吳信民

[摘 要]本文主要基于筆者多年的工作實踐經(jīng)驗，重點圍繞于輸油主泵機械密封失效的原因及其解決對策展開研究，以供廣大同行參考。

[關鍵詞]輸油主泵；機械密封；密封失效；原因；解決對策

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-02817-01

一、機械密封工作原理及其特點概述

機械密封的工作原理是軸間與旋轉(zhuǎn)環(huán)構成極薄的液態(tài)膜，從而避免介質(zhì)發(fā)生泄漏，同時也使斷面變得更加潤滑，最終實現(xiàn)對機械的密封。機械密封經(jīng)常被應用在壓縮機、泵等。

就目前情況來看，泵的密封方式主要有以下兩種不同的方式：（1）軟填料密封。（2）機械密封。兩種不同的密封方式特點不同，適用于在不同的場合，在密封方式的選用，選擇正確的方式，可以降低成本，提高機械的運行效果。比較機械密封與軟填料密封，前者具有以下優(yōu)點：①密封的可靠性更高，泵在長期運行過程中，密封狀態(tài)比較穩(wěn)定，泄漏量小。②壽命相對來說更長，在水、油等介質(zhì)中的使用壽命超過1年，即使在化工介質(zhì)中，其使用壽命長度也可以超過半年。③維修周期長，泵在運行過程中，端面在發(fā)生磨損后，在一定范圍完成相應的維修工作之后，泵的使用性能并不會發(fā)生明顯變化，仍然能夠滿足使用需求。④摩擦小，消耗功率小，依據(jù)相關統(tǒng)計表明，摩擦功率僅為軟填料密封的15%-55%。⑤具有良好的抗震性。

當然機械密封與軟填料相比，并不是只有優(yōu)點沒有缺點，其結構更加復雜，成本高，對零部件的加工有著較高的要求，并且要求工作人員在安裝與更換時的操作必須要合理，特別是要做好對緊急事故的處理。

二、輸油主泵機械密封失效原因分析

通過對相關文獻研究以及結合筆者工作實踐來看，導致輸油主泵機械密封失效的原因主要有以下幾方面：

1. 材料不合理

輸油主泵機械密封選材的材料不合理將會導致密封泄漏的出現(xiàn)。結合我在工作中遇到的實際情況來看，如果在發(fā)生泄漏時流出大量原油，而原油中所含的硫化氫具有較強腐蝕性，這就會造成機械的外部受到嚴重的腐蝕，從而導致破壞現(xiàn)象進一步加劇。分析機械密封的維修記錄，由于密封件在應用過程中存在摩擦情況，將會導致密封輔助圈遭受腐蝕、老化等現(xiàn)象，進而導致密封泄露情的發(fā)生。從實際分析情況來看，密封泄漏與選材有著很大關系。因此，在選擇選用密封圈時，要考慮泵應用周圍的環(huán)境，泵所承受的壓力等各項因素，綜合考慮最終的選材。

2. 選型不當

輸油主泵機械密封中，由于選型不當將會導致端面遭受破壞。通常來說，在輸油主泵機械密封中，密封的方式有單面密封、平衡性密封等多種不同的形式，在具體應用個過程中，如果在選型上出現(xiàn)誤差，導致端面的壓力，將會難以形成摩擦副間液膜，導致磨損情況變得更加嚴重，最終密封件在泵的運行過程中將會出現(xiàn)變形情況，引起泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。如果壓力達不到要求，端面磨損無法得到補償，將會導致機械運行出現(xiàn)打滑故障。

3.靜環(huán)因素

結合實踐來看，靜環(huán)因素也是導致輸油主泵機械密封失效的重要原因之一，根據(jù)筆者工作中對其檢修發(fā)現(xiàn)，將換下的機械密封解體發(fā)現(xiàn)很多主要部件都出現(xiàn)了靜環(huán)損壞。而進一步檢查可知，靜環(huán)與靜環(huán)座配合處均出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象，用手按壓無明顯補償作用，輔助密封圈分解后有溶脹現(xiàn)象。而導致這一情況產(chǎn)生的原因在于石墨材質(zhì)的靜環(huán)摩擦力大與膠圈溶脹、靜環(huán)材質(zhì)及沖洗孔分布等而造成輸油主泵機械密封失效現(xiàn)象地產(chǎn)生。

4. 溫度變化因素

輸油主泵在應用過程中，如果端面溫度的變化速率塊，或者溫差變化較大，產(chǎn)生熱變形，密封泄漏的幾率將會進一步變大。通常來說，為了避免泄露情況的發(fā)生，溫度的變化速率不應當超過1℃/min，溫度差的變化范圍應當控制在10℃之內(nèi)，為了避免由于溫度差變化速率過快，或者溫度差變化過大，而導致泄漏情況的發(fā)生，在具體處理過程中可以合理的采取冷凍措施。例如，某工程在具體生產(chǎn)過程中，因為溫度差變化過大，經(jīng)常會產(chǎn)生裂紋，軸封的使用壽命很短，不足12d，和后來對材料進行改變，選用耐溫差較大的材料，延長使用壽命。

