機械密封在水泵維修中的應用分析

王亞

摘要：水泵在機械生產(chǎn)系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，生產(chǎn)過程中所有的液體循環(huán)以及加壓操作等，都需要由水泵運行完成。在水泵運行中，其密封效果對運行質(zhì)量與機械使用壽命有重要影響。機械密封技術(shù)是解決水泵泄露問題的主要技術(shù)手段，本文主要介紹了機械密封技術(shù)及其優(yōu)缺點，并對水泵維修中機械密封的具體應用進行了探討。

關(guān)鍵詞：水泵維修;機械密封;應用

0 ?引言

在水泵泄露維修中，最常用的一種維修方式就是機械密封。水泵實際運行中，在不同生產(chǎn)系統(tǒng)中所需要傳輸?shù)慕橘|(zhì)是不同的，防止水泵泄露成為機械生產(chǎn)運行的工作重點?，F(xiàn)階段，機械密封技術(shù)水平不斷成熟發(fā)展，其在水泵維修中的應用，有效解決了水泵泄露問題，極大的延長了水泵的使用壽命，從而提高水泵運行質(zhì)量，提升機械生產(chǎn)系統(tǒng)運行效率。

1 ?機械密封技術(shù)及其優(yōu)缺點

1.1 機械密封技術(shù)

機械密封主要是通過利用垂直于軸做相對滑動運行的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力或者磁力的作用下，保持良好的貼合狀態(tài)，并通過配備相應的輔助密封設(shè)施，如O型密封圈，從而實現(xiàn)阻止流體泄露的一種軸封裝置。機械密封在工作中，主要是利用彈性元件自身產(chǎn)生的壓力壓緊，以及通過其對動、靜環(huán)端面密封副產(chǎn)生的預緊與介質(zhì)壓力進行壓緊，從而保證軸向端面能夠達到密封的效果。其中，動環(huán)端面與靜環(huán)端面共同組成了摩擦副，動環(huán)端面通過利用密封室內(nèi)的液體產(chǎn)生的壓力，以及彈性元件產(chǎn)生的推力的共同作用下，對靜環(huán)端面進行壓緊，同時在動、靜環(huán)的端面上形成適當?shù)谋葔?，并保證在端面中保持留有一層非常薄的邊界膜，也稱液體膜，從而實現(xiàn)機械密封。因此，又可以將機械密封稱為端面密封。

1.2 機械密封優(yōu)缺點

優(yōu)點：機械密封可以實現(xiàn)良好的密封效果，做到無泄漏;降低對泵軸的磨損程度，提高水泵的使用壽命;適用范圍十分廣泛，可以應用于不同傳輸介質(zhì)，不同溫度、壓力及轉(zhuǎn)速軸頸下使用;具有明顯的節(jié)約水電資源的效果，可以實現(xiàn)節(jié)能減排。

缺點：機械密封的機構(gòu)較為復雜，零部件較多;機械密封的結(jié)構(gòu)形式選擇需要根據(jù)不同傳輸介質(zhì)的性質(zhì)，以及工藝參數(shù)、安裝密封空間等進行選擇;機械密封一旦損壞，通常需要大修。

2 ?機械密封在水泵維修中的應用

2.1 機械密封端面摩擦狀態(tài)研究

如圖1，機械密封端面摩擦原理圖中可以看出，當機械密封閉合力作用時，主要受力點在表面微凸體，如圖1中的A部分所示，隨著閉合力的不斷增大，微凸體的邊界膜破裂的可能性增大，機械部件可能會發(fā)生直接接觸。當閉合力逐漸減小時，微凸體所承受的支撐載荷相對減弱，則會出現(xiàn)如圖1中B部分所示，相對于較大閉合力時的A部分，中間的空隙較大，形成邊界膜接觸，同時在各個微凸體中間會形成不同程度的微觀空腔，如圖1中的C部分。如果邊界膜的平均厚度較薄，微觀空腔的狀態(tài)則是不連續(xù)的。因此，在微觀空腔內(nèi)的液體通常處于不充滿狀態(tài)，即使是空腔內(nèi)充滿液體，其產(chǎn)生的壓力也不會很大。這時，邊界膜與機械組建工程承受機械密封的閉合力，形成便捷摩擦。如果微觀空腔非常密集，則各個微凸體之間則不會存在相互接觸的情況，這時產(chǎn)生的摩擦則是流體摩擦。

通常情況下，水泵在機械密封的狀態(tài)下會呈現(xiàn)出邊界摩擦與液體摩擦的混合工作狀態(tài)。因此，深入研究機械密封端面摩擦是提高機械密封技術(shù)在水泵維修中應用的主要方面。并且，在關(guān)于水泵運行中端面摩擦研究中，可以發(fā)現(xiàn)表面粗糙度對機械密封的效果有一定的影響。而且當密封端面呈現(xiàn)徑向平行時，機械密封效果最佳。

2.2 機械密封分析

機械密封在水泵維修中的應用，主要是保證機械密封效果良好，使水泵保持良好的運行。當機械密封失效后，水泵的正常運行則會受到極大的影響，嚴重還可能會造成機械運行重大事故。因此，在機械密封分析中，重點在于對機械密封效果分析以及機械密封失效原因探究方面。以下為邁爾提出的泄漏量公式：

C2——流動系數(shù);

D2——密封環(huán)接觸端面外徑;

