机械密封技术在水泵维修中的应用分析

史 磊

（河北钢铁集团宣钢分公司设备能源部， 河北 张家口 075100）

引言

一个国家机械制造水平的高低通常是衡量其工业制造综合实力的重要标准，水泵作为液体输送或增压的重要设备，又是衡量机械制造水平的重要方面。水泵的应用方面非常广，涉及工业生产和建筑建设等行业的各个方面，因此，水泵维修就不可避免成为一项重要的内容。水泵在实际运作中，由于其传输介质的要求不同，对其进行有效密封也就成为必不可少的内容。水泵一般采取的密封方式是机械密封，因为机械密封具有节能、泄露微小和使用寿命长的优点。因此，在水泵维修研究方面，机械密封技术是一个重要研究方向，也越来越受到研究人员的重视[1]。

1 机械密封技术概述

1.1 机械密封原理

机械密封具体来说是一种装置，用于解决机体与旋转轴之间的密封，主要应用于密封弹性元件的预紧和压紧两个方面。机械密封是由五大部分组成的结构，弹性元件、传动件、辅助密封件、端面摩擦副和紧固件，另外还有四个泄露通道。静环和动环端面存在间隙，以及静、动密封圈，这些位置均存在泄漏可能。其中，最关键的是静动环端面间隙，机械密封是否有效，性能是否优良，以及机械密封的工作寿命直接由静动环端面间隙决定。

1.2 影响机械密封的因素

空化特性的存在是影响机械密封的重要方面。由于加工精度不同、热变形和压力变形等差异，常常会导致机械密封端面的表面粗糙度、径向锥度以及周向波度等这些表面形貌因素有差异，这些差异将会进一步产生大量的间隙收敛区和间隙发散区。间隙发散区的存在将会导致密封气压下降，以密封介质饱和蒸气压为限度，一旦密封气压降低到这个限度以下，液膜将发生汽化现象，进而产生空穴和气泡，这就是空化现象。空化现象的产生将会严重影响机械密封的性能，所以抑制空化效应的产生是机械密封技术研究的一个重要方面。

1.3 机械密封技术介绍

在进行水泵维修时，对其实施密封是一项重要操作，而机械密封技术是水泵维修中比较成熟的密封技术，它有着非常广泛的应用范围，几乎满足所有种类的水泵密封需求。在水泵维修中，机械密封技术的使用可有效提高维修效率，减少维修工作量，同时降低设备损耗率。

2 机械密封常见的泄漏方式

1）端面摩擦密封副是机械密封发生泄漏的主要方式，其性能的好快直接决定了机械密封的性能好坏，同时决定了机械密封磨损情况和使用寿命。统计数据表明机械密封泄漏约90%的原因是密封副发生了异常。而对于密封副而言，接触端面的粗糙度决定了其性能，当端面平面度达到0.9μm，轮廓算数平均偏差在0.05～0.20μm范围内。

2）另一类常见的泄漏是辅助密封面的泄漏，主要是动、静环密封处泄漏。造成此类泄漏的主要原因是辅助密封面，尤其是动环与轴处的密封面发生了锈蚀，或者因形成水垢、反应物料等导致了动环发生搁住。

3）还有一处比较容易发生泄漏的地方是静密封，静密封包括压盖和密封箱以及轴套与轴两个方面。为避免此处的泄漏，需选用跟密封介质相配合的材料。

3 机械密封技术在水泵维修中的应用

3.1 机械密封端面摩擦状态研究

机械密封又被称为端面摩擦，如下页图1所示是端面摩擦的微观模型。在机械密封闭合力的作用下，表面微凸体是支撑载荷的主要受力点，也就是图1中A部分，此时如果闭合力比较大，微凸体的表面膜将有可能发生破裂，导致机械部件直接接触。图1中的B部分相对于A部分，空隙较大，为边界膜接触，各个微凸体之间会形成较大的微观空腔，也就是图中所示的C部分。当液膜的平均厚度较小时，微观空腔呈不连续状态，这时将会出现液体充不满或者即使充满但压力也很小的问题，一旦出现这种情况，边界膜和机械组件将成为承受闭合力的主要部位，从而形成边界摩擦。当微观空腔较为密集时，微凸体将不会直接接触，此时形成的是流体摩擦。

图1 机械密封端面摩擦原理

对于一般的机械密封来说，其正常的工作状态是混合摩擦，也就是既有边界摩擦又有流体摩擦，因此，对于摩擦学的深入研究是研究机械密封技术的一个主要方面。随着摩擦学研究的深入，人们发现表面粗糙度是影响机械密封性能的主要方面，且密封端面处于径向平行状态时，对机械密封性能的发挥最为有利。

3.2 机械密封分析

在水泵维修中，机械密封是否完好、有效是泵维修的一个主要方面。机械密封失效不仅能够使水泵无法正常运转，甚至还有可能引起重大事故。因此分析机械密封是否有效，以及失效原因研究对于解决机械密封问题至关重要。根据迈尔提出的泄漏量公式可以看出，在水泵的不同使用过程中，机械密封的摩擦副表面的几何形状和粗糙度都在变化中，因此，泄漏量也会不同。再者，由于泄漏量的影响因素较多，迈尔公式只能对泄漏进行粗略估算，如果想计算出微小泄漏，并及时进行水泵的密封维修，就需要对泄漏量进行更为精确的计算[2]。

机械密封的失效往往伴随持续性或间歇性的泄漏，有些泄漏是比较容易被发现，并得到及时妥善解决，比如，密封端盖、轴间与泵体之间的发生的泄漏。但是对于输送易汽化介质的水泵而言，必须对泄漏进行仔细的观察、分析和研究，通过直观判断、经验判断等，进行正确的泄漏判断。

3.3 高温水泵的机械密封分析

密封端面摩擦产热，当热量得不到有效散除时，密封面将会发生液膜沸腾现象。这一汽化现象的判断可通过密封环发音判断，或者间歇振荡冒汽判断。当静环发生轻微遥蚀时，将会形成彗星状温力。液体发生汽化，将会导致密封面倾斜，与碳石墨环形成外缘切边。动环也会因为液膜转移成蒸汽状态而在硬密封面上出现热裂。一旦两个密封面分开，密封面之间将会被冷却器液体充满，进而合拢[3]。

为了避免此类现象的发生，应该对被密封产品进行校核，看是否满足需要。另外，采用窄密封面也是解决此类问题的重要手段，还有确保循环线无堵塞，有足够的循环液量。

4 结论

机械密封技术的应用对水泵维修工作水平的提高大有裨益，本文从介绍机械密封的一些基础概念出发，分析了机械密封技术的一些主要研究方向。因此，选用合适的机械密封，减少设备震动，及时检查泄漏点，避免压力、温度突然变化，能大大提高机械密封的可靠性，为水泵的正常使用提供有效保障。