臥式自吸離心泵機械密封失效分析和解決措施

鄧自武

摘要：機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)離不開水泵，泵在機械設(shè)備中的作用是為水箱提供充足的水分，維持機械設(shè)備的穩(wěn)定運行。若泵的密封性能失效，將會對機械設(shè)備的運行產(chǎn)生非常嚴重的影響，密封失效的主要表現(xiàn)為泵漏水。下面圍繞臥式自吸離心泵展開討論，主要對其密封失效的原則、原因以及有效的解決辦法進行詳細介紹，本文結(jié)合某揚水泵站中的離心泵使用情況，對故障過程進行具體分析。

關(guān)鍵詞：臥式自吸離心泵；密封失效；解決辦法

一、失效分析需要遵守的原則

對機械密封裝置失效原因的檢查，都需要經(jīng)過仔細的檢測和分析，并將檢測過程中的各項數(shù)據(jù)記錄下來。密封件的損壞，可能是其自身功能失效導致的，也可能是其它零部件的干擾形成的，因此對失效原因進行分析時必須全面。將各部位的零件拆卸下來，放置時需要將其分為兩大類，及轉(zhuǎn)動零件和靜止零件。檢查過程以及相應(yīng)的原則如下：首先對發(fā)生密封失效的部位進行檢測，然后向四周進行擴散式檢測，例如對密封環(huán)、緊固螺釘?shù)冗M行檢查，初步檢查時需要看各零件的邊緣是否有磨損。然后對附屬零件、腔體、運轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行仔細檢測。檢測過程中需要實時記錄各項數(shù)據(jù)，方便后期對失效原因進行分析。

二、揚水泵站密封結(jié)構(gòu)和失效原因分析

（一）密封結(jié)構(gòu)大致介紹

如下圖所示，是臥式離心泵的主要結(jié)構(gòu)。該泵的主要組成部分包括摩擦副、動靜環(huán)、傳動機構(gòu)等，該種泵的主要組成形式為單端面，泵安裝在密封腔內(nèi)，密封腔與系統(tǒng)的高壓區(qū)域聯(lián)通，以便泵向高壓腔送水。密封機構(gòu)還包括緩沖機構(gòu)，由彈性元件構(gòu)成，能夠有效保證端面的密封程度。機械密封性能好，泄漏量少，使用壽命長，軸和軸套不易損壞。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且需要較高的安裝精度。

系統(tǒng)中動環(huán)和靜環(huán)是摩擦副的主要組成零件，兩者相互摩擦能夠起到很好的密封效果，若摩擦副之間缺少清水，在運轉(zhuǎn)過程中很可能產(chǎn)生大量的摩擦熱，使接觸部位產(chǎn)生嚴重磨損，大量的熱量會破壞動環(huán)和靜環(huán)的結(jié)構(gòu)，因此清水在機械密封中是必不可少的。在揚水泵站中，泵的密封腔與高壓區(qū)是通的，在泵開始工作前需要將高壓區(qū)內(nèi)裝滿清水。此種水泵的自吸時間通常在兩分半鐘，高壓區(qū)內(nèi)的清水足夠機械密封使用。

當自吸完成后，就開始進行正常的泵送工作，泵抽的清水就會不間斷地進入高壓區(qū)內(nèi)部，對摩擦副起到良好的降溫和潤滑效果。從泵送過程可以看出，密封腔無論在什么階段都需要充滿清水，才能保證摩擦副得到足夠的冷卻，若清水為注滿密封腔就啟動泵，很可能會使橡膠零件損壞。

（二）對揚水泵站失效原因的排查

維修人員在對泵進行逐一檢查時，密封橡膠已經(jīng)呈現(xiàn)出碳化現(xiàn)象，摩擦副之間存在嚴重的燒傷，動、靜環(huán)的接觸面已經(jīng)變色。通過分析并結(jié)合零件的失效現(xiàn)象，可以知道該失效是密封腔內(nèi)嚴重缺水導致的。揚水泵站出現(xiàn)失效的主要原因包括：動環(huán)和靜環(huán)存在接觸不良現(xiàn)象，傳動軸在運行過程中被腐蝕；沒有定期對密封圈進行檢修和更換，或者密封彈簧出現(xiàn)折斷現(xiàn)象；彈簧比壓超出標準范圍，超出密封圈能夠承受的最大壓力，從而出現(xiàn)失效現(xiàn)象；操作失誤，會使泵站出現(xiàn)劇烈的振動現(xiàn)象。這時泵就發(fā)揮出其作用，通過抽水將頭部重量增加，該操作被稱為壓載。

