机械密封的安装和使用

机械密封一、机械密封的安装和使用二、机械密封故障分析一、机械密封的安装和使用据国内某炼油厂的一份密封失效统计数据表明：1、密封本身问题（镶环不佳14，动环硬度不够9，K太大6，材质不对3，静环垫太紧3，密封面不平2，密封面太窄2）占34.5%。2、辅助设施问题（没有冲洗23，冲洗管堵塞1，冷却水结垢3）占23.9%。3、介质及工作条件不好(腐蚀加磨损10，有固体颗粒6，抽空4，密封面结冰4，密封结晶3,粘度太大2)占25.7%。4、泵的问题(串轴4，振动大3，压盖垫坏2，密封箱面不平1)占8.8%。5、安装问题(轴套垫漏5，压缩量小3)占7.1%。后三项属于安装和使用的原因,合计占41.6%。因此,必须认识安装和使用的问题。（一）安装机封的泵的技术要求1、转子部分（1）轴径向跳动≤0.03~0.05mm转子径向跳动：叶轮口环≤0.06~0.10轴套等部位≤0.04~0.06(小直径对小值，大直径对大值)（2）叶轮应找静平衡,在3000r/min工作的叶轮,不平衡量应小于下表规定叶轮外径mm≤200201~300301~400401~500不平衡量gcm35810（3）属于下列情况之一者还需检查转子的动平衡单级泵的叶轮直径超过300mm两级泵的叶轮直径超过250mm允许剩余不平衡量可用下式计算剩余不平衡量：μmax=635w/nW：轴颈的质量Kgn：泵转速r/min（4）对于弹性柱销式及其他用铸铁制造的联轴器，当直径超过φ125而总长度超过300mm时也需进行动平衡校验，允许剩余不平衡值仍用上式计算，式中w应为联轴器的质量。2、各部件相对位置公差密封腔与轴的同轴度0.1mm(即轴的径向跳动)密封腔端面与轴的垂直度0.05mm转子的轴向串量0.30mm压盖与密封腔配合止口的同轴度0.1mm3、与电机的同心度电机单独运转时，其振幅不超过0.03mm工作温度下泵与电机的同心度：轴向0.08mm，径向0.10mm立式泵采用的刚性联轴器同心度：轴向0.04mm,径向0.05mm4、泵运转时双振恒值最大不超过0.06mm（二）安装密封前要了解泵及介质情况1、泵型号及结构、支承方式(悬臂或双支承)、转速、转向及泵安装方面的情况。2、泵内介质性质：如粘度、润滑性、汽化压力、腐蚀性以及是否含机械杂质、出现结晶等。3、泵的工作情况：工作温度、进出口压力，密封箱中的压力、温度，采取何种辅助设施，泵运转中的振动，泵是连续还是间断运转等。了解上述情况后，再检查配备的密封型式、结构参数、零件材料以及辅助设施是否合适。一旦密封失效，对分析原因也是必须的。（三）机械密封的安装安装步骤（1）静环装入压盖，并检查端面与压盖定位面平行度（如图8-1用深度尺测四周l，max-min即为平行度）液态烃介质：≤0.02油类介质：≤0.04（2）动环和传动座的装配（3）机封定位并紧固传动座(定位很重要,要保证压缩到工作高度)（4）装上带静环的压盖。静环及压盖内孔与轴外圆间隙沿圆周误差≤0.1，拧紧压盖螺栓，四周均匀用力,偏斜度≤0.04。（5）盘车检查压盖、静环与轴是否有摩擦，感觉应均匀，轻快（6）安装辅助设施（7）打开泵入口阀，引入介质试静压，检查密封性。再缓慢盘车逐渐加快，一方面检查泄漏情况，另一方面排出密封腔中气体（很重要），最后等待开车。（四）泵的抽空和汽蚀抽空：泵启动前没灌泵、进空气、液体不满或介质大量汽化，这种情况下，泵出口压力近于零或接近泵入口压力，泵内压力降低。这叫抽空。抽空会让泵内接触零件和机械摩擦副发生干摩擦或半干摩擦，加剧磨损或零件移位而损坏泵及密封。汽蚀：正在运转中的泵，由于泵内各点压力及温度的差异，介质中溶解的气体溢出或介质组分的局部汽化，同时在另外某些处又不断溶解和凝聚，导致泵内产生高速、高压、高频的水力冲击，这叫汽蚀。汽蚀使泵发出噪音，泵体振动，出口压力大幅波动，严重时损坏泵的某些零件：如叶片出现麻点或蜂窝状，叶轮耐磨环磨损或脱落，叶轮锁紧螺母松动，甚至断轴，抱轴等，机封发生失效及至损坏。