水泵的機(jī)械密封技術(shù)在供水廠的應(yīng)用探討

王振雷

（淄博市引黃供水有限公司，山東 淄博 255000）

近年來，隨著供水廠建設(shè)規(guī)模的日漸擴(kuò)大，許多供水廠在運行過程中暴露了諸多的技術(shù)問題，特別是水泵泄漏問題較為突出，嚴(yán)重影響了供水工作。結(jié)合大部分供水廠的發(fā)展情況，填料密封為最常用的水泵密封手段，但在行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢下，填料密封方面能耗過高、運維工作量大，為改變這一情況，一些大型供水廠采用了機(jī)械密封技術(shù)，密封效果好、節(jié)能性強(qiáng)。未來的供水廠中需大力推廣機(jī)械密封技術(shù)，以發(fā)揮這一技術(shù)的優(yōu)勢，提高供水廠的運行水平。

1 機(jī)械密封技術(shù)概述

1.1 機(jī)械密封原理

在供水廠的運行中，機(jī)械密封為一種特殊的裝置，能有效處理機(jī)體與旋轉(zhuǎn)軸之間的密封問題，根據(jù)其實際情況，在密封彈性元件的預(yù)緊、壓緊方面效果突出。通常來說，機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜，主要涉及彈性元件、傳動件、輔助密封件、端面摩擦副、緊固件、泄漏通道幾個部分。在靜環(huán)與動環(huán)端面之間往往存在或大或小的間隙，而靜、動密封圈部位出現(xiàn)泄漏的概率也相對較高。靜動環(huán)端面間隙為影響機(jī)械密封效果的重要因素，在很多時候機(jī)械密封被稱為端面密封，為兩塊密封元件（動環(huán)、靜環(huán)）垂直于軸的光滑、平直表面相互貼合，保持相對轉(zhuǎn)動所構(gòu)成，屬于特殊的密封裝置，在流體壓力和機(jī)械外力作用下，旋轉(zhuǎn)的動環(huán)、靜環(huán)接觸面上將產(chǎn)生一定的壓緊力，該作用力使兩個端面緊緊貼合在一起并產(chǎn)生相對滑動運動。端面間由于存在非常薄的液體膜，對控制液體泄漏非常有效，此液體膜兼具流體動壓力、靜壓力，保障了其在工作中的潤滑與密封效果。

1.2 影響機(jī)械密封的因素

機(jī)械密封效果取決于多種因素，空化特性為一個關(guān)鍵部分，因為在實際的加工與制作過程中，企業(yè)所采用的加工制作工藝相對落后，導(dǎo)致加工精度達(dá)不到要求，或者未考慮熱變形與壓力變形的影響，這就使機(jī)械密封端面的表面粗糙度、徑向錐度等各項指標(biāo)無法達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，形成間隙收斂區(qū)、發(fā)散區(qū)，由于存在間隙發(fā)散區(qū)，密封氣壓相對較小，以密封介質(zhì)飽和蒸氣壓為限度，如密封氣壓下降到這一限值，液膜將產(chǎn)生汽化問題，引發(fā)空穴、氣泡，這一過程就是空化現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生這一現(xiàn)象時，機(jī)械密封難以取得預(yù)期效果。

2 水泵機(jī)械密封技術(shù)在供水廠中的作用

2.1 監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)

在供水廠中采用機(jī)械密封技術(shù)可監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，以某供水廠為例，引入水泵機(jī)械密封技術(shù)可實時監(jiān)測機(jī)組的軸承振動、溫度、電機(jī)電壓與電流等參數(shù)。在監(jiān)測過程中，水泵機(jī)組的特征參數(shù)主要為振動頻率、速度、軸向位置，通過全面采集與分析這些數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確評估機(jī)組的運行情況，用這些信息分析設(shè)備是否有故障，如存在故障，為哪種類型、如何處理。水泵與電機(jī)的連接由滑動軸承來實現(xiàn)，底座為獨立存在的部分，在水泵機(jī)組底座、高壓端、低壓端、電極驅(qū)動端、非驅(qū)動端分別布設(shè)監(jiān)測點。供水廠監(jiān)控中心的監(jiān)測室內(nèi)配備有現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)測軟件，供水廠運行中這些軟件和系統(tǒng)與監(jiān)測點相連接，也就可實時采集相關(guān)的數(shù)據(jù)與信息，最終通過監(jiān)控中心軟件自動分析與處理數(shù)據(jù)，得到水泵機(jī)組運行狀態(tài)的有關(guān)信息，如個別參數(shù)超出限值，系統(tǒng)的預(yù)警模塊會自動發(fā)送預(yù)警與反饋信息，進(jìn)而及時采取措施來處理問題。

