空调冷冻泵机械密封的拆装与日常维护.docx
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空调冷冻泵机械密封的拆装与日常维护
空调冷冻泵机械密封的拆装与日常维护
崔建强
陕西省第三建筑公司
摘要：
机械密封的可靠性和寿命不仅取决于运行工况和工作环境，从某种意义上还取决于对故障的准确判断、排除和日常维护。
阐述了机械密封失效分析的原则，分析了空调冷冻泵机械密封失效的各种原因，并提出了日常维护的具体措施。
关键词：
空调泵机械密封维护
论文主题：
机械密封是用来解决旋转轴与机体之间密封的装置。
是现代工矿企业中水泵、离心机、反应釜和压缩机等装置运动的动力，是安全生产的保障。
由于机械密封具有泄漏少和寿命长的优点，是世界上目前设备最主要的轴密封方式。
机械密封又叫端面密封，是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力下和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。
机械密封由动环、静环、弹性元件、辅助密封圈和动环随轴旋转的传动机构等组成。
设备因工况不同，使用的机械密封也不同，按使用条件分为高速和普通机械密封；高压和低压机械密封；高温、常温和低温机械密封；泵用、压缩机用机械密封。
按机械密封的结构和原理分为旋转式和静止式机械密封；内流式和外流式机械密封；平衡型和不平衡型机械密封等。
按静环的安装位置可分为内装式和外装式机械密封。
评定机械密封优劣的主要指标为泄漏量和使用寿命，因此机械密封的选型、安装以及使用的诸环节中，任一环节出现问题，都会对机械密封性能产生影响。
随着资源的开发、利用，能源的消耗和节能已普遍引起社会的关注。
在现代工矿企业中，单级离心泵因其高效节能，噪音低、振动小一般被做为空调系统的首选用泵，如图01所示。
图01
1.泵体2.叶轮3.叶轮螺母4.密封环5.泵盖
6.挡水圈7.悬架体8.轴9.加油盖10.油标
11.轴承12.悬架支架
空调冷冻泵的运行工况较独特，夏季所供的是7--12℃的冷水，冬季所供的是60--70℃的热水，因此其和一般的水泵在选用机械密封的形式上还有所不同。
一般水泵即可选用旋转式机械密封，也可选用静止式机械密封，而空调冷冻泵大多选用的是旋转式机械密封，并且空调冷冻泵在密封面、弹簧、O型橡胶圈的选材上比一般水泵的要求都高，如图02所示。
据国内外的统计资料显示，机封设备由于安装和使用不当导致故障引起的维修是所有机封设备故障的41.6%，由于本身存在的质量问题和老化性故障导致维修的近占34.5%，尤以橡胶圈老化，弹簧老化居多。
在生产中，提高机械密封的可靠性，可大大减少空调泵的故障率，延长设备的使用寿命，降低维修费用和生产成本，可以提高设备的利用率，有利于生产的长期运行，对能源的利用和节约有着重要的意义。
因此在维修之中，对机械密封出现的故障要进行科学的分析和推断，不断地总结机械密封失效的原因，在运行中加强日常维护，延长机械密封的使用寿命。
图02
02
1.静环2.动环3.动环密封圈4.推环5.弹簧
6.传动座7.静环密封圈8.压盖9.垫片
一、机械密封的拆装
机械密封的拆装可按下列方法进行：
（一）、机械密封拆装前必须有详细的失效记录，如机械密封漏水的程度、运行中冷冻泵的工况、水温及系统的压力等。
（二）、机械密封拆除后，应将拆下的机械密封各部件集中起来，并将其各部件清洗干净，按照静止和转动两大部分分类放置，用油纸包好并妥善保管。
（三）、机械密封检查的程序：
1、对受损机械密封部件进行检查，确定密封配件对密封性能有无影响。
2、对密封环、传动件、弹性元件、辅助密封圈、紧固螺钉等部件的磨损痕迹进行仔细检查。
3、对机封附属件如压盖、轴套、密封腔体、以及密封系统等部件进行检查。
