大型泵站機械密封泄漏原因及處理方法

王肇優(yōu)，霍安新，繆 薇，王子芮，鄭 濤，左佳佳

（1.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇揚州 225200；2.江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇淮安 223200）

在大型泵站中，機械密封常用于潛水泵和貫流泵中，具有泄露量小、可靠性高、檢修周期長、不易磨損泵軸等特點，但在水泵長期運行過程中，可能出現(xiàn)機械密封失效，油室進水使油乳化，降低潤滑效果，電機絕緣效果降低甚至出現(xiàn)無法開機的狀況。戚盛墀［1］研究了內(nèi)燃機中水泵機械密封，戴明俊等［2］詳細列出轉(zhuǎn)子泵和小型潛污泵機械密封常見滲漏現(xiàn)象及對策，但對大型潛水泵或貫流泵的機械密封研究較少。筆者結(jié)合薛家泓出海泵閘潛水泵維修經(jīng)驗，分析大型潛水泵密封泄漏原因，結(jié)合泵站檢修經(jīng)驗，形成監(jiān)測和解決機械密封故障的有效方案。

1 基本原理

大型水泵常用密封包括機械密封、填料密封和動力密封，其中機械密封常用于潛水泵和離心泵，填料密封常用于軸流泵，動力密封常用于離心泵。大型潛水泵油室一般都采用機械密封，相比較其他密封，機械密封不必定期更換填料，減少檢修次數(shù)，節(jié)約人工成本。

機械密封是由垂直于旋轉(zhuǎn)軸線（泵軸）相對運動的兩個端面組成，又被稱為端面密封。按照組成形式分為單面密封、雙面密封和單雙組合密封，主要用來解決轉(zhuǎn)動部件與固定部件之間裝置的密封問題［3］。

2 常見故障及解決方案

薛家泓出海泵閘位于上海浦東國際機場南部，安裝了6臺1400ZLD-100型立式軸流潛水電泵，單機流量6.5 m3/s。該潛水泵采用了雙面機械密封，機械密封型號為TC47-140。

2.1 常見油封故障原因

2.1.1 裝配原因

由于壓裝原因，導(dǎo)致油封壓裝后變形；在裝配過程中，油封通過螺紋或花鍵，導(dǎo)致唇口處劃傷；油封位粗糙度低，壓裝力過大，導(dǎo)致彈簧失效或唇口翻轉(zhuǎn)。

2.1.2 彈簧失效

彈簧過緊或過松，過松時彈簧壓緊力小，無法達到密封效果；過緊時彈簧壓緊力大，油封與旋轉(zhuǎn)軸之間配合不當(dāng)，導(dǎo)致油封異常磨損，最終發(fā)生漏油。

2.1.3 工作介質(zhì)

油封材料的選擇不當(dāng)，二者相容性差，長時間運行會產(chǎn)生油封材料溶脹、硬化、軟化、龜裂等，最終發(fā)生漏油狀況。

2.1.4 唇口磨損

油封唇口部位存在鐵屑等雜質(zhì)，工作時發(fā)生異常磨損；油封位與旋轉(zhuǎn)軸不同軸，油封壓裝后發(fā)生偏磨，唇口異常磨損；油封唇口處鋰基脂潤滑不良，會發(fā)生干摩擦，導(dǎo)致異常磨損。

2.1.5 軸承原因

旋轉(zhuǎn)軸表面粗糙度、硬度不合理，旋轉(zhuǎn)軸表面有缺陷，例如腐蝕、劃痕、方向性刀痕等。

2.2 常見泄漏部位及其泄漏原因

通過拆除薛家泓出海泵閘潛水泵，進行原因分析，主要泄漏部位有4個（圖1）。

圖1 機械密封結(jié)構(gòu)示意

泄漏部位1：動、靜環(huán)摩擦面泄漏，未緊密接觸或接觸面損壞出現(xiàn)泄露。

泄漏部位2：靜環(huán)與設(shè)備外殼之間出現(xiàn)泄露。

泄漏部位3：動環(huán)與泵軸之間出現(xiàn)泄露。

泄漏部位4：設(shè)備外殼之間泄漏。

針對機械密封泄漏位置進行具體分析，歸納總結(jié)泄漏原因如表1所示。

表1 常見泄漏原因分析

2.3 常見故障處理方法

通過統(tǒng)計薛家泓出海泵閘近10年水泵維修情況，常見的機械密封故障及其處理方法如下。

（1）動、靜環(huán)端面故障：如果端面磨損程度大或拉傷嚴重需重新更換，如果情況不是很嚴重的話，可以通過研磨、拋光加工處理來解決。研磨拋光主要分為機床研磨和手動現(xiàn)場研磨，手動現(xiàn)場研磨主要是將密封端面與磨具接觸，加入研磨膏，作圓形軌跡運動，去除損壞的端面表層，從而能夠獲得具有高精度的表面。