2.2 診斷水泵機(jī)組故障

供水廠水泵機(jī)組的運行復(fù)雜，許多因素都會導(dǎo)致其運行故障，如在水泵機(jī)組運行中創(chuàng)造良好的條件，并規(guī)范操作設(shè)備，做好日常的維護(hù)與檢修，基本可保障機(jī)組的運行可靠性。但實際上，部分供水廠往往在這些工作中有所缺失，水泵機(jī)組運行中出現(xiàn)故障的概率較高，一旦發(fā)生了機(jī)組的運行故障，其中的有關(guān)參數(shù)將發(fā)生顯著的變化，如機(jī)組的運行效率有小幅度的下降，雖不會對機(jī)組運行造成更大的影響，但可能伴隨著資源的浪費，監(jiān)測過程中當(dāng)機(jī)組效率下降到一定程度的情況下基本可判定其存在故障，為避免更大的問題，需安排專業(yè)人員來維修。注水泵機(jī)組主要有離心泵、柱塞泵和注水泵幾種，以離心泵機(jī)組來看，其在運行中出現(xiàn)電磁振動、機(jī)械松動的概率較高，振動一般由機(jī)組軸心質(zhì)量分布不均所導(dǎo)致，當(dāng)然，如聯(lián)軸器安裝不規(guī)范也會誘發(fā)軸向振動。水泵出現(xiàn)機(jī)械松動故障后，諧波振幅波動明顯，軸承磨損嚴(yán)重，將造成油膜振蕩，引發(fā)軸彎曲問題。在供水廠水泵中采用機(jī)械密封技術(shù)同樣有助于輔助故障診斷，提高故障診斷準(zhǔn)度、效率，在最短時間內(nèi)恢復(fù)設(shè)備的正常運行。

3 機(jī)械密封與填料密封的對比

供水廠的水泵密封中，原來主要采用的是填料密封技術(shù)，但在當(dāng)前機(jī)械密封表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：（1）可靠性好，利用機(jī)械密封技術(shù)后，通過長時間分析水泵的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)水泵在絕大多數(shù)情況下都保持在相對穩(wěn)定的運行狀態(tài)下，泄漏概率較低，即使發(fā)生泄漏問題，泄漏量也相對較小。結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)，機(jī)械密封下的泄漏概率僅為填料密封的10%，利用這一密封技術(shù)時水泵的日常維護(hù)管理相對便捷，可做到無死角清潔，避免在水泵的隱蔽處存在雜菌堆積等現(xiàn)象，從這一角度而言，機(jī)械密封能提高供水的節(jié)能性。（2）使用壽命更長，有關(guān)技術(shù)人員根據(jù)供水廠的實際需求來展開專業(yè)化設(shè)計，再合理選擇不同介質(zhì)的摩擦負(fù)荷比壓，可大大延長機(jī)械密封的使用壽命，根據(jù)實際經(jīng)驗，使用時間一般在2 ～5 年。（3）靜環(huán)、動環(huán)接觸面因為有液體膜，軸與軸套在水泵運行時基本不會發(fā)生較為嚴(yán)重的磨損。（4）摩擦功率更小，符合供水廠節(jié)能減排的追求。（5）維修周期更長，機(jī)械密封下的磨損較小，日常的檢修維護(hù)工作量較小，供水廠不需要在此項工作中投入更大的人力、物力資源，可有效控制檢修維護(hù)成本。（6）抗震性、耐磨性好，適用范圍廣，即使水泵運行中出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)軸、密封腔振動傾斜的情況，密封裝置也不會受到影響。

4 機(jī)械密封技術(shù)在供水廠中的應(yīng)用要點

4.1 經(jīng)常性泄漏及其處理

雖然供水廠中的水泵機(jī)械密封技術(shù)具有多種優(yōu)勢，但在不當(dāng)操作下也可能會出現(xiàn)經(jīng)常性泄漏問題。結(jié)合實際的工作經(jīng)驗，水泵經(jīng)常性泄漏一般由以下因素所引起：動環(huán)或靜環(huán)的密封面有或大或小的變形現(xiàn)象，一般為零件端面壓力增大導(dǎo)致熱量過高、接觸端面的壓力不符合要求、受力不均等引起；受到外部因素的較大影響，密封性能不足，外部因素主要為機(jī)械密封裝置的加工精度不符合要求、密封圈或密封元件的密封性不達(dá)標(biāo)、密封元件與接觸面不垂直、彈簧調(diào)節(jié)能力偏低、個別零部件性能不好或安裝不達(dá)標(biāo)；振動與偏向力過大。如供水廠的水泵發(fā)生經(jīng)常性泄漏問題，在實際的工作中，為發(fā)揮機(jī)械密封的作用，有關(guān)人員需采取正確的安裝方式，并做好日常的維修工作。具體來說，主要需注意以下方面：結(jié)合實際需求來科學(xué)控制接觸端面比壓，一般需將這一數(shù)值保持在0.03 ～0.6，相關(guān)人員在確認(rèn)了彈簧長度與剛性后，其壓縮量一般維持在2mm 上下；選擇的各種零部件的質(zhì)量需符合要求，與加工精度較高的零部件生產(chǎn)廠家合作；有關(guān)人員在安裝機(jī)械密封裝置時需遵守安裝規(guī)范，保障安裝質(zhì)量。