三、有效的解決辦法

（一）選擇合適的方案

針對該類型揚水泵站的機械密封故障，結(jié)合上述失效產(chǎn)生的原因，提出了以下幾個可行性方案：在系統(tǒng)中加入時間繼電器。時間繼電器的安裝位置在電氣設(shè)備的控制回路上，泵開始抽水時繼電器計時裝置接啟動，當?shù)恢械乃橥暧嫊r器會將信息反饋給電氣控制系統(tǒng)，從而及時停止泵的抽水動作；安裝水壓感應(yīng)器。其安裝部位在泵的出水管道上，淡水腔中的水抽完，出水管道就沒有水流，感應(yīng)器就會檢測到，并將信息傳回泵啟動系統(tǒng)，也能實現(xiàn)泵的自動關(guān)停；改動泵原有的軸封結(jié)構(gòu)，將高壓腔中始終保持充足的淡水，即使抽水過程繼續(xù)也不會影響到摩擦副的降溫和潤滑。通過對以上三個方案的分析和對比，基于經(jīng)濟性考慮，選擇最后一種方案。

（二）方案的具體實施

對軸封結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化時，需要遵守三項原則：不能改變泵原有的性能參數(shù)以及相應(yīng)的指標點；泵的外形、大致尺寸不會發(fā)生明顯變化；保證泵腔獨立存儲淡水，將其與密封腔隔離開來，防止摩擦副發(fā)生干燒和摩擦現(xiàn)象。揚水泵站軸封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以用內(nèi)沖洗和外沖洗的方法進行。內(nèi)沖洗主要包括以下三類：正沖洗。該方法用于沖洗流體，從泵的出口開始清洗，清洗介質(zhì)通過管道進入密封腔內(nèi)完成沖洗作業(yè)。反沖法和全沖法與上述方法相似，完成軸封結(jié)構(gòu)的清洗后，就可進行密封操作。

密封技術(shù)包括密封面開槽技術(shù)、零泄漏密封、上游泵送密封，這幾類密封技術(shù)都具有相同的特點：開槽深度較淺，潤滑槽、密封壩和密封堰共同組成密封過程。且膜較厚，不易出現(xiàn)泄漏，工作過程發(fā)熱量較小。再加上一些深度較深的流槽，可以使軸局部產(chǎn)生變形，在楔形效應(yīng)的作用下達到良好的密封作用。

（三）改進后的測試實驗

將軸封結(jié)構(gòu)完成改進后，為保證其能正常工作，需要進行相應(yīng)的測試實驗，試驗通過方可正常使用，以下是對其性能檢測的兩組實驗：實驗一，將泵放在相應(yīng)的實驗臺上，按照泵的啟動過程將其中先注滿淡水，然后按下啟動按鈕讓泵正常運轉(zhuǎn)幾個小時，在運轉(zhuǎn)過程中每過半個小時就對兩個腔中的溫度進行測量和記錄，通過對測試過程的溫度進行分析可知，泵在運轉(zhuǎn)過程中沒有出現(xiàn)密封失效現(xiàn)象；實驗二，重復(fù)上述實驗過程，泵停止運轉(zhuǎn)后對密封腔和泵腔中的水量進行檢查，發(fā)現(xiàn)泵腔中的淡水基本消耗完，密封腔中的淡水并未減少，可見兩腔在結(jié)構(gòu)改進下成功分離。

四、結(jié)束語

綜上所述，是對臥式自吸式離心泵的具體介紹，并對其機械失效原因和有效的解決方法進行論述。揚水泵站的應(yīng)用非常廣泛，同時出現(xiàn)機械失效的頻率也是最高的，機械失效的出現(xiàn)使得泵站無法正常運轉(zhuǎn)，嚴重的會威脅到工作人員的生命安全，由此可見對泵的密封失效進行改善是非常有必要的。目前我國解決密封失效的方法和技術(shù)還在不斷的研究當中。

參考文獻：

[1]陳小敏.高溫離心泵機械密封失效診斷及解決措施[J].水泵技術(shù)，2016，（5）.

[2]鄭天一.離心泵機械密封失效分析及應(yīng)對措施[J].中國化工貿(mào)易，2013，（1）：65.

（作者單位：寧夏紅寺堡揚水管理處）