探討水泵機(jī)械密封技術(shù)在供水廠的應(yīng)用

任玉雙

（蘭州城市供水（集團(tuán)）有限公司，甘肅 蘭州 730060）

長期以來，填料密封一直是供水廠水泵密封的主要手段，但是該技術(shù)實(shí)施的能耗較高且需要大量的運(yùn)維人員進(jìn)行日常的維護(hù)檢修，在實(shí)際的供水廠運(yùn)行管理中經(jīng)常會出現(xiàn)維護(hù)不當(dāng)所導(dǎo)致的供水問題。機(jī)械密封作為近年來新出現(xiàn)的密封技術(shù)，憑借其出色的密封效果和更優(yōu)的節(jié)能效果，在供水廠水泵維修中得到了廣泛的應(yīng)用。探討機(jī)械密封技術(shù)的相關(guān)原理和常見故障的解決策略，對促進(jìn)供水廠的穩(wěn)定發(fā)展有著積極的意義。

1 機(jī)械密封概述

機(jī)械密封有動環(huán)和靜環(huán)兩個密封元件，這兩個元件共同垂直于同一平直且無凸起或者是凹坑的光滑軸表面上，動環(huán)和靜環(huán)互相貼合并且在設(shè)備運(yùn)行過程中進(jìn)行相對的轉(zhuǎn)動進(jìn)而達(dá)到密封的效果。該技術(shù)也被稱為端面密封。機(jī)械密封裝置除了關(guān)鍵的密封元件外，還包括螺釘、密封圈、防轉(zhuǎn)銷、間隔套、螺栓、彈簧、后鏟板以及彈簧座等構(gòu)件。當(dāng)將機(jī)械密封技術(shù)應(yīng)用于供水廠水泵中時，在設(shè)備的運(yùn)行過程中，水流所產(chǎn)生的壓力以及彈簧彈力所產(chǎn)生的機(jī)械外力會共同作用于機(jī)械密封裝置的動靜環(huán)的接觸面上，此時，壓緊力產(chǎn)生，端面會更加緊密地貼合在一起，并進(jìn)行相對的滑動。機(jī)械密封裝置密封元件的接觸端面上會設(shè)置一層厚度非常薄的液體膜，其作用是避免液體泄漏導(dǎo)致的相對轉(zhuǎn)動失效。接觸面上的液體膜同時具備靜、動兩種不同形式的壓力，具有潤滑和密封的雙重作用。供水廠所使用的輸送懸浮物在30mg/L以下的水泵均可以使用機(jī)械密封技術(shù)，且可以滿足供水廠大多數(shù)水泵的運(yùn)行工況。

2 機(jī)械密封與填料密封的對比

相較供水廠傳統(tǒng)的填料密封技術(shù)，機(jī)械密封技術(shù)具有突出的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下方面：一是密封的可靠性更高，通過對采用機(jī)械密封技術(shù)的水泵的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，水泵的運(yùn)行過程始終保持較為穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，泄漏概率和泄漏量都比較小，泄露的發(fā)生概率僅為采用填料密封技術(shù)水泵的1/10，且對于水泵的日常維護(hù)管理沒有清潔的死角，可以提高清潔的有效性，避免雜菌在水泵隱蔽處的堆積對水流造成污染，機(jī)械密封更加符合現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對于供水系統(tǒng)節(jié)能減排要求；二是機(jī)械密封裝置的使用壽命更長，技術(shù)人員通過科學(xué)的技術(shù)設(shè)計，對不同介質(zhì)的摩擦負(fù)荷比壓進(jìn)行合理的選擇，可以使機(jī)械密封維持較長的使用期限，一般可以達(dá)到2～5年，相較填料密封其性價比更高；三是靜環(huán)和動環(huán)接觸面由于液體膜的存在，軸及軸套在水泵運(yùn)行過程中基本不會產(chǎn)生磨損；四是密封裝置與水泵設(shè)備的摩擦系數(shù)和摩擦功耗都可以維持在更低的水平，機(jī)械密封的摩擦功率與填料密封相比，最小可以達(dá)到傳統(tǒng)技術(shù)摩擦功率的十分之一，對于供水廠來說，節(jié)能效益顯著提升，摩擦功率損耗降低可節(jié)約成本超過50萬元；五是維修周期更長，機(jī)械密封裝置由于磨損更小因而日常檢修維護(hù)的難度更低，日常運(yùn)維的成本也可以得到有效的縮減，同時，還可以確保供水的穩(wěn)定性和可靠性；六是機(jī)械密封由于抗震性能、耐磨性能都比較出色，因而適用范圍也更廣泛，當(dāng)水泵運(yùn)行導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸或者是密封腔出現(xiàn)振動傾斜的情況時，密封裝置并不會有明顯的轉(zhuǎn)動變化，該技術(shù)在較為廣闊的溫度范圍、真空、高壓、腐蝕介質(zhì)、含磨砂介質(zhì)或者是旋轉(zhuǎn)頻率較高的供水廠水泵中都可以進(jìn)行使用。

