静密封失效分析

立式排污泵常见故障原因分析及处理【摘要】中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司公用工程运行部污水装置回用水处理原水调节系统,配备6台WL系列立式排污泵。

自2014年投用以来，在运行期间出现泵体振动超标、叶轮汽蚀穿孔、机封泄漏、电机轴承损坏，致使在未达到使用寿命的情况下频繁更换叶轮、机封、电机轴承。

本文通过对立式排污泵运行期间存在的问题进行分析，分析了泵体振动超标，叶轮汽蚀穿孔、机封泄漏、电机轴承损坏的原因，通过技术改造、改进检修方法后，从而使立式排污泵使用周期延长、设备运行稳定。

【关键词】立式排污泵汽蚀双流道结构1前言污水装置回用水处理原水调节系统主要包括回用水原水调节池及提升泵房。

主要来水有园区循环排污水、一级脱盐水浓水、清净雨水以及污水处理系统处理出水经由管道重力自流输送至回用水原水调节池。

在回用水原水调节池内经过潜水搅拌机进行水质水量的均质均量后，出水水质达到PH 6-9 ,CODCr ≤70mg/L，NH3-N≤10mg/L ，悬浮物SS≤30mg/L，回用水原水提升泵的作用是将原水调节池输送至CBR2池中进行后续处理。

回用水原水提升泵该设备型号250WL600-20-55，结构形式WL立式排污泵，叶轮直接安装在电机的延长轴上，采用机械密封。

6台立式排污泵分2组，一组3台，每组2用1备。

泵采用倒灌式，泵入口吸水池液位最低为2.2米。

控制信号通过电子设备间传至DCS主控室。

设备在DCS主控室、就地手动均可操作，在就地手动操作时，主控制操作失效，主要运行参数流量、电流在主控室有显示。

2立式排污泵技术参数及结构组成2.1技术参数表1 技术参数名称单位数值型号250WL600-20-55额定流量m³/h600杨程米20电机功率KW55转速RPM2950额定电流A1102.2结构组成立式排污泵主要由轴、轴承架、泵盖、叶轮、泵座、电机支架、电机等部件组成。

泵为立式单级单吸泵,叶轮采用双流道结构。

0引言在航空航天工业领域，橡胶密封圈主要用于飞机飞行系统的推进装置、液压装置和气动装置中的阀门、管路和箱体等处的静态密封和动态密封，以及壳体、机翼端头、升降副翼和防热材料等结构和防热系统部件的密封［1-2］。

在众多橡胶密封材料中，氟橡胶（FPM ）密封圈具有良好的高弹性、抗变压性以及耐高温、耐油、耐腐蚀等性能，因此被广泛应用于密封系统。

近年来，随着密封材料的使用工况越来越严苛，橡胶密封圈频繁出现失效现象。

其中，橡胶密封圈的变形、磨损、划伤、老化和断裂是其失效的主要模式，通常会导致密封部位流体泄漏，影响使用性能，严重时会导致系统工作瘫痪，甚至引起爆炸或火灾事故发生，造成机毁人亡的重大恶性事故。

据统计，所有机械设备质量事故中，有1/3以上都是由橡胶密封件损坏失效引起的［3-4］。

因此，橡胶密封圈的失效分析应被高度重视。

橡胶密封圈失效的主要原因包括原材料问题、密封系统设计不合理、密封件的加工和安装不合规范、使用工况不合理等。

原材料问题产生的失效主要由材料选用不当和自身存在缺陷引起；密封系统设计不合理主要包括密封的件截面尺寸过大或过小，密封沟槽和密封间隙大小设计不当产生背压效应等；密封件的加工、安装不合规范主要包括密封件表面有缺陷、精度没有达到规定的要求、装配过程使用不当导致局部塑性变形等；密封件的使用工况则包括迪塞尔效应、气蚀现象、焦耳热效应等［5-9］。

一般来说，通过分析橡胶密封件的断口形态，可以找到橡胶密封件失效的原因并制定相应的解决措施。

某散热器滑油腔螺纹接头处橡胶密封圈开裂发生漏油现象，胶圈的一侧用于液压系统的密封，正常工作压力为1.2MPa ，最大工作压力约3MPa （表压）；另一侧由堵帽固定，该胶圈的密封方式为径向静密封，所选用的胶圈材料为氟橡胶。

本文从失效胶圈的外观、裂纹断口宏微观形貌以及硬度与间隙配合等方面进行分析，对密封圈所用材料进行傅立叶红外光谱表征，在此基础上确定橡胶密封圈的失效性质及裂纹形成原因，进而提出避免失效的相应解决方案。