4.2 突然性泄漏故障處理

供水廠水泵運行中如出現(xiàn)突發(fā)性泄漏情況，可能是雜物不慎進(jìn)入裝置、彈簧效能降低、水垢嚴(yán)重、進(jìn)水口壓力超出標(biāo)準(zhǔn)所引起。面對這一問題，有關(guān)人員需立即開展檢修與維護(hù)工作，如選用耐壓性好、高強(qiáng)度的陶瓷或者硬質(zhì)合金材料作為密封元件的接觸端面，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做好水泵摩擦熱量的冷卻與潤滑工作，優(yōu)化和調(diào)整傳動設(shè)計。為在水泵中發(fā)揮機(jī)械密封的作用，技術(shù)人員應(yīng)選用穩(wěn)定、潤滑效果好的雙端面機(jī)械密封，后續(xù)裝置中如出現(xiàn)了雜質(zhì)，需立即安排專人來完成清理工作，如存在彈簧失效現(xiàn)象，需立即更換新彈簧。

4.3 周期性泄漏故障處理

供水廠水泵運行中也會出現(xiàn)周期性泄漏故障，針對這一方面的故障，其分析和處理時的難度系數(shù)較高，轉(zhuǎn)子周期性異常振動、機(jī)械密封安裝不規(guī)范、機(jī)械密封裝置的內(nèi)腔壓力有周期性大范圍波動、動環(huán)難以補(bǔ)償位移水泵轉(zhuǎn)子的軸向傳動等都會引發(fā)這一方面的問題。面對水泵的周期性泄漏情況，有關(guān)人員需強(qiáng)化技術(shù)管理，在整個安裝過程中，嚴(yán)格遵守操作規(guī)范，并在日常的工作中做好檢修與維護(hù)處理。

4.4 關(guān)注水泵機(jī)械密封細(xì)節(jié)

機(jī)械密封對提高水泵運行可靠性有著關(guān)鍵的作用，為避免機(jī)械密封失效，相關(guān)人員在機(jī)械密封操作之前應(yīng)考慮密封裝置、密封技術(shù)等的要求，以水泵運行條件、需求、工作環(huán)境等為參考，開展前期的技術(shù)設(shè)計，并制定最為科學(xué)的安裝操作方案。首先，供水廠中的機(jī)械密封操作需要由專人來完成，主要是因為機(jī)械密封對水泵有著重要的作用，不論是安裝、拆卸都有極高的技術(shù)要求，如為非專業(yè)人員負(fù)責(zé)這些工作，可能會難以達(dá)到相應(yīng)的工作規(guī)范，為此，供水廠中應(yīng)選派專人來負(fù)責(zé)機(jī)械密封的安裝與處理。其次，后續(xù)采用機(jī)械密封技術(shù)的水泵在運行中，出現(xiàn)了故障，檢修人員需立即進(jìn)入檢修階段，在此過程中需考慮水泵各零部件對機(jī)械密封的影響程度，在此基礎(chǔ)上采用科學(xué)的措施來提高機(jī)械密封的效果。當(dāng)相關(guān)人員對供水廠中比較關(guān)鍵的水泵設(shè)備實施機(jī)械密封處理時，必須提前采取保護(hù)措施，如選擇水泵設(shè)備時需分析不同零部件之間的關(guān)系、供水系統(tǒng)的運行特點，保持機(jī)械密封的外部條件符合需求。

4.5 避免機(jī)械密封檢修的誤區(qū)

供水廠在利用水泵機(jī)械密封技術(shù)時，也需避免檢修誤區(qū)，檢修維護(hù)工作在很大程度上能提高機(jī)械密封的效能，為此，相關(guān)人員在負(fù)責(zé)有關(guān)工作時應(yīng)注意檢修維護(hù)的細(xì)節(jié)工作。具體需注意以下方面：（1）彈簧壓縮量與機(jī)械密封效果雖有直接關(guān)系，但二者并非正相關(guān)關(guān)系，并不意味著較大的壓縮量就能保障良好的密封效果，如壓縮量過大，還可能會引起較大的摩擦損失，損壞部分零部件。與此同時，過度壓縮還會使彈簧調(diào)節(jié)能力失效，不利于保障密封性能。（2）動環(huán)密封環(huán)不能過緊，如密封環(huán)過緊，可能會導(dǎo)致軸套與密封圈之間的磨損嚴(yán)重，同步增大移動阻力，誘發(fā)密封裝置彈簧的疲勞、密封圈的變形，為此，日常檢修中相關(guān)人員需科學(xué)控制動環(huán)、密封圈的緊度。（3）靜環(huán)密封圈的緊度也要控制在合理范圍內(nèi)，否則，如果過緊，將導(dǎo)致安裝拆卸的難度系數(shù)較大，甚至?xí)鸩糠至悴考淖冃?。?）葉輪鎖母緊度同樣要符合要求，如鎖母過緊，將增大軸間墊故障概率。

5 結(jié)語

水泵是供水廠中的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)前供水廠對水泵密封提出了全新的要求，原有的密封技術(shù)不符合實際需求，機(jī)械密封的效果更佳。但為發(fā)揮機(jī)械密封的突出作用，相關(guān)人員在實際的工作中需強(qiáng)化機(jī)械密封的細(xì)節(jié)管理。