3 水泵機(jī)械密封的常見故障分析

3.1 經(jīng)常性泄漏及其處理

如果水泵出現(xiàn)經(jīng)常性的泄漏，其原因主要包括以下幾點(diǎn)：一是動環(huán)或者靜環(huán)的密封面出現(xiàn)變形，影響密封面形變的原因包括零件端面壓力增大導(dǎo)致的熱量過高、接觸端面的壓力不當(dāng)、受力的不均勻以及零部件的結(jié)構(gòu)合理性的缺失等；二是外部因素導(dǎo)致的密封效能低下，包括機(jī)械密封裝置加工精度不夠、密封圈或者是密封元件本身的密封性不夠或者是密封元件與接觸面不夠垂直以及彈簧調(diào)節(jié)能力的低下等，此外，水泵設(shè)備零部件的狀態(tài)也會對機(jī)械密封的效果產(chǎn)生影響；三是振動、偏向力過大；四是輔助沖洗系統(tǒng)的問題。如果水泵出現(xiàn)經(jīng)常性的泄漏需要采取有效的安裝策略和維修策略，首先，要加強(qiáng)對接觸端面比壓的控制，一般來說，將其控制在0.03～0.6較為合理，通過對彈簧長度以及剛性的確認(rèn)，將其壓縮量控制在2mm左右。此外，要選擇機(jī)械零部件生產(chǎn)加工質(zhì)量精度都比較高的廠家提供機(jī)械密封裝置。在機(jī)械密封裝置安裝過程中，將供水廠水泵軸向的竄量控制在0.5mm以內(nèi)。最后，要對需要輔助沖洗系統(tǒng)的機(jī)械密封進(jìn)行科學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計和部件安裝。

3.2 突然性泄漏故障處理

如果供水廠水泵運(yùn)行過程中突然出現(xiàn)了泄漏的故障，原因主要包括雜物進(jìn)入裝置、彈簧效能喪失、水垢過度堆積以及水泵進(jìn)水口的壓力過大等。在實(shí)際的檢修維護(hù)中，技術(shù)人員可以選擇耐壓性能、強(qiáng)度更高的陶瓷或者是硬質(zhì)合金等材料作為密封元件的接觸端面，并對水泵摩擦熱量的冷卻潤滑進(jìn)行有效的控制，選擇更穩(wěn)定可靠的傳動設(shè)計。為了提高機(jī)械密封的成效，可以選擇穩(wěn)定度和潤滑效能更高的雙端面機(jī)械密封。當(dāng)裝置中出現(xiàn)雜質(zhì)時，要進(jìn)行及時的清理，日常檢修發(fā)現(xiàn)彈簧失效要進(jìn)行及時更換。注意摩擦接觸表面水垢的定期清理和水泵水質(zhì)的改善。

3.3 周期性泄漏故障處理

采用機(jī)械密封技術(shù)的水泵設(shè)備出現(xiàn)周期性泄漏故障的原因分析難度相對較大，主要包括轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了周期性的超出規(guī)定限度的振動、機(jī)械密封安裝時操作不穩(wěn)導(dǎo)致機(jī)械密封裝置的內(nèi)腔壓力出現(xiàn)了周期性的異常波動以及動環(huán)無法對水泵轉(zhuǎn)子的軸向傳動進(jìn)行補(bǔ)償位移等。在實(shí)際的水泵密封日常運(yùn)行維護(hù)中，技術(shù)人員要加強(qiáng)技術(shù)操作，加強(qiáng)對安裝環(huán)節(jié)的技術(shù)控制，同時，注重重點(diǎn)零部件的維修管理，從而有效避免周期性泄漏的發(fā)生。

4 供水廠水泵機(jī)械密封的注意事項(xiàng)

4.1 關(guān)注水泵機(jī)械密封細(xì)節(jié)

