机械密封在水泵维修中的应用分析

王亚

摘要：水泵在机械生产系统中占据重要位置，生产过程中所有的液体循环以及加压操作等，都需要由水泵运行完成。在水泵运行中，其密封效果对运行质量与机械使用寿命有重要影响。机械密封技术是解决水泵泄露问题的主要技术手段，本文主要介绍了机械密封技术及其优缺点，并对水泵维修中机械密封的具体应用进行了探讨。

关键词：水泵维修;机械密封;应用

0  引言

在水泵泄露维修中，最常用的一种维修方式就是机械密封。水泵实际运行中，在不同生产系统中所需要传输的介质是不同的，防止水泵泄露成为机械生产运行的工作重点。现阶段，机械密封技术水平不断成熟发展，其在水泵维修中的应用，有效解决了水泵泄露问题，极大的延长了水泵的使用寿命，从而提高水泵运行质量，提升机械生产系统运行效率。

1  机械密封技术及其优缺点

1.1 机械密封技术

机械密封主要是通过利用垂直于轴做相对滑动运行的端面在流体压力和补偿机构的弹力或者磁力的作用下，保持良好的贴合状态，并通过配备相应的辅助密封设施，如O型密封圈，從而实现阻止流体泄露的一种轴封装置。机械密封在工作中，主要是利用弹性元件自身产生的压力压紧，以及通过其对动、静环端面密封副产生的预紧与介质压力进行压紧，从而保证轴向端面能够达到密封的效果。其中，动环端面与静环端面共同组成了摩擦副，动环端面通过利用密封室内的液体产生的压力，以及弹性元件产生的推力的共同作用下，对静环端面进行压紧，同时在动、静环的端面上形成适当的比压，并保证在端面中保持留有一层非常薄的边界膜，也称液体膜，从而实现机械密封。因此，又可以将机械密封称为端面密封。

1.2 机械密封优缺点

优点：机械密封可以实现良好的密封效果，做到无泄漏;降低对泵轴的磨损程度，提高水泵的使用寿命;适用范围十分广泛，可以应用于不同传输介质，不同温度、压力及转速轴颈下使用;具有明显的节约水电资源的效果，可以实现节能减排。

缺点：机械密封的机构较为复杂，零部件较多;机械密封的结构形式选择需要根据不同传输介质的性质，以及工艺参数、安装密封空间等进行选择;机械密封一旦损坏，通常需要大修。

2  机械密封在水泵维修中的应用

2.1 机械密封端面摩擦状态研究

如图1，机械密封端面摩擦原理图中可以看出，当机械密封闭合力作用时，主要受力点在表面微凸体，如图1中的A部分所示，随着闭合力的不断增大，微凸体的边界膜破裂的可能性增大，机械部件可能会发生直接接触。当闭合力逐渐减小时，微凸体所承受的支撑载荷相对减弱，则会出现如图1中B部分所示，相对于较大闭合力时的A部分，中间的空隙较大，形成边界膜接触，同时在各个微凸体中间会形成不同程度的微观空腔，如图1中的C部分。如果边界膜的平均厚度较薄，微观空腔的状态则是不连续的。因此，在微观空腔内的液体通常处于不充满状态，即使是空腔内充满液体，其产生的压力也不会很大。这时，边界膜与机械组建工程承受机械密封的闭合力，形成便捷摩擦。如果微观空腔非常密集，则各个微凸体之间则不会存在相互接触的情况，这时产生的摩擦则是流体摩擦。

通常情况下，水泵在机械密封的状态下会呈现出边界摩擦与液体摩擦的混合工作状态。因此，深入研究机械密封端面摩擦是提高机械密封技术在水泵维修中应用的主要方面。并且，在关于水泵运行中端面摩擦研究中，可以发现表面粗糙度对机械密封的效果有一定的影响。而且当密封端面呈现径向平行时，机械密封效果最佳。

2.2 机械密封分析

机械密封在水泵维修中的应用，主要是保证机械密封效果良好，使水泵保持良好的运行。当机械密封失效后，水泵的正常运行则会受到极大的影响，严重还可能会造成机械运行重大事故。因此，在机械密封分析中，重点在于对机械密封效果分析以及机械密封失效原因探究方面。以下为迈尔提出的泄漏量公式：

C2——流动系数;

D2——密封环接触端面外径;

P1——介质压力;

P2——外界压力;

η——介质粘度;

b——摩擦面宽度;

