液环式真空泵机械密封泄漏原因分析及处理

李志伟（天津石化化工部PTA车间， 天津 300000）

液环式真空泵机械密封泄漏原因分析及处理

李志伟（天津石化化工部PTA车间， 天津 300000）

本文根据液环式真空泵的机械结构，对机械密封泄漏的原因进行了分析，通过改进方法，论证了液环式真空泵在PTA装置中的应用及注意事项。

机械密封；真空泵；轴套；机械密封弹簧；泄漏；静环；动环

天津石化PTA装置是引进日本三井油化（MPC）的专利技术，于2000年5月一次投料引发成功。但是PTA装置液环式真空泵自装置开车以来经常发生机械密封泄漏现象，由于介质为醋酸，易燃易爆危险性大，对装置平稳生产产生巨大影响。为此进行了深入研究和实践，找出了机械密封泄露原因，制定了整改措施，经过运行检验效果良好。

1 真空泵的工作原理

液环式真空泵主要用于抽输低于大气压的气体和介质，叶轮被偏心的安装在泵体中，当叶轮旋转时，进入泵体的水被叶轮抛向四周，形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭水环。在吸气侧，液环逐渐远离叶轮轮毂，气体通过吸气口轴向进入泵体内；在排气侧，液环逐渐靠近叶轮轮毂，气体被压缩并通过排气口被轴向排出。

2 真空泵的机械密封结构

泵体两端均装有双列圆锥滚子轴承。泵体两端分别装有单端面机械密封，分别由动环，静环组成。动环靠顶丝固定在轴套上，动环后面由六个弹簧支撑，以此来调节密封压缩比，静环固定在泵体上和动环接触，防止液体流出。

3 机械密封泄露分析

通过对单作用平衡式机械密封多次泄漏的进行分析，引起泄漏原因有以下几点。

①动环、静环压缩比量过大。②静环与压盖之间密封圈失效。③动环与轴套之间的密封圈失效。④轴套的密封面腐蚀。⑤弹簧失效。⑥机械密封经长时间放置变形。

具体分析这6个原因，其中动环与轴套之间的密封圈，静环压盖与泵体之间的密封垫片及静环与压盖之间的密封圈这3个位置属于静密封，所使用的密封材料氟橡胶，耐高温，耐腐蚀。实际解体检修中也未发现上述密封件失效。因此，动环、静环压缩比过大，轴套、弹簧材质腐蚀是机械密封泄漏的主要原因。另外机械密封经长时间放置变形，也是机械密封泄漏的一个原因。

4 改进措施

4.1 安装注意事项

①动环背面的弹簧，是保证机械密封摩擦副端面比压的重要因素，各弹簧之间高度相差要在0.5mm以内，不存在偏斜现象，弹簧力的下降范围在10%以内。②机械密封动、静环的密封橡胶圈的安装要符合设计手册规范要求，压缩率为8%～10%。③机械密封动环材质为硬质合金，静环材质为石墨环，该材质优点为耐热、耐腐蚀，耐热冲击性好、线膨胀系数小等，但也存在石墨硬度低、硬质合金脆性大的缺点。④实际检修过程中发现，动环多次出现裂纹，说明该硬质合金动环经国产化后导热性能较差，易产生热裂。因此需要从备件上提高质量。⑤动静环密封面的平面度要小于0.003mm，且不允许有崩边、划伤等现象。⑥机械密封安装部位的轴套径向跳动在0.04mm以内，转子的轴向串量在0.4mm以内，密封腔体与轴的垂直度在0.1mm以内，密封弹簧压缩量应为4～5mm。

4.2 动环、静环端面比压的计算（PC）

（1）弹簧钢度：

K1=GD/8nd3

式中：G为弹簧弹性模量；D为弹簧丝径；n为静环支撑弹簧

有效圈数；d为弹簧直径

（2）弹簧工作负荷：

F=n1Kf1

式中：n1为静环支撑弹簧个数；f1为压缩量

（3）弹簧比压：

p1=F/A

式中：A=静环端面面积，A=17.427cm2

（4）载荷系数：

K=（d2

2-d0

2）（d22-d1

2）

式中：d1为静环端面外径；d2为静环座内径；d0为静环端面内径

（5）端面比压：

PC=P1+P（K-E）

式中：P为压力；E为液膜反压系数

4.3 改进措施

①动环座在轴套上安装时，通过顶丝定位在轴套上，动环安装的过程中严禁敲打和碰击，以免机械密封副破损而造成密封失效。②机械密封弹簧压缩量原为5～6mm。现为4mm，以防止动环、静环压缩比过大，导致机械密封泄漏。③机械密封弹簧材质由316L改为钛材，防止因腐蚀导致机械密封弹簧失效。

4.4 工艺操作注意事项

①工作液的液位必须调节正确或启动之后重新直接对其进行调节，必须确保泵吸排气小腔内无过多液体。②设备启动时要检查运转情况，启动之后，要读出压力和流量的状态值，确保密封不发生泄漏。③该真空泵转速较高，运行工况恶劣。为了防止密封断面摩擦过热，采取冷却方式，因此在该泵的日常运行中，要加强冷却水流量的检查与维护，保证冷却水的畅通，延长机械密封使用寿命。

5 结语

经过对液环真空泵以上几个方面问题的改进，收到了巨大成效，机械密封泄漏现象基本得到解决，提高了装置的稳定性与安全性，装置运行平稳，节能效果相当显著，到目前为止，未发生任何故障，减少了大量的检修费用，取得了良好的经济效益。