超高压压缩机填料密封失效分析及改进措施5篇

第一篇：超高压压缩机填料密封失效分析及改进措施

超高压压缩机填料密封失效分析及改进措施

概述：

茂名石化公司化工分部1＃高压聚乙烯装置C－4202二次压缩机是1＃高压装置的核心关键设备，是由意大利新比隆公司（NUOVO PIGNONE）设计制造。机组型号：8PK/2，设计压力269Mpa，属于超高压压缩机。机组由四个一段缸和四个二段缸组成，共八个气缸。分两段压缩，采用对置式结构。主要参数表1：

表1 机组主要参数

参数 设计值

介质 乙烯 排气量 kg/n 57659 电机功率 KW 10200 转速 r/min 214 一段入口温度 ℃ 40.6 一段出口温度 ℃ 99 二段入口温度 ℃ 38.9 二段出口温度 ℃ 78 一段吸气压力 MPa 24.24 一段排气压力 MPa 120 二段吸气压力 MPa 110 二段排气压力 MPa 250 该机组1996年8月投产，投产初期，二级气缸填料盘经常出现环向开裂，导致填料密封失效，后经专家系统和全面的分析研究并在实际中实践,填料盘开裂现象得到扼制.但由于填料盘磨损快,密封失效也经常发生,据统计2000到2004年因机组密封失效停车抢修次数就达到50次,平均每年达10次之多,给装置安、稳、长、满、优生产带来很大的影响。

1机组气缸的基本结构和填料密封结构及密封原理

1.1机组气缸的基本结构

如图－1所示(以二段为例)，由气缸座、气缸外套、气缸、填料函、气缸头、组合阀、气阀压盖等到组成.填料盘与气缸，气缸与吸排气组合阀之间的密封全

0 部采用金属与金属直接接触密封，其密封面为平面，表面采用特殊研磨处理，确保密封可靠，其压紧力由六条螺栓经液压拉伸紧固。

图1 机组气缸的基本结构

1.2 密封结构

如图2所示，从低压侧到高压侧中由0－8号盘共9个填料盘组成，其中8号盘内装节流环，7号盘内装导向环，6号—1号盘内装为三瓣直口密封环和三瓣斜口密封环。节流环、导向环、三瓣直口密封环、三瓣斜口密封环，均为耐热、耐压、耐磨的铜合金制成。1—6号盘中低压则为三瓣斜口填料环，高压侧为三瓣直口填料环。为使各切口相互错开一定的角度，两环之间通过定位销确定各自的位置。同时由于填料环是铜合金与柱塞之间有往复运动，需加注润滑油进行润滑，所以填料盘开有润滑油孔,注入润滑油润滑。为带走填料环和柱塞往复运动而产生的摩擦热，在填料盘的外部还设置了冷却系统进行冷却，避免填料环柱塞的温度升高。

图2 密封结构 1.3 密封原理

在每个密封单元中两填料环都是由弹簧提供径向压力而对柱塞表面产生预紧，填料环与填料函室间充满密封气体，形成第一密封面。在此条件下被密封的气体因不能通过柱塞与填料环的间隙，便进入填料环与环槽即填料函之间的侧隙，并充满背隙空间。侧隙内气体压力使填料环与下一道填料函的密封端面压紧，形成第二密封面，如图3所示。同时背隙中的气体压力作用于填料环的背面，又加强了第一密封面密封效果。第一密封面是填料环起密封作用的关键。如果第一密封面被破坏，填料环与柱塞之间出现间隙，气体就会直接从间隙处流出，那么环背压力就建立不起来，此时，填料环虽然仍然与填料函的端面接触，但此密封面不能起到密封作用。第一密封面是以填料环的弹性元件提供的弹簧力为基础建立的，该力与环背气体压力相比很小，后者是帮助前者加强密封的。如果弹簧的紧力消失，那么填料环与柱塞间就会出现间隙，气体可直接从该处短路泄出，环背压不能建立，此时密封失效。

图3 密封原理

填料环在理想的工作状态下，即第一密封面与第二密封面均密封良好，这时漏气的通道就只能是环的开口间隙处。气体首先从气缸流经柱塞和填料环的间隙，通过填料环侧隙空间，流入填料环的背隙空间，这时积聚在整个空间内的气体将通过各个开口间隙，沿下一道密封函与柱塞的间隙流出。

由于填料环存在开口泄漏，以及柱塞和气缸、密封环间的间隙，都会造成泄漏，因此利用一道密封环阻止泄漏是不可能的。该设备采用了多道密封单元，组成一个串联节流系统，使气体每通过一道密封环就产生一次节流，先节流后膨胀，2 当气体从填料函与柱塞间的间隙进入函室过程中，气体先在窄缝中动能增加，压力减小，在进入下级填料函时流束截面突然扩大后，气体在腔内形成强烈的漩涡，大部分动能再转变成热能，总压头下降，泄漏量也随之减少，在超高压力的气体经气体节流环减压后，再经5道填料环密封减压，最终压力由250 MPa降到0.5 MPa左右，泄漏量在0-50kg/h之间，从而达到阻止泄漏的目的。2 密封失效的主要因素