防抽空和汽蚀办法：1、从工艺操作上减少（从稳定工艺操作条件入手）泵的吸入管径应适当加大并尽量减少阻力损失；灌注高度要足够；吸入管路应防止气体的留存；一旦出现气体要能返回塔器，为此在进泵前需加一气体返塔的管线。从工艺操作上,温度宜取下限，压力宜取上限，塔底液面不可过低，泵的流量要适中，尽量减小压力和温度出样较大变化。对入口压力是负压的备用泵入口阀门应关闭。影响压力、温度的因素很多，单纯通过工艺操作避免抽空和汽蚀是不可能的。2、注入式冲洗是解决汽蚀和抽空的有效措施3、从机械密封结构入手从密封结构无法避免汽蚀的产生，但可以减少汽蚀对密封的危害。减少摩擦热，密封面直径尽量小，宽度尽量窄；选材要有好的自润滑性能和低的摩擦系数。静环采用夹固式或增加限位压板。采用平衡型机封（降PV值—降摩擦热，动环限位等）或用其他限位方式。二、机械密封故障分析（一）摩擦痕迹大于端面宽度1、泵运转时振动太大（使动环运转中产生径向和轴向振摆，液膜厚度变化大，有时密封面被推开，造成泄漏量增大）。2、窄环与轴不同心（静环压盖止口间隙太大，因自重下沉）。（二）摩擦痕迹小于端面宽度1、窄环内缘高，外缘低，端面间隙呈收敛形液膜压力增大，P比减小，造成泄漏（如果润滑条件好，长期不易跑和至正常）。2、窄环外缘高，内缘低，端面间隙呈喇叭形，液膜压力减小，P比增大（如果润滑条件好，较快跑和，可用，但润滑条件差，会加剧磨损，很快失效）。3、摩擦痕迹不连续，或局部接触，有时出现大半圆（俗称马蹄形）产生泄漏（硬环不平，有可能是热应力变形）。（三）硬环上无摩擦痕迹1、传动装置和轴（或轴套）打滑（如顶丝在高温下松动）2、端面未贴和，安装失误3、镶嵌环在高温下松脱（四）石墨端面出现均匀的环状沟纹1、端面液膜汽化，介质工作温度高，摩擦热产生汽化。2、端面高温使浸树脂石墨性能下降。3、非平衡型机械密封，K大，PV值高，大量摩擦热产生汽化。4、介质润滑性不良（液态烃、热水）。5、抽空和汽蚀，引起干摩擦或半干摩擦，使沟纹深一些（五）石墨端面中间产生环状深沟端面过热过载（易发生在温度较高的柴油泵非平衡机械密封上），石墨撕裂附在硬环上磨损石墨，发生粘着磨损。（六）石墨内缘磨损高温泵密封，压盖通冷却水，高温下冷却水结垢，磨掉石墨内缘，同时动环堵塞，无补偿性。（改用软化水或低压水蒸气）（七）石墨环台阶过早全磨掉1、介质润滑性差（如丁烯等），非平衡型机械密封，无冲洗、冷却。2、石墨质量差，质地粗，不耐磨。（八）石墨环外缘出现缺口冲洗量过大，冲洗孔正对着石墨，石墨环被冲蚀出现缺口。（九）石墨环断裂1、轻烃类介质直径较大，没有冲洗等辅助设施，PV值大，摩擦热不易散失，密封面间汽化，使石墨环温度升高。因石墨传热好，使辅助密封圈升温膨胀（PTFE），挤压力大。同时密封端面附近存在膨胀热应力。二力作用，使石墨断裂。2、平衡型密封，由于安装失误，轴套台阶顶住动环台阶，轴向力太大，造成石墨断裂。(十)石墨环出现蚀坑(大小不等1~5mm，形状不规则)多发生在高粘度介质（如100℃左右的渣油）泵上，因表面受挤压应力，同时又处于滑动状态。石墨表面内部受剪切应力。粘度越大，摩擦力越大，剪切应力越大，当超过石墨强度时，表面发生剥落，表现出来就出现蚀坑。（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹密封面上有环状沟纹是由于密封表面汽化的结果（密封腔中仍为液态），那么，表面灼伤，产生热裂纹则是密封腔中液体已经汽化或抽空，即摩擦副属于干或半干摩擦，表面温度急剧升高，摩擦副过热，一旦液体重新出现，摩擦副被急剧冷却，产生很大的温度应力。对于导热性好和强度高的材料（如WC），出现擦亮和变色的痕迹。有时在密封表面出现裂纹，对导热性差，强度低的材料（堆焊）表面出现径向裂纹。无论哪中材料在环表面都会出现环状沟纹。