机械零部件的失效分析技术探索

再生碱液泵机械密封失效分析和技术改造

对于聚甲醛单体装置再生碱液泵机械密封频繁失效的原因进行分析，通过改进机械密封材质和增设合适的冲洗液而取得良好的密封效果。

标签：机械密封；泄漏；分析；改造

0 前言

聚甲醛单体装置再生碱液泵（位号：1CPQ23）是再生碱液槽（位号：1CVQ23）底部外送泵，它将槽内的废碱液打到碱液再生蒸发器（位号：1CSQ41）内进行蒸发再回收。该泵在实际运行中经常频繁泄漏，更换新的机械密封后有时一周左右就开始轻微泄漏，一个月内漏量持续增大，最终导致无法正常使用。严重影响了装置正常运行和环保达标以及操作人员的安全。

1 基本情况

该泵为单吸悬臂卧式离心泵（型号：D11-32），该泵的机械密封采用集装单端面机械密封型号：CSS-30-JJZ1-AZC1092SSV01），动环和静环材质均为碳化硅，没有密封冲洗水。期间由于无备件，多次带病运行。平均使用寿命不到一个月，将失效的机械密封解体，发现损坏情况如下：

（1）动环和静环有环装的磨损，严重时有裂纹。

（2）动环座和轴套之间间隙小不易拆卸。

（3）密封腔内有白色的晶体颗粒和杂质。

（4）机械密封的O型圈没弹性，硬化、脆裂。

2 失效分析

该泵的机械密封是靠一对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合而达到阻漏的轴封装置，而从该泵损坏的情况看主要是由于端面失效以及密封材质和介质相容导致的，结合泵的介质和运行分析如下：

（1） PQ23运行介质主要是废碱液，碱液中含有二氧五环（Dioxolane），而二氧五环是一种优良的有机溶剂对晴橡胶等材质有腐蚀，而机械密封的O型圈材质要求必须有压缩性、回弹性并且在运行介质中不软化、不分解、不硬化、不脆裂。该泵机械密封内的O型圈材质为晴橡胶，失效时发现有硬化和脆裂的现象。所以判断应该是运行介质对泵密封有一定的腐蚀，最终导致机械密封泄漏。

（2）机械密封的动环与静环之间的密封是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）

失效分析

提高机械产品信誉，必须使机械产品牢固可靠，可是在技术上要求机械产品达到100％的可靠性是不可能的，所以要求尽可能地降低机械产品的事故率。因为机械产品在使用过程中常常发生断裂、变形、磨损、腐蚀等失效现象的发生，找出失效原因和提出改进措施，必须开展失效分析实例的研究。

目前，随着现代科学技术的飞跃发展，失效分析已经成为一门综合性学科。它不仅与断裂力学、断裂物理、断口学等学科相关联，而且还涉及产品质量全面管理等领域。

失效

1 失效的基本概念

失效是指机械或机械零件在使用过程中（或者是在使用前的试验过程中），由于尺寸、形状、材料的性能或组织发生变化而引起的机械或机械零件部件不能完满地完成指定的功能，或者机械构件丧失了原设计功能的现象。

常见的失效形式可分为下列四种：弹性变形失效；塑性变形失效；破断或断裂失效；材料变化引起的失效。

机械或机械零部件失效部位可出现如下两种情况：物体内部缺陷引起的失效；物体表面缺陷引起的失效。

2 失效的形式及其类型

失效的分类比较复杂，在这里不可能一一作介绍，本文按失效机理将失效分为：断裂失效；变形失效；磨损失效；腐蚀失效等四种类型。

（1） 断裂失效(其中包括破断失效)

断裂是指金属，或合金材料，或机械产品的一个具有有限面积的几何表面的分离过程。它是个动态的变化过程，包括裂纹的萌生及扩展过程。

断裂失效是指机械构件由于断裂而引起的机械设备产品不能完成原设计所指定的功能。

断裂失效类型有如下几种：

①解理断裂失效；②韧窝破断失效；③准解理断裂失效；④滑移分离失效；⑤疲劳断裂失效；⑥蠕变断裂失效；⑦应力腐蚀断裂失效；⑧液态或固态金属脆性断裂失效；⑨氢脆断裂失效；⑩沿晶断裂失效； ○11其他断裂失效等。

（2） 变形失效

所谓变形通常是指机械构件在外力作用下，其形状和尺寸发生变化的现象。从微观上讲是指金属材料在外力作用下，其晶格产生畸变。若外力消除，晶格畸变亦消除时，这种变形为弹性变形；若外力消除，晶格不能恢复原样，即畸变不能消除时，称这种变形为塑性变形。

第３１卷第２期　２０１１年４月　山　西化工　

ＳＨＡＮＸＩ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．２　

Ａｐｒ．２０１１　

。　ｒｆ　ｒ　．．　０　：托机与谩备　：一　！　一　－　

原料焦油泵机械密封失效分析及技术改进　

李小燕，　张国富，　张大胜　

（山西焦化股份有限公司焦＂Ｉｔ．Ｚ－／－，山西洪洞０４１６０６）　

摘要：分析了原料焦油泵机械密封失效的原因，提出了机械密封结构改进方案。通过对机械密封　进行改造，提高了密封效果和泵的使用寿命，大大节省了生产成本。　关键词：焦油原料泵；机械密封；失效分析；技术改进　