2.1填料盘密封面失效的主要因素

我们知道平面填料的密封有五处：(1)填料盘与填料盘接触面；(2)填料盘与气缸的接触面；(3)主副密封圈的内圆面与柱塞的外表面的接触面 ；(4)主密封圈切口之间的接触面；(5)副密封圈与主密封圈与填料盘之间的接触面。从失效密封拆卸发现，五个接触面都有不同程度的损伤。主要是气缸密封面及填料盘密封面，特别是高压端的4、5、6号填料盘，表面出现气蚀斑点、结焦，表面颜色发蓝，有很明显介质冲刷痕迹，甚至有的产生裂纹，碎裂。经认真分析研究认为填料盘气缸面的损伤主要是疲劳损坏、微动磨损和气体渗透所产生。

1）压缩机气缸、填料盘在柱塞往返工作状态下，要承受着高达250MPa以上的压力，每完成吸气和排气的一个过程，气体压力都将在110MPa－250MPa之间频繁波动，从而使密封面承受一个非常大的脉动压力。这样在每个循环过程中就使气缸、填料盘密封面产生非常大的交变压力作用下；填料盘密封面可能产生细微的裂纹，随着时间的延长裂纹逐步扩展、长大，形成宏观裂纹，最终贯穿填料盘，造成填料盘开裂，如图4所示。

图4 填料盘

2）由于相邻填料盘之间的密封函压差大,填料盘密封面工作时由于应力不同而产生滑动,产生微动磨损.如图－4所示：相邻二块填料盘之间由于有填料的节流,填料盘内圈承受的压力是不同的,特别是在压力较高的情况下,相邻二块填料 3 盘的压差就变得很大。因此，相邻二块填料盘由于内压而产生的变形就相差很大。而压缩机工作时，气体的压力是周期性波动的，所以填料盘的内压也将产生周期性波动，其径向变形也随压力的波动而变化。由于相邻二填料盘在压缩机吸气和排气时因内压而产生的变形之差不一样。所以，二填料盘就会在接触面处产生径向滑动，从而引起微动磨损。

由于以上气缸、填料盘密封面脉动引起的交变应力作用及填料盘之间压差大产生的径向滑移产生的微动而引起的磨损，而使气缸、填料盘密封面产生疲劳。加上填料盘密封室是气体聚集的地方，气体随着密封面磨损的微小间隙渗透进去，并发展到一定的程度，气体就贯穿整个密封面，导致填料盘的密封失效。2.2填料密封环损坏失效

经过对填料环的拆检，发现有的填料函结满一层厚硬的低聚物及焦垢，填料环磨损严重，有的产生疲劳裂纹、碎裂、结焦，干磨的现象，如图5所示, 经分析是缺少润滑油，润滑效果不好和填料环的应力腐蚀及低聚物的积聚引起，导致料环的磨损。

图5 断裂的填料环

1）润滑油的影响。从填料密封和润滑原理分析，由注油器向填料函输送的高粘度内部润滑油，在正常操作时填料函内各元件和柱塞形成的间隙空间充满油，在柱塞和填料表面形成油膜，同时还应很好地附在滑动表面并且有较高的粘度，以便于维护两填料函密封面独立的油膜。所以油量要充足，以保证各元件能形成油膜。经细致检查发现有的两个填料盘间注入油孔有错位现象，如图6所示。

图6 两个填料盘间注入油孔有错位现象

2）填料腐蚀问题。对失效的填料环进行检查发现，填料环表面有大小不一的浅沆，越接近内径越明显，还带有细小的裂纹，有明显的应力腐蚀和疲劳腐蚀现象，在高温下的腐蚀现象更严重。经分析这种现象为脱锡腐蚀，腐蚀产生黑色的沉积体积聚在填料环上，表面形成许许多多的凹坑处产生集中应力。在压缩压力的作用下，造成填料环由于强度不足而发生断裂。

3）低聚物的影响。填料函内积聚大量低聚物。在停车过程中若压力下降快，造成填料函中的高压乙烯急剧泄漏而发生节流膨胀。在填料函中产生制冷效果，冷冻后的低聚物非常坚硬。积聚在填料函中的低聚物占据填料函间隙空间，使填料函内部润滑油显著减少，润滑效果下降。低聚物还堵塞填料环与密封函的气体通道，使气体只能从柱塞表面高速冲过，将柱塞表面的油带走，形不成所需的油膜，加速了密封组件的磨损。3 预防及改进措施

1）检修时对填料盘进行着色探伤或磁粉探伤等方法对密封面进行定期检查，发现疲劳破坏或裂痕时应及时修复；

2）在密封面进行研磨修复时，要保证密封面的表面尺寸和形状精度，要求平面度误差不大于0.001mm，平行度误差不大于0.02mm，安装时密封面与柱塞轴线相互垂直；

3）选择满足技术要求的润滑油，将原来矿物油更改为具有粘—温特性好、无毒、乙烯熔解度小、粘压性良好的聚乙二醇合成润滑油；

4）保证内部润滑油所需的流量。检修时对注油孔错位现象，采取在两填料盘注油孔接合处倒角处理，如图7所示； 5）检修过程严格控制相关间隙尺寸，保证装配精度，填料修复时要消除棱角，保证过渡圆滑；

