离心泵机械密封装置故障分析及对策.pdf

造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 装备及自动化21离心泵机械密封装置故障分析及对策郭世鲁，杨 涛，崔维隆，潘龙龙潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司，山东 潍坊 261000摘要：离心泵作为液体输送设备，在化工生产等众多领域的应用极为广泛，而且离心泵运行状态也会对应用领域生产效率等形成重大影响，在离心泵工作过程中，一旦出现机械密封装置失效情况，就会严重危害离心泵安全稳定运行，从而给应用领域带来一定经济损失，因此如何有效防范和避免离心泵机械密封装置失效现象，是备受关注的重要问题。基于此，文章概述了离心泵及机械密封装置的结构，分析了离心泵机械密封故障类型及原因，并提出了相应的解决对策，以期促进离心泵运行效率提升。关键词：离心泵机械；密封装置；腐蚀；机械摩擦分类号：TH311随着离心泵应用途径不断增多，优化离心泵性能，以便保证其持续健康运行，从而提升离心泵应用价值，越来越受重视。离心泵主要分为多个构成部分，任何部分出现故障问题，都会对其运行状态造成不利影响，经调查统计发现，离心泵使用过程中，出现机械密封装置故障的概率相对较高，可见降低机械密封装置故障率，和提高机械密封装置故障检查与排查能力，是提高离心泵运行效率的重要举措。因此，加强离心泵机械密封失效原因与对策分析意义重大。1 离心泵概述离心泵通过叶轮的高速旋转产生离心力，将液体从低压区域抽取并向高压区域输送。由于离心泵具有高效率和大流量的特点，被广泛应用于化工设备、给水系统、排水系统等领域。在启动离心泵之前，需要将泵室和进水管道充满液体，以确保泵能正常工作，并避免出现空气吸入或气蚀等问题。当离心泵启动后，电机驱动叶轮高速旋转，产生离心运动。叶轮的旋转速度决定了离心泵的工作能力和流量大小。叶轮的旋转产生的离心力将液体向外甩出，同时液体被压入蜗壳。这个过程导致离心泵入口处形成真空区域。由于离心泵入口处形成真空，外界的水由于压差通过进水管进入泵内。这样，离心泵就完成了从外界抽取液体的过程。2 机械密封结构分析机械密封通常由静环、动环和压紧元件组成。静环固定在设备上，而动环与轴旋转，并在二者之间形成密封的液体膜层。通过调节压紧元件，可以在静环和动环之间形成一定的压力，确保密封效果，并防止液体泄漏到外部环境。除了实现密封功能，机械密封还能够提供一定程度的缓冲作用，减少轴的振动和冲击。在机械密封中，密封动环的轴面和静环的端盖面之间存在一定的间隙，液体在此处形成密封层，阻止泄漏。机械密封能够提供较好的密封效果，防止液体泄漏。它的使用寿命通常较长，且不会像其他类型的密封件那样磨损轴面。然而，机械密封也存在一些故障和泄漏的问题。常见的机械密封泄漏原因包括密封面磨损或损坏，密封环松动或破损，压紧力不均匀或不足，润滑不良或润滑剂污染。深入理解机械密封的功能、管理意义以及故障原因和解决方法对于确保设备的正常运行和提高工作效率非常重要1。3 离心泵机械密封装置故障类型及原因3.1 离心泵机械密封装置故障类型（1）密封件腐蚀。离心泵的密封失效通常是由于密封件磨损、老化或损坏导致的。在一些情况下，腐蚀问题也可能对离心泵产生的密封失效造成影响。腐蚀是指金属材料在受到化学或电化学作用时，表面会发生氧化或溶解的现象。腐蚀的主要表现包含应力腐蚀、点腐蚀和表面腐蚀以及电化学腐蚀。其中，应力腐蚀通常发生在金属材料中，当金属材料暴露在有害介质中时，结合应力作用，会引起腐蚀加剧和可能的作者简介：郭世鲁，男，硕士，工程师，研究方向为变速箱机械CAD/CAM。文章编号：2096-3092（2024）01-0021-03 装备及自动化 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料22断裂现象。在机械密封中，应力腐蚀可能导致密封件或其他组件的破坏，影响密封性能。