供水廠在進(jìn)行機(jī)械密封實(shí)施時，需要對密封裝置、密封技術(shù)進(jìn)行充分的考慮，并結(jié)合水泵的運(yùn)行條件、運(yùn)行要求以及工作環(huán)境等問題，進(jìn)行合理的技術(shù)方案設(shè)計和操作。首先，是技術(shù)人員的密封技術(shù)操作，由于供水廠水泵機(jī)械密封的安裝和拆卸都具有較高的技術(shù)水平和精度要求，因而供水廠要選擇專業(yè)技術(shù)能力出色且職業(yè)責(zé)任感較強(qiáng)的技術(shù)人員進(jìn)行機(jī)械密封操作。采用機(jī)械密封技術(shù)的水泵在運(yùn)行過程中也可能出現(xiàn)各類的故障，檢修技術(shù)人員在進(jìn)行故障排查和處理時，在明確機(jī)械密封裝置各構(gòu)件影響的基礎(chǔ)上也要思考水泵的其他零部件對密封效果的影響，采取合理措施提高機(jī)械密封的效能。當(dāng)對供水廠較為關(guān)鍵的水泵設(shè)備進(jìn)行機(jī)械密封時，要在施工過程中采取合理的保護(hù)措施，在提高密封質(zhì)量的同時盡量避免密封故障或相關(guān)安全事故的出現(xiàn)。技術(shù)人員在進(jìn)行水泵產(chǎn)品的選擇時，要綜合考慮各零部件之間的關(guān)系以及供水系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，盡量為機(jī)械密封創(chuàng)設(shè)更合適的外部條件。最后要提高對于機(jī)械密封輔助系統(tǒng)的重視程度，結(jié)合水泵密封的需要設(shè)計合理的輔助系統(tǒng)促進(jìn)機(jī)械密封實(shí)效性的提高。

4.2 避免機(jī)械密封檢修的誤區(qū)

為了確保供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要加強(qiáng)水泵機(jī)械密封的日常檢修，但是技術(shù)人員在實(shí)際的檢修工作中要注意細(xì)節(jié)，避免檢修誤區(qū)造成的檢修效能低下。需要注意以下幾點(diǎn)：一是彈簧壓縮量與機(jī)械密封效果并不是正相關(guān)，壓縮量過大并不會使密封效果提升，反而可能導(dǎo)致摩擦磨損的增大，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的損毀，除此之外，過度的壓縮還可能致使彈簧調(diào)節(jié)能力的失效，進(jìn)而導(dǎo)致密封效能的缺失；二是動環(huán)密封環(huán)并不適宜過緊，當(dāng)密封環(huán)過緊時，可能造成軸套與密封圈磨損的加劇、移動阻力的增強(qiáng)、密封裝置彈簧的疲勞以及密封圈的變形，因而要合理設(shè)置動環(huán)與密封圈的緊度；三是靜環(huán)的密封圈也不宜過度緊，由于該密封元件在水泵運(yùn)行過程中長期處于靜止?fàn)顟B(tài)因而可以適當(dāng)進(jìn)行鎖緊，但是，要避免過緊導(dǎo)致的安裝拆卸困難、元件變形和密封元件破碎損壞；四是葉輪鎖母緊度要適當(dāng)，并不是所有的軸間泄漏問題都是由于葉輪的鎖母不夠緊，在實(shí)際的水泵機(jī)械密封中，如果鎖母過緊反而會導(dǎo)致軸間墊的故障；五是不要以元件更換作為常規(guī)維修措施，也盡量少進(jìn)行拆修，并不是所有的元件更換都會取得預(yù)期效果，因而機(jī)械密封裝置要保證較高的適配性，如果不得不進(jìn)行零部件的更換，必須確保零件與原裝置誤差合理。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械密封技術(shù)可以顯著改善供水廠水泵的密封效果，同時促進(jìn)供水系統(tǒng)運(yùn)行能耗降低目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際的機(jī)械密封實(shí)施過程中，要加強(qiáng)裝置的選擇和技術(shù)方案的設(shè)計，技術(shù)人員要不斷提高自身的專業(yè)能力，了解常見機(jī)械密封故障的處理策略，注意機(jī)械密封安裝拆卸和日常運(yùn)行維護(hù)的細(xì)節(jié)操作，促進(jìn)機(jī)械密封可靠性和水泵運(yùn)行穩(wěn)定性的提升。