6）在工艺生产过程中，要求上游过滤器、高压分离器应控制在合适的操作温度。增加排低聚物的频次，减少低聚物积聚；

7）确保操作平稳，防止压缩机的压力突然升高而造成对压缩机填料密封的破坏。

8）在检修填料密封时，一定要认真检查油封。同时也要检修中心组合阀和出入口阀，以免出入口阀的泄漏而造成机组不必要的停机。

图7 改造后的注油孔 检修时的注意事项

1）认真按照检修规程进行操作，拆卸及组装填料密封和中心阀时，做到文明施工，一定要用专用工具进行施工；

2）对拆御下来的柱塞一定要注意保护。因为一段柱塞是表面覆加碳化钨，二段柱塞全部是碳化钨制作而成，对酸性腐蚀特别敏感。所以在各种情况下手都不能直接接触柱塞的表面。拆下来后应包裹好放在专用木盒里；

3）注意检修质量，各间隙一定要符合需求。对各密封面的平面度、平行度、垂直度、粗糙度达不到要求时，绝不能回装，表面不应有缺陷；

4）注意清洁，保证各密封面的干净。气缸填料盘安装时表面一定要用酒精清擦拭干净，再用压缩风吹干才能组装；

5）认真检查各油路的畅通，注油孔不得堵塞、有杂物。填料盘及气缸要确保对正、不能错位，0#盘必须入销定位；

6）注意检查各0型圈，在许可的情况下尽量每次更换；0型密封圈回装要 抹上凡士林润滑，防止切边；

7）液压紧固螺母时要分二次进行，第一次打压在要求压力的四分之一左右，第二次打压至要求的压力，确保紧固螺栓紧力符合要求。5 结论

通过对C－4202超高压压缩机的填料盘磨损及影响填料密封使用寿命短的问题，进行系统的分析研究，提出了解决对策，采取了一系列措施进行改进，收到了很好的效果，大大降低了填料盘和填料密封磨损频率。填料盘开裂现象近三年来没有再发生，使用周期已明显延长。现在二段缸一般都能使用一年多，有的已达到二年多时间。一段缸使用时间更长。下面是10年以来维修次数的统计图。

参考文献

1.倪继军超高压压缩机填料盘的微动磨损〔J〕.广西机械，2003.（6），43～48； 2.茂名乙烯工程建设指挥部，高压聚乙烯车间C24202指导说明书[Z]1995； 3.王璠瑜 主编：《化工机器》，中国石化出版社。

第二篇：离心泵填料密封失效原因及改进措施

离心泵填料密封失效原因及改进措施

[摘 要]近几年来机械产业在不断发展，为我国的经济增长作出了巨大的贡献。在机械产业中有一种常见的设备名为离心泵。因其在油道运输的过程中起着非常重要的作用，一旦出现填料密封失效将会造成严重的影响。为此，本文就离心泵填料密封的问题分析其失效原因并提出改进措施。

[关键词] 离心泵 填料密封 失效原因 改进措施

中图分类号：TH311 文献标识码：TH 文章编号：1009―914X（2013）25―0388―01

离心泵具有耐久、密封的特点，因其性能优异在机械工业中颇受重视。离心泵的填料密封失效这一问题其实是很常见的，企业只需深入了解离心泵的工作原理，分析清楚失效原因，就能运用针对性的措施进行改进。

一、离心泵的填料密封结构

在输油时阻隔油料从泵壳和泵轴之间泄漏出来是离心泵的主要作用，其轴封一般在旋转的泵轴与泵体之间进行密封。为了阻止泵体里有外部气体进入，轴封通常都是采用接触式密封。接触式密封有多种类型，大致分为端面式密封和填料式密封，其中填料密封是本文重点讲解的对象。为了保证离心泵能安全运作，根据不同环境填料密封分为了三个种类：膨胀石墨填料密封，碗式填料密封和软填料密封。填料式密封的工作原理就是在壳体与轴之间充当密封材料，因其具有一定的弹性能使填料在受到轴向力压紧后能贴在轴的表面上，所以就能有效阻止油料外泄，使密封空间与外界隔绝。下面针对不同种类的填料密封进行结构和特点分析。

（一）膨胀石墨填料密封

由于其消耗功率比一般填料密封低，所以能适用于密封压力不大于3.5MPa，工作温度为380摄氏度的环境下。油泵膨胀石墨填料与其他填料密封种类相比较要好得多，其耐热性、耐磨性、密封性、柔软性、弹性都很优秀，是不错的密封材料。

（二）碗式填料密封

碗式填料密封由于结构能简单制作，成本底下，且密封性不会太差，是一种比软填料密封好的密封材料。对泵轴的磨损小，能适用于旋转密封压强为5MPa，线速度不大于为3米每秒的场合。

（三）软填料密封

一般用于普通油料的或油料温度不高于250摄氏度的油泵密封。因密封软填料材质上与其他类型有所不同，密封腔内的油压不能大于3.5MPa，导致其消耗功率比其他材质的要大。且因其密封结构过于简单，紧力不足，线速度只能达到每秒20米的状态，所以靠近压盖处的填料会因为磨损过快而失去作用。相对于面端式密封的基本结构，填料式密封中一般由螺母、封油环、长扣双头螺栓、填料压盖和填料套构成。为了使填料密封的油料渗漏量控制在每秒六滴的范围之内，在填料式密封正常工作中，可以通过压紧填料的方式，减少泵轴处泄漏液体。需要注意在压紧填料的过程中不能用力过大，否则会造成轴和填料之间磨擦过多导致内部发热，降低泵的工作效率。就现阶段而言，填料密封还存在着一些缺点，如使用时间不能太长，日常维护频繁，密封效果还有待提高。

