搅拌器机械密封故障分析及技术改造

【摘 要】本文在介绍搅拌器设备及故障情况的基础上，重点探讨了搅拌器机械密封常见故障产生的原因，并阐述了搅拌器机械设备的技术改造工作。实践证明，改造后的搅拌器运行性得到有效提高，改造经验可为同行业的研究提供借鉴意义。

【关键词】搅拌器；机械密封；故障情况；效果评价

搅拌器作为一种使液体、气体介质强迫对流并均匀混合的器件，是一些企业生产的重要组成设备，在聚酯生产中发挥着不可替代的作用。但在实际的工业生产活动中，搅拌器在运行时振动大及搅拌轴跳动量大有明显增加的趋势，容易导致搅拌器机械密封出现严重的故障，这不仅会增加检修的工作量及设备维修的成本，而且也会给设备装置的运行带来一定的安全隐患，影响到企业的正常生产运作。因此，技术人员有必要加强搅拌器机械密封故障的研究力度，通过技术上的优化来确保装置的安全运行。

1.搅拌器设备简介及故障情况

料浆配制槽搅拌器的参数如表1所示。

表1 搅拌器参数

对搅拌器机械密封进行解体检查时发现，静环密封面上有几处较大的缺口，动静环密封表面均有深浅不一的沟槽。从机封结构上来看，其静环座与密封腔之间没有止口定位结构，安装时静环座和轴套的同心度主要靠人工手动进行调整。对搅拌器进行对中复查并对电机进行单试，发现电机运转平稳，并无明显的振动。进而对配装设备料浆槽的共振进行分析，认为直径为4760mm的料浆槽可能由于壁薄而刚性不足，从而引起共振。为此，在料浆槽内部增加了3条环形加强板来增加其刚性。经过这样的改造后虽然大大降低了搅拌器的振动，但仍然没有从根本上解决搅拌轴运行时摆动及机械密封损坏泄漏的问题。为此，对机械密封组件进行了如下改进：（1）改变静环的材质；（2）在静环座上增加了定位止口，以从结构上保证安装质量；（3）增大了静环的内径，以缓解搅拌轴摆动的影响。但是，这些措施仍然没能彻底改善搅拌器的运行情况，搅拌器机封的损坏仍然非常频繁。每次机封解体进行检修时都会看到动静环的磨损程度非常严重，动环承磨台被磨平，静环碎裂成几块，机封处轴套因受静环碎块的摩擦而被磨穿，机封处轴摆动量目测值为3～5mm。

2.机械密封损坏的原因分析

2.1 搅拌器振动及搅拌轴摆动

由于搅拌器配装的设备料浆槽的设计壁厚较薄，设备的整体刚度不够，致使搅拌器在运行的过程中振动较大，减速箱处轴套与搅拌轴之间出现磨损，轴套与轴之间配合间隙较大，进而导致搅拌轴出现一定程度的摆动。此外，减速箱两支撑轴承距离太近，该处轴套太短，而且搅拌轴悬臂太长，搅拌轴挠度较大。后来虽然对设备进行了加强，但是搅拌轴与变速箱处轴套的间隙已经变大，搅拌轴运行时其摆动已经不可避免。随着搅拌器的继续运行，搅拌轴与轴套之间的磨损进一步增大，导致搅拌轴摆动量逐渐增大。搅拌轴过大的摆动进一步导致整台搅拌器的振动也越来越大，反过来，搅拌器的剧烈振动又加剧了减速箱轴套与搅拌轴的磨损并进一步促使摆动量增大。如此形成了恶性循环，最终导致机械密封频繁损坏泄漏。

2.2 静环座安装精度过低

由于静环座与密封腔之间没有定位结构，安装时静环与轴套的同心度完全依靠检修人员自己的把握，因此其安装质量受人为因素的影响太大。同时，静环与轴套之间的间隙非常小，单边间隙仅为0.50mm，因此，静环座的安装误差加上搅拌器轴过大的摆动量，静环很容易与轴套摩擦并被挤压碎裂，从而导致机械密封失效泄漏。

2.3 机械密封摩擦副所用材料不合理

原来的机械密封所用的摩擦副材料为碳石墨-碳化硅，属于软-硬材料配合。由于工作介质易对软环即动环造成磨损，从而使机械密封失效造成泄漏。

3.技术改造

3.1 改造配装设备

针对料浆槽刚度不够的问题，在其内部增加环形加强筋板。一是在设备内壁沿圆周焊接3层扁钢圈加强板，板厚16mm，板宽126mm，最下面一层距设备底部2000mm，3层加强板间距均为1500mm。对整个设备进行加强，可以防止运行时产生共振。二是在搅拌器法兰接管内端口周围的设备内壁上焊接一圆环形加强板（加强板上钻直径为12mm的孔若干个，使加强板塞焊于设备内壁上），并在该加强板周围焊接若干竖筋，以增加搅拌器连接接管的刚度。

