低溫液體泵機(jī)械密封泄漏原因分析及改造

2013-10-21 尚陽鋒真空技術(shù)網(wǎng)整理

一、機(jī)械密封泄漏

　　煤制甲醇項(xiàng)目空分裝置液氮槽車用懸臂式環(huán)段雙級離心泵(P50)，瑞士CRYOMEC 公司制造，型號ZP2/260-7，5-DCNSLL，軸封采用波紋管機(jī)械密封。裝置停運(yùn)期間，液氮槽車泵，通過兩臺大氣氣化器負(fù)責(zé)向界外裝置輸送密封氮?dú)�，裝置正常運(yùn)行期間負(fù)責(zé)槽車充裝，間斷運(yùn)行。泵體結(jié)構(gòu)見圖1。

液氮槽車泵泵體結(jié)構(gòu)

圖1 液氮槽車泵泵體結(jié)構(gòu)

　　液氮槽車泵首次運(yùn)行，各參數(shù)正常，均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。運(yùn)行4h 后停泵，發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封泄漏。檢查密封氣壓力正常，工藝人員對泵重新解凍，然后嚴(yán)格按照冷泵曲線再次冷泵，避免因冷泵過快對泵體造成影響，但機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象沒有消除。解體檢查各部件未發(fā)現(xiàn)異常，將泵回裝，冷泵后啟動，運(yùn)行正常，但是停泵后，機(jī)械密封再次出現(xiàn)泄漏。泄漏現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，廠家人員反復(fù)解體檢查，更換新機(jī)械密封也無濟(jì)于事，最后廠家不得不放棄。

二、密封泄漏原因分析

　　(1)泵解體時，機(jī)械密封動靜環(huán)摩擦副光潔、平整、無破損、無劃痕。機(jī)械密封波紋管及其與波紋管座間的焊縫著色檢查沒發(fā)現(xiàn)裂紋。O 形環(huán)1、2 完好，彈性良好，尺寸合適。避免了因密封組件缺陷引起泄漏。

　　(2)泵嚴(yán)格按照技術(shù)要求回裝。泵軸和電機(jī)軸經(jīng)聯(lián)軸器(屬剛性聯(lián)軸器)聯(lián)結(jié)后，泵軸末端及葉輪徑向跳動均<0.02mm，葉輪與軸垂直度偏差0.01mm，動環(huán)定距套兩端面平行度偏差0.01mm，機(jī)械密封靜環(huán)組件在軸上滑動自如，無卡澀現(xiàn)象。

　　(3)電機(jī)軸承為單列深溝球軸承，聯(lián)軸器為剛性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)子的軸向竄量，基本上就是軸承的軸向游隙，可不予考慮，因此轉(zhuǎn)子的微小竄量，不會引起機(jī)械密封泄漏。

　　(4)對泵體、密封腔、電機(jī)等各部位進(jìn)行振動測量，最大0.22cm/s，處于優(yōu)良級，可排除泵振動大造成機(jī)械密封泄漏的可能。

　　(5)機(jī)械密封的密封氣壓力一直控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)(0.2～0.3MPa)，沒有因?yàn)槊芊鈿鈮毫︖^低引起機(jī)械密封泄漏。

　　(6)由于空分裝置是由液化空氣(杭州)有限公司整體設(shè)計(jì)、供貨，因此設(shè)備安裝過程中液空現(xiàn)場工程師對安裝質(zhì)量全程監(jiān)控，內(nèi)潔工作做得非常好，泵解體檢查已得到很好驗(yàn)證，泵體內(nèi)沒發(fā)現(xiàn)任何異物。從而也排除了因摩擦副間雜物引起機(jī)械密封泄漏的可能。

　　以上原因排除后，認(rèn)定機(jī)械密封波紋管在超低溫環(huán)境下彈簧比壓急劇下降，導(dǎo)致動靜環(huán)密封面貼合不緊。由于泵需要頻繁開停，波紋管低溫下不能回彈，從而導(dǎo)致動靜環(huán)密封面間出現(xiàn)縫隙，造成機(jī)械密封泄漏。

三、機(jī)械密封的改進(jìn)

　　(1)利用低溫材料，加工兩件內(nèi)徑88mm，外徑110mm 的兩半式圓環(huán)，開口處用M5 內(nèi)六方螺栓緊固在波紋管兩端并緊貼波紋管座的內(nèi)端面。圓環(huán)與波紋管之間有一定的緊力，防止泵運(yùn)行時圓環(huán)產(chǎn)生振動。兩半式圓環(huán)見圖2 所示。

兩半式圓環(huán)和彈簧

圖2 兩半式圓環(huán)和彈簧

　　(2)在兩半式圓環(huán)開口的兩側(cè)對稱位置分別加工6 個直徑7.8mm 的盲孔，同側(cè)的6個孔均勻布置，以保證機(jī)械密封端面上彈簧比壓均勻。在另1 只圓環(huán)相對應(yīng)的位置加工出12 個直徑7.8mm 的盲孔，以保證彈簧豎直安裝。

　　(3)從專業(yè)廠家訂購12 個符合尺寸要求的耐低溫的彈簧。考慮到超低溫環(huán)境比較復(fù)雜，彈簧比壓理論計(jì)算偏差較大，如果彈簧安裝太多，勢必造成比壓過大，加劇動靜環(huán)的磨損，縮短機(jī)械密封的使用壽命，于是試安裝8 個彈簧。泵運(yùn)行1 周后，機(jī)械密封再次出現(xiàn)泄漏，解體檢查發(fā)現(xiàn)，動環(huán)定距套長度減短了2mm，表明靜環(huán)彈簧比壓過大，造成動靜環(huán)之間摩擦力太大，致使動環(huán)與軸沒有同步轉(zhuǎn)動，

　　從而導(dǎo)致動環(huán)與定距套產(chǎn)生相對運(yùn)動，由于動環(huán)的硬度遠(yuǎn)高于定距套硬度，因此定距套出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。好在泵運(yùn)行時間短，機(jī)械密封動靜環(huán)密封面未發(fā)生異常磨損和尺寸上的變化，機(jī)械密封再次組裝時只保留6 個彈簧。改進(jìn)前的靜環(huán)見圖3，改進(jìn)后的靜環(huán)見圖4。

改造前的靜環(huán)