二、填料密封失效原因

（一）油封结构不合理

离心泵的填料密封结构在设计上就存在先天性的缺陷和隐患，主要是因为在油泵的轴向密封期间存在不合理性。首先泵的高压地方是油封最基本工作介质，其他地方渗入填料函的油压比它还要低，由于圈数少，只有5-7圈的填料相隔着，所以填料函上边的油封孔和填料压盖的距离比较近，导致容易引发高压密封油外泄。其次在补充添加填料在添加补充期间很容易会出现将油封环压入填料函内部的情况。此时密封的油无法扩散，导致油封孔外侧的填料压力上升，密封难度加大，油封环与泵盖上的油封孔错位，最终失去密封作用。同时，填料环安装在填料函的中央，填料环上的孔应与冲洗油孔相吻合，这就增大了更换填料的难度和工作量。

（二）侧向压力分布不均匀

填料的耗损过快，密封性能下降是侧向压力分布不均匀所造成的后果。在工作人员对填料压盖施加压力时，会导致出现反方向的弯曲、不规则扭转、断口等现象。这是因为在轴套和密封填料之间的侧向压力和密封间隙内的压力是会沿轴向分布的，这样很容易造成密封失败，使被密封的油料压力大于侧向压力。当出现这种情况的时候，如果填料再接近填料压盖，就会导致里面的轴套与填料之间阻力升高，产生出大量的热气，使填料硬度增强并开始变得脆弱起来，失去了原有的弹性，最终填料的磨损大大提升，泵轴机械性能下降。再这样继续下去，填料的密封效果将会越来越差，填料压盖的压力被再次加大，导致压盖处的工作状况恶化，如此循环下去，使得密封完全丧失其应有的稳定性。

（三）填料压盖压力失衡

填料函的中间一般有填料环，其中大概有五至十根的盘根。在一般使用过程中，由于没有压力显示扳手的辅助，通过人工控制螺旋的松紧程度是很难控制压力的。且人的力度难以掌握，在用力过大的情况下将会导致密封填料破损，使填料的侧向压力沿轴的分布不均匀，稳定性与可靠性大大下降。而用力过少却会造成密封度不足，导致油料泄露。在这种情况下可以先通过拧紧压盖两侧的螺栓产生预导压力来压实填料。

（四）密封的适应性差

泵轴主要受变应力的影响，过于巨大的变应力会对其造成损坏。严格来讲，普通填料不能有径向偏心量较大的旋转轴，由于存在着外界因素的影响，在不利条件的干扰下会导致旋转轴的偏心量超过一定的数值，这将会使轴套与填料之间产生间隙，大大增加泄漏的几率。因此为了安全起见，必须将径向偏心量规定在小于0.05毫米的范围内。

三、加强填料密封的措施

（一）减轻腐蚀引起的密封失效

在平时的离心泵定期保养工作中应做好检查，替换超过保养期限的密封件，对其他需要保养的零件进行清洗，涂上高纯度耐腐蚀的透平油能更有效地减轻腐蚀引起的密封失效。

（二）消除泵抽空和汽蚀

一方面，因为输送介质的温度有一个规定范围，工作人员必须对其进行控制，使温度保持在80摄氏度以下。其中还必须确保相连旁接介质罐体的液位要一直处于正常状态，不能高过安全标准。控制好离心泵进口的压力，尽量确保压力保持在0.2-0.4MPa之间；另一方面，为确保工作环境处于一个安全的状态，必须增加工作人数，加强员工的工作细心度。员工要认真学习好工作岗位的相关技能，在培训课程中要求员工把离心泵的操作规程牢记于心。最后还需要各单位做好沟通，在清管器到站之前将输管线清关期间与调度室的关系协调好，提前停止泵的运行。这样就能有效防止在离心泵开启之前出现入口阀没有开启，泵体没有放空和盘泵的状况出现。只要使填料密封在摩擦期间有润滑介质就能有效防止低级错误的发生。

（三）选择合适的材质消除摩擦 为了增强填料密封的寿命，采用的零件必须要耐磨耐腐蚀、摩擦系数小、端面比压小。耐磨性的材料可以使用碳化硅、氮化硅陶、堆焊硬质合金这类型的材质。改进零件的材质，可以更有效地提升工作寿命，降低磨耗。其中为了提高通过选材的改进，更有效地降低磨损，可以选择高速钢—碳化硅这种常见材料，因其拥有密封效率高的特性，对填料密封有着不错的效果。

（四）对密封圈的更换

由于填料密封过量工作，会造成密封圈的密封效果失去作用的情况出现。这时候一定要快速对密封圈进行更换，特别是在泵的二保规定期限到达以后，对密封圈的检查和替换更加频繁，为了防止密封圈的失效所带来的影响，使用有质量保证的密封圈也是必要手段。

