機(jī)械密封使用壽命影響因素的探討(天脊高化李振輝)

1、機(jī)械密封使用壽命影響因素的探機(jī)械密封使用壽命影響因素的探討天脊集天脊集團(tuán)高平化工有限公司高平化工有限公司李振李振輝摘要：摘要：本文就天脊集團(tuán)高平化工有限公司尿素車間自2006年試生產(chǎn)以來(lái)各離心泵常見的損壞情況進(jìn)行匯總、分析，結(jié)合機(jī)械密封在使用過(guò)程中的受力情況及安裝方式對(duì)影響機(jī)械密封使用壽命的因素進(jìn)行匯總。關(guān)鍵詞鍵詞：磨損破裂振動(dòng)抽空汽蝕0.引言引言天脊集團(tuán)高平化工有限公司是2006年投產(chǎn)的大型尿素生產(chǎn)裝置，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為尿素60萬(wàn)噸，

2、合成氨36萬(wàn)噸，甲醇4萬(wàn)噸。在其原始設(shè)計(jì)時(shí)，生產(chǎn)裝置的各種離心泵多采用機(jī)械密封，其中但尿素車間共有各種化工離心泵74臺(tái)，其中50臺(tái)離心泵采用機(jī)械密封。在日常生產(chǎn)中，由于操作、維護(hù)不當(dāng)以及泵的振動(dòng)等原因，導(dǎo)致生產(chǎn)中的離心泵頻繁出現(xiàn)泄漏事故，據(jù)2006年6月試生產(chǎn)階段至2011年6月期間不完全統(tǒng)計(jì)，在離心泵出現(xiàn)的各種故障當(dāng)中，由于機(jī)械密封失效造成的離心泵檢修約占總檢修次數(shù)的80%以上，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，要求機(jī)械密封要可靠，

3、使用壽命要長(zhǎng)。但是，在生產(chǎn)工藝過(guò)程中，介質(zhì)具有易燃、易爆、有毒、有毒和腐蝕等性質(zhì)，給解決機(jī)泵密封帶來(lái)了難題。大量泄漏不但危及裝置內(nèi)的安全，還能對(duì)較大范圍內(nèi)的環(huán)境造成污染，這就對(duì)機(jī)泵密封提出了更高的要求。1機(jī)械密封機(jī)械密封簡(jiǎn)介1.1機(jī)械密封定機(jī)械密封定義機(jī)械密封是一種流體旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸封裝置，又叫端面密封，在國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中是這樣定義的“有至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑

4、動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置?！?.2機(jī)械密封的機(jī)械密封的組成及密封原理成及密封原理機(jī)械密封由于具有泄漏量少和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展很快，根據(jù)不同的工況出現(xiàn)了各種各樣的結(jié)構(gòu)，但無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)都有以下部分組成：第一部分是由動(dòng)環(huán)和靜環(huán)組成的密封端面，有時(shí)也稱為摩擦副；第二部分是由彈性元件為主要零件組成的緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其作用是是密封端面緊密貼合；第三部分是輔助密封圈，其中有動(dòng)環(huán)和靜環(huán)密封圈；第四部分是使動(dòng)環(huán)隨軸旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)械密封的構(gòu)成如

5、圖一所示，通過(guò)傳動(dòng)座6和推環(huán)4，帶動(dòng)動(dòng)環(huán)2旋轉(zhuǎn)，靜環(huán)1固定不動(dòng)，依靠介質(zhì)壓力和彈簧力使動(dòng)靜環(huán)之間的密封端面緊密貼合，阻止了介質(zhì)的泄漏。摩擦副表面磨損后，在彈簧5的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。為了防止介質(zhì)通過(guò)動(dòng)環(huán)和軸之間泄漏，裝有動(dòng)環(huán)密封圈3；而靜環(huán)密封圈7則阻止了介質(zhì)沿靜環(huán)和壓蓋8之間的泄漏。面測(cè)到的最大振幅不能大于0.06mm，超過(guò)該值就要停泵處理，振動(dòng)可分解為三個(gè)方向，即垂直、水平和軸向，其中以軸向振動(dòng)對(duì)密封的危害最大。大多數(shù)工藝流程泵的轉(zhuǎn)速在

