酸泵机械密封渗漏现象及解决对策分析

喻建文

摘要：机械密封对精密部件要求较高，在设计、装配质量及机械加工方面都有较高的要求。本文在介绍酸泵机械密封原理的基础上，对酸泵机械密封渗漏现象进行了总结分析，并提出了解决对策。

关键词：酸泵；机械密封；渗漏；解决对策

机械密封也称之为端面密封，其端面主要垂直于旋转轴线。该端面流体压力和补偿机械外弹力的共同作用下贴合于另一端，但其依靠辅助密封的配合，而实现相对滑动，从而有效避免了流体泄漏的现象。因机械密封的密封性相对稳定，密封参数高，正常情况下不会出现泄漏，并且具有低功耗，对轴承磨损小，而振性较强等特点，其使用范围非常广泛。酸泵渗机械密封渗漏的原因非常多，其中因机械密封渗漏在酸泵的整个维修量中占到45%以上。对此，酸泵的稳高、高效正常运行会直接受机械密封好坏的影响。

1. 机械密封原理

机械密封的工作原理较为简单，主要依靠机械端面所产生的流体压力和补偿机构的磁力或弹力的相互作用下，并在垂直于轴作相对滑动的端面保持贴合，以辅助密封而达到阻滞渗漏的一种轴封装置。下图1所示为机械密封结构图。

图1.机械密封结构图

如图1中 A、B、C、D 这四个通道可能为机密封中流体泄漏的主要途径，C、D泄漏通道均属于静密封，二者分别壳体与压盖、压盖与静止环之间的密封。B通道属于一个相对静密封，实际上是旋转环与轴之间的一个密封。端面在受到一定的磨损或摩擦的情况下，会微量移动并沿轴向作追随偿环。对此，相对来说这些泄漏通道非常容易受封堵。通常静密封元件比较常用的橡胶有两种：一是橡胶O形圈，二是聚四氟乙烯V形圈。而辅助密封的静止环及补偿环的旋转环，会经常使用具有弹性元件功能的橡胶、金属波纹管及聚四氟乙烯结构。

A通道是相对滑动的动密封，静止环与旋转环的端面会实现彼此贴合，它在机械密封装置中会作为一个主密封，其中机械密封的寿命和性能都是由它所决定的。所以相对来说对于密封端面的加工有很高的要求，此外，为了确保密封端面能够保持稳定的润滑液膜，对于腔制端面上的单位面积压力必须进行严格控制，主要因压力过大的情况下，所要求稳定的润滑液膜不利于形成，这样一来会使端面加速磨损，而如果压力过下，会增加泄漏量。因引，在机械密封的设计和安装过程中，必须确保端面单位面积压力值控制在适当的范围内，这样才能获得较好的密封性，又能延长其使用寿命。

2.常见的渗漏现象及解决对策

酸泵机故障维修中，由机械密封渗漏所致占50%以上，酸泵的正常运行会直接受到机械密封运行的影响，现见酸泵机常见的密封渗透漏现象总结分析如下。

2.1 周期性渗漏

渗漏原因：①由于密封面的润滑油量较少而导致密封端面拉毛或出现干摩擦；②密封与辅助轴因泵转子轴向窜动量较大的原因而导致过盈量较大，使轴上的动环不能实现灵活移动，在静环、动环被磨损或翻转后，无法得到补偿位移；③由于叶轮和主轴不平衡，或因为定子与上端盖和下端盖没有定中而导致转子出现周期性振动，从而使汽蚀或轴承经长期运转后容易受到磨损，存在这些现象都会导致酸泵机出现渗漏或密封寿命缩短。

解决对策：①增加密封面润滑油，为确保其量充足，最好将润滑油加到静环、动环密封面之上；②在装配机械密封过程中，尽量保持轴的轴向窜动量还超过 0.1mm，辅助轴与密封的过盈量不能过大，在确保径向密封的基础上，保证在轴上装配动环后能够灵活移动；③纠正上述问题可根据维修的相关标准来进行维修。