参考文献

[1] 孙秀丽.离心泵机械密封泄漏原因分析及处理方法[J].化学工程师2008（03）

[2] 农琪.高温介质离心泵机械密封失效主要原因与对策[J].广西轻工业，2010（12）

[3] 高武民.机械密封的失效原因分析及实际应用[J].石油化工设备技术，2002（2）

[4] 郭海峰，张玉梅.离心泵机械密封失效原因分析及消除措施[J].化学工业，2010（01）

第三篇：机械密封失效改进措施

机械密封失效原因及改进措施

摘要：分析单级离心泵在日常运转中机械密封泄露的原因，并加以讨论消除和改进的措施，以保证其长期可靠而稳定的运转。

关键词：离心泵、机械密封、泄露、技术改进措施

在化工生产中，常常需要将流体从低处输送到高处，或从低压送至高压，或沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。为流体提供能量的机械成为流体输送机械，根据工作原理的不同通常分为四类，即离心式、往复式、旋转式及流体动力作用式。而离心泵即为流体输送机械中最为常见的一种机械。

离心泵具有结构简单、流量大而均匀、操作方便的优点。而机械密封则是这种流体输送机械的轴封装置，具有泄漏量小和寿命长等优点。兰州石化公司化肥厂丙烯酸车间动设备中主要包括离心泵和屏蔽泵两大类型的泵，而离心泵占有绝大一部分的比例。因此在各类设备的故障当中，机械密封泄漏的检修占有绝大比例。故机械密封运行的好坏将直接影响到装置的平稳运行。

一、机械密封原理

机械密封是一种依靠弹性原件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性原件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，因此又称端面密封。机械密封通常由动环、静环、压紧原件和密封原件组成，动环和静环的端面组成一对摩擦副。动环靠密封室中的液体压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比例和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。压紧原件产生压力，可使泵在不运转的情况下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封圈起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时对泵的振动、冲击起缓冲作用。

机械密封原件在实际运行中不是一个孤立的部件，它是与泵的其他零部件一起组合起来运行的。通过其基本原理可以看出，机械密封的正常运行是有条件的，只有消除例如泵汽蚀或汽缚，动、静环密封面被挂损不能形成正常保护液膜；泵轴振动过大，密封O圈被腐蚀破坏或磨损变形等类似的外部条件，再加上良好的机械密封自身性能，才能达到理想的密封效果。

二、机械密封失效原因分析

1、离心泵的汽蚀和汽缚

离心泵工作时，在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上。如果形成的低压很低，则离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。但是，真空区压强太低，以致于低于液体的饱和蒸汽压，则被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡。含气泡的液体挤入高压区后急剧凝结或破裂。因气泡的消失产生局部真空，周围的液体就以极高的速度流向气泡中心，瞬间产生了极大的局部冲击力，造成对叶轮和泵壳的冲击，使材料受到破坏。把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，称为气蚀现象。汽蚀发生后，水力冲击带动密封做迅速的轴向振荡，使动静环及辅助密封圈等零件严重磨损，使机械密封装置损坏进而造成密封泄露。

泵在启动前没有灌泵或灌泵不满的情况下，泵壳内有空气，由于空气的密度远小于液体的密度，其所产生的离心力很小，而不足以使得叶轮中心处形成低压，液面与中心处的压强差很小，液面位于泵下面的液体不能在压强差的作用下被吸入泵内，这时泵具有空转而不能吸液，排出口不可能有液体排出，这种现象称为气缚。汽缚发生后，由于泵内液体不足，容易造成动静环摩擦副无法形成保护液膜，长时间运行后可使动静环密封面断裂，造成机械密封泄露。

2、泵轴弯曲和振动过大

机械密封（或端面密封）是一种旋转轴向的接触式密封。它是在流体介质和弹性原件的作用下，两个垂直与轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封面之间要受力均匀。在泵正常运转时可以测量发现，泵轴承箱的振动值不应超过0.06mm，否则便需要停泵进行检修。如果泵轴弯曲，泵开启后，在机械密封安装处将产生较大的挠度，可使密封面间受力不均匀，导致动静环分离，瞬间的分离在液膜压力的作用下将原本的平衡遭到破坏，密封面的破坏将造成泵的大量泄露。如果泵输送的的介质颗粒较大，则在瞬间较大颗粒的介质将进入摩擦副之间，使密封端面损坏，造成泵的大量泄露。拆开后会发现在硬密封面上有清晰的划痕，且密封O圈也会有所变形。

3、机械密封冲洗冷却系统的原因

机械密封的冲洗冷却系统也是非常重要的，在泵的正常运行时它可以有效的保护密封面，起到冲洗、冷却、润滑的作用。在泵长时间停运后，杂质将淤积在传动座的弹簧周围，堵塞弹簧。再次启动泵后，弹簧容易卡死，使其失去了原有的补偿作用，进而杂质进入摩擦副间破环密封面的光洁度，造成密封面的损坏引起泄露。