P1——介質(zhì)壓力;

P2——外界壓力;

η——介質(zhì)粘度;

b——摩擦面寬度;

V——摩擦端面平均線速度;

Pc——端面比壓。

在水泵運行過程中，機械密封的摩擦副表面的形狀以及粗糙程度是隨著實際運行而不斷變化的，由公式可以看出，水泵運行的泄漏量也會不同。同時，從公式中還可以看出，影響泄漏量的因素非常多，包括密封環(huán)接觸端面外徑、介質(zhì)壓力、外界壓力等。因此，在計算水泵運行微小泄漏量時，需要根據(jù)水泵實際運行情況，以及機械密封維修情況，進行更加精確的計算。

水泵維修在機械密封失效后，常常會出現(xiàn)持續(xù)性泄露或者間歇性泄露的問題，當在密封端蓋、軸間與泵體之間發(fā)生泄露時，往往比較容易被發(fā)現(xiàn)，從而及時有效解決泄露問題。

2.3 高溫水泵的機械密封分析

在水泵運行過程中，密封端面相互摩擦會產(chǎn)生熱量，如果這些熱量不能及時進行疏散，則會引發(fā)密封端面液體膜發(fā)生沸騰現(xiàn)象。判斷這一現(xiàn)象的主要方法是通過辨別密封環(huán)發(fā)出的聲音來進行，或者通過間歇振蕩冒汽的情況進行判斷。當靜環(huán)端面被輕微腐蝕，其表面會形成彗星狀的溫力。同時，液體膜沸騰導致的液體汽化，會造成密封端面發(fā)生傾斜，與碳石墨環(huán)呈現(xiàn)出外緣切邊的狀態(tài)。并且由于液體膜呈現(xiàn)出蒸汽狀態(tài)，動環(huán)硬密封面上也會發(fā)生熱裂現(xiàn)象。當兩個密封端面由于高溫而分開，其中間則會被冷卻器液體充滿，從而合攏。為了避免高溫影響機械密封效果，則需要對被密封產(chǎn)品進行嚴格的校對，檢查其是否滿足機械密封的需求。同時，還可以采用窄密封面，或者保證循環(huán)線不會發(fā)生堵塞，保證循環(huán)液量的暢通等方式，防止這一類問題的產(chǎn)生。

3 ?機械密封在水泵維修中的實效分析

鍋爐系統(tǒng)循環(huán)水泵在2017年進行了機械密封改造，其應用循環(huán)水泵型號為20HBA，在沒有進行改造前，循環(huán)水泵每年需要更換4次油盤根，且每次更換量在1公斤左右，當時市場價格為30元。因為盤根磨損，因此水泵軸與相關(guān)配套軸瓦在3年左右就需要更換一次，成本在7000元左右，若不計人工成本，則平均一臺循環(huán)水泵每年的維修成本在2500元左右。

進行機械密封改造后，經(jīng)過兩年多的運行，各項性能指標良好，循環(huán)水泵在成本費用消耗方面明顯降低，并且水泵維修的大修期至少在3年左右。并且，機械密封改造后，循環(huán)水泵運行的摩擦阻力降低，運行耗電下降了8度/h左右，全年節(jié)省了大量電力，成本約在3萬元。因此，機械密封在水泵維修中具有良好的實效，每年可節(jié)約大量的維修成本，并且增強了水泵運行的安全性、穩(wěn)定性。

礦用潛水電泵受井下使用環(huán)境影響，使用的水泵屬于含有固體顆粒介質(zhì)中的潛水電泵。當有硬度高、外形銳利的固體顆粒進入密封端面使自然磨損加快，把石墨表面劃破、研磨端面，使其發(fā)生劇烈磨損，端面高度不斷降低。端面磨損越多，彈簧伸出越長，補償彈力越小，貼合力不能阻止高壓介質(zhì)進入而發(fā)生泄漏失效。因此失效造成燒毀的潛水電泵維修費用每臺成本不少于700元。

通過對機械密封在維修中的應用分析，將機械密封動靜環(huán)材質(zhì)由碳化硅更換為碳化鎢-鈷合金，將輔助密封圈材質(zhì)由丁腈橡膠更換為氟橡膠，調(diào)整靜密封的固定方式及密封環(huán)配合間隙，大大降低了潛水電泵上機械密封的泄漏失效。企業(yè)全年維修水泵量10000多臺，其中約3000余臺因密封泄漏導致，改造后節(jié)省維修費用約200萬元。

4 ?總結(jié)

機械密封技術(shù)在水泵維修工作中的應用，極大的提高了水泵維修的有效性，增強水泵密封效果。當前，隨著機械密封技術(shù)在水泵維修中的應用越來越廣泛，機械密封在水泵維修中應用的研究重點多集中在了機械密封端面摩擦狀態(tài)研究，機械密封效果分析以及高溫水泵機械密封分析等方面。因此，在對水泵維修中，應當科學選擇機械密封技術(shù)，盡可能降低設(shè)備震動，并且及時檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備的泄露，避免溫度、壓力等變化對機械密封效果的影響，從而有效提升機械密封的效果，保證水泵正常運行。

除此之外，通過在實踐工作中對水泵進行機械密封改造，取得的實效表明機械密封在水泵維修中應用，在提升水泵運行性能，節(jié)約設(shè)備維修成本等方面的顯著優(yōu)勢，具有非常高的實際應用價值。

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