白土精制裝置泵-103機(jī)封泄漏故障分析及處理

侯炳穎

摘要：白土精制裝置泵-103系雙螺桿泵，輸送的介質(zhì)為吸附劑、脫氮?jiǎng)?，介質(zhì)具有腐蝕性，介質(zhì)泄漏影響環(huán)境安全。該泵機(jī)械密封平均運(yùn)行15天左右，機(jī)械密封出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)機(jī)封泄漏原因分析、提出改進(jìn)機(jī)封結(jié)構(gòu)解決軸封頻繁泄漏故障。

關(guān)鍵詞：裝置泵;機(jī)封泄漏;故障分析;機(jī)構(gòu)改進(jìn)

1.設(shè)備概況

白土精制裝置2010年進(jìn)行工藝改進(jìn)，變白土精制工藝為吸附劑、脫氮?jiǎng)┞?lián)合精制工藝，泵-103為雙螺桿泵，泵在運(yùn)行過(guò)程中就頻繁發(fā)生機(jī)封泄漏故障。

該泵的相關(guān)工藝參數(shù)如下：

該泵用于輸送生產(chǎn)原料RUN-410型脫氮?jiǎng)◤?qiáng)酸性液體），將脫氮?jiǎng)┳⑷胙b置備用儲(chǔ)罐，同時(shí)還用于輸送裝置工藝生產(chǎn)完畢后的脫氮?jiǎng)┪苍ǜ哒扯取?qiáng)腐蝕、多顆粒的膠狀介質(zhì)），將尾渣輸送裝車運(yùn)走，因此，該泵承擔(dān)輸送兩種完全不同的介質(zhì)及工況，機(jī)封泄漏故障頻發(fā)。

該泵機(jī)封總成為多彈簧結(jié)構(gòu)，故障現(xiàn)象多為包塑密封圈腐蝕融化、動(dòng)靜環(huán)損傷、動(dòng)靜環(huán)斷裂和彈簧失彈密封失效等。

2.故障原因分析

2.1輔助密封原因

由于該泵輸送介質(zhì)為酸性制劑、絡(luò)合劑、酸酐和溶劑組成強(qiáng)腐蝕性和毒性混合劑，對(duì)塑料普通橡膠可以迅速溶解，造成包塑輔助“O”型密封圈腐蝕融化，橡膠材質(zhì)的輔助密封圈無(wú)法滿足介質(zhì)要求。

2.2介質(zhì)原因

該泵介質(zhì)為RUN-410型脫氮?jiǎng)┖兔摰獎(jiǎng)┪苍?，?jīng)常夾雜各種雜質(zhì)，含固體雜質(zhì)進(jìn)入泵轉(zhuǎn)子之間的間隙，一方面造成轉(zhuǎn)子損傷，另一方面如果雜質(zhì)體積較大，會(huì)造成轉(zhuǎn)子卡阻、電機(jī)跳閘，在此過(guò)程中常伴隨泵振動(dòng)，對(duì)機(jī)封的使用不利。

2.3機(jī)封設(shè)計(jì)原因

測(cè)量原機(jī)封的各項(xiàng)尺寸如下：

密封端面內(nèi)徑 ，外徑 ，平衡直徑 ;計(jì)算該型機(jī)封平衡系數(shù) ，帶入數(shù)值， 。即該機(jī)封為非平衡型單端面大彈簧機(jī)封。按照標(biāo)準(zhǔn)型式機(jī)械密封平衡系數(shù)推薦表，泵用103型機(jī)械密封平衡系數(shù)推薦值為1.15-1.27，故該型機(jī)封的密封面尺寸符合技術(shù)要求。

在機(jī)械密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往遇到選擇單彈簧還是多彈簧的問(wèn)題，一般當(dāng)軸頸小于 時(shí)，一般選擇單彈簧結(jié)構(gòu)。該泵機(jī)封安裝部位軸徑為 ，按照機(jī)封設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)該優(yōu)先選用大彈簧，而該泵原設(shè)計(jì)采用了小彈簧結(jié)構(gòu)。