（十二）其他故障简介1、镶嵌环松脱在高温泵（或PV值高的场合）镶嵌环易松脱产生泄漏。如介质为重油、渣油等，环与座之间有油渍，但磨损小（因润滑性好），如介质是汽油，液态轻，环与座之间有磨损，但无油渍。2、辅助密封圈失效方式（1）如图，镶嵌环松脱，端面磨损。（2）4FV圈唇部卷边（密封腔汽蚀产生。）（3）4F由白色变成灰黄色，两件粘在一起；橡胶出现龟裂粘在密封环上。（泵抽空，密封面干摩擦所致）。（4）仅仅靠径向密封的密封圈，使用过程中，橡胶老化失弹，4F冷流变形，失去过盈量造成泄漏。3、传动机构失效密封的传动件常常是紧定螺钉，传动螺钉，传动销，凸缘，拔叉，甚至是单只大弹簧，造成他们的失效常常是：（1）高温使其松动；(2)泵的汽蚀或非补偿环安装倾斜,造成振动冲击磨损；（3）端面比压过高或频繁大幅波动；（4）组对不当（易咬合）使摩擦系数高，润滑性不好；（5）开、停车频繁或受力过大。4、弹簧断裂（1）设计不当（弹簧指数过小，c=D/d应≥4（5~8））、材料缺陷、制造不良、疲劳裂纹扩展造成。（2）应力，腐蚀断裂。（3）过载断裂。5、轴套（靠补偿环密封圈处）出现麻坑（1）泵内介质汽蚀（2）非补偿环安装倾斜。这两种原因会导致振动，密封圈轴向振动频率过高使轴套产生麻坑。6、焊接金属波纹管故障（1）高温失弹，高压破裂（2）波片之间结焦、积碳，堵塞失弹（不能用于结焦、积碳和有结晶析出的泵中）（3）外装式弹率小，打开端面（十三）泵抽空密封失效现象泵抽空是指叶轮内发生汽蚀或泵内没有液体，以及漏进气体或液体汽化。此时，密封处于干或半干摩擦状态。1、石墨环表面出现可目测的环状沟纹2、硬环（堆焊或喷涂）表面出现径向裂纹3、硬环（WC）出现环状沟纹，有时出现径向裂纹或断裂4、辅助密封圈变质（橡胶老化，龟裂、4F变灰黄色，严重时两件粘接在一起）5、热装式环脱落（十四）密封腔中汽蚀，密封失效现象密封腔汽蚀指在机封周围产生激烈的水力震荡，带动密封件发生迅速的轴向往复运动，使密封遭到严重破坏，比泵抽空要严重得多。其失效现象，包括泵抽空产生的现象，另外，还有以下现象：1、静环离位或防转销打弯2、4F-V圈唇部卷边3、动环被抽到传动座中卡住，弹簧失去作用。4、摩擦副中脆性材料（如SiC）因敲击出现片状剥落（十五）密封端面汽化的失效现象端面汽化是由于PV值过高，或高温泵没有辅助设施，或冲洗中断（过滤网堵塞），以及高温泵冷却夹套水结垢，冷却能力下降，泵入口压力下降引起密封腔中压力下降，在轻烃泵中轻组分的含量增加都可能产生端面汽化。密封腔中仍充满液体没有发生汽蚀，也没有发生泵的抽空，其失效现象是：1、石墨环端面有均匀细小的环状沟纹2、硬环、堆焊也出现沟纹3、WC环表面有局部擦亮，在热水和轻烃介质中有时也出现沟纹4、硬环表面粘结小块石墨，该小快石墨将石墨环表面磨出深沟。（十六）泵振动过大的失效现象泵振动过大没有明显失效现象，但对密封的可靠性和使用寿命有很大的影响，其程度取决于振动的程度。1、密封工作不稳定，有时两端面打开（尤其是平衡型机封），泄漏量大，缩短使用寿命。2、机械杂质易进入端面，加剧磨损。3、摩擦痕迹大于端面宽度。4、轴套和辅圈磨损加快。5、传动机构易损坏失效。（十七）没有冲洗的故障现象1、摩擦热不能及时导走，摩擦副温度高，密封端面易汽化，工作不稳定，易失效；2、密封腔机械杂质易进入端面，端面出现沟纹而失效；3、泵叶轮内汽蚀或泵抽空时，易损伤密封；4、密封腔少量汽化时，很易发展成汽蚀，使密封严重损坏（如果有注入式冲洗，可以避免）；5、弹簧周围淤积杂质，堵塞失弹；6、有些备用泵长期不运行，密封腔内淤塞，致使盘车不动。（十八）动环选材注意事项1、导热系数高于静环（动环有转动热），有利于热量散失，否则端面温度高，使用寿命短；2、在腐蚀很小场合，尽量不用喷涂陶瓷（导热性差，易产生裂纹），特别在液态烃中禁止使用；3、在没有冲洗的密封中，尽量不选堆焊及耐磨性低的材料，因为表面