大利益，使用了含有较多杂质的橡胶进行密封圈生产，这种密封圈被高粘度的液体介质浸泡较长时间后会造成弹性下降，进而过早发生老化或硬化，使得密封性能大大降低，这种影响在介质长时间冲流造成的磨损加持下会进一步扩大，最终导致机械密封出现整体失效。
4应对策略探讨
1.避免泵抽空和汽蚀
为了消除因泵抽空和汽蚀给机械密封造成的不利影响，可以采取以下应对措施：首先，对输送液体介质的温度进行严格控制，尽量避免出现过高温的情况。其次，对相连旁介质罐的液位进行检查，确保其处于最低液位之上;第三，对离心泵操作人员加强培训，确保其能正常操作，避免干摩擦现象发生;最后，做好上、下站、调度室在清理管线中的协调工作，保证清管器到站前关闭泵，避免空气混入引发泵抽空和汽蚀现象。
2.控制密封面的磨损
为了对因磨损造成的密封失效进行控制，应使用性能良好的摩擦副，重点需求对摩擦副的材质进行合理控制。合理选择摩擦副的材质可以有效改善摩擦副的耐磨性能，这对防止密封失效具有显著作用，一般对于材质选用可以遵循以下次序：碳化硅-碳石墨、硬质合金-碳石墨、陶瓷-碳石墨。此外，高速钢-碳化硅材料构成的摩擦副具有优越性能，采用这种材质可以有效提升机械密封的性能，对避免密封失效具有积极作用，应注重对该材质的选用。
3.降低腐蚀影响
液体介质的腐蚀作用是引发机械密封失效的一个重要因素，需要引起足够重视。一方面，应派专员对离心泵及其机械密封进行日常维护保养，维持密封性能并延长其使用寿命;另一方面，可以定期用高纯度、干净的透平油对密封件进行冲洗，这对提升机械密封的抗腐蚀性效果显著。
4.控制泵送介质的物性变化
在进行工艺操作时，应对泵送介质的物性改变进行充分考虑，并采取适当措施对物性变化进行控制。比如北方冬季比较干燥，在进行泵操作时需要考虑介质液体会因温度下降而出现粘性升高的问题，而这会造成泵的输送能力降低。此时可减少密封冲洗系统的冷水用量，尽量使密封的介质环境与正常操作时一致。
5.及时更换密封圈
密封圈失效会导致机械密封整体失效，为避免这一问题，应在综合考虑密封圈使用寿命的基础上，及时对接近失效状态的密封圈进行更换。同时，在进行离心泵的日常维护保养作业时，也应对密封圈的性能加强检测，必要时就应及时更换。
参考文献：
[1] 周勇.离心泵机械密封常见故障及控制措施探讨[J].化工安全与环境，2019， （24）：19-20
[2] 慈航，郑策.浅析化工用离心泵机械密封的常见故障与管理措施[J].中国化工贸易，2018， 10（26）：198
[3] 马丽雅.离心泵用机械密封常见的故障分析研究[J].中国科技投资，2019， （12）：201
关键词：离心泵;机械密封;故障失效原因;应对策略
1研究意义
改革开放以来，我国的经济社会进步迅速，机械行业也取得了显著的发展成就，而离心泵作为现代机械系统中应用非常普遍的设备，其技术水平也得到了明显提升。与此同时我们也要清醒地看到，离心泵因为其功能的特殊性，在使用中对密封有着比较严格的要求，但现有的机械密封方式还无法彻底杜绝泄露等问题发生，严重时甚至可能因故障发生密封失效，这对离心泵的正常工作运行及其功能发挥造成了严重不利影响。鉴于此，有必要对离心泵用机械密封的故障失效机制进行深入分析，并切实采取有效措施解决密封失效的问题，进而为保障离心泵良好的工作性能奠定有利基础。本文正是基于这一出发点，对离心泵用机械密封的工作原理及其主要密封件进行了概述，进一步分析了机械密封的故障失效原因，最后就如何解决和预防故障失效提出了对策建议，希望对业内同仁可以起到一定意义的参考和借鉴。
2机械密封概述
所谓机械密封（如图1所示）也可称之为端面密封，它主要被安装在旋转的轴上面，通过弹簧、密封圈、密封环等密封件构成密封腔，进而实现密封功能。当需要进行密封的轴旋转时，静环处于静止状态，而动环则在介质压力和弹簧作用力的综合作用下出现移动，进而使动、静环的密封端面紧密地贴合在一起。此时还会在相互接触贴合的密封端面之间形成一层液体薄膜，所以可以达到密封和防止泄露的目的。当然随着使用时长的延长，接触表面会出现磨损，但在弹簧作用力下可以进行自动补偿，这也保证了机械密封具有较长使用寿命的特性。
1.静环 2.动环 3.动环密封圈 4.推环 5.弹簧
6.传动座 7.静环密封圈 8.压盖
图1 机械密封的结构示意
通过上述对机械密封的工作原理介绍可知，机械密封涉及到的主要密封件包括以下几种：第一，端面密封副。端面密封副主要由动、静环构成，通过使二者的密封端面接触贴合在一起实现密封作用，这也构成了主要密封结构。当然，考虑到密封副之间的摩擦力影响，所以一般对动、静环的耐磨性会提出较高的要求。同时，随着使用时间的延长，耐磨性再好也会产生磨损，此时就需要动环边伴随轴旋转，边通过轴向移动来补偿磨损，而这对动环的运动灵活性提出了一定要求。此外，根据动、静环间的接触密封原理，还要确保静环具有非常好的浮动性，且能够起到较好的缓冲作用。第二，弹簧元件。通过以上介绍可知，弹簧要确保端面密封副能够实现良好的接触密封，而且在密封端面出现磨损后能进行相应补偿，而这些都需要弹簧的弹性元件必须保证良好的弹力。此外，考虑到机械密封的使用场合及工作寿命要求，还必须确保弹簧的材料应具备较好的耐腐蚀性和耐疲劳特性。第三，辅助密封。辅助密封主要指对能达到良好密封要求起輔助作用的一些零件，它既要确保动、静环之间能够起到良好的接触贴合，而且还应进行适当的缓冲及浮动作用。