6、2950rmin左右，由于密封的追隨性較差，泵的振動(dòng)加劇了動(dòng)靜環(huán)的分離，瞬間的分離在液膜壓力作用下使密封面開啟，出現(xiàn)大量泄露，如果摩擦副附近存在固體顆粒，進(jìn)入密封端面間會(huì)導(dǎo)致密封端面損壞，從而使機(jī)械密封失效。3.2抽空和汽抽空和汽蝕故障發(fā)生時(shí)正常工作的離心泵出口壓力大幅度下降并激烈的波動(dòng)通稱抽空，這時(shí)泵內(nèi)出現(xiàn)氣化現(xiàn)象，離心泵啟動(dòng)前沒灌泵、進(jìn)空氣、液體不滿或介質(zhì)大量汽化，這種情況下啟動(dòng)或者運(yùn)轉(zhuǎn)離心泵必然抽空，表現(xiàn)在性能上是出口壓力趨近于零

7、或接近泵的入口壓力，此時(shí)機(jī)械密封處于干或半干摩擦狀態(tài)，常出現(xiàn)的失效形式有：a.石墨環(huán)表面出現(xiàn)深而粗的環(huán)狀溝紋。b.硬環(huán)用1Cr13表面堆焊硬質(zhì)合金或噴涂陶瓷時(shí)出現(xiàn)徑向裂紋。c.硬環(huán)用碳化鎢硬質(zhì)合金時(shí)，出現(xiàn)環(huán)狀溝紋，有時(shí)出現(xiàn)徑向裂紋或斷裂。d.動(dòng)、靜環(huán)密封圈變質(zhì)，如橡膠圈老化、龜裂。e.熱裝式密封環(huán)硬質(zhì)合金環(huán)松脫。正在運(yùn)轉(zhuǎn)的泵由于葉輪的低壓區(qū)氣體氣化或氣體溢出，流至高壓區(qū)時(shí)而產(chǎn)生凝聚，這種迅速進(jìn)行的氣化凝聚現(xiàn)象稱為氣蝕，其特點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生

8、激烈地水力沖擊，表現(xiàn)在性能上是出口壓力有較大幅度的激烈波動(dòng)，泵振動(dòng)加大，能產(chǎn)生抱軸和斷軸之類的惡性事故，對(duì)密封也有損壞，其程度視汽蝕能量和持續(xù)時(shí)間而不同，密封腔中摩擦副處介質(zhì)溫度較高，其中部分組分汽化，流至低溫區(qū)又凝聚。這也具備了產(chǎn)生蝕的條件，出現(xiàn)激烈地水力沖擊，帶動(dòng)密封做迅速的軸向運(yùn)動(dòng)，可使動(dòng)、靜環(huán)及輔助密封圈等零件嚴(yán)重的損壞，密封性遭到破壞，若泵出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，機(jī)封損壞一般以下形式：a.靜環(huán)離位或防轉(zhuǎn)銷打彎。b.動(dòng)環(huán)被“抽”到傳動(dòng)座中

9、被卡住，彈簧失去作用。c.摩擦副有一件用脆性材料制造進(jìn)（如碳化硅），在密封端面上因“敲擊”而出現(xiàn)片狀剝落。3.3載荷系數(shù)與荷系數(shù)與彈簧比的確定簧比的確定密封流體壓力作用在補(bǔ)償環(huán)上（例如機(jī)封動(dòng)環(huán)），使其對(duì)于非補(bǔ)償環(huán)（例如機(jī)封靜環(huán)），趨于閉合的有效作用面積與密封環(huán)帶面積之比稱為載荷系數(shù)。載荷系數(shù)對(duì)機(jī)械密封的密封性及使用壽命可靠性等有很大影響，從密封性密封角度考慮希望載荷系數(shù)大一些，可得到較高的比壓，密封的穩(wěn)定性和可靠都比較好。但是載荷系數(shù)大

10、產(chǎn)生的摩擦熱較大，如不能及時(shí)散去使密封面溫度過(guò)高，當(dāng)達(dá)到介質(zhì)氣化溫度時(shí)將發(fā)生氣化，液膜破壞，磨損加大，使用壽命短。彈簧比壓就是單位密封端面的彈簧力，單位是MPa，計(jì)算方法是總的彈簧力除以密封端在的面積，彈簧比壓是促使密封端面貼合的重要因素，當(dāng)泵在停車與啟動(dòng)時(shí)壓力較低，或密封腔中正常工作壓力低，或工作中壓力出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)彈簧比壓就成為端面比壓的主要組成部分。彈簧比壓的大小要根據(jù)密封結(jié)構(gòu)、工作條件、介質(zhì)性質(zhì)和載荷系數(shù)等綜合考慮，彈簧比壓大了