小彈簧結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于：絲徑小，介質(zhì)的腐蝕性或者固體雜質(zhì)對(duì)彈簧的影響較大，容易造成機(jī)封失效，這也與該泵介質(zhì)的情況相符。

3.機(jī)封機(jī)構(gòu)改進(jìn)

3.1輔助密封圈

將輔助密封圈由橡膠材質(zhì)的“O”型圈改為聚四氟乙烯材質(zhì)的“V”型密封圈。聚四氟乙烯材料的彈性較差，它主要依靠結(jié)構(gòu)變形，使其唇口緊貼密封面來(lái)實(shí)現(xiàn)密封，是一種自緊式密封。介質(zhì)壓力高時(shí)，它密封性能良好，為了保證介質(zhì)壓力變化變低時(shí)，密封圈保持密封性能，選擇“V”型圈時(shí)其內(nèi)徑小于軸徑0.2mm，外徑大于安裝部位尺寸0.3mm，與撐圈配合使用。

3.2介質(zhì)中的固體雜質(zhì)問(wèn)題

針對(duì)該泵入口介質(zhì)中經(jīng)常含有固體雜質(zhì)的問(wèn)題，在泵入口管線加裝專用不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)，防止雜質(zhì)進(jìn)入螺桿泵，導(dǎo)致螺桿破壞、泵體振動(dòng)、機(jī)封失效。

3.3機(jī)封結(jié)構(gòu)方面

經(jīng)過(guò)分析，對(duì)該型機(jī)封結(jié)構(gòu)的主要改造在于將小彈簧結(jié)構(gòu)改為大彈簧。

3.3.1彈簧材料選擇

選擇彈簧材料為熱軋彈簧鋼絲，牌號(hào) ，由于機(jī)械密封彈簧多為作用次數(shù)在 且受沖擊載荷，查表可知該彈簧材料的許用剪應(yīng)力 。

3.3.2在推薦尺寸系列當(dāng)中選擇彈簧相關(guān)尺寸：

3.3.3彈簧尺寸校核

3.3.3.1計(jì)算旋繞比（彈簧指數(shù)）

3.3.3.2 選定彈簧比壓

彈性元件施加到密封端面單位面積上的力成為彈簧比壓，用 表示。彈簧比壓的作用是但介質(zhì)壓力很小或者波動(dòng)時(shí)仍能維持一定的端面比壓，使密封端面貼緊，保持密封性能。

選擇的新型103型機(jī)封，按照泵用機(jī)械密封彈簧比壓推薦值 范圍，對(duì)于采用聚四氟乙烯輔助密封材料的取高值，選擇 。

3.3.3.3 計(jì)算彈簧最大工作負(fù)荷 見圖1彈簧負(fù)荷變形圖

3.3.3.4計(jì)算彈簧的曲度系數(shù)（應(yīng)力修正系數(shù)）

3.3.3.5 校核扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力

從校核結(jié)果來(lái)看，該彈簧無(wú)法滿足扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力條件，需要重新選擇彈簧尺寸系列。

從扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的計(jì)算公式來(lái)看，改變 值，即彈簧截面直徑的大小對(duì)于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力減少最為有利，故將 值重新選取為 ，再次進(jìn)行校核計(jì)算可得出：

旋繞比

彈簧曲度系數(shù)

重新計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力

由計(jì)算結(jié)果可知，修正后的彈簧尺寸系列滿足上述強(qiáng)度條件。

3.3.3.6校核彈簧工作極限負(fù)荷

4.實(shí)際運(yùn)行情況

自該泵安裝了新型機(jī)封，截至目前已連續(xù)運(yùn)行15個(gè)月，運(yùn)行效果良好。

參考文獻(xiàn)：

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[2]孫玉霞 李雙喜 李繼和等，機(jī)械密封技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.6