水泵機械密封失效原因分析與解決措施

付曉科

（中核遼寧核電有限公司，遼寧葫蘆島 125112）

0 引言

水泵作為一種介質(zhì)輸送或增壓的設(shè)備，種類眾多，多用于輸送水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、工業(yè)用水、水處理系統(tǒng)、區(qū)域或建筑的制冷/供暖系統(tǒng)、消防和灌溉等領(lǐng)域，并在其中承擔著重要作用。軸封部件作為水泵設(shè)備的重要結(jié)構(gòu)，可以防止空氣被吸入泵腔，同時保證介質(zhì)不向外泄漏。軸封類型有填料密封、機械密封和動力密封等，其中，機械密封具有低功耗、使用壽命長、低泄漏的特點，應(yīng)用較多。

1 水泵機械密封介紹

機械密封是一種旋轉(zhuǎn)機械的軸封裝置，又稱端面密封，由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，在流體壓力和補償機構(gòu)彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下，保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置[1]。

機械密封一般分為4個部分：①動環(huán)和靜環(huán)組成的密封端面，也稱為摩擦副；②有彈性元件組成的緩沖補償機構(gòu)，其作用是使密封端面緊密貼合；③輔助密封，包括動環(huán)和靜環(huán)輔助密封；④使動環(huán)隨軸旋轉(zhuǎn)的傳動機構(gòu)[2]。

機械密封結(jié)構(gòu)一般由彈簧座、彈簧、動環(huán)、靜環(huán)、靜環(huán)座和其中所有用于密封的O形圈等組成。其中彈簧座通過螺釘?shù)染o固作用與軸相對靜止，靜環(huán)座由一個防轉(zhuǎn)銷保持固定。由于機械密封特殊的工作條件和重要作用，一般由輔助設(shè)施提供冷卻介質(zhì)，對機械密封，特別是動環(huán)和靜環(huán)端面，進行潤滑冷卻和沖洗，延長機械密封使用壽命。機械密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機械密封結(jié)構(gòu)

當泵軸旋轉(zhuǎn)時，帶動動環(huán)等部件一起轉(zhuǎn)動，靜環(huán)保持靜止。由于彈力和介質(zhì)壓力的作用，使動環(huán)與靜環(huán)緊密接觸，這樣動環(huán)與靜環(huán)相接觸的密封面，可以阻止介質(zhì)泄漏[2]。由于動環(huán)與靜環(huán)緊密貼合，使密封端面交界處形成一個微小間隙，當介質(zhì)通過此處時，形成一層液體薄膜，產(chǎn)生一定阻力，阻止介質(zhì)泄漏，同時對密封面起到潤滑作用，使密封效果長久[3]。

機械密封一般有4個密封點（泄漏點）：動環(huán)與靜環(huán)之間的動密封；動環(huán)與軸或軸套之間形成的相對靜密封；靜環(huán)與靜環(huán)座之間，以及壓蓋與設(shè)備之間的靜密封[4]。

2 機械密封泄漏故障分析及處理

2.1 泄漏位置分析

水泵運行過程中，對機械密封的泄漏量有一定標準要求。機械密封失效引起的泄漏超標，對水泵穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響。結(jié)合機械密封結(jié)構(gòu)分析，可以看到機械密封泄漏位置一般存在于機械密封動環(huán)與靜環(huán)接觸面，或者機械密封輔助密封圈位置處。

機械密封動環(huán)與靜環(huán)接觸面泄漏，一般是由于動環(huán)與靜環(huán)之間存在間隙，或兩者出現(xiàn)磨損，使得動環(huán)和靜環(huán)無法緊密貼合，從而產(chǎn)生間隙，導(dǎo)致泄漏。機械密封輔助密封圈位置滲漏，一般是由于O形圈密封不良引起。

2.2 泄漏原因分析

（1）機械密封設(shè)計或加工等不滿足要求。機械密封本身不滿足設(shè)備精度或系統(tǒng)工況要求，主要有3方面原因：①動環(huán)或靜環(huán)端面平面度不滿足要求，使得機械密封動環(huán)與靜環(huán)接觸面存在間隙，導(dǎo)致泄漏。也可能因水泵內(nèi)的介質(zhì)、溫度等條件不同，動環(huán)或靜環(huán)材料不滿足條件，受到介質(zhì)腐蝕等影響而出現(xiàn)密封失效；②機械密封彈簧也可能由于水泵流體介質(zhì)、溫度等工況影響，造成彈簧彈力失效，甚至彈簧疲勞斷裂等情況，使得動環(huán)與靜環(huán)無法緊密接觸，出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致機械密封失效，出現(xiàn)泄漏；③O形圈設(shè)計尺寸、型號、材料等因素，不滿足密封介質(zhì)或運行轉(zhuǎn)速等要求，從而出現(xiàn)密封圈脫落、斷裂等情況，導(dǎo)致密封失效。

