液环真空泵机械密封频繁失效原因探讨

孟祥康

（佶缔纳士机械有限公司，山东 淄博 255200）

液环真空泵与其他类型机械真空泵相比具有以下优点：结构简单，维护方便；可靠性高，一般三年换一次机械密封；制造精度要求较低，一般机械厂即可加工泵配件；结构紧凑，占地面积小；泵的转数较高，一般可与电动机通过膜片联轴器直联，无需减速装置；结构尺寸较小，可获得较大的排气量，占地面积比其他机械真空泵小很多；抽送（压缩）气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度基本无变化，故可以抽除易燃、易爆的气体或汽液混合物，多用于石油、石化等易燃易爆危险场所。由于泵腔内无金属直接接触的摩擦表面，转子和定子之间存在间隙，正常运行无磨损，无须对泵内转子和定子进行润滑。转子和定子之间的密封可由机械密封来完成，载荷低且无轴向力，机械密封运行周期较长，正常运行可达三年以上（API标准）；吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单。

一、故障现象

某乙烯配套装置采用国外主流工艺包，生产大宗化学商品，其真空泵为两级双支撑液环真空泵，两侧均采用单列深沟球轴承。介质：少量轻组分有机物+水蒸气+空气，真空度：0.3066/1.16bar，流量：65.8/98.7kg/h，吸入压力：0.031MPa（A），排出压力：0.16MPa（A），工作液温度要求低于25℃，工作液冷却温度要求-8℃。

非驱动端机封滴漏，拆检后发现机封石墨动环摩擦副窄面有两处磨损，密封圈、弹簧座等其他部件均完好，当日更换机封一套，轴承一套，投入运行。同时通知厂家对机封进行改进，要求对机封动静环材质进行改进，调整端面比压，增设端盖密封垫。一段时间后，非驱动端机封再次出现滴漏，拆检后发现，仍是机封石墨动环摩擦副窄面有多处磨损，其他部件均完好，当日更换机封一套，投入运行。改进后的机封送至装置，厂家只对石墨动环材质进行升级，由原国产M158石墨改为进口石墨。非驱动端机封再次出现滴漏，拆检后发现，机封石墨动环摩擦副窄面整个圆周外边磨损，轴承箱有轻微磨损，其他部件均完好，当日对轴承支架进行喷涂，更换改进后的机封一套，轴承一套，投入运行。此后，非驱动端机封再次出现滴漏，请示上级后，决定对机泵整体拆检，对泵轴进行校核，发现该泵轴机封处径向跳动为0.15mm，超过机封允许值0.05mm。机封石墨动环摩擦副窄面仍有多处磨损，其他部件均完好，当日更换泵轴一根，两侧机封两套，轴承两套，回装完毕后，进行加水试漏，未发现泄漏。

二、原因分析

（一）机械密封本体

机械密封失效首先要分析集装机械密封自身是否存在问题。在拆件机械密封后，发现机封质量和结构存在问题，动环石墨等级不够，受到轻微冲击容易磨损；O型圈尺寸偏小，静环容易脱落，轴向约束不够；机封压盖无垫片，密封效果不好。但在解决上述问题后，机械密封依然存在频繁失效，因此机封质量和结构不是机械密封失效的主要问题。

（二）叶轮汽蚀

从液环真空泵机械密封失效的统计记录进行分析，汽蚀是造成真空泵转子和固定件严重磨损和机械密封损坏的主要原因。液环真空泵工作时，若泵内局部区域的压力降低到液体相应温度的饱和蒸汽压力以下，则液体发生汽化，产生气泡。气泡随着液体的流动，这些气泡被带到高压区。在高压下，气泡突然破裂，蒸汽重新凝结，出现空穴。这时，四周的水高速流向空穴，形成局部高频水锤，其频率可高达上万赫兹，局部压力可高达几千兆帕，导致金属表面受到破坏，并出现振动和噪音。

液环真空泵工作时，由于操作错误，突然关闭或开启阀门，造成液体流动速度急剧改变或是液环真空泵运行时工作液体温度上升（高于25℃），引起泵内压力的方向和大小发生周期性、急剧的变化，产生水锤现象，使金属表面损坏或者造成动静部件之间非正常磨损。液环真空泵叶轮汽蚀后，如果巡检发现不及时，很可能造成叶轮破坏，就会磨损其两侧的分配隔板，产生泵体振动和过热现象，对泵的安全稳定运行构成严重威胁；使叶轮的平衡受到破坏，由于液环真空泵电机轴承和泵轴承均不带止推功能，不能平衡轴向力，轴承工作条件将恶化，从而造成轴承温度升高，轴承失效，振动和噪声增大，甚至会降低泵基础的坚固性和稳定性，使事故扩大；此外，液环真空泵叶轮汽蚀，形成大面积的蜂窝、点蚀，会使真空泵的扬程降低，机泵性能恶化。从现场运行情况以及频繁失效后泵的运行情况来看，机械密封失效并非由于叶轮汽蚀。

（三）泵件磨损

将泵体拆开后发现一级叶轮、二级叶轮轴向以及圆周均未出现磨损；相应的泵体端盖以及泵隔板均未出现磨损。两级叶轮之间的定距套，经查尺寸未与图纸出现较大偏差。因此将转子送厂家进行动平衡校核和转子跳动检查。泵轴弯曲变形，机封处径向跳动为0.15mm，超过机封允许值0.05mm，使机封小振幅机械拍击，并且形成周期性轴向冲击载荷，更换新机械密封一周后石墨动环逐渐磨损。

三、结语

动设备的工作系统较为复杂不但涉及泵和机械密封自身的质量，还涉及工艺系统、运行操作、检修质量。我们不但要加强专业技术学习，提高专业技术水平，认真研究备件结构和质量，重新进行设计，确保结构合理，质量达标，并在短期内进行储备；还要加大设备故障原因的分析力度，针对每一起故障，深入研究分析，找到问题的真正原因，采取相应措施进行处理，确保故障一次性消除；更要加强检修技术水平，通过查找规范、设备说明书等资料，不断完善检修规程，使其具有实际性的指导，确保安装尺寸和质量；加强设备检修组织和监督，提升检修技术水平，加强保全工的管理，提出明确的检修要求，检修全程跟踪监督，确保检修质量和效率；加大设备日常巡检力度，提前发现问题，进行计划检修和预知性检修，提升设备管理水平，减少故障检修。