点腐蚀是指在材料表面局部区域发生的腐蚀现象。这可能导致弹簧失去稳定性、密封面间隙增加等问题，从而影响机械密封的有效性。点腐蚀通常由介质的化学性质或环境条件引起。电化学腐蚀是在复杂环境下发生的一种腐蚀形式。在机械密封中，离心泵常常处于潮湿、有腐蚀性介质的环境中。电化学腐蚀可能会破坏机械密封的材料，降低其性能。（2）汽蚀。汽蚀是离心泵运行中常见的故障之一，对于机械密封的损坏尤为明显。确实，汽蚀会增加流体气泡含量，这些气泡会导致流体的压缩性变大，从而给叶轮增加作用力，使叶轮扭转时摩擦概率增加，加剧叶轮表面的磨损。同时，汽蚀还会降低泵的效率，增加能耗和维护成本，长期下来可能会引起设备失效2。（3）泵振动幅度大。离心泵的振动受多种因素的综合影响，包括但不限于泵的设计、工作条件、液体流体特性以及泵本身的磨损状况。这些因素的变化都可能导致振动的不同程度。泵的振动可以在水平、垂直和轴向三个方向上发生。对这些振动进行全面监测和分析有助于全面了解泵的运行状态。轴向振动对机械密封的影响最为显著，这是因为它直接作用在密封的端面上。这可能导致机械密封的早期磨损、泄漏和甚至失效。当轴承箱的振幅超过标准时，可能会导致动环和静环分离。这种分离会对机械密封的正常运行造成严重影响。3.2 离心泵机械密封装置故障原因（1）机械摩擦。在离心泵机械密封的运行和维护过程中，摩擦问题是一个非常重要的方面。具体表现如下：离心泵在操作过程中，如抽空憋压或由于操作异常产生较大的轴向力时，可能导致动环和静环接触面分离，从而降低机械密封的密封效果。较大的轴向力作用于机械密封，超过了接触面的正常承载能力，导致接触面分离3。另外，在离心泵机械密封的安装施工期间，由于不当的安装或调整，可能会产生大的压缩量，导致机械密封的端面发生擦伤和磨损。在安装施工过程中，由于不正确地调整或压紧力过大，机械密封的端面可能会受到额外的力量，引起摩擦和损伤。（2）人为因素。人为因素是导致机械密封装置故障的重要原因。操作人员的行为偏差或违规可能导致各种突发故障，包括不正确的操作、错误的调整或过度操作等。这些行为可能会导致机械密封零件的损坏或失效。例如，不按要求提供冷却水或不及时维护润滑系统等操作偏差，可能导致机械密封高温变形或润滑不足，进而影响其密封性能。一些操作人员可能存在安全意识差或责任感欠缺的问题，不重视机械密封的正常运行和维护。这可能导致操作不慎或忽略维护检查，进一步加剧机械密封的故障风险。例如，操作人员未按要求提供冷却水或未进行定期维护检查，这可能导致机械密封在高温环境下失效或未及时发现潜在故障点4。（3）对中不良。安装时如果对中不良可能导致离心泵运行时产生不均匀的受力，使轴承承受额外的负担。这会导致轴承表面的磨损增加，进而可能引发轴承跑套的问题。对中不良可能导致泵结构的非均匀受力，引起结构偏口变形。结构的非均匀变形可能导致泵的内部流体动力学性能变化，从而影响整个泵系统的运行。4 离心泵机械密封故障的解决对策4.1 合理选择密封形式在选择密封形式时，需要综合考虑离心泵的运行参数，如流量、压力、介质性质等。不同的密封形式适用于不同的工况条件，如机械密封、填充剂密封、磁力密封等。通过合理选择密封形式，可以减少泵的泄漏问题，提高设备的可靠性和运行效率。除此之外，还可以借助计算机模拟可以对离心泵的安装方案进行评估和优化5。通过建立数值模型，模拟流体力学特性和密封性能，可以验证安装方案的合理性，并进行必要的调整和改进，这样可以有效避免由于安装不当而引发的振动、泄漏等问题。4.2 解决人为问题在现代工业生产中，人为失误是引发事故和损失的主要原因之一。为此，强化操作员责任意识和安全教育非常重要。其中，责任意识是指操作员必须清楚了解自己所承担的职责和责任，并且在操作过程中时刻保持警惕性和高度的责任感；而安全教育则是指要对操作员进行全面系统的安全知识培训和技能训练，使其能够正确理解和遵守安全管理规定和操作规程。此外，还需要加强操作员的安全意识和责任感，使其能够保持高度警惕性和严谨性，在操作过程中始终遵守安全规程和操作规范，并能及时发现和处理安全隐患和事故风险6。