真空泵、機械密封失效及改進措施
真空泵、機械密封失效及改進措施
真空泵,機械密封失效及改進措施具體如下：
案例：催化裝置302真空泵泵為解吸塔塔底泵，輸送介質(zhì)為脫乙烷汽油，真空泵軸采用104-45型機械密封。該真空泵泵自安裝以來，機械密封使用狀況一直比較正常，維修間隔一般在2個月左右。但是在1997年大檢修后，維修次數(shù)較為頻繁，使用周期在3～8天，給安全生產(chǎn)帶來了較大的困難，這一問題須盡快解決。
1、機械密封損壞情況
機械密封是一種靠彈性元件對動環(huán)和靜環(huán)摩擦副的預(yù)緊和介質(zhì)壓力與彈性元件壓力的壓緊來達到密封的軸向旋轉(zhuǎn)密封裝置。其密封性好，在石油化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。該催化解吸塔底泵是沈陽水泵廠生產(chǎn)的，流量7m3/h，轉(zhuǎn)速2950r/min，吸入壓力0.9MPa，排出壓力為1.5MPa。機械密封結(jié)構(gòu)為內(nèi)裝單端面彈簧非平衡型，傳動套傳動。冷卻方式為石墨靜環(huán)外水冷，常溫冷卻，冷卻水流量為0.3t/h。
將損壞的機械密封解體后發(fā)現(xiàn)，石墨靜環(huán)上的摩擦副接觸凸臺被磨平，端面粗糙，并有開裂現(xiàn)象。硬質(zhì)合金動環(huán)表面變成墨色，并且出現(xiàn)徑向裂紋。輔助密封圈老化失效，摩擦副處密封軸套有燒傷痕跡。
2、失效形式及原因
由于機械密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝精度要求高，如果設(shè)計或使用不當，也會出現(xiàn)磨損嚴重，使用壽命短等多種問題。密封失效的形式有4種，即腐蝕失效、熱裂失效、磨損失效以及因安裝或運轉(zhuǎn)等因素引起的失效。一般來說，機械密封的失效原因大體有6個方面，見表1。
機械密封失效原因統(tǒng)計
故障原因 設(shè)計缺陷 裝配誤差 輔助系統(tǒng) 機泵振動 工藝操作 其它比例／% 43 20 8 21 2 6
根據(jù)該泵密封失效后的損壞情況，初步判斷其機械密封失效有以下原因：①除密封失效及壽命短外，其余一切情況正常，因此，可以排除裝配誤差、輔助系統(tǒng)、機泵振動及工藝操作等因素的影響，大致可以認為是設(shè)計缺陷引起的密封失效。②從密封面的失效現(xiàn)象看，動環(huán)表面出現(xiàn)徑向裂紋，輔助密封圈老化，屬于典型熱損失效。石墨靜環(huán)磨平并有開裂現(xiàn)象是磨損和熱損雙重作用所致。③1997年大檢修后因生產(chǎn)的需要，工藝上做了部分調(diào)整，增加了輕質(zhì)油產(chǎn)率，致使該泵輸送的汽油中輕質(zhì)組分增加，并含有少量的液化汽成分(C4、C5)，導(dǎo)致摩擦副工作的溫升過大，動環(huán)出現(xiàn)熱裂現(xiàn)象，同時靜環(huán)磨損加劇，使密封壽命大為降低。
另外，104-45型機械密封使用的psv值和工作Pbv值均超過了允許值。而端面比壓pb的大小對機械密封的穩(wěn)定運行有著極大的影響。端面比壓太小容易產(chǎn)生泄漏。端面比壓太大，會使摩擦面液膜減薄，液膜承載力降低，摩擦因數(shù)加大，使用壽命降低。
綜上所述，脫乙烷汽油泵機械密封失效的原因是由于汽油中輕組分的增加，介質(zhì)更易于汽化，液膜承載能力降低，端面比壓過大，液膜減薄，摩擦副在不穩(wěn)定的似汽相狀態(tài)下工作，摩擦熱增加，端面溫升過大，進而引起更多的輕質(zhì)汽油組分汽化。如此循環(huán)，最終摩擦副在干摩擦狀態(tài)下工作，使石墨靜環(huán)磨損加劇。同時，過大的端面溫升使碳化鎢動環(huán)出現(xiàn)徑向熱裂紋，輔助密封圈老化，介質(zhì)泄漏增加，密封壽命大為縮短，最終使機械密封迅速失效。
3、改進措施及應(yīng)用效果
為了適應(yīng)輸送介質(zhì)的變化，結(jié)合該泵的具體條件，采取了2種措施來降低密封的端面比壓。①將104-45非平衡機械密封改為110-45平衡型機械密封，使密封的平衡系數(shù)β由1.177降為0.77。②根據(jù)石油大學(xué)流體動密封研究室的實驗，在密封面上開圓弧槽可顯著提高液膜的承載能力，增加密封穩(wěn)定性。限于加工條件，我們僅在110-45型機械密封的石墨靜環(huán)表面上加工了8個半圓形凹槽，增強了端面液膜的承載能力，降低了端面比壓，并使密封的潤滑性能得到了改善，降低了摩擦副的摩擦因數(shù)，減少了端面的摩擦熱及由溫度升高引起的端面汽化現(xiàn)象，避免了干摩擦的出現(xiàn)。
經(jīng)過計算，改進以后的110-45型機械密封的使用，psv=8.71MPa.m／s，這小于允許值1.22MPa.m/s，工作pbv=2.071MPa*m／s，小于極限pbv值3.08MPa.m／s。
改進后的110-45型機械密封經(jīng)長時間運行，密封效果良好，使用周期達到半年以上，保證了設(shè)備長期、安全和平穩(wěn)運行，取得了較好的經(jīng)濟效益。
4、結(jié)束語
真空泵工藝條件和介質(zhì)成分的變化對機械密封的使用效果有著極大影響，在某些情況下，可能使密封迅速失效。在機械密封摩擦副表面開流動力楔，可顯著提高機械密封流體膜的承載能力，降低端面比壓。
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