4、根据冷冻泵的运行环境和运行工况以及机械密封故障的相关记录，结合上述检查的结果进行综合分析。
（四）、依据机械密封磨损痕迹判断机体运动部件的运动状况和磨损失效情况。
如果摩擦副磨损痕迹均匀，说明泵的同轴度良好；如果密封端面发生泄漏也有可能不是密封本身引起的，应从其它部位查找原因。
（五）、造成宽面磨损的原因有很多：
如联轴器不对中、泵轴弯曲、泵轴偏斜、轴承精度低或振动等。
如果密封端面不光洁或不平，也会加剧密封端面磨损。
出现类似情况按照下列方法维修。
1、如果密封端面出现过宽的的磨损，证明冷冻泵的同轴度较差。
泵每转一圈，密封件都会随轴做向位移动和径向摆动，在每一次转动中，密封端面都会产生轻微的分离和泄漏。
若密封环与叶轮处的间隙磨损过大（单边间隙超过0.5毫米）时，应更换新机械密封。
造成宽面磨损的原因有很多，如联轴器不对中、泵轴弯曲、泵轴偏斜、轴承精度低或振动等。
2、联轴器错位的原因：
1）、安装时对中度调整不良。
2）、基础下沉导致轴中心错移。
3）、联轴器螺栓孔加工不良引起的轴线偏移。
4）、联轴器所用螺栓不合乎规范，运行周期过长导致轴中心偏移。
引起振动的原因有气蚀、喘振、水击、介质流动不平衡等，尤以联轴器对中不良，轴承运转精度差的情况较多。
对于水力特性引起的振动，其有效的补救措施是严格控制水泵的抽排量及启排水位的高度，以减少泵的气蚀现象。
3、安装联轴器时必须严格按厂家的技术要求及相关规范执行，联轴器找正必须以泵轴中心线为基准，调整原动机的位置进行找正。
安装时应符合下列要求：
1）、联轴器同轴度偏差应在0.05毫米以内。
2）、联轴器轴向之间的间隙为4--8毫米。
3）、联轴器平行度偏差可用塞尺进行测量，端面间隙允差在0.05毫米以内。
二、机械密封的日常维护
（一）、摩擦副端面之间的泄漏与维护端面不平
1、端面平整度、粗糙度未达到技术要求，或者在使用前受到了损伤而产生泄漏。
处理措施：
重新研磨抛光端面或更换密封环。
如表01和表02所示
密封端面的要求
环直径（mm）
环宽（mm）
22—60
2--4
62—100
4—6
100--200
5—7
表01
密封端面不同粗糙程度的承载面积
加工方式
精车
磨加工
研磨
抛光
粗糙度，μm
10
5
1
0.1
承载面积，%
4
12
40
95
表02
2、端面间存在污物夹杂在泵中的污物未被及时清除，装配时未清洗干净，造成摩擦副端面的泄漏。
处理措施：
清除端面间的污物，重新进行装配。
3、安装不正确。
安装尺寸未达到图纸尺寸的要求，安装位置不当，易造成弹簧比压过大或过小，从而使机械密封早期磨损、烧伤或泄漏量增大。
处理措施：
1）、仔细阅读安装说明书及附图，对机械密封进行检查看是否符合设计要求。
2）、上紧压盖必须在联轴器找正后进行，压紧螺丝必须均匀上紧，防止法兰面偏斜。
3）、弹簧的压缩量按图纸规定进行，允许偏差±2毫米。
4）、动环安装后必须保证动环能在主轴上灵活移动。
4、端面变形。
碳石墨材料的抗拉强度低，抗压强度较高，属于一种硬性材料，但因其弹性模量较小，也最易产生变形，因此一般常做为摩擦副中的软环。
造成端面变形的原因有多种：
1）、合成橡胶O型圈长期在介质中溶胀，冬季体积受热增大，夏季体积遇冷减小，碳环受力面不均导致端面变形。
处理措施：
更换O型圈，选材时应选择应力较好的材料做O型圈。
2）、压盖内夹杂着金属碎片或污垢，局部受载。
处理措施：
及时消除压盖内的碎片，清洗压盖。
3）、弹簧阻塞或腐蚀而丧失强度，造成端面分离。
处理措施：
更换弹簧，选用材质较好、耐腐蚀的材料做弹簧。
为了避免阻塞和腐蚀，也可改变机械密封的结构或者采用弹簧外置式机械密封。
（二）、补偿环辅助密封圈处的泄漏与维护
空调冷冻泵的机械密封一般采用的是补偿型动环，在密封端面磨损后，动环在弹性力的作用下自动补偿，动环和轴套的密封方式是靠辅助密封圈来实现的。