离心泵机械密封作为设备制造和运维领域的重要一环，需要相关技术人员具备丰富的知识和经验。因此，造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 装备及自动化23结合设备运维专业知识进行培训非常必要。需要注意的是，在进行培训时，应根据不同的人员类型和职业要求，采用不同的教育方式和培训内容。例如，对于运维技术人员，应注重实际操作技能和安全意识的培养；对于管理人员，应注重管理和组织能力的提升。4.3 解决腐蚀问题使用离心泵开展生产作业的过程中，考虑到多种不同类型的外部因素影响，需要做好腐蚀管理工作，具体工作内容如下：根据化工企业实际运行状况，严格遵循现行标准的具体要求，选择符合要求的原材料。在材料保存方面，实施防腐工作，执行防腐检修工作，并确保对每次工作进行及时、准确、详尽的记录。提高离心泵对真实运行环境的有效把控，以规避电化学腐蚀问题，有效保护离心泵的机械密封效果。通过严格控制机械密封冷却水温度，减少机械密封摩擦面出现温度过高的可能性7。及时更换受腐蚀的零部件，确保机械密封的健康运行。定期进行机械密封构件的拆卸与解离作业，检查静环辅助密封件和动环辅助密封件的弹性情况。如果发现明显的腐烂情况，可判定机械密封失效，建议在腐蚀性物质较多的工况中选择耐高温、耐腐蚀的氟橡胶作为橡胶件材料。通过这些管理方案，可以降低腐蚀对离心泵的不良影响，确保其长期稳定运行和高效性能。4.4 解决机械摩擦问题为了降低离心泵运行过程中所产生的摩擦问题，应当做好以下工作：引入先进的耐磨材料，如氧化锆陶瓷、碳化钨硬质合金等，以提高密封件在高速摩擦条件下的抗磨性能。进行材料工程研究，通过材料显微结构和成分的优化设计，确保所选材料在特定工况下具有良好的耐磨强度和化学稳定性，从而减少摩擦损伤。实施定期巡检，采用三坐标测量等精密设备对密封面进行表面粗糙度和平整度检测，确保其符合设计要求。建立健全的维护记录系统，记录每次巡检的情况，及时整治发现的问题，并进行原因分析，例如利用金相显微镜对摩擦磨损情况进行定量分析。在安装离心泵机械密封之前，进行设备表面的严格清洁，采用溶剂清洗、喷砂等方法彻底清除可能对密封面产生摩擦影响的杂质，确保密封表面光滑且无异物残留。4.5 解决泵振动大问题针对泵振动大的问题，可以通过以下工作进行控制。（1）控制转子径向跳动。转子径向跳动是指转子在旋转过程中产生的径向振动量，其大小直接影响到离心泵的稳定性和振动水平。通过将转子径向跳动控制在 0.03 0.05 mm，可以有效减小离心泵的振动。（2）控制泵与电机的同心度以及轴向、径向振幅。泵与电机的同心度是指泵和电机轴线之间的偏差，轴向和径向振幅是指泵在运行过程中产生的轴向和径向振动量。控制泵与电机的同心度以及轴向、径向振幅在相应范围内，可以减小振动对设备的不利影响。（3）控制运转状态下的振动峰值，使其不低于0.06 mm，意味着要保持一定的振动水平，以便及时发现和判断设备的故障和异常情况。操作人员在现场工作中严格按照规程标准执行振动控制是非常重要的。他们需要具备相应的技术知识和操作技能，能够正确理解和遵守振动控制的规程和标准。5 结束语机械密封装置是离心泵核心部件之一，一旦出现机械密封失效情况，就会严重危害离心泵运行安全性与平稳性，因此亟须采取有效措施，切实降低离心泵机械密封装置故障率。由于腐蚀问题、机械摩擦以及汽蚀作用和操作不当等原因，都会引发离心泵机械密封失效问题，因此很有必要通过科学合理的针对性解决措施，防范或避免离心泵机械密封失效问题的发生。参考文献1 骆寅,陈崟炜,秦学聪,等.基于外磁场的离心泵故障预测模型J.排灌机械工程学报,2023,41(7):649-654,662.2 闫现蕾,郑华飞.并联离心泵组的运行特性与多目标优化控制研究J.造纸装备及材料,2023,52(4):31-33.3 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