齿轮泵密封失效的主要原因

botoutebeng

一般造成齿轮泵密封失效的主要原因有端面液膜失效、材料与介质不相容，以及制造和安装问题等。端面比压是机械密封的重要性能参数，端面比压要在设计的范围之内（内装式机械密封一般为0.4 MPa～0.7 MPa）,以保证机械密封端面良好配合，使密封面间形成有效液膜。
目前，全国齿轮行业中大约只有300家齿轮生产厂具有仪器基本配套的计量室，总计约有三坐标测量仪200多台，且大多从国外进口；各类(机械、光电、数控)齿轮测量仪器1000余台，其中齿轮测量中心30余台，总成测试仪器、蜗轮付检查仪约10余台，变速箱试验台和驱动桥试验台不超过50台;圆度仪、测长仪、光学分度头、粗糙度仪、投影仪、万工显等各类测量仪器500余台。其余约200家齿轮生产厂几乎没有精密测量仪器，部分企业除了万能量具外，没有一台测量仪器。
    专家指出，为进一步提高齿轮行业产品质量和竞争力，应尽快配备相应的各类精密测试仪器。在今后几年中，大中型齿轮企业应配备三坐标测量机、齿轮测量中心和其它精密测量仪及配套完整的中心计量室，小型企业也要配备必要的精密测量仪器。

    端面比压的计算公式为：

    Pb＝Pt＋Pp－Pm

    Pb＝Pt＋（K-λ）P

    其中：d2＝72mm  d1＝37mm  d2＝34mm

    弹簧比压 Pt ＝Ft（弹簧力）／［π／4（d22－d02）］＝0.45MPa(厂家设计值)

    载荷系数 K ＝（d22－d02）／（d22－d12）＝1.056

    膜压系数 λ=0.742

    密封腔内介质压力 P＝(入口压力+出口压力)/2=0.438MPa

    可以计算出原 8B1-P型机齿轮泵械密封端面比压 Pb 为0.586 MPa,是符合设计规范的, 在正常工作条件下是能够满足生产要求的。这和实际情况相吻合,在使用初期机械密封并不泄漏,那导致其失效的原因又是什么呢?这就必须从机械密封的工作环境入手,进行综合分析。

    E-GA103泵冲洗液来自该泵出口，经过滤器后注入E-GA103泵。在实际生产过程中，由于渣油粘度比较大，流动性差，并且渣油介质中含有粒状和粉沫状结焦物，在摩擦副周围不可避免地存在着结焦物，这对摩擦副的危害相当大。通过对冲洗系统彻底检查，发现冲洗液管严重结焦阻塞。由于该泵处于气提塔底部，管道和设备的锈蚀物以及杂质和重组份聚合物都沉积在塔底,进入泵体内的渣油含有大量的杂质和聚合物，同时由于冲洗量不足，使这些杂质和聚合物不可避免地沉积于密封腔内，造成使动环和动环座、轴套间的间隙被阻塞，导致动环在轴向的动作不灵活甚至被卡死，弹簧被卡涩，不能提供原设计0.586MPa的端面比压，导致密封面不能良好地贴和,液膜平衡被破坏,这时密封就会出现微漏，随着聚合物和杂质颗粒进入摩擦副端面，密封面逐渐被磨损，再加上动环轴向补偿不灵，造成密封泄漏量增加，最终导致密封彻底失效。

    三、齿轮泵改进措施

    根据密封的失效原因，我们有针对性地从以下几个方面进行了技术改造：

    1、改变密封结构形式

    根据该泵的具体工况条件，我们选用了艾志318型卡式单端面机械密封（集装式），其主要特点如下:

    通过自动锁紧环实现精确定心。

    可调节式压盖可直接配合常用螺栓使用,集装式结构安装方便。

    弹簧位于辅助密封圈外侧，与介质完全隔开，避免了弹簧的卡涩。

    动环采用的是整体浮动式非镶嵌，静环是通过计算机分析，设计的Z形，其优点是散热好，热量不宜积聚。  

    2、用柴油组分作冲洗液

    由于渣油组分过重并含有较多的杂质和聚合物，使冲洗管线堵死而造成机械密封损坏，所以必须选用合适的冲洗液。按照乙烯工艺流程，E-DA103塔内的混合柴油组分将与渣油混合，生成最终产品，我们认为用混合柴油作为冲洗液比较合适，原因如下：

    2.1 混合柴油组分清洁，并与渣油相容性好。

    2.2 混合柴油组分的压力和温度都适合渣油泵工况。混合柴油组分为300℃以上的馏分，而渣油的工作温度为170℃，混合柴油作冲洗液不会汽化，有效地避免了泵的汽蚀。E-DA103的塔底循环泵E-GA105泵出口压力为0.54MPa,出口温度80℃。E-GA103泵其密封腔中的压力可由以下公式估算:

    P＝(入口压力+出口压力)/2=0.438MPa

    冲洗液压力比密封腔中的压力大0.1 MPa左右,是非常合适的,直接从E-GA105泵出口引入密封腔即可。

    2.3 用混合柴油组分作冲洗液是最经济的，几乎没用增加任何投入，因为这部分柴油组分最终还是要与渣油混合。

    E-GA103两台泵自2001年1月开始使用卡式机械密封，从现场情况来看密封效果非常好，运行至今仍没有任何泄漏迹象，使用寿命达到了2年以上。原8B1-P机封每套价格为960元，卡式机械密封每套2500元,两年内仅机封备件费就节约1万余元，通过去除密封冲洗,提高了泵的有效流量,经济效益是显而易见的。

    四、结束语

    通过对渣油泵机械密封结构的改造，并合理选用冲洗液，提高了机械密封的使用性能，解决了机械密封频繁泄漏的问题，降低了设备维护和维修费用，保证了装置的连续稳定生产。