因此，补偿环的辅助密封圈的选材很重要，要根椐具体情况具体对待。
1、辅助密封圈本身存在着质量问题，如橡胶圈端面尺寸超差，压缩率不符合要求。
处理措施：
重新更换密封圈。
更换时要根椐空调冷冻泵的特点选择合适的尺寸，密封圈材料应具有良好的弹性，能耐高温、耐腐蚀和溶胀，耐老化，而且压缩率必须达到规定的要求。
密封圈在压缩之后及长期工作中有较小的变形，在高温下使用应具有不粘性，低温下不硬脆而失去弹性，要具有一定的强度和抗压性。
2、密封圈安装时受到损伤，如橡胶制件表面有划痕，导致密封圈失效。
处理措施：
安装前检查轴端未倒角是否有毛刺或锐边，若有应清除其倒角锐边和毛刺并保持清洁；检查轴键槽是否有锐边，若有应及时清除。
安装时必须使用专用工具，避免密封圈损伤。
3、轴表面有腐蚀、麻点、凹坑等缺陷，维修后若达不到要求。
处理措施：
可更换新轴或轴材料，并在密封圈接触部位的轴表面进行表面热处理。
4、轴弯曲及轴套配合不当，或者轴承安装位置不当，均会造成轴径向跳动和轴向跳动超标。
处理措施：
可及时修理校正或更换零件，安装时应符合下列要求：
1）、轴弯曲度最大不超过0.05毫米。
2）、轴在安装机械密封处的振摆量不得大于0.1毫米。
3）、轴在轴向窜动量不允许大于0.08毫米。
4）、轴承配套使用时，晃度应符合相关规范要求。
（三）、非补偿环密封圈处的泄漏和维护
非补偿环在机械密封中一般指的是静环。
在空调冷冻泵中，静环一般安装在泵腔的壳体、压盖、法兰等静止部位上，它与动环组成的密封端面防止介质泄漏。
当补偿机构设计安装在动环一侧时，密封端面磨损后，静环不能进行补偿。
因此，非补偿环的辅助密封圈的选材也很重要，也应根椐具体情况具体对待：
1、压盖尺寸公差不符合要求调换合格产品。
2、密封圈的质量低下调换质量适宜的产品。
3、密封圈的材质与介质不相容可选择适合空调泵使用的材质。
（四）、泵体与压盖结合面之间的泄漏与维护
1、泵体与压盖相配合端面有缺陷，如凹坑、刻痕等。
可加于研磨及修整。
2、螺栓紧固力小，压缩垫片时不能把接触面不平的凹坑填满，需加大紧固力，或选用较软的垫片材料。
螺栓紧固力必须大于泵内介质压力，因为内压总是使得密封压力与泵体端面趋于分离。
3、垫片或密封圈受到损伤。
可及时更换垫片或密封圈。
4、压盖刚度不够而产生变形。
可调换有足够刚度的压盖。
5、螺栓受力不均匀，造成压盖单边锁紧。
可重新调整螺栓紧固力。
（五）、轴套与轴之间的泄漏与维护。
轴套与轴之间的泄漏，通常是由于安装不当、密封圈或垫片不符合要求或者受到损伤而造成的。
轴套与轴之间的泄漏通道常常被忽略，且往往被误认为是机械密封泄漏。
鉴别轴套与轴之间的泄漏可以用泄漏量的变化来鉴别，轴套处的泄漏量通常是稳定的，而从其它通道泄漏出来的泄漏量往往不稳定，如有的机封初始运行时从端面泄漏，但经过磨合之后泄漏量会逐渐减少。
（六）、橡胶密封圈的失效原因与维护
动环和轴（轴套）以及静环和压盖之间的密封靠辅助橡胶圈来实现的，它们基本上属于静密封，当密封端面不垂直时，动环密封圈沿轴向有很小的轴向运动，其位移量取决于密封端面和轴中心的垂直误差、运动的次数和轴的转速等。
密封圈的种类较多，从材料的角度分有合成橡胶、聚四氟乙烯和柔性石墨等；从端面的形状分有圆形.V型和楔型等。
空调冷冻泵机械密封所用辅助密封圈多采用合成橡胶O型圈，而且机械密封失效中约有1/3是由O型圈失效引起的。
其失效形式有以下几种：
1、橡胶老化。
橡胶在储存保管中，长期暴露在日照下，接触了臭氧或储存时间过长，都会发生老化，表现为橡胶变硬、强度和弹性降低，严重时会出现开裂，致使密封性能丧失。
另外，腐蚀也是造成橡胶制品硬化、产生裂纹的原因。
处理措施：
在储存保管中应防止紫外线照射，采取低温保存。
2、永久变形。