（2）密封圈自然老化：遇到此類故障，一般更換密封橡膠條后，重新組裝，做氣密性試壓無泄漏。常見密封圈材料見表2，在安裝檢修過程中，根據(jù)具體應(yīng)用場景，選擇合適的材料

表2 常用橡膠材料特性

（3）其他故障：主要為輔助彈簧損壞，固定螺栓松動，外殼密封出現(xiàn)泄露等問題，導(dǎo)致機械密封故障。

3 安裝標(biāo)準及其注意事項

3.1 進場驗收標(biāo)準

大型水泵機械密封一般尺寸較大，精度要求較高，因此安裝的方法和流程很重要，在裝配前要按照《機械密封》（JB/T 4127.1—2013）的相關(guān)規(guī)定進行密封裝置驗收。安裝完成后，當(dāng)被密封介質(zhì)為液體時，泄漏量必須符合表3規(guī)定。

表3 泄漏量合格范圍

3.2 安裝步驟

根據(jù)近年來的水泵安裝和檢修經(jīng)驗，總結(jié)了機械密封安裝檢修步驟。

（1）在機械密封安裝前，必須用無水酒精清洗泵軸、密封端面、彈簧以及相關(guān)配件，防止鐵屑、砂礫和硬物等異物進入密封部位。

（2）設(shè)備檢修時，橡膠密封圈不能用汽油等清洗，如橡膠密封圈老化，應(yīng)及時更換新密封圈。

（3）在動、靜環(huán)摩擦面以及橡皮密封圈和密封填料涂抹透平油或潤滑脂，減小摩擦阻力，避免損壞動、靜環(huán)的摩擦面。

（4）再安裝輔助O形密封圈時，應(yīng)盡量平順，不得扭曲變形，否則需將其拆除重裝。

（5）靜環(huán)組件裝入壓蓋，應(yīng)使用專用工具，不得對其施加沖擊力，防止橡皮受力不均勻，應(yīng)盡量用手或?qū)Ｓ霉ぞ呗七M，保證橡膠密封圈受力均勻。

（6）動環(huán)安裝時，應(yīng)盡量保護動環(huán)摩擦面，防止表面受損，彈簧固定螺釘一定安裝緊固，防止松動。

（7）動、靜環(huán)組件組裝成功后，需派專人檢查是否安裝到位，彈簧或壓力裝置是否靈活。

（8）根據(jù)規(guī)程規(guī)范，檢查機械密封與泵軸中心線的垂直度與同心度是否符合要求。

3.3 油室氣密性試驗

當(dāng)水泵安裝完成后，對于干式潛水泵（薛家泓出海泵閘為干式潛水泵）還需要通過對電動機進行氣密性試驗，判斷機械密封是否安裝完好。觀測點，測量頻率為每天3次，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行仔細分析。可能有兩種情況：①大堤如有沉降，將稍微加快千斤頂?shù)捻斶M速度，同時調(diào)節(jié)泥艙的壓力和減少出土量；②如果發(fā)生路面隆起，將稍許放慢千斤頂?shù)捻斶M速度，嚴格控制泥艙壓力，以確保大堤安全。

3.2.4 頂進距離變長后產(chǎn)生的不利因素控制

頂進距離變長后頂力持續(xù)加大，可增加管節(jié)的漿孔數(shù)量，改變潤滑漿的配比，在管道中間再增加一套壓漿設(shè)備。

機頭產(chǎn)生的偏差，將啟動輔助糾偏油缸，如果效果還是不明顯，將在管節(jié)與機頭不脫開的前提下，有限度的松開連接螺桿，放置墊片，加大糾偏的幅度。

3.2.5 機頭旋轉(zhuǎn)過大控制

發(fā)生機頭旋轉(zhuǎn)過大，采用如下技術(shù)措施：在機頭內(nèi)部配重壓回；用刀盤的轉(zhuǎn)向來糾正頂管機的旋轉(zhuǎn)；盡量提高土艙內(nèi)的壓力使刀盤轉(zhuǎn)矩增大；在刀盤部位注漿提高土的強度,增加刀盤的轉(zhuǎn)矩；如果發(fā)生其他的重大的不利因素,及時停止頂進,并上報專家組共同研究解決辦法,確保工程的順利完工。

4 結(jié)語

通過總結(jié)分析工程施工經(jīng)驗，有如下啟示：大直徑、長距離、曲線頂管優(yōu)選JPCCP管材；嚴格控制頂力，科學(xué)布置中繼間及啟動時間點；曲線頂管施工關(guān)鍵在跟蹤測量，姿態(tài)調(diào)整及控制是重要手段。