大型泵站机械密封泄漏原因及处理方法

2022-10-28王肇优霍安新王子芮左佳佳

江苏水利 2022年10期

王肇优，霍安新，缪薇，王子芮，郑涛，左佳佳

（1.江苏省江都水利工程管理处，江苏扬州 225200；2.江苏省灌溉总渠管理处，江苏淮安 223200）

在大型泵站中，机械密封常用于潜水泵和贯流泵中，具有泄露量小、可靠性高、检修周期长、不易磨损泵轴等特点，但在水泵长期运行过程中，可能出现机械密封失效，油室进水使油乳化，降低润滑效果，电机绝缘效果降低甚至出现无法开机的状况。戚盛墀［1］研究了内燃机中水泵机械密封，戴明俊等［2］详细列出转子泵和小型潜污泵机械密封常见渗漏现象及对策，但对大型潜水泵或贯流泵的机械密封研究较少。笔者结合薛家泓出海泵闸潜水泵维修经验，分析大型潜水泵密封泄漏原因，结合泵站检修经验，形成监测和解决机械密封故障的有效方案。

1 基本原理

大型水泵常用密封包括机械密封、填料密封和动力密封，其中机械密封常用于潜水泵和离心泵，填料密封常用于轴流泵，动力密封常用于离心泵。大型潜水泵油室一般都采用机械密封，相比较其他密封，机械密封不必定期更换填料，减少检修次数，节约人工成本。

机械密封是由垂直于旋转轴线（泵轴）相对运动的两个端面组成，又被称为端面密封。按照组成形式分为单面密封、双面密封和单双组合密封，主要用来解决转动部件与固定部件之间装置的密封问题［3］。

2 常见故障及解决方案

薛家泓出海泵闸位于上海浦东国际机场南部，安装了6台1400ZLD-100型立式轴流潜水电泵，单机流量6.5 m3/s。该潜水泵采用了双面机械密封，机械密封型号为TC47-140。

2.1 常见油封故障原因

2.1.1 装配原因

由于压装原因，导致油封压装后变形；在装配过程中，油封通过螺纹或花键，导致唇口处划伤；油封位粗糙度低，压装力过大，导致弹簧失效或唇口翻转。

2.1.2 弹簧失效

弹簧过紧或过松，过松时弹簧压紧力小，无法达到密封效果；过紧时弹簧压紧力大，油封与旋转轴之间配合不当，导致油封异常磨损，最终发生漏油。

2.1.3 工作介质

油封材料的选择不当，二者相容性差，长时间运行会产生油封材料溶胀、硬化、软化、龟裂等，最终发生漏油状况。

2.1.4 唇口磨损

油封唇口部位存在铁屑等杂质，工作时发生异常磨损；油封位与旋转轴不同轴，油封压装后发生偏磨，唇口异常磨损；油封唇口处锂基脂润滑不良，会发生干摩擦，导致异常磨损。

2.1.5 轴承原因

旋转轴表面粗糙度、硬度不合理，旋转轴表面有缺陷，例如腐蚀、划痕、方向性刀痕等。

2.2 常见泄漏部位及其泄漏原因

通过拆除薛家泓出海泵闸潜水泵，进行原因分析，主要泄漏部位有4个（图1）。

图1 机械密封结构示意

泄漏部位1：动、静环摩擦面泄漏，未紧密接触或接触面损坏出现泄露。

泄漏部位2：静环与设备外壳之间出现泄露。

泄漏部位3：动环与泵轴之间出现泄露。

泄漏部位4：设备外壳之间泄漏。

针对机械密封泄漏位置进行具体分析，归纳总结泄漏原因如表1所示。

表1 常见泄漏原因分析

2.3 常见故障处理方法

通过统计薛家泓出海泵闸近10年水泵维修情况，常见的机械密封故障及其处理方法如下。

（1）动、静环端面故障：如果端面磨损程度大或拉伤严重需重新更换，如果情况不是很严重的话，可以通过研磨、抛光加工处理来解决。研磨抛光主要分为机床研磨和手动现场研磨，手动现场研磨主要是将密封端面与磨具接触，加入研磨膏，作圆形轨迹运动，去除损坏的端面表层，从而能够获得具有高精度的表面。

（2）密封圈自然老化：遇到此类故障，一般更换密封橡胶条后，重新组装，做气密性试压无泄漏。常见密封圈材料见表2，在安装检修过程中，根据具体应用场景，选择合适的材料

表2 常用橡胶材料特性

（3）其他故障：主要为辅助弹簧损坏，固定螺栓松动，外壳密封出现泄露等问题，导致机械密封故障。

3 安装标准及其注意事项

3.1 进场验收标准

大型水泵机械密封一般尺寸较大，精度要求较高，因此安装的方法和流程很重要，在装配前要按照《机械密封》（JB/T 4127.1—2013）的相关规定进行密封装置验收。安装完成后，当被密封介质为液体时，泄漏量必须符合表3规定。

表3 泄漏量合格范围

3.2 安装步骤

根据近年来的水泵安装和检修经验，总结了机械密封安装检修步骤。

（1）在机械密封安装前，必须用无水酒精清洗泵轴、密封端面、弹簧以及相关配件，防止铁屑、砂砾和硬物等异物进入密封部位。

（2）设备检修时，橡胶密封圈不能用汽油等清洗，如橡胶密封圈老化，应及时更换新密封圈。

（3）在动、静环摩擦面以及橡皮密封圈和密封填料涂抹透平油或润滑脂，减小摩擦阻力，避免损坏动、静环的摩擦面。

（4）再安装辅助O形密封圈时，应尽量平顺，不得扭曲变形，否则需将其拆除重装。

（5）静环组件装入压盖，应使用专用工具，不得对其施加冲击力，防止橡皮受力不均匀，应尽量用手或专用工具慢慢推进，保证橡胶密封圈受力均匀。

（6）动环安装时，应尽量保护动环摩擦面，防止表面受损，弹簧固定螺钉一定安装紧固，防止松动。

（7）动、静环组件组装成功后，需派专人检查是否安装到位，弹簧或压力装置是否灵活。

（8）根据规程规范，检查机械密封与泵轴中心线的垂直度与同心度是否符合要求。

3.3 油室气密性试验

当水泵安装完成后，对于干式潜水泵（薛家泓出海泵闸为干式潜水泵）还需要通过对电动机进行气密性试验，判断机械密封是否安装完好。观测点，测量频率为每天3次，根据测量数据进行仔细分析。可能有两种情况：①大堤如有沉降，将稍微加快千斤顶的顶进速度，同时调节泥舱的压力和减少出土量；②如果发生路面隆起，将稍许放慢千斤顶的顶进速度，严格控制泥舱压力，以确保大堤安全。

3.2.4 顶进距离变长后产生的不利因素控制

顶进距离变长后顶力持续加大，可增加管节的浆孔数量，改变润滑浆的配比，在管道中间再增加一套压浆设备。

机头产生的偏差，将启动辅助纠偏油缸，如果效果还是不明显，将在管节与机头不脱开的前提下，有限度的松开连接螺杆，放置垫片，加大纠偏的幅度。

3.2.5 机头旋转过大控制

发生机头旋转过大，采用如下技术措施：在机头内部配重压回；用刀盘的转向来纠正顶管机的旋转；尽量提高土舱内的压力使刀盘转矩增大；在刀盘部位注浆提高土的强度,增加刀盘的转矩；如果发生其他的重大的不利因素,及时停止顶进,并上报专家组共同研究解决办法,确保工程的顺利完工。