例如我车间T-2110塔釜泵P-2110A/B输送物料为丙烯酸（含80%左右）、甲苯（含18%左右）、醋酸和水（含有少量聚合物），由于丙烯酸物料高温易聚的特殊性，因此在泵正常运行中我们通常投用外冲洗线（外冲洗为纯甲苯），在正常开车中为开一备一。2010年5月，长时间正常运转的P-2110A突然泄漏，化工在操作切换至P-2110B时，未考虑到在两台机泵同时运转时入口管线吸入量是否充足，机封冲洗投入量是否满足两台机泵同时运转，也未先对P-2110B机封进行冲洗，结果导致在P-2110B开启不足一分钟内，P-2110B也发生泄漏。在P-2110A/B泵解体后发现，P-2110A动、静环密封面上粘有聚合物且密封面上有明显划痕现象、辅助密封O圈磨损变形；P-2110B传动座的弹簧周围有少量聚合物、静环辅助O圈磨损变形。除备件质量外，个人认为气蚀和机械冲洗是导致机械密封泄漏的两大主要因素。

三、采取的措施

1、消除离心泵的汽蚀和汽缚的措施（1）、清理进口管路的异物使进口畅通，或者增加管径的大小；（2）、降低输送介质的温度；（3）、降低安装高度；（4）、增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量；（5）、减小泵前管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。

2、消除泵轴弯曲和振动过大的措施（1）、转子找正后需重新做动平衡，转子的径向跳动最大不超过0.03-0.05mm；（2）、调整泵与电机的同心度：轴向≤0.08mm，径向≤0.1mm；（3）、泵运转时振动恒值最大不超过0.06mm；（4）、及时更换磨损的轴套，避免加速轴的弯曲（5）、现场操作、维修、调节时，严格执行操作规程，消除振动源。

3、机械密封冲洗冷却系统方面的措施（1）、严格执行操作规程进行泵的正常开、停；（2）、没有冲洗系统的泵，在长时间停用后，准备开启时应拆卸检查机械密封的完整度。（3）、由冲洗系统的泵，在启动前应打开冲洗冷却系统，保证流量和压力的情况先对其进行冲洗。

四、结论

机械密封的失效，除去其自身原因外，还有工艺条件、运行状况和化工操作等其他方面的原因，应分析在用的机械密封的各种因素，通过观察运行状况和机械密封的磨损状况，根据具体实际情况进行原因分析，逐一消除各负面对其的影响，以保证密封的长期可靠运转。

参考文献：

[1]李继和、蔡纪宁、林学海，机械密封技术（M）.北京：化学工业出版社1998 [2]顾永泉，机械密封实用技术（M）.北京：机械工业出版社。2002 [3]林峥，实用密封手册（M）.上海：上海科学技术出版社，2008

第四篇：多级离心泵机械密封失效分析及改进措施

多级离心泵机械密封失效分析及改进措施

一、前言

某泵厂生产的多级泵系列原轴封都是采用填料密封，现针对用户需求将轴封改造为机械密封形式，收到了令人满意的效果；但也暴露出一些存在的问题，最为突出的是油田输油用多级离心泵。油田使用的多级输油泵系卧式单吸多级分段式离心泵，泵定子主要由吸入段、吐出段、中段、导叶、尾盖及轴承体等零部件组成；泵转子主要由装在轴上的数个叶轮、平衡盘平衡机构等组成，支承转子的轴承是两只单列圆柱滚子轴承。

泵轴封的传统形式是采用软填料密封；现轴封改进后采用MC1型的橡胶波纹管式机械密封（结构如图1）

MC1型为内装式、单端面、大弹簧和非平衡型波纹管式机械密封；动、静环均采用（YG6）硬质合金、辅助密封橡胶均采用氟橡胶，结构件均采用不锈钢材料；该型机械密封具有多种功能：如推动动环，既是次级密封件又作为动环的驱动件，完全消除了补偿带来的泄漏缺陷；动环通过*环和弹簧传动，不用黏结。但橡胶波纹管不能承受扭应力。

二、存在的问题

该系列多级泵轴封改进设计成机械密封后，短时间内效果还是比较不错的；但随着时间的推移，机械密封陆续暴露出问题，即寿命很短，有的连续工作仅1个多月就出现泄漏，平均寿命仅有3-4个月；没有达到正常的设计寿命（8000-10000h）。

对泄漏的泵机械密封解体检查，均发现橡胶波纹管和静环橡胶*垫遭到严重的破坏，主要表现为橡胶溶涨、撕裂、扭断及“啃咬现象”，弹簧扭挠等；造成动环偏斜、压死及卡涩，致使动环轴向自由补偿功能丧失，导致传动形式失效。

在频繁更换机械密封的同时，给泵轴、轴承等主要零部件带来了不同程度的损害，致使泵整机寿命降低。

三、问题分析

造成橡胶波纹管及*形橡胶垫溶涨、撕裂、扭断及“啃咬现象”，弹簧扭挠等问题的主要原因是由于多级泵转子为达到动态平衡轴向力而不断调整平衡盘位置（起动、调整工况时尤为突出），从而使弹簧产生过度压合，弹簧传动的转矩太大，即动、静环摩擦面之间的摩擦耗功太大，产生的摩擦热使密封腔处温度过高，加速了介质对橡胶件的化学腐蚀和老化；同时传动件（弹簧）不足以克服这种较大的转矩和摩擦力，以及泵起、停时的冲击，造成橡胶件、弹簧、轴套相互磨损；周而复始，最终导致密封失效。因此，多级泵轴向窜动是影响机械密封寿命的重要因数之一。

