多级离心泵机械密封失效分析及改进措施
一、前言
某泵厂生产的多级泵系列原轴封都是采用填料密封，现针对用户需求将轴封改造为机械密封形式，收到了令人满意的效果；但也暴露出一些存在的问题，最为突出的是油田输油用多级离心泵。油田使用的多级输油泵系卧式单吸多级分段式离心泵，泵定子主要由吸入段、吐出段、中段、导叶、尾盖及轴承体等零部件组成；泵转子主要由装在轴上的数个叶轮、平衡盘平衡机构等组成，支承转子的轴承是两只单列圆柱滚子轴承。
泵轴封的传统形式是采用软填料密封；现轴封改进后采用MC1型的橡胶波纹管式机械密封（结构如图1）
MC1型为内装式、单端面、大弹簧和非平衡型波纹管式机械密封；动、静环均采用（YG6）硬质合金、辅助密封橡胶均采用氟橡胶，结构件均采用不锈钢材料；该型机械密封具有多种功能：如推动动环，既是次级密封件又作为动环的驱动件，完全消除了补偿带来的泄漏缺陷；动环通过*环和弹簧传动，不用黏结。但橡胶波纹管不能承受扭应力。
二、存在的问题
该系列多级泵轴封改进设计成机械密封后，短时间内效果还是比较不错的；但随着时间的推移，机械密封陆续暴露出问题，即寿命很短，有的连续工作仅1个多月就出现泄漏，平均寿命仅有3-4个月；没有达到正常的设计寿命（8000-10000h）。
对泄漏的泵机械密封解体检查，均发现橡胶波纹管和静环橡胶*垫遭到严重的破坏，主要表现为橡胶溶涨、撕裂、扭断及“啃咬现象”，弹簧扭挠等；造成动环偏斜、压死及卡涩，致使动环轴向自由补偿功能丧失，导致传动形式失效。
在频繁更换机械密封的同时，给泵轴、轴承等主要零部件带来了不同程度的损害，致使泵整机寿命降低。
三、问题分析
造成橡胶波纹管及*形橡胶垫溶涨、撕裂、扭断及“啃咬现象”，弹簧扭挠等问题的主要原因是由于多级泵转子为达到动态平衡轴向力而不断调整平衡盘位置（起动、调整工况时尤为突出），从而使弹簧产生过度压合，弹簧传动的转矩太大，即动、静环摩擦面之间的摩擦耗功太大，产生的摩擦热使密封腔处温度过高，加速了介质对橡胶件的化学腐蚀和老化；同时传动件（弹簧）不足以克服这种较大的转矩和摩擦力，以及泵起、停时的冲击，造成橡胶件、弹簧、轴套相互磨损；周而复始，最终导致密封失效。因此，多级泵轴向窜动是影响机械密封寿命的重要因数之一。
四、改进措施
（1）改进多级泵轴向力平衡的装置采用特殊的平衡盘和平衡鼓联合结构（如图2），这种结构可以减小平衡盘径向尺寸，不易产生磨损。
（2）改进泵转子部件的支承轴承由原两端各一短圆柱滚子轴承改为吸入段处轴承不变，后段（吐出段）改为双列角接触球轴承，承受残余的轴向力和起、停泵的冲击。
改进后的轴承配置如图3所示。
（3）平衡盘轴向最佳间隙由于轴承配置的改变消除了泵转子的轴向窜动，因此平衡盘的位置也就相对固定了，即平衡盘的轴向间隙为定值，而轴向间隙的合理与否是影响平衡装置平衡功能的重要因数之一，是改进设计关键所在；通过动态分析平衡盘变化过程，即：轴向力增大!平衡盘左移、轴向间隙减小!平衡力增大!轴向力与平衡力平衡。轴向力减小!平衡盘右移、轴向间隙增大!平衡力减小!轴向力与平衡力平衡。由此可见平衡盘装置平衡轴向力过程是一个动态过程，是通过轴向间隙的变化改变平衡力来适应轴向力的变化的。要减小转子的轴向位移，就要使平衡力单位值变化时，轴向间隙的变化量最小。设为最小轴向间隙）时，值为最大，此时平衡力变化单位值时，轴向间隙的变化量为最小。该平衡盘轴向最佳间隙的设计理论，使水泵的轴向力变化时，转子轴向位移最小，并用以确定平衡盘所处的最佳位置；既保证平衡装置有最佳的平衡轴向力的效果，又保证双列角接触球轴承承受较小的残余轴向力；从而提高了水泵工作的可靠性和使用寿命。
（4）由于支承转子的（吸入端）短圆柱滚子轴承没有改变其受力状态，因此设计中主要针对双列角接触球轴承额定寿命进行校核，一般泵用轴承额定寿命。轴承润滑脂用锂基润滑脂。
