高粘物料介質(zhì)輸送泵機(jī)械故障分析及改進(jìn)方案獲獎科研報(bào)告

高粘物料介質(zhì)輸送泵機(jī)械故障分析及改進(jìn)方案獲獎科研報(bào)告摘要：介紹了高粘物料介質(zhì)齒輪泵發(fā)生故障的基本特征，通過對泵進(jìn)行解體，觀察、分析發(fā)生機(jī)械密封泄漏及跳閘的主要原因。提出通過更換機(jī)封材料、改造機(jī)械密封密封沖洗系統(tǒng)等具體措施從根本上消除設(shè)備故障，提高設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。

關(guān)鍵詞：高粘物料介質(zhì);齒輪泵;機(jī)械密封;泄露;應(yīng)對措施

某公司試驗(yàn)裝置需配置齒輪泵，用來輸送高粘物料介質(zhì)及為系統(tǒng)提供高壓動力。其能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對穩(wěn)定裝置工藝參數(shù)及對試驗(yàn)裝置的進(jìn)展起著舉足輕重的作用。該泵選用天津泵業(yè)集團(tuán)公司生產(chǎn)的雙齒輪泵系列化工流程泵，軸封采用雙端面背對背內(nèi)置式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)形式，密封采用API682Plan53A沖洗方案。在生產(chǎn)試驗(yàn)過程中，要求齒輪泵能夠連續(xù)、高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。試驗(yàn)裝置自開車運(yùn)行以來，該泵長期存在密封泄漏問題，且在運(yùn)行過程中頻繁發(fā)生跳閘現(xiàn)象。拆解泵體時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)封及密封液沖洗腔內(nèi)大量高粘物料介質(zhì)凝固成塊，維修耗費(fèi)大量人力、物力，增加了檢修勞動強(qiáng)度，嚴(yán)重影響了試驗(yàn)裝置正常開展。

1故障分析

在檢修過程中，拆解泵體進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)封處及密封液沖洗腔內(nèi)凝固大量塊狀高粘物料介質(zhì)，高粘物料介質(zhì)析出結(jié)晶包裹在整個(gè)傳動座表面。

通過多次觀察，對發(fā)生故障雙齒輪泵機(jī)械密封解剖進(jìn)行分析，在泵運(yùn)行時(shí)觀察泵轉(zhuǎn)動狀況，根據(jù)所發(fā)生現(xiàn)象，總結(jié)引起機(jī)械密封失效泄漏及跳閘停機(jī)的原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）機(jī)械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.5mm以內(nèi)。但實(shí)際上，由于設(shè)計(jì)及安裝的原因，泵軸往往產(chǎn)生很大的竄量，使得密封面的壓緊力減小，直至密封面損壞，進(jìn)而使機(jī)械密封失效，致使高粘物料介質(zhì)反竄至密封腔。由于該泵用于試驗(yàn)裝置，工況時(shí)常變動。更主要的是泵開、啟頻繁，進(jìn)一步加劇了軸向竄量，大大超過機(jī)械密封允許的軸向竄量。

（2）拆解機(jī)械密封時(shí)，輔助O型圈（圖1中1、3所示）溶脹、腐蝕嚴(yán)重，失去密封效果，致使高粘物料介質(zhì)慢慢滲入到密封腔內(nèi)。

（3）機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)是非常重要的，它可以有效地保護(hù)機(jī)封及密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。而一旦沖洗液的流量、壓力不夠，沖洗液沖洗口位置設(shè)計(jì)不合理等原因使得沖洗液形同虛設(shè)而失去作用，對泵的損害是巨大的。高粘物料介質(zhì)粘度大，溶劑沸點(diǎn)低，通過靜密封（圖3中1、3所表示位置）反竄至密封腔內(nèi)，由于摩擦受熱，溶劑揮發(fā)，使得高粘物料介質(zhì)極易結(jié)晶析出，高粘物料介質(zhì)結(jié)塊包裹整個(gè)機(jī)封即是由此原因造成的。