为某种原因出现的偶然密封失效。

动静环机械磨损实例如图1所示，波纹管外侧结焦实例如图2所示。

图1 动静环机械磨损实例图2 波纹管外侧结焦实例2.1 腐蚀失效腐蚀失效一般有点腐蚀、面腐蚀、应力破坏腐蚀、电化学腐蚀等。

点腐蚀除妖出现在弹簧套，从而破坏弹簧结构。

面腐蚀主要是因为具有腐蚀介质的接触而出现表面的腐蚀，从而破坏密封作用。

应力腐蚀破坏主要应力与腐蚀共同作用下从而出现的弹簧破裂等破坏。

电化学腐蚀主要是因为不同种类金属引起的电化学反应导致的腐蚀。

0 引言机械密封因为具有良好的密封性能以及轴承磨损量小等优点，广泛用于冶金及石油化工泵设备上。

同时机械泵工况运作较为恶劣，存在高温高压以及介质特殊等特点，容易导致机械密封出现密封失效现象，进而导致设备停止工作的状况。

机械密封失效的原因以及失效的形式多种多样，对其仔细研究分析才能更好地提出科学有效的解决方法。

1 机械密封机械密封主要是由动静环、冷却装置以及压紧弹簧等构成，通过流体作用在轴上滑动端面流体压力，以及结构补偿上的弹力和其他的辅助密封装置共同作用下的密封结构。

机械密封核心的部件为动环和静环，动、静环结构必须具有足够的刚度与强度，以满足在恶劣工况条件下的温度、压力、流体的冲击。

同时还必须具有良好的耐热冲击力，即要求材料具有良好的导热系数及较小的膨胀系数，保证材料在热冲击时不出现开裂。

2 机械密封失效类型机械密封的失效形式种类较为繁多，主要的失效可以分为：(1)早期失效，主要是结构安装方式不正确以及机械密封结构设计不合理等造成；(2)磨损失效，主要因为设备长期使用过程中，因为材料的磨损或者疲劳老化等导致出现磨损失效，该种失效方式也是机械密封中主要的失效方式；(3)偶然失效，主要是因为泵在恶劣工况环境下运行时因机泵机械密封失效的分析与解决措施甘一凡(广东省中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)摘要：机械密封是一种通过旋转机械的轴密封结构，常用于离心泵、压缩机等设备中，是一种主要的轴密封形式。

0引言压路机是一种路面机械，广泛应用于路基建设、平整地面、压实路基等作业，作业时车速缓慢，一般为4km/h。

根据实际需要，一部分压路机已经通过输入动力反拖代替行车制动，但保留了驻车制动系统。

随着静液压压路机桥的推广及应用，在驱动桥上配置驻车制动器已经成为施工现场标配。

制动器作为关键的功能性结构，其发生故障会影响整机的使用，其失效模式多以制动器漏油、制动力不足为主。

国内制造行业的专家与学者们对密封圈进行了大量研究，其中刘文华等［1］通过对进口设备故障进行分析，确认了造成星形圈翻滚的原因是密封圈与杆壁摩擦力大；陈庆等［2］通过科学计算、理论分析，对影响密封圈的泄漏量的介质压力、往复运动速度及介质黏度等因素进行分析，认为“O”形橡胶圈不适宜在重负荷工况或润滑差的情况下使用，因为其易导致密封圈翻滚磨损。

赵虹辉［3］通过对派克旧件分析得出造成密封泄漏的原因主要与活塞杆损坏、介质污染、极端工作温度、化学物质侵蚀、工作压力过高等相关。

以上研究都对密封圈的泄漏原因进行了科学、有效的分析和计算，并给出“O”形密封圈的特点及导致密封失效的主要原因，同时前人的研究对外部环境的影响也进行了分析与总结，但未包含对干式、无油液介质的制动环境进行模拟分析，本文主要研究压路机桥干式驻车制动密封的选型、计算及试验方法，以解决制动器漏油问题。

1某静液压压路机驻车制动器结构及工作原理干式驻车制动器的密封结构如图1所示，活塞与缸孔采用密封设计，活塞的大端采用活塞动密封、活塞的小端采用活塞杆动密封。

密封“O”形圈1制动器壳体密封“O”形圈2制动器活塞图1干式驻车制动器结构在停车状态下，活塞因碟形弹簧压紧底部摩擦副，摩擦副通过花键与动力输入齿轮花键连接，利用摩擦副压紧，摩擦力使其保持静止不能转动，实现停车制动。

当液压油从入口进入，将活塞向上顶起，摩静液压压路机桥干式驻车制动器密封故障的原因分析及其优化措施研究*孙威，张寒羽，钟家怡，梁兴华，陈素姣（柳工柳州传动件有限公司，广西柳州545007）摘要：驻车制动器是静液压压路机的重要部件之一，一旦失效会导致整机无法行走或驻车。