四、改进措施

（1）改进多级泵轴向力平衡的装置采用特殊的平衡盘和平衡鼓联合结构（如图2），这种结构可以减小平衡盘径向尺寸，不易产生磨损。

（2）改进泵转子部件的支承轴承由原两端各一短圆柱滚子轴承改为吸入段处轴承不变，后段（吐出段）改为双列角接触球轴承，承受残余的轴向力和起、停泵的冲击。

改进后的轴承配置如图3所示。

（3）平衡盘轴向最佳间隙由于轴承配置的改变消除了泵转子的轴向窜动，因此平衡盘的位置也就相对固定了，即平衡盘的轴向间隙为定值，而轴向间隙的合理与否是影响平衡装置平衡功能的重要因数之一，是改进设计关键所在；通过动态分析平衡盘变化过程，即：轴向力增大!平衡盘左移、轴向间隙减小!平衡力增大!轴向力与平衡力平衡。轴向力减小!平衡盘右移、轴向间隙增大!平衡力减小!轴向力与平衡力平衡。由此可见平衡盘装置平衡轴向力过程是一个动态过程，是通过轴向间隙的变化改变平衡力来适应轴向力的变化的。要减小转子的轴向位移，就要使平衡力单位值变化时，轴向间隙的变化量最小。设为最小轴向间隙）时，值为最大，此时平衡力变化单位值时，轴向间隙的变化量为最小。该平衡盘轴向最佳间隙的设计理论，使水泵的轴向力变化时，转子轴向位移最小，并用以确定平衡盘所处的最佳位置；既保证平衡装置有最佳的平衡轴向力的效果，又保证双列角接触球轴承承受较小的残余轴向力；从而提高了水泵工作的可靠性和使用寿命。

（4）由于支承转子的（吸入端）短圆柱滚子轴承没有改变其受力状态，因此设计中主要针对双列角接触球轴承额定寿命进行校核，一般泵用轴承额定寿命。轴承润滑脂用锂基润滑脂。

第五篇：浅谈循环水泵填料密封的改进

浅谈循环水泵填料密封的改进

随着石油化工和密封技术的发展，对流体动密封的密封性和可靠性要求更高、更严，而水泵的填料（盘根）密封系统存在着泄漏、磨损轴套，使用寿命短和能耗大等问题，水泵的密封对整个设备运转来说起着重要的作用，如水泵的密封系统泄漏将会严重影响到设备的正常运转。如何选择合适的水泵填料，减少泄漏率，降低成本呢？我车间有循环水泵8台，均采用普通盘根密封，经常出现泄漏，每年维护成本较大，我们利用5#，6# 循环水泵做试验，采用一种新型软填料（CMS-2000），通过多年来运行，确实做到了无泄漏，低维护量，并且能耗明显降低，取得了显著成效，现在我们在进一步探讨如何将此软填料推广运用到所有循环水泵上。

一、填料密封的工作机理

在机械行业中填料密封主要用作动密封，常用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机的转轴密封。在填料密封的设计选择上，我们主要以机械设备的工作条件作为主要考虑因素。选择填料时我们主要看是否具备这几个条件：有一定的塑性，在压紧力作用下能否产生一定的径向力并与紧密轴接触；是否有足够的化学稳定性，不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面；填料是否自润滑性能良好，耐磨，摩擦系数小；轴存在少量偏移时，填料是否有足够的浮动弹性；制造是否简单、填装方便。

因此，我们需要经常对填料的压紧程度进行调节，使填料中的润滑剂在运行一段时间而有所流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。当然这样经常挤压填料，最后将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。

二、盘根填料在水泵使用中存在的问题

水泵的轴封一般采用油浸石棉盘根或油浸棉纱盘根。油浸石棉盘根具有耐热性、柔软性好、强度高等优点，但它也有致命的缺点：编结后表面粗糙、摩擦系数大、有渗漏现象，另外使用久了浸入的润滑剂容易流失。浸油棉纱盘根在水中长期浸泡会变得很硬，而且由于膨胀系数大，摩擦力较大。在实际生产中，经常出现这样的状况：新修好的设备，开始运行时轴封状况良好，但用不了多久，泄漏量便不断增加，调整压盖和更换填料的工作也逐渐频繁，运转不到一个周期，轴套就已磨损成花瓶状，严重时还会出现轴套磨断，并且水封环后面更换不到的盘根均已腐烂，无法起到密封作用。

我们在用盘根填料，发现其具有3个缺点：

1、盘根填料与轴直接接触，且相对转动，造成轴与轴套的磨损，所以必须定期或不定期更换轴套。

2、为了使盘根与轴或轴套间产生的摩擦热及时散掉，盘根密封必须保持一定量的泄漏，而且不易控制。

3、盘根与轴或轴套间的摩擦，造成电机有效功率降低，消耗电能，有时甚至达到5％－10％的惊人比例。也就是说：从填料密封的原理来看，流体在密封腔内可泄漏的通道有三处：其一是流体穿透纤维材料造成泄漏；其二是从填料与填料箱体之间泄漏；其三是从填料与轴表面之间泄漏。因此防止水泵泄漏最为关键的措施是：合理选择密封填料，设计合理的密封腔体，调整适当的密封压紧力。