3故障失效原因分析
考虑到离心泵的工作环境和安装工艺等因素的影响，其使用一段时候后就可能会发生密封故障，造成密封失效。故障失效的主要原因如下：
1.泵抽空或汽蚀
现实中，如果还没进行灌浆就启动泵运行，那么空气就会进入液体介质，此时泵的出口压力会降低，在干摩擦的作用下很容易导致机械密封失效。此外，机械密封一般也有使用寿命，长时间使用会导致密封端面出现硬化或老化，进而导致密封失效。最后，液体介质在流经低压区域时，会因气泡破裂导致附近液体以较大速度溢出，而这又会导致局部压力升高，最终发生汽蚀现象，引发机械密封失效。
2.密封面磨损
通过上文对机械密封的工作原理介绍可知，机械密封主要依靠动、静环的密封端面接触贴合来达到密封效果，但动、静环接触会产生摩擦力，如果液体介质中含有比较多的杂质颗粒，会使摩擦力进一步增大。而摩擦力增大会导致密封端面出现磨损，进而导致机械密封失效。虽然机械密封中的弹簧元件会推动动环沿着轴向运动以补偿端面磨损，但随着时间的延长，这些磨损痕迹会逐渐扩展，最终可能会出现大面积的裂缝或裂隙，使得密封彻底失效。
3.腐蚀
离心泵输送的液体介质具有不同程度的腐蚀性，因为机械密封会直接和液体借助接触，长时间后就可能因介质腐蚀而失效。比如密封面发生点蚀甚至被穿透，造成严重泄漏;机械密封中的弹簧元件和辅助密封件会因介质腐蚀而出现破裂现象等等。
4.泵送介质物性改变
离心泵输送的液体介质会在不同的操作条件下发生物理性质改变，而这也可能造成密封面或密封冲洗系统出现失效。比如在温度发生明显改变时，部分液体介质的黏度和密度都会产生较大变化，而高粘度和高密度的介质会降低泵的输送能力，同时导致密封冲洗系统破坏，进而就会造成机械密封的使用寿命减少或发生失效。
5.密封圈失效
目前机械密封所采用的密封圈主要为乙丙烯或橡胶材质，如果材质质量不合格，那么就会导致密封失效。比如一些密封圈生产厂商为了获取较大利益，使用了含有较多杂质的橡胶进行密封圈生产，这种密封圈被高粘度的液体介质浸泡较长时间后会造成弹性下降，进而过早发生老化或硬化，使得密封性能大大降低，这种影响在介质长时间冲流造成的磨损加持下会进一步扩大，最终导致机械密封出现整体失效。
4应对策略探讨
1.避免泵抽空和汽蚀
为了消除因泵抽空和汽蚀给机械密封造成的不利影响，可以采取以下应对措施：首先，对输送液体介质的温度进行严格控制，尽量避免出现过高温的情况。其次，对相连旁介质罐的液位进行检查，确保其处于最低液位之上;第三，对离心泵操作人员加强培训，确保其能正常操作，避免干摩擦现象发生;最后，做好上、下站、调度室在清理管线中的协调工作，保证清管器到站前关闭泵，避免空气混入引发泵抽空和汽蚀现象。
2.控制密封面的磨损
为了对因磨损造成的密封失效进行控制，应使用性能良好的摩擦副，重点需求对摩擦副的材质进行合理控制。合理选择摩擦副的材质可以有效改善摩擦副的耐磨性能，这对防止密封失效具有显著作用，一般对于材质选用可以遵循以下次序：碳化硅-碳石墨、硬质合金-碳石墨、陶瓷-碳石墨。此外，高速钢-碳化硅材料构成的摩擦副具有优越性能，采用这种材质可以有效提升机械密封的性能，对避免密封失效具有积极作用，应注重对该材质的选用。
3.降低腐蚀影响
液体介质的腐蚀作用是引发机械密封失效的一个重要因素，需要引起足够重视。一方面，应派专员对离心泵及其机械密封进行日常维护保养，维持密封性能并延长其使用寿命;另一方面，可以定期用高纯度、干净的透平油对密封件进行冲洗，这对提升机械密封的抗腐蚀性效果显著。
4.控制泵送介质的物性变化
在进行工艺操作时，应对泵送介质的物性改变进行充分考虑，并采取适当措施对物性变化进行控制。比如北方冬季比较干燥，在进行泵操作时需要考虑介质液体会因温度下降而出现粘性升高的问题，而这会造成泵的输送能力降低。此时可减少密封冲洗系统的冷水用量，尽量使密封的介质环境与正常操作时一致。
5.及时更换密封圈
密封圈失效会导致机械密封整体失效，为避免这一问题，应在综合考虑密封圈使用寿命的基础上，及时对接近失效状态的密封圈进行更换。同时，在进行离心泵的日常维护保养作业时，也应对密封圈的性能加强检测，必要时就应及时更换。
参考文献：
[1] 周勇.离心泵机械密封常见故障及控制措施探讨[J].化工安全与环境，2019， （24）：19-20
[2] 慈航，郑策.浅析化工用离心泵机械密封的常见故障与管理措施[J].中国化工贸易，2018， 10（26）：198
[3] 马丽雅.离心泵用机械密封常见的故障分析研究[J].中国科技投资，2019， （12）：201