3.2 改变静环的尺寸

原静环设计内径为67mm，配合的轴套外径为66mm，两者之间的间隙单边为0.5mm。针对搅拌器运行过程中搅拌轴摆动量过大、易挤压静环造成其碎裂的问题，将静环内径增大至68mm，使两者之间的间隙单边增大至1.0mm，以使静环缓解搅拌轴摆动的能力得到加强，避免搅拌轴非正常摆动时对静环的挤压。

3.3 改变动、静环的材料

原静环设计材料为碳化硅，其抗冲击韧性很差，脆性大，在搅拌轴的挤压下很容易碎裂。为此，将静环材料改为含钴量较大的碳化钨硬质合金，从而在一定程度上提高静环的抗冲击韧性。原动环设计材料为碳-石墨。由于浆料介质中含有固体颗粒，动环磨损严重，因此，将动环材料也改为碳化钨硬质合金，机械密封由软硬配合改为硬硬配合。

3.4 静环座止口定位

原静环座与轴套的同心度是依靠定位卡环来调节的。定位卡环起着两个作用：一是安装时预设波纹管的压缩量；二是安装时通过它与锁紧环及静环座的相对位置来判断静环座与轴是否同心。当机械密封组件安装完毕后，需将定位卡环取出。由于轴套与轴之间、锁紧环与轴套之间均有间隙，单凭定位卡环和轴套与轴、锁紧环与轴套之间的相对位置来判断同心度其精度是不够的，再加上维修人员的目测误差，总误差至少在0.20～0.40mm之间，安装精度难以保证。为此，对静环座的结构进行了改造，增加了凸台止口定位结构，密封腔壳体内壁与静环座止口间隙单边为0.05mm，静环座密封垫改用“O”形环，直径3mm。

3.5 加长轴套，降低挠度

针对变速箱两支撑轴承距离太近、轴套太短、搅拌轴悬臂太长，导致搅拌轴挠度太大的问题，对原变速箱轴套进行了改造。对原轴套端部内径进行加工，尺寸由原来的直径为55mm增大为77mm，并根据现场实际安装空间，测量确定新轴套的长度和其他尺寸，加工了一新轴套，所用材料为45钢，并将其与原轴套配合安装在一起，使其成为一个整体，从而降低搅拌轴的挠度（具体尺寸及连接方法见图2）。两轴套配合处采用过盈配合，过盈量为0.05mm，热套安装，并在新轴套与旧轴套端面连接处沿圆周点焊4点以加大连接强度。新轴套端部沿圆周加工3个螺纹孔（均布），安装时用3颗M14的顶丝把轴与新轴套锁紧。锁紧轴套时要打表测量，保证轴套与轴的同心度。轴套锁紧后，3颗顶丝分别用螺母背紧，防止运行中顶丝脱落。在图1中可以看到，止推板和其中心螺钉是用来限制搅拌轴向着叶轮方向轴向窜动的，而止推环是用来限制搅拌轴沿背离叶轮方向轴向窜动的。由于新轴套的安装导致原来限制搅拌轴窜动的止推环无法安装，因此对止推板进行了改造，将其外径由原来的80mm增加到96mm，重新加工了新的止推板，原中心孔不动，在76mm圆周上新增加了均匀分布的4个孔，孔径为9mm，原中心位置螺钉仍然不变，另外用4个M8的螺钉将该止推板通过沿圆周新加工的4个孔固定在原轴套上，从而限制了搅拌轴的反向窜动。

4.改造效果评价

浆料槽搅拌器经过以上技术改造后，已运行4年时间，目前搅拌器运转平稳，彻底消除了搅拌器的振动和搅拌轴的过大摆动，机械密封也再未出现过非正常的损坏及泄漏，平均使用寿命也由改造前的3个月左右延长到1年左右，而且在此期间，机械密封无任何泄漏现象发生。因此，对浆料槽搅拌器的技术改造取得了圆满的成功。

5.结束语

综上所述，搅拌器机械密封故障产生的危害性的巨大的，会对设备装置的安全运行带来诸多的不便。因此，技术人员必须深入了解搅拌器机械密封故障产生的原因，制定出切实有效的技术措施，逐步完善搅拌器在技术上的不足，以解决搅拌器机械密封使用寿命短且经常出现泄漏的问题，从而有效保障装置的稳定运行。

参考文献：

[1] 李国盛.水下搅拌器损坏原因分析及改进[J].中国新产品新技术.2012年第14期

[2] PTA装置搅拌器常见故障分析及改进措施[J].石油化工建设.2013年第01期