5. 其他因素

除了上述4方面原因外，導致輸油主泵機械密封失效的原因還有諸如加工精度較低、安裝質(zhì)量不過關等。以加工精度較低為例，機械密封端面粗糙度和整體形狀誤差對其性能有較大影響。實際運轉(zhuǎn)中的機械密封在絕大多數(shù)工況下處于混合摩擦狀態(tài)，其彈簧壓力和密封介質(zhì)壓力形成的總的外部載荷由密封端面間的液膜壓力和微凸體接觸共同承擔，潤滑區(qū)存在由液膜黏性剪切引起的摩擦力，微凸體接觸區(qū)存在由微凸體變形引起的邊界摩擦力甚至干摩擦力，從而導致輸油主泵機械密封因密封零件磨損而出現(xiàn)失效。

三、 輸油主泵機械密封失效解決對策探究

1. 注重選材，降低泄漏幾率

在選材上，通常利用通過保護層避免腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，利用保護層將機械密封金屬與接觸液（稀硝酸和己二酸的混合溶液）相隔離，阻止腐蝕情況的發(fā)生。碳化硅是一種強度高，密度低等優(yōu)點，同其他抗腐蝕材料相比，耐高溫強度更強，但是由于材料比較脆，因此在具體應用中容易發(fā)生斷裂情況。合金鋼是在鋼中除了碳元素和鐵元素之外，加入其他元素，改善合金鋼的性能。合金鋼具有韌性高，強度高，耐高溫等優(yōu)秀的性質(zhì)，但是其與碳化硅材料相比，工藝更加復雜，因此在實際應用過程中，需要依據(jù)具體環(huán)境進行針對性選擇。通過合理的材料，控制泄漏情況的發(fā)生。此外，我們還應特別做好靜環(huán)的選材工作。比如當前許多靜環(huán)設計中采用石墨材質(zhì)較軟，這就導致其在沖洗液壓力較高（6.0～7.0MPa）的情況下，靜環(huán)側面很快出現(xiàn)的缺口，為此，筆者認為應根據(jù)國內(nèi)外優(yōu)秀的機械密封設計，將靜環(huán)的材質(zhì)升級，改用碳化硅材料來制作，提高靜環(huán)的強度。

2. 動環(huán)密封圈的控制

密封圈的原材要依據(jù)實際情況選擇相應的材質(zhì)，同時需要注意，動環(huán)密封圈不能過緊，這主要因為如果動環(huán)密封圈過緊，將會增加軸套與密封圈之間的摩擦，導致泄漏情況的發(fā)生。與此同時，如果動環(huán)密封圈過緊，將會導致移動阻力加大，在泵運行過程中，如果工況變得復雜，無法及時調(diào)節(jié)。此外，動環(huán)密封圈過緊容易導致彈簧出現(xiàn)疲勞，導致彈簧損壞，并且動環(huán)密封圈過緊也容易導致自身出現(xiàn)變形，影響密封效果，引起泄漏。

3. 靜環(huán)沖口設計以及密封圈壓縮量優(yōu)化

首先，改造靜環(huán)座的設計，將沖洗口調(diào)整到靜環(huán)和動環(huán)的結合面，沖洗液在動環(huán)旋轉(zhuǎn)時能更均勻地分布，每一個部位都承受沖洗力，這樣的分布才更合理，能有效緩解液體直接沖刷。其次，石墨靜環(huán)孔隙大，與橡膠圈接觸面粗糙，因此工作時會產(chǎn)生較大的摩擦力，同時，在輸油過程中密封圈會產(chǎn)生一定程度的溶脹（體積溶脹<5%），摩擦力被進一步放大，使彈簧無法將靜環(huán)頂起實現(xiàn)補償功能，考慮到膠圈的溶脹，返修密封壓蓋，將靜環(huán)處密封圈壓縮量由12.7%調(diào)整至11.3%。

4. 其他因素解決對策

針對諸如加工精度較低以及安裝質(zhì)量不過關而導致輸油主泵機械密封失效，筆者認為可以從以下兩方面著手：首先，企業(yè)必須在充分結合自身工作實際做好輸油泵機械密封的采購工作，即嚴格根據(jù)精度要求編制招標文件，隨后采購精度符合要求的機械密封。其次，嚴格規(guī)范輸油主泵安裝。為此，我們需要制定出輸油主泵規(guī)范化安裝操作流程，并加強安裝過程中的監(jiān)督工作，以此確保輸油主泵實現(xiàn)良好的安裝質(zhì)量。

四、結束語

總而言之，輸油主泵機械密封在具體運行中經(jīng)常會出現(xiàn)失效現(xiàn)象。這不僅會對泵的運行造成影響，還有可能會引發(fā)安全事故，因此必須要層層把關，針對輸油主泵機械密封過程中出現(xiàn)失效的原因采取相應的解決對此，以此確保輸油主泵機械密封的安全性。

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