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冰机机械密封失效原因分析和处理

1  简介
    我厂冰机是由意大利辛比隆公司制定制造的多级离心式压缩机型号为2MCL528／1，轴端密封采纳德国伯格曼公司生产的H-D1／142-Kbl型机械密封。
    整个机械密封由一套双端面主机械密封和一套单端面辅助机械封组成，如图19所示。

                 图19  机械密封结构简图
    1一灯笼环，2--0形环，3一主机械密封动环，4--0形环，5一定位套，
    6一机械密封套，7一防松螺丝，8一锁紧套，9一锁紧套
    双端面主机械密封动环3，由锁紧套8压紧在机械密封套6上，动环下面装有O形密封环4。动环和轴套间无驱动销，依靠两端面压紧产生的摩擦力，使其随轴套一起转动。为防止动环锁紧套8松动退出，锁紧套后部还设有四个周向均布的防松螺丝7。单端面辅助机械密封环也装在机械密封轴套上，靠锁紧套9压紧。
    密封油以比A腔参照密封气体压力高约0．6MPa的压力进入机械密封，之后分两路，一路通到灯笼环1与壳体形成的环形槽中，将灯笼环连同辅助机械密封静环一起推到左面位置，使动、静环工作面分开(如图中位置)，这时A、B腔就直接连通。
    另一路进入主机械密封腔至。这路油绝大郡分直接从腔至顶郡流出，作为主机械密封的冲洗和冷却用油，一小部分油由外侧静环和动环密封面流出，进入轴承箱中，而极少量油穿过内侧静环和动环密封面流入B腔；同工艺气体混合，这部分油又流入A腔，从A腔下部排出，经油气分开器后排入污油脱气槽，在脱气槽中被加热，脱除氨气，再流回主油箱循环使用。
    辅助机械密封仅在停密封油时才投入正常工作。这时灯笼环在左面气体压力和静环弹簧推力作用下，克服O形环阻力，被推到右面位置，动、静环工作面接触。这样主、辅机械密封动、静环密封面均在弹簧力作用下紧密贴合，起密封作用，有效地保证了在停密封油期间,机械密封也能起到可靠的密封作用。

    2 机械密封第一次泄漏原因分析和处理
    1994年10月份年度大修时，采纳进口备件，改换了动、静环和O形环，但刚开车两天就发现主油箱中进氨，油氨味极大。为查找泄漏源，我们首先分析了主油箱中油被氨污染的可能原因：一是污油脱气槽工作状况不好，未能把流到A腔油中混入的氨气脱净，带入主油箱里；二是机械密封泄漏，氨气漏入轴承箱里，随润滑油进入主油箱中。
    在现场我们检查了油气分开器、污油脱气槽等工作状况都正常，说明主油箱油中氨来自机械密封。于是仔细检查轴端密封系统，发现压缩机两端密封冲洗油回油温度有显然差异，经实测压缩机自由端回油温度远低于正常值和检修后驱动端值，见表14“(供油温度约50℃)。

　　依据这一特点，我们判断自由端主机械密封动环3已不随轴套同步转动，并且转速大大低于轴转速。由于动、静环间相对旋转速度降低，密封面所产生的摩擦热也减少，相应在同样流量下密封冲洗油回油温度也降低。    主机械密封动环同轴套发生相对转动，必定导致动环下面的O形环4磨损失效，使工艺气体沿动环同轴套的径向缝隙漏出，进入轴承箱，部分氨气溶解于油中。由于这部分油直接流回主油箱，所以就污染了整箱润滑油。经分析，造成主机械密封动环相对轴套转动的因素有两个，一是组装时动环锁紧套8未紧到位或预紧力太小，二是组装时已将动环压紧，但防松螺丝7未拧紧，在运行中锁紧套8松动退出。
    1月14日因燃气轮机故障，全厂联锁停车，趁此机会对氨压缩机进行抢修。为慎重起见，同时整体改换了两端机械密封。由于此时润滑油破乳化时间已达77min，接近标准规定的80min的换油指标，于是一起改换了压缩机用油。
    1月17日解体换下的机械密封，发现自由端主机械密封动环锁紧套的四个防松螺丝7均未拧紧，锁紧套8已松动退出。动环同定位套5轴向间隙约3mm，动环可以在轴套上自由灵活地转动和轴向窜动,动环下面O形环4已被磨得同槽平，不起密封作用。动环定位套5两端面、动环锁紧套8内端面都过热变色，且有互相摩擦、挤压造成的毛刺和刃口。
    解体驱动端机械密封时，拆开外壳后，取出机械密封轴套组件。经检查主机械密封动环3固定很好，因此未对轴套上零部件作进一步解体。
    3  机械密封第二次泄漏原因分析和处理
    抢修后开车，开始机械密封运行状况优良，但一星期后，主油箱油中开始有氨味，分析油中氨含量和油破乳化时间也逐渐增加。仔细检查污油分开与脱气部分，工作均正常，说明机械密封又发生了泄漏。检查密封油供油压力、流量等都在正常范围内。测量密封冲洗油回油温度，驱动端77℃，自由端79℃，也在正常范围内，并且两端基本相等，因此可排除类似故障原因。
    我们认真研究了机械密封的结构，列出其可能引起泄漏的各种原因，并依据上次抢修及机组实际运行状况，逐项进行了分析排除。最后，将疑点集中在主机械密封动环下面O形环4上。经计算，正常转油润滑，但坯会产些丈壹热量，搪动不噩，废裙席。从正积运行对密封坤d6肿田油温度近80℃看，动环实际温度要远高于100℃。经查，目前备件用于此处O形环材质同用于机械密封其他部位的O形环材质一样，都是丁腈橡胶，而此类橡胶适用温度范围为130℃以下，因而满足不了该处高温的要求，工作时间稍长，就会老化失效。这也同刚开车阶段不漏,而后来泄漏的实际状况相符。
    为验证此判断，我们又于1月30日解体了上次换下的、但未进一步解体的驱动端机械密封轴套组件，发现双端面动环下面O形环变硬、变脆、失去弹性，已开始碳化。同时在库房查找了用剩的机械密封随机备件，发现还剩两个用于主机械密封动环下面的O形环，同目前进口的O形环相比，外形尺寸虽差不多，但使用材料却显然不同。原随机备件在选材上就合计到了该处温度较高的工作条件，选择耐高温材料，用氟橡胶O形环外包氟化乙丙烯制成。
    联想到第一次机械密封泄漏，实际上即使双端面动环锁紧套不松动，也会发生泄漏，只不过锁紧套松动退出，引起动环相对轴套发生转动和轴向窜动，加速了其下部O形环4的失效过程。   
    2月25日，利用其他原因停车的机会，对氨压缩机进行了第二次抢修，并将换下的机械密封当场进行解体。解体发现，两端主机械密封动环下O形环4均同1月30日解体驱动端机械密封时一样，已经失效，起不到应有的密封作用。检查动静环和其他辅助密封件，都无显然缺陷。   
    主机械密封动环下O形环用特制O形环备件，重新组装两套机械密封，装到压缩机上，开车后运行状况优良。