1.设计选型不合理造成油封失效造成漏油各种设备使用的环境不同，采用的润滑油质也不尽相同，油品中所含化学成分也不相同。

设计制造时未考虑所使用的油品化学成份，采用了普通材料制造的油封。

安装使用后该油封在化学腐蚀下很快失效，造成漏油，更换一次非常费时、费力。

在设备检修时要充分考虑设备使用的环境和润滑油，选择适合的油封予以更换，以延长使用寿命。

2.制造精度低或维修不当造成的漏油在轴类零件加工或维修时，对轴承安装部位一般都比较重视，往往忽视了油封安装位置的加工，此位置加工粗糙或维修不当形成局部损伤。

设备运转时，本体问题使得油封唇口很快损坏失效造成漏油。

所以在加工或维修时应对油封工作处的精度和粗糙度严加控制，确保此处的加工质量，才能保持油封的长期有效运行。

3.排气帽配置不合理，油池或设备箱体内存在正压气体此问题主要是设计制造不合理所致，设备在运转中由于摩擦生热，温度升高，润滑油中的分子气化。

如果不及时合理的将气体排出油池或箱体，就会在形成正压，造成从密封薄弱处渗油。

一般来说，在设备顶部安装有排气帽。

但由于设计时对温度的选择和计算不合理，排气帽没有将产生的气体全部及时排出箱体，造成箱体内存在正压。

解决的办法是加大排气帽上的排气孔，使得正压气体及时合理排出。

还有一种情况是润滑油随着气体一起从排气帽中漏出。

这种情况下就要将排气帽的导管加长，使得油、气混合气体充分冷却后将润滑油回到箱体中，而不要与气体一起排出。

4.轴承通盖回油孔设计不合理对于自带油润滑的设备，为了充分润滑轴承，设计者都考虑了怎样向轴承供给足够的润滑油，但对润滑油怎样回到油箱壳体内考虑的不够全面。

润滑轴承后的油不能及时回流到油箱壳体中，在轴承与通盖之间的空间集聚，随着轴的旋转而突破密封渗出。

解决的办法是加大回油孔和设置合理的导油槽，及时合理的将油回到油箱壳体中。

5.进、出油管道配置不合理造成漏油对于循环供油润滑的设备来讲，一般供油管道比较小，回油管道较大。

机械密封失效的原因分析泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：轴套与轴间的密封动环与轴套间的密封动、静环间密封对静环与静环座间的密封密封端盖与泵体间的密封1安装静试时泄漏机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量，如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。

在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。

此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只有观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。

2、试运转时出现的泄漏。

泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。

因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。

引起摩擦副密封失效的因素主要有：操作中，因抽空、汽蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；工作介质中有颗粒状物质，运转中进入摩擦副，损伤动、静环密封端面；设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。

上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。

由于两密封端面失去润滑膜而造成的失效：因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦；介质的低于饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑；如介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢或阻塞时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也造成介质压力低于其饱和蒸汽压的状况。

作者简介：肖彬（1973-），男，工程师，主要从事橡胶密封制品和模具的设计及制造工艺研究。

收稿日期：2019-03-27密封性是评价机械产品质量的一个重要指标，密封失效是造成非计划停车的主要原因，据统计60%的非计划停车都与密封失效有关。

统计显示机械设备质量事故的1/3以上是由密封件失效引起的[1]。

橡胶密封件虽然其本身价值不高，但因为安装简便、密封可靠，在机械设备的液压气动系统上普遍使用，起着关键的作用，一旦失效，就会出现泄漏，引起系统压力下降，导致设备无法工作，外漏还会导致环境污染，甚至出现安全事故。

所以对橡胶密封件常见失效形式的失效原因及对策进行分析讨论，对于机械设备的防漏、治漏，提高设备利用率和生产效率都有重要的意义。

雷晓娟[2]从材料、设计、装配等方面总结了O 形橡胶圈的失效原因。

李珍莲等[3]从材料、结构、转速、磨损等方面分析并确定了航空发动机上高速PTFE 唇形密封圈的失效原因。

高翔等对某飞机蓄压器进气端的O 形橡胶密封圈的失效问题进行了宏观、微观和工作过程分析，找出了失效原因[4]。

可见，橡胶密封圈使用的范围广泛，其失效问题受到了使用者和研究者的关注[5]，但它的失效形成原因复杂，需要综合材料、设计、使用等多方面因素来考虑。

本文总结了橡胶密封件在使用中常见的失效形式，分析了失效形成的原因，给出了相应的解决办法。

1　间隙挤出间隙挤出是橡胶密封件最常见的失效形式[6~7]。

机械设备的液压气动系统由于运动及工艺、装配等方面的原因必然有间隙，橡胶密封件在系统压力的作用下，被推向无压力或低压力的一侧和沟槽边接触，产橡胶密封件常见失效形式分析肖彬(中国民航飞行学院，四川 广汉 618300)摘要：密封失效是造成非计划停车的主要原因，分析橡胶密封件的失效问题对于机械设备的防漏、治漏，提高设备利用率和生产效率有重要的意义。

本文总结了橡胶密封件在使用中常见的失效形式，分析了失效形成的原因，给出了相应的解决办法，为橡胶密封件的可靠使用提供了有益的参考。