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机械密封失效的原因分析
作者：聂立平
来源：《中国新技术新产品》2009年第15期
摘要:针对某车间污水泵机械密封静环部位断裂现象进行了故障分析,通过查找原因、制定相应措施并实施,达到了延长设备运行周期的目的。 关键词:汽化;线膨胀系数;热应力 1前言
该污水泵是某车间将装置区收集到污水池里的工业废水向厂污水处理系统输送的关键设备,它选用的是大连耐酸泵厂生产的IHZ80-50-200A型自吸泵,轴向介质密封部位采用的是104型机械密封。设备的主要性能参数如下:
2问题及原因分析 2.1问题
泵机械密封在装置生产运行过程中,曾出现因静环断裂而造成密封失效泄漏的现象。断裂部位如图1所示。 2.2原因分析:
2.2.1造成机械密封故障的前提
由于该泵是自吸泵,所以当泵的入口管线的密封点出现密封不严而漏气时,极易导致该泵的吸水能力下降,泵壳内液体温度升高现象。 2.2.2密封结构形式的制约
该泵采用的是104型机械密封,动换材质为陶瓷;静环选用的则是石墨;静环辅助密封圈采用了聚四氟乙烯,是一种没有冲洗等辅助设施的单弹簧非平衡型机械密封。
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2.2.3要因
综上所述,当泵壳内液体温度升高,运转的机械密封所产生摩擦热无法散失时,密封摩擦副间的液体汽化,使石墨静环温度升高。因石墨静环的导热性良好,致使静环的辅助密封圈温度也升高。
聚四氟乙烯的线膨胀系数为10.5×10-5 1/℃;钢的线膨胀系数为11.5×10-6 1/℃,明显看出聚四氟乙烯的线膨胀系数约为钢的10倍。因为密封压盖为钢质,所以静环辅助密封圈受热向外径伸长已不可能,只能向内径方向膨胀,结果对密封圈附近的石墨静环形成一个很大挤压力(如图2中F)。与此相反,在密封端面附近还存有一个使外径膨胀的热应力(W)。在上述两种力的作用下,最终会导致静环断裂。
3处理过程及措施
通过对机械密封故障原因的分析,可清晰的知道泵入口管线出现密封不严;漏气是故障的诱因,而聚四氟乙烯的线膨胀系数偏高则是导致静环断裂的直接因素。所以,改观的首要问题是消除泵入口管线的密封点密封不严现象。原泵入口管线出现密封不严的主要因素是静密封点较多,在环境温度的变化过程中容易产生泄漏。统计该泵的入口管线静密封点数为13个。解决问题的方案是尽量消除管线中的法兰连接形式,以焊接方式进行连接。这样,管线的静密封点数减少至5个。其次为提高机械密封使用过程的可靠度。将原静环辅助密封圈改为钢6倍线膨胀系数约的氟橡胶“O”型环,增强了密封圈的弹性变形能力,降低了石墨静环因膨胀而承受载荷的强度。 4结论
经过以上两种方案的实施,不仅保证了该泵2.4米的汽蚀余量,而且改善后的设备再也没有出现过因机封静环断裂而导致密封失效的现象。 参考文献
[1]顾永泉,机械密封实用手册,机械工业出版社(北京)2001。
[2]任晓善、王治方等,化工机械维修手册,化学工业出版社(北京)2004。
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