三、组合软填料密封的设计

CMS2000填料填补了这些缺点，有着盘根无法比拟的优势，填料腔体内填充的是一种优良的密封软材料，它耐热－18℃－200℃，最大压力0.7Mpa，最大线速度8m/s，耐腐蚀性强，适用介质PH值范围4－13，主要适用于水介质。这种软填料状态为胶泥状，摩擦系数低、混合体之间分子吸引力小。

1、材料组成

黑色CMS2000由纯合成的KEVLAR纤维、高纯度的石墨、PTFE、有机密封剂四种不同的材料混合组成。其中，KEVLAR纤维是美国杜邦公司的产品，主要用于生产防弹衣的一种人工合成的特种纤维材料，这种材料的最大特点是具有极高的抗冲击强度和抗拉强度；高纯度的石墨是美国赤士盾公司在特殊的生产条件下，如真空状态下，生产出来的产品，能减小其内部的摩擦，其含有的高分子硅脂主要是为了增加CMS2000的抗磨蚀能力；PTFE为聚四氟乙烯的英文缩写;而有机密封剂是由美国赤士盾公司的专业工程技术人员研制的，专门用于CMS2000的一种获得专利的纯合成液体，能有效保证CMS2000良好的密封性能。

2、工作原理

CMS2000利用该产品分子之间极小的吸引力和产品与轴或填料腔内壁的磨擦力形成剪切分层面。在轴的运动过程中，其中部分产品中的纤维缠绕在轴上并随轴同步旋转，形成一个“旋转层”，随着旋转层的逐步增大，轴对纤维的缠绕能力逐步减小，没有与轴缠绕的部分材料将与填料内壁保持相对静止，从而形成一个“不动层”，这样就形成了动密封的两个基本组成部分。密封面形成在材料之间，而不在材料与轴之间，从而达到消除轴套磨损及节能的效果。

3、与传统密封形式比较

1）不会对轴套造成磨损，不需要更换轴套。普通的填料密封,因为轴套与填料之间有相对运动产生，所以轴套会被磨损，需要我们经常更换轴套，同时填料也因为磨损造成泄漏，也需要更换，一般来说填料被磨损了10%-15%就需我们进行更换了。以5＃泵为例，该泵以前使用盘根，由于轴套磨损严重，每年大修两次，维护工作量较大,使用该填料一年后，检修时发现轴套无明显磨损。同时，由于取消冷却水管，无冷却水泄露。使用该填料多年来，未发现明显泄露。减少检修工作次数。

2）不需要对设备进行更改即可安装。我们可以利用原设备上原有的压盖、原有的轴套（已磨损的轴套亦可）、原有的冲洗或不冷却水注入通道即可。安装简单，不需要对维修人员进行复杂的技术培训。

3）可在线修复，维修劳动强度低。普通的填料密封在失效时，需要维修人员将设备停机，将填料取出后再进行安装, 这样会造成停机损失。CMS2000在维修时可在设备的运动状态下，将注入口打开，接上注入系统后，将材料注入即可重新实现有效的密封，避免了停机损失的产生。

4）避免电力的无谓损耗。普通的填料密封的密封力的来源于压盖将填料的轴向压力而造成的填料的径向扩张力（即填料对轴的抱紧力），这就使得轴必须要克服这种密封力（抱紧力）才能进行运动，轴就必须消耗较大的功率，造成无谓的电力消耗。CMS2000材料的组成为摩擦系数极低的非金属和液体，再加上材料为混合体，分子之间的吸引力很小，轴在运动时不需要克服较大的密封力即可，这就意味着轴功率不会有无谓的消耗。

5）不需要冲洗或冷却。普通的填料密封因为填料与轴套之间产生较大的磨擦热，所以需要采用冷却水来冷却,这样就造成了冷却水的消耗。CMS2000因为磨损区域在材料之间，可以产生的磨擦热较小，不需要采用冷却水系统来冷却，避免了冷却水的流失，也减少了污水处理装置的工作压力。

6）无规格的限制，可大大减少库存。CMS2000为胶泥状物，可根据填料腔容积的大小来决定CMS2000的装填量，作为维修备件库存量可以大大地降低,节约了企业的备件库存，即降低了资金的占用量。

四、经济性分析

以5号泵6sh-9型为例

轴套外径ф60，盘根规格10mm*10mm，填料腔长度L=75mm，原用碳纤维盘根，每年检修两次，原因为轴套磨损（有时伴有轴磨损），每年大概更换盘根四次。

1、从节省能耗考虑

以5号泵为例，该泵为6SH-9型。运行参数为：电机额定功率37KW，运行电流203A~204A。改造后运行电流为198A~200A，下降幅度约为2.5%。

每月节电费用：37*2.5%*720*0.5=333元 则一年为3996元。

而一年所用填料金额为（该填料设计寿命为5年，可反复使用）

CMS2000价格：3.00元/ml

密封腔容积为：π/4 *（802-602）*(0.075-0.02)=120ml

故一次安装CMS2000的价值为:120ml*3 元/ml*2=720元

考虑使用CMS2000填料对电能的节约，安装成本较为经济。

2、从降低检修成本考虑

每年由于轴套磨损检修两次，其中轴套，盘根更换及人工费用约为400元/次，则一年费用为800元。

从以上成本经济性分析可以看出,长期使用CMS2000，在无泄漏的基础上，将能起到良好的密封效果，更能降低生产成本，提高生产的综合效益。