中图分类号：ＴＱ５２Ｏ．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—７０５０（２０１１）０２—００６５—０２　

引　言　

焦油原料泵（Ｐ７１０１６Ａ／Ｂ）是焦油蒸馏装置脱水　

单元的核心设备，它将８５℃原料焦油与轻油混合后　

送人粗焦油预热器，被导热油预热后的焦油进入降　

膜式换热器，加热到１１０℃后再进入脱水塔顶部，最　终达到共沸油气（水和轻油）从无水焦油中分离出　

来的目的。在实际运行中，该泵的机械密封频频发　

生泄漏，严重影响了蒸馏装置的稳定运行，同时造成　

了一定的环境污染。　

焦油原料泵为悬臂卧式离心泵，型号为ＥＳＨ５０—　

２００，主要技术参数：介质为原料煤焦油；介质温度：　

８０℃～９５℃；流量为３４　ｍ　／ｈ；扬程为５５　ｍ；轴功率　

为１８．５　ｋＷ；电机型号为ＹＢ１６０Ｌ－２Ｗ。　

未改造前焦油原料泵的工作状态是：动环和动　

环座、轴套间的间隙被阻塞；动环和静环有轻微擦磨　

过的痕迹；密封腔内有黏稠状聚合物、焦粒颗粒等杂　

质；弹簧腐蚀严重，被杂质和聚合物卡塞，弹性不足。　

本文对焦油原料泵机械密封进行失效分析，提出了　

改进措施。　

１　失效分析　

机械密封又称端面密封，是山西焦化股份有限　

收稿日期：２Ｏｌ１－Ｏｌ一１９　作者简介：李小燕，女。１９７６年出生，２００４年毕业于太原理工大学，学　士学位，工程师，现主要从事设备技术管理工作。　公司离心泵的主要备件之一，生产中经常出现端面　

煤矿综采机械设备失效原因与维修技术分析

摘要：在现代化的煤矿生产作业中，离不开煤矿综采机械这种重要的设备，它在长期的生产作业中也会受到各种各样的因素的影响，可能会出现设备发生故障的现象，进一步引发安全事故，往往给企业造成重大的经济损失。为了尽可能的避免这种情况，这篇文章尝试对煤矿综采机械设备失效的原因进行了详尽分析，并根据结果采取有效的针对性措施，来提高设备在应用中的可靠性。

在矿井生产作业中，煤矿综采机械是非常关键性的设备，这种设备的好处有很多，工作容量大、工作性能好、生产效率高等。但缺点是购置、后期维修和养护方面的费用相对很高，如果在运行中发生故障或者失效，给煤矿开采企业造成的巨大的经济上的损失是毋庸置疑的，更可怕的是，还可能会引起重大的安全事故，因此，本文将对煤矿综采机械失效的原因进行深入的分析，希望能更好的为今后我国煤矿综采机械失效这一方面的研究提供更加可靠的理论依据。

1.煤矿综采机械设备失效形式

一般来说，煤矿综采机械的失效形式有两种，一种为机械设备失效，另一种为零部件的失效，在煤矿综采机械正常运行中，无论哪一种的失效方式，都会损害到设备的正常使用，更厉害的还能引发一系列的安全事故，给企业造成或多或少的损失。针对这种情况，需要我们对这两种失效的原因都要进行分析，找出设备所发生的故障，迅速有效的解决这些故障。

1.1设备的失效形式

曾经有一煤炭企业做过统计，在煤矿开采的作业过程中，设备发生事故的概率可以占到总的事故率的20%，这里面综采机械的事故率有占到13.8%，可以说这个数非常的高。这说明，除了设备自身的因素以外，设备失效还可能受到地质因素、人为因素等的影响。根据这个煤矿企业事故的统计调查，因为综采机械失效所引发的事故占到总事故率的90%还要多，在其中有85%是因为设备磨损所引起的，其余多为人为的操作不当所引发的。而液压油润滑系统的污染是失效磨损引起事故的主要原因，液压油润滑系统相关机械设备发生失效有多种原因，其中最常见的因素是液压支架失效。一般情况下结构件的地质条件、设计不合理、操作不当而导致的变形、开焊或机械设备长期的作业却不进行及时的维护等，都是引起支架失效的主导因素。在液压系统维护中使用的乳化液浓度不符合标准，低于常规要求的3%，乳化液配比装置的密封不严，产生杂质，或者在用完乳化油之后不及时的清理干净也会让液压系统受到污染。更严重的还可能会使设备的零部件受到损害，导致泄液，支架的承载能力大大下降，造成机械设备不能顺利的进行作业甚至可能停产，给煤矿企业造成无可挽回的重大损失。