橡胶密封件若长时间处于冷热水交替的介质中，易发粘或溶解现象，变成与沟槽一样的方形，当热水运行时，密封圈体积便产生膨胀，当冷水运行时，密封圈的体积便收缩，形成泄漏通道而产生泄漏。
处理措施：
选择密封圈时尽可能选择截面较大的橡胶密封圈，适当提高O型圈的硬度，选用聚四氟乙烯等耐腐蚀的材料。
3、扭曲及挤出损伤。
补偿环矩形槽中的橡胶O型圈，在装配或使用中产生扭转扭曲。
其原因是O型圈的硬度低且断面直径过小，或者受到冲击振动，以及润滑不良等。
防止O型圈扭曲的方法有：
1）、O型圈在安装前，应在槽内涂以润滑脂，泵轴应光洁，以保证O型圈转动自如。
2）、压缩量应尽量适中，适当放宽槽的宽度，使O型圈能够在槽内滚动。
3）、在可选用几种截面的情况下，优先选用较大截面的O型圈。
4）、因空调泵冬季和夏季工况不同，介质温度不同，所以在选择橡胶O型圈时，应特别注意橡胶的材质及应力。
（七）、弹簧或波纹管的失效分析及维护
密封端面的闭合力有弹性力和介质力两种因素组成，介质压力的大小随密封种类的不同差异较大。
机械密封的加载弹性元件大都采用圆柱压缩螺旋弹簧，在使用过程中，机械密封的弹簧或金属波纹管的失效形式有：
永久变形、断裂、腐蚀等。
1、永久变形。
弹簧永久变形是弹簧失效的主要原因之一。
一旦超过允许范围，产生永久变形，便将影响机械密封的正常工作。
弹簧的永久变形除了与其他工作载荷性质有关外，还与弹簧的材质、制造工艺、热处理方法、弹簧的直径大小有关。
2、断裂。
弹簧断裂也是弹簧失效的主要原因，多数是由于制造不良及工作环境恶劣等因素导致疲劳裂纹扩展而造成的。
疲劳断裂往往起源于高应力区，如压缩弹簧的内边面出现了断口，常与弹簧材料轴线成45º角方向逐渐扩展到外表面而断裂；金属波纹管的断裂常出现在波纹管的波谷处。
为此，选材时应依据弹簧的工作介质而定，尽量选择抗应力耐腐蚀强的优质材料。
三、小结
引起空调泵用机械密封过早失效的因素很多，如机械密封的设计、制造、选型、使用或安装不当，以及泵本身存在的问题等。
如朱雀广场制冷站拥有离心泵KT250—200—400Z计8台，KT300—250—400计10台，冬季泵入口热水温度为70℃，夏季泵入口冷水温度为7℃，泵入口压力为0.9Mpa，流量800m3/h，转速1480转/分，电机功率200KW，经过七年多的运转，由于管理不善，空调泵的功耗相继增大，机械密封漏水现象严重。
经检查有的是泵腔杂质较多导致机械密封卡死、有的是弹簧不能起到应有的补偿作用、有的是叶轮堵塞导致密封环磨损严重等。
针对相继发生的问题，笔者进行了研究分析，根据机械密封零部件失效的部位和失效的类别分别查找失效原因，制定了机械密封的维修方案，对机械密封的零部件进行了重新选型，如密封圈材料由合成橡胶改为聚四氟乙烯，选用应力较大的不锈钢做弹簧等。
通过维修基本堵绝了机械密封的漏水现象，提高了空调冷冻泵的工效。
在实践中笔者向水泵生产厂家提出了机械密封安装部位环境优化等问题的建议，即安装机械密封排污通道，定时对泵腔和机械密封中携带的杂质进行排污和疏通，改善优化机械密封的的工作环境。
笔者在工作中又相继制定了机械密封的日常管理和维护措施，进一步延长了机械密封的使用寿命，提高了应用机械密封的技术水平，达到了增效节能的目的。
本人从事中央空调维修和管理工作多年，深知机械密封在生产中的重要性，在长期实践和学习中积累了点滴经验。
既是经验，难免有局限性，不妥之处，恳请老师批评指正。
参考文献
（1）、顾永泉江苏《机械密封实用技术》机械工业出版社2004年7月
（2）、魏龙张红光北京《密封技术》化学工业出版社2005年8月
（3）、王汝美北京《实用机械密封》中国石化出版社1995年11月
（4）、GB1184---96
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