V——摩擦端面平均线速度;

Pc——端面比压。

在水泵运行过程中，机械密封的摩擦副表面的形状以及粗糙程度是随着实际运行而不断变化的，由公式可以看出，水泵运行的泄漏量也会不同。同时，从公式中还可以看出，影响泄漏量的因素非常多，包括密封环接触端面外径、介质压力、外界压力等。因此，在计算水泵运行微小泄漏量时，需要根据水泵实际运行情况，以及机械密封维修情况，进行更加精确的计算。

水泵维修在机械密封失效后，常常会出现持续性泄露或者间歇性泄露的问题，当在密封端盖、轴间与泵体之间发生泄露时，往往比较容易被发现，从而及时有效解决泄露问题。

2.3 高温水泵的机械密封分析

在水泵运行过程中，密封端面相互摩擦会产生热量，如果这些热量不能及时进行疏散，则会引发密封端面液体膜发生沸腾现象。判断这一现象的主要方法是通过辨别密封环发出的声音来进行，或者通过间歇振荡冒汽的情况进行判断。当静环端面被轻微腐蚀，其表面会形成彗星状的温力。同时，液体膜沸腾导致的液体汽化，会造成密封端面发生倾斜，与碳石墨环呈现出外缘切边的状态。并且由于液体膜呈现出蒸汽状态，动环硬密封面上也会发生热裂现象。当两个密封端面由于高温而分开，其中间则会被冷却器液体充满，从而合拢。为了避免高温影响机械密封效果，则需要对被密封产品进行严格的校对，检查其是否满足机械密封的需求。同时，还可以采用窄密封面，或者保证循环线不会发生堵塞，保证循环液量的畅通等方式，防止这一类问题的产生。

3  机械密封在水泵维修中的实效分析

锅炉系统循环水泵在2017年进行了机械密封改造，其应用循环水泵型号为20HBA，在没有进行改造前，循环水泵每年需要更换4次油盘根，且每次更换量在1公斤左右，当时市场价格为30元。因为盘根磨损，因此水泵轴与相关配套轴瓦在3年左右就需要更换一次，成本在7000元左右，若不计人工成本，则平均一台循环水泵每年的维修成本在2500元左右。

进行机械密封改造后，经过两年多的运行，各项性能指标良好，循环水泵在成本费用消耗方面明显降低，并且水泵维修的大修期至少在3年左右。并且，机械密封改造后，循环水泵运行的摩擦阻力降低，运行耗电下降了8度/h左右，全年节省了大量电力，成本约在3万元。因此，机械密封在水泵维修中具有良好的实效，每年可节约大量的维修成本，并且增强了水泵运行的安全性、稳定性。

矿用潜水电泵受井下使用环境影响，使用的水泵属于含有固体颗粒介质中的潜水电泵。当有硬度高、外形锐利的固体颗粒进入密封端面使自然磨损加快，把石墨表面划破、研磨端面，使其发生剧烈磨损，端面高度不断降低。端面磨损越多，弹簧伸出越长，补偿弹力越小，贴合力不能阻止高压介质进入而发生泄漏失效。因此失效造成烧毁的潜水电泵维修费用每台成本不少于700元。

通过对机械密封在维修中的应用分析，将机械密封动静环材质由碳化硅更换为碳化钨-钴合金，将辅助密封圈材质由丁腈橡胶更换为氟橡胶，调整静密封的固定方式及密封环配合间隙，大大降低了潜水电泵上机械密封的泄漏失效。企业全年维修水泵量10000多台，其中约3000余台因密封泄漏导致，改造后节省维修费用约200万元。

4  总结

机械密封技术在水泵维修工作中的应用，极大的提高了水泵维修的有效性，增強水泵密封效果。当前，随着机械密封技术在水泵维修中的应用越来越广泛，机械密封在水泵维修中应用的研究重点多集中在了机械密封端面摩擦状态研究，机械密封效果分析以及高温水泵机械密封分析等方面。因此，在对水泵维修中，应当科学选择机械密封技术，尽可能降低设备震动，并且及时检查发现设备的泄露，避免温度、压力等变化对机械密封效果的影响，从而有效提升机械密封的效果，保证水泵正常运行。

除此之外，通过在实践工作中对水泵进行机械密封改造，取得的实效表明机械密封在水泵维修中应用，在提升水泵运行性能，节约设备维修成本等方面的显著优势，具有非常高的实际应用价值。

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