沖洗液的壓力低，進(jìn)入密封腔后壓力不足，不能阻止高粘物料介質(zhì)的滲入，導(dǎo)致高粘物料介質(zhì)進(jìn)入背部后滲入到密封腔內(nèi)，影響密封的冷卻，高粘物料介質(zhì)在此處受熱，溶劑揮發(fā)，形成凝膠，并以此為基礎(chǔ)開始逐漸擴(kuò)展，使得機(jī)封上凝膠越聚越多，最終導(dǎo)致高粘物料介質(zhì)結(jié)塊，抱死傳動軸，致使電機(jī)因超負(fù)荷而發(fā)生跳閘，造成停車。這是造成齒輪泵故障的主要原因。

2改進(jìn)方案

（1）嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)安裝，保證安裝精度

拆裝機(jī)械密封時(shí)，動靜環(huán)要清洗干凈，并在摩擦副表面上涂抹少量清潔的潤滑油，要兼顧高壓端和低壓端，嚴(yán)禁磕碰。在裝配機(jī)械密封時(shí)，彈簧壓縮量一定要按規(guī)定進(jìn)行，不允許有過大或過小的現(xiàn)象，靜環(huán)壓蓋安裝時(shí)用力要均勻，防止壓偏，用塞尺檢查，上下左右位置的偏差不大于0.05mm;檢查壓蓋與軸外徑的配合間隙，四周要均勻，各點(diǎn)允許偏差不大于0.1mm。安裝機(jī)械密封部位的泵軸的徑向跳動不超過三維0.05mm。測量機(jī)械密封套的徑向跳動和密封面的端面跳動符合要求。嚴(yán)格保證軸的軸向竄動量不允許大于0.5mm。

由于是試驗(yàn)裝置，齒輪泵的頻繁開、啟無法避免，要求在泵開、停車時(shí)，首先將變頻調(diào)至最低，緩慢開、停泵，保證壓力變化在最低值。平時(shí)加大檢測力度，保證竄動量在要求范圍內(nèi)。

（2）更換機(jī)械密封材質(zhì)

拆機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封輔助密封圈溶脹、腐蝕嚴(yán)重，粘附在傳動座表面。該輔助密封圈為氟橡膠材質(zhì)，氟橡膠在普通介質(zhì)中具有耐高溫、耐酸堿及有機(jī)溶劑等優(yōu)良特性。本高粘物料介質(zhì)為二氯甲烷有機(jī)溶劑，對氟橡膠具有溶脹作用，使該處失去密封效果。所以此處輔助密封圈選用聚四氟乙烯包覆O型圈。

摩擦副材料的配置較為關(guān)鍵，該泵原設(shè)計(jì)均采用碳化鎢材料。由于高粘物料介質(zhì)受熱易結(jié)晶，析出高粘物料介質(zhì)薄片，因此將摩擦副中動環(huán)材質(zhì)選用表面噴涂氧化鉻（Cr2O3），靜環(huán)材質(zhì)選用YG6，該配合屬于“硬質(zhì)合金—硬質(zhì)合金”形式。由于二者硬度不同，可防止動靜環(huán)密封面同時(shí)損傷，也避免了產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象。這樣，即使少量雜質(zhì)和結(jié)晶物混入摩擦副之間，也因摩擦副的耐磨性，摩擦副也不易產(chǎn)生劃傷，從而保證了密封效果。

（3）對機(jī)械密封密封沖洗系統(tǒng)進(jìn)行改造

密封沖洗液是保證齒輪泵正常運(yùn)行的重要保障，故對此處必須進(jìn)行改造。引入外系統(tǒng)與被密封介質(zhì)相溶的清潔溶劑至密封腔進(jìn)行沖洗，首先需確定密封腔壓力。齒輪泵密封腔的壓力大小是根據(jù)每種泵的結(jié)構(gòu)型式、系統(tǒng)壓力等因素綜合計(jì)算得出的，此外還與泵的磨損狀況及揚(yáng)程有關(guān)。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0.107～0.11MPa，壓力調(diào)節(jié)變化較大時(shí)差值可取0.15～0.2MPa。對現(xiàn)場進(jìn)行水壓試驗(yàn)，將沖洗液壓力提高至0.6MPa。為保險(xiǎn)起見，使沖洗液與密封腔壓差維持在0.2～0.3MPa。當(dāng)沖洗系統(tǒng)壓力發(fā)生波動情況及工作壓力變化時(shí)沖洗液依然能進(jìn)入密封腔中，隔斷高粘物料介質(zhì)進(jìn)入密封腔。沖洗液的流量應(yīng)保證帶走熱量，還需滿足沖洗的需要，不會產(chǎn)生對密封