浅谈机械密封失效原因与改进措施

摘 要：立式搅拌釜因原机械密封使用寿命较短，设备故障停车频率较高，对生产有较大影响。故对密封失效的原因进行了分析，针对主要影响因素进行改进，对提高动设备的检修效率与设备可靠性有很大的帮助。

关键词：密封失效 设备故障 改进分析

立式搅拌釜AR301是硅油聚合物装置流程中的主要设备，常见故障为机械密封失效导致的泄漏。一旦出现严重故障，就要进行釜内物料排空、清洗、降温、搅拌设备解体，对机械密封修复或更换、再组装、升温、试车等复杂的检修工程，检修时间很长，因此解决机械密封失效问题以方便检修至关重要。

一、原装机械密封结构在增量改造后的失效分析

1.原装机械密封结构

原设备该设计采用Φ180mm双端面非平衡型多弹簧机械密封，无轴套直接安装在轴上。轴上开冷却槽，槽内焊接了一只长200mm，壁厚10mm的冷却夹套，夹套上开孔使冷却液进入轴的槽内，对机械密封进行冷却。密封腔体上开有两个冲洗冷却孔，冲洗液下进上出。此外，密封腔体上还有一个冷却腔体，通过冷循环却水对腔体降温。机械密封轴下端法兰联接搅拌轴，上端联接减速箱，整个搅拌与机械密封的支撑为两副角接触向心球轴承，如图1。

2.增量改造后机械密封失效分析

2.1该机械密封采用双端面非平衡型多弹簧机械密封。改造后机械密封与搅拌轴总长达到6500mm，轴径向摆动更大，动静环摩擦副跳动增加；下端多弹簧机械密封追随性较差，下端辅助密封圈在高温条件容易失效，在高温与径向摆动双重作用下机械密封使用寿命短。

2.2机械密封离高温区较近、传热路径短，因此原结构在轴上设计了冷却夹套腔体，但是这样直接导致轴的刚性变差。

2.3原设计为两副NSK7236A角接触向心球轴承，考虑到轴承问题，因此采取了面对面安装，此安装导致轴承的支撑距离短，轴的摆动大，影响机械密封寿命。

3.确保机械密封运行平稳及方便检修的改进措施

3.1改进轴径向载荷

考虑到轴的刚性、受力问题及降低悬臂梁的摆动，选用径向载荷性能好的轴承型号，以两副NSKHR32040XJ圆锥滚子轴承替代原两副NSK7236A角接触向心球轴承。为了进一步增加轴的刚性，改善密封环境，轴承采取背对背的安装方式，以达到增加支撑距离，减小轴的摆动的目的；为了保证轴承的，在两轴承之间增加导油环，使油通过导油环向两轴承分配，保证充分。轴的悬臂下端增设一个辅助支撑轴承，降低搅拌轴的振摆值，改善机械密封运行条件。

3.2增加冷却效果

机械密封设置于轴承下部，离高温釜体较近，因此在保留原来的两套冷却系统基础上增大冷却腔体，壳体在保证强度的情况下要尽量薄，从而能够迅速带走热量。改善密封部位的工作环境，冷却密封介质的出口设置应该高于上密液进口（见图2），使整个密封系统冷却充分。

3.3增加机械密封轴刚性，取消冷却槽夹套

经分析认为，原轴结构上的冷却槽夹套设置不合理，在直径为Φ180mm，转速为200r/min，线速度为1.9m/s的条件下冷却槽夹套内腔起不了作用，冷却液不可能从进口入从出口出，降低了轴性能，并且在夹套焊接处产生疲劳裂纹，此时夹套处实际工作轴径为140mm，轴性能进一步降低，工作风险很大。另外壳体上已经采取了增加冷却效果的措施，因此取消轴冷却夹套，消除夹套焊接处产生疲劳裂纹造成密封内漏及轴性能降低的问题，改善轴的工艺性与性能，尺寸设计保证原有安装尺寸不变。取消了冷却夹套，加工工艺性能更好，轴强度和刚度得到改善。

3.4改进组成集装式机械密封的结构

原密封装置检修维护性差，机械密封直接在轴上组装，合格率低、反复多，因此将机械密封、轴承和壳体等组装成集装式机械密封。具体措施是设计一个长轴套，将机械密封组件、轴承及密封腔体等与它组装在一起，组成集装式机械密封，组装好的密封装置经静态与动态试车合格后，检修时整体安装，保证密封质量，并在较短时间内完成。

3.5设置方便检修的密封装置与支撑结构

考虑到检修过程中希望仅更换机械密封，不对釜进行置换清洗，以减少化工原料损失并能在较短时间完成检修，因此增设了方便检修的密封装置与支撑结构。具体方法是在釜口法兰上设计一锥面作为检修密封座（见图2），检修维护时不用拆卸，并设计一个检修密封体及分瓣支撑环，让密封体固定于轴上。密封锥面的设计应充分考虑初始密封状态的形成，保证有效密封。

二、改进前后机械密封运行情况比较

立式搅拌釜AR301运行中原机械密封有较多难以克服的缺点，特别反应釜增量改造后问题更严重，存在着高温条件下辅助密封圈使用寿命短，搅拌轴的摆振大，下端机械密封的径向跳动较大，壳体夹套冷却下部腔体较小，冷却不充分，轴冷却夹套产生裂纹等问题，只能对釜进行置换清洗后才能抢修，严重影响装置正常生产。而改进后的AR301机械密封克服了以上缺点。表1是经改进后对6条生产线生产运行进行的一些技术统计。

从表1中可以看出，尽管经过多个生产周期运行，改进后立式搅拌釜AR301机械密封没有出现一次故障。达到了改造目的，效果非常好。

三、结语

通过对立式搅拌釜AR301机械密封进行改造，消除了原机械密封缺点。改造后立式搅拌釜运行状况良好，机械密封一直处于非常稳定状态，为生产的正常运行提供了保障，为企业降本增益打下了坚实的基础。

参考文献

[1]王德涛；与密封[M]机械设计手册：第3卷.4版.北京：化学工业出版社，2004.