（2）機械密封安裝過程不規(guī)范。機械密封安裝不滿足要求，主要有：①安裝不到位，隨著設(shè)備不斷運行，彈簧補償量不足，動環(huán)與靜環(huán)之間存在間隙，不滿足密封要求，導(dǎo)致泄漏。O形圈未安裝到位，密封位置出現(xiàn)間隙，也會導(dǎo)致泄漏；②安裝過緊，彈簧壓縮量過大，導(dǎo)致動環(huán)與靜環(huán)貼合過度緊密，在水泵運行過程中，輔助設(shè)施提供的冷卻介質(zhì)不足以冷卻其產(chǎn)生的熱量，較高轉(zhuǎn)速使得動環(huán)與靜環(huán)磨損嚴重。甚至磨損產(chǎn)生的高溫，使得動環(huán)或靜環(huán)變質(zhì)，引起機械密封泄漏。安裝過程不符合規(guī)范，密封圈擠壓過緊，導(dǎo)致O形圈受力變形，引起密封失效。

（3）機械密封受雜質(zhì)影響。如果流體介質(zhì)中存在細小雜質(zhì)，或者泵腔、管道等處存在顆粒性雜質(zhì)，被引進機械密封。在水泵運行過程中劃傷或損傷動環(huán)或靜環(huán)，使得機械密封泄漏超標。雜質(zhì)也會使機械密封彈簧壓縮不良，導(dǎo)致動環(huán)與靜環(huán)貼合不均勻或不緊密，引起泄漏。O形圈也可能因雜質(zhì)而影響密封效果，導(dǎo)致O形圈貼合不緊密或不均勻，使得密封介質(zhì)從O形圈處泄漏。

（4）機械密封冷卻不足。機械密封因條件不同一般會有不同的沖洗方案，輔助設(shè)施利用泵內(nèi)的壓力差輸送介質(zhì)，對密封面進行沖洗，完成機械密封的潤滑冷卻。機械密封冷卻水管出現(xiàn)堵塞或者向外滲漏，引起機械密封冷卻水不足，機械密封得不到及時冷卻，使得機械密封干磨，導(dǎo)致動環(huán)或靜環(huán)磨損，引起泄漏。

（5）水泵運行不滿足標準。水泵運行過程中，振動超標或軸竄較大，也會造成機械密封受損，動環(huán)或靜環(huán)端面受振動影響損傷，導(dǎo)致機械密封泄漏。

2.3 機械密封泄漏處理及驗證

機械密封是水泵設(shè)備重要部件，承擔介質(zhì)密封作用。機械密封出現(xiàn)滲漏超標情況時，一般處理流程如下：

（1）斷電隔離系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)機械密封泄漏缺陷的水泵，對水泵機械密封及其輔助設(shè)施拆卸檢查，判斷機械密封失效原因。

（2）機械密封受損失效后，針對設(shè)備工況，需要更換機械密封。選用型號、材料等滿足要求的機械密封，檢查新的機械密封，機械密封應(yīng)完好符合要求，無雜質(zhì)、灰塵等，且滿足設(shè)備精度要求。

（3）清潔檢查設(shè)備內(nèi)部，保證機械密封安裝環(huán)境的潔凈度，按要求檢查并安裝機械密封及輔助設(shè)施，完成其余部件回裝，并滿足設(shè)備相應(yīng)標準。

（4）打開泵入口閥，引入介質(zhì)試靜壓，檢查密封性，緩慢盤車檢查泄漏情況，同時排出密封腔內(nèi)氣體，最后啟泵運行，檢查密封情況。

3 機械密封維護注意事項

（1）機械密封的選擇要符合系統(tǒng)介質(zhì)、溫度等要求。

（2）機械密封安裝過程應(yīng)滿足機械密封的安裝要求，保證機械密封的壓縮量等參數(shù)要求。

（3）機械密封安裝環(huán)境應(yīng)保證一定潔凈度，避免因雜質(zhì)影響受損失效。

（4）機械密封應(yīng)保證足夠的機械密封冷卻水，使其得到充分的潤滑冷卻和沖洗。

（5）檢查水泵設(shè)備過程中，注意設(shè)備的振動、溫度等參數(shù)，避免對水泵設(shè)備機械密封造成影響。