2.2泵机封渗漏引起的磨轴现象

渗漏原因：磨轴是往往是小泵机（715kW以下）密封失效的主要原因，静环位置、动环辅助为主要磨轴位置，但还有少数弹簧有磨轴现象；由于酸泵机封失效而导致磨轴产生，其中静环位置、动环辅助密封圈处以及弹簧磨轴现象。导致磨轴主要原因为：①磨轴的主要构件为橡胶波纹管，但轴与橡胶波纹管之间由于上端密封面润滑效果不好的原因使其动静环之间的摩擦力矩大于传递转矩力，从而容易导致相对转动的现象；②BIA型双端面机械密封，当其处于不良工作状态时为反压状态，一般密封面内容易有杂质或颗粒物进入，便容易导致密封失效；③泵所输送的酸液长期可能会使运、静环辅密封受到腐蚀，从而导致橡胶件变得无弹性，甚至有的橡胶件出现腐烂，这种情况下就容易产生磨轴的现象。

解决对策：①确保机封油室腔内的油面线必须比动静环密封面要高；②油室和下端盖装配必须清洁，润滑油中必须保证清洁度，不能含有其它杂物；③对于酸泵机不同的使用介质选择机封时应根据其结构，可以对高扬程泵的机封结构重新进行设计，同时还应加防转销在机封静环，而橡胶宜选择耐弱酸、弱碱的氟橡胶，以避免受腐蚀。

2.3压力所造成的渗漏

渗漏原因：造成机械密封渗漏还可能是因高压和压力波所致，主要因所设计总比压或弹簧比压力过大，在密封腔内压力超过3MPa的情况下，极易导致密封端面比压过大，从而难以形成液膜，密封端面受到严重的磨损，最终会导致密封面热变形。

解决对策：机封在装配过程中，必须按机关规定對弹簧进行压缩，压缩量必须符合要求，不能存在过小或过大的现象，机械密封在高压条件下应采取相应的措施。所选用的材料必须是耐压强度高的，如硬件质合金、陶瓷等，以确保端面能够合理受力。同时，应加强冷却润滑措施，以此尽量减小变形。

2.4真空状态运行造成的渗漏

渗漏原因：在遇到泵进口被堵塞或抽送介质中含有气体的情况下，会导致酸泵机在起动或停机过程中容易使密封腔内存在负压，存在这种情况，会使密封端面容易出现干摩擦的现象，同时内装式机械密封会产生漏气或漏酸液等现象。其中密封对象的方向性存在差异是正压密封与真空密封的主要不同点，同时机械密封在某一方向也有一定的适应性。

解决对策：为了能够改善润滑条件和提高密封性能，对于机械密封最好采用双端面。

2.5介质引起的渗漏

渗漏原因：①如果密封端面内进入固体颗粒杂质，会导致机械密封渗漏，这样一来会加快密封端面磨损或划伤密封羰面，在轴表面因油污或其他物质的堆积速度超过摩擦所导致的磨损速度，使磨耗位移不能受到动环被偿，再加上石墨密封环的密封面内会嵌入固体颗粒，从而导致产生硬对硬的摩擦，一定程度上缩短了其运转寿命；②拆解潜污机械密封后，静环与动环的辅助密封件很可能会出现无弹性或腐烂，从而造成机封大量渗漏或磨轴的现象，若受到腐蚀主要是因动环和静环辅助橡胶密封件受到高温或酸水的影响，严重时会导致机械渗漏过大。

解决对策：①对容易进入固体颗粒的位置对碳化钨摩擦副的机械密封可以选用碳化钨。②针对橡胶件腐蚀性介质，一般静环、动环橡胶密封圈的材料可选择丁腈-40，其具有耐酸碱和高温等特点，一般不容易受到腐蚀，也可选用弱碱、耐弱酸及耐高温的氟橡胶。

3.结语

通过以上对机械密封渗漏原因进行了总结，可了解到机械密封部件本身对精密要求较高，同样在设计、装配质量及机械加工等方面的要求也非常高。所以，在使用机械密封时，为确保各种泵的使用介质要求和技术要求机械密封都能适用，应对机械密封的各种因素进行分析后再使用，以此确保机械密封能够长期正常的运转。

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