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浅析化工泵用机械密封O形辅助密封圈的性能

2019-06-05

武建军

　　摘　要：在现代化学品生产中，化学泵被广泛使用并且对压实提出了很高的要求。特别地，除了当前的技术条件之外，苛性钠和硫酸的运输和储存需要更高的压实。因此，很难实现无泄漏。本文件分析了化学泵机械密封的安装和使用，O形辅助密封失效的原因以及一些预防措施，以帮助释放机械密封。

　　关键词：化工泵；机械密封；O形辅助；密封圈
　　引言

　　目前，化学制造中使用的大多数离心泵都使用机械密封，密封泄漏是密封损坏的主要原因。其中，在辅助机械密封的密封环中使用了大量的合成橡胶O形圈。据统计，大约30%的机械密封泄漏失效是由密封圈失效引起的，本文主要关注O形辅助密封的性能，分析失效原因。

　　1.化工泵机械密封的典型泄漏通道分析

　　密封圈由旋转环和固定环组成，是机械密封中Z重要的部分，其性能与密封效果和使用寿命直接相关。因此，对密封环的材料，结构，形状，尺寸和表面质量提出了很高的要求。垫圈的材料必须具有足够的强度，硬度，耐磨性，耐腐蚀性，耐热性，抗冲击性和抗疲劳性，并且具有良好的加工性和效率。其中，耐磨性，耐腐蚀性和耐热性是基本要求。

　　典型化学泵的内部机械密封的典型结构如图1所示。主泄漏路径包括静态和动态环形摩擦环（泄漏E）的面，辅助平衡环（泄漏B）的密封环和未补偿环。辅助密封件（泄漏G），所述壳体和所述填料箱（泄漏d），衬套和轴（漏A），静态碳石墨环本身正在泄漏（泄漏F）和所述插入件的配合表面之间的连接存在其中7条泄漏路径（点泄漏C）泄漏E是动态密封，其是密封的主要部件，其基于两个环的端面的紧密配合和相对旋转以及端面之间的小间隙。保持非常薄的液膜以防止液体泄漏，并且剩余的泄漏是用作辅助密封的静态密封。

　　2、O形辅助密封圈失效分析

　　在机械泵的机械密封的情况下，辅助密封环的作用不容小觑，其失效也是机械密封失效的主要原因之一。在技术实践中，密封圈的失效主要是由于安装不当，使用不当和质量问题造成的。

　　2.1、安装过程中O形圈失效

　　安装不当导致密封圈损坏。安装机械密封时，阀座孔和轴端没有斜切或阴影线，密封圈在负载下刮伤：轴表面损坏或腐蚀。建议用密封圈在轴表面喷涂陶瓷，或根据应用要求更换新轴。此外，轴上的键槽可能会损坏密封。因此，在安装前仔细检查毛边是否有特殊工具，以免损坏O形圈。

　　安装不正确会导致密封圈失效。1）弹簧压缩越大，密封效果越好。在更换过程中，弹簧的选择压力过大：在调整过程中，静态和动态环的摩擦副立即磨损并立即燃烧。过度压缩会降低可动环的柔韧性并损坏密封。2）O形圈密封太紧。增加密封圈与轴（或套筒）之间的磨损，降低轴向调节的灵活性和活动环的运动，并在运行条件频繁变化时及时调整;使弹簧过度疲劳，容易损坏。环变形和变形，影响密封效果。3）静态O形圈太紧。静环的密封环基本上处于静止状态，并且安装太紧而不会过度变形。静环的材料主要是碳石墨，通常是脆性的，可以很容易地缓解过度的应力。此外，安装和拆卸也很困难。静环很容易损坏。4）松散安装静态O形圈。当可动环轴向浮动时，静态环可以很容易地与环的固定座相互分离，从而机械密封停止工作。

　　2.2、运行过程中O形圈失效

　　高温条件下的永久变形。当机械密封在高温工作环境中时，O形的橡胶垫圈获得与槽相同的横截面形状（见图2）。如果温度保持不变，则保持温度密封的效果。但是，持续高温会对其他部件造成损坏，因此机械密封必须在高温下具有冷却系统。冷却和冷却后，O形圈快速沉降并形成泄漏。在这种情况下，应注意各种橡胶的应用极限温度，以避免在极端温度下长期运行。橡胶密封件常用材料的性能与工作温度限制的比较如下表所示。如果不能改变压实操作的状态，则可以通过使用该结构来改进。例如，具有大横截面的密封环，具有较高硬度的密封环，其中压环的挤压结构和不存在弹簧力不允许O形环等，以防止密封环由于过度加工而永久变形温度。

　　（2）高压条件下的挤压应变。在本次实践过程中，O形环通常具有低硬度和小横截面直径，并且在静压和位移的作用下总是处于压缩状态。在高压条件下，工作过程中的压力产生波动，冲击振动和低内压的变化以及润滑不足都会导致密封环变形。如果变形很大，则密封环在高压条件下在间隙中产生应力集中，使得密封环形成嵌入间隙中的闪光边缘，这导致密封环的密封环损坏。

　　（3）O密封环的膨胀变形是聚合物在溶剂中膨胀的现象。如果密封环的材料与介质不相容，它可能膨胀，粘附或溶解，导致密封环拉伸或软化。随着非补偿环的O形辅助密封环的膨胀体积增大，静态碳石墨环承受更大的力以使密封件的端面变形，因为平衡环的O形辅助密封环膨胀并与轴（或套筒）之间产生的摩擦阻力增加，补偿环卡停，静态和动态环的闭合力减小，密封面分离并流动。因此，应根据介质的类型预先进行浸渍试验，以便为密封环选择合适的材料。一些混合溶液会破坏各种合成橡胶，所以我们应该选取聚四氟乙烯用作密封圈。

　　（4）O形圈辅助密封上的闭塞。如图3所示，在密封介质一侧，当安装磨损环用于弹出密封时，当介质中的固体含量高或存在更多纤维材料时，固体进入间隙。这导致阻塞，其中补偿回路被阻挡并且不能执行浮子的轴向滑动和调节。在高温高压环境下的大气侧，密封端面之间的液膜由于蒸发，冷凝，分离和蒸馏沉淀而逐渐沉淀，补偿环通常不会移动而不调整，导致密封造成泄漏。

　　结束语

　　使用机械密封来密封化工泵泄漏的原因很复杂，不应低估O形辅助密封的作用。在工程实践中，应不断总结经验，并应使用仪器分析快速准确地检测泄漏，以便采取有效的纠正措施。

　　参考文献

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　　[2]姜泽东，陈策.试论化工泵机械密封的泄漏分析与检修[J].黑龙江科技信息，2016（26）：26.

　　[3]陈晓.化工泵的轴封腔设计与轴封选型分析[J].中国高新技术企业，2016（05）：61-62.

来源：《科学与技术》2019年20期