水泵的机械密封技术在供水厂的应用探讨

2023-10-22王振雷

中国设备工程 2023年18期

王振雷

（淄博市引黄供水有限公司，山东淄博 255000）

近年来，随着供水厂建设规模的日渐扩大，许多供水厂在运行过程中暴露了诸多的技术问题，特别是水泵泄漏问题较为突出，严重影响了供水工作。结合大部分供水厂的发展情况，填料密封为最常用的水泵密封手段，但在行业现代化发展的趋势下，填料密封方面能耗过高、运维工作量大，为改变这一情况，一些大型供水厂采用了机械密封技术，密封效果好、节能性强。未来的供水厂中需大力推广机械密封技术，以发挥这一技术的优势，提高供水厂的运行水平。

1 机械密封技术概述

1.1 机械密封原理

在供水厂的运行中，机械密封为一种特殊的装置，能有效处理机体与旋转轴之间的密封问题，根据其实际情况，在密封弹性元件的预紧、压紧方面效果突出。通常来说，机械密封的结构构成复杂，主要涉及弹性元件、传动件、辅助密封件、端面摩擦副、紧固件、泄漏通道几个部分。在静环与动环端面之间往往存在或大或小的间隙，而静、动密封圈部位出现泄漏的概率也相对较高。静动环端面间隙为影响机械密封效果的重要因素，在很多时候机械密封被称为端面密封，为两块密封元件（动环、静环）垂直于轴的光滑、平直表面相互贴合，保持相对转动所构成，属于特殊的密封装置，在流体压力和机械外力作用下，旋转的动环、静环接触面上将产生一定的压紧力，该作用力使两个端面紧紧贴合在一起并产生相对滑动运动。端面间由于存在非常薄的液体膜，对控制液体泄漏非常有效，此液体膜兼具流体动压力、静压力，保障了其在工作中的润滑与密封效果。

1.2 影响机械密封的因素

机械密封效果取决于多种因素，空化特性为一个关键部分，因为在实际的加工与制作过程中，企业所采用的加工制作工艺相对落后，导致加工精度达不到要求，或者未考虑热变形与压力变形的影响，这就使机械密封端面的表面粗糙度、径向锥度等各项指标无法达到设计标准，形成间隙收敛区、发散区，由于存在间隙发散区，密封气压相对较小，以密封介质饱和蒸气压为限度，如密封气压下降到这一限值，液膜将产生汽化问题，引发空穴、气泡，这一过程就是空化现象，当发生这一现象时，机械密封难以取得预期效果。

2 水泵机械密封技术在供水厂中的作用

2.1 监测设备运行状态

在供水厂中采用机械密封技术可监测设备的运行状态，以某供水厂为例，引入水泵机械密封技术可实时监测机组的轴承振动、温度、电机电压与电流等参数。在监测过程中，水泵机组的特征参数主要为振动频率、速度、轴向位置，通过全面采集与分析这些数据，可准确评估机组的运行情况，用这些信息分析设备是否有故障，如存在故障，为哪种类型、如何处理。水泵与电机的连接由滑动轴承来实现，底座为独立存在的部分，在水泵机组底座、高压端、低压端、电极驱动端、非驱动端分别布设监测点。供水厂监控中心的监测室内配备有现场监控系统、监测软件，供水厂运行中这些软件和系统与监测点相连接，也就可实时采集相关的数据与信息，最终通过监控中心软件自动分析与处理数据，得到水泵机组运行状态的有关信息，如个别参数超出限值，系统的预警模块会自动发送预警与反馈信息，进而及时采取措施来处理问题。

2.2 诊断水泵机组故障

供水厂水泵机组的运行复杂，许多因素都会导致其运行故障，如在水泵机组运行中创造良好的条件，并规范操作设备，做好日常的维护与检修，基本可保障机组的运行可靠性。但实际上，部分供水厂往往在这些工作中有所缺失，水泵机组运行中出现故障的概率较高，一旦发生了机组的运行故障，其中的有关参数将发生显著的变化，如机组的运行效率有小幅度的下降，虽不会对机组运行造成更大的影响，但可能伴随着资源的浪费，监测过程中当机组效率下降到一定程度的情况下基本可判定其存在故障，为避免更大的问题，需安排专业人员来维修。注水泵机组主要有离心泵、柱塞泵和注水泵几种，以离心泵机组来看，其在运行中出现电磁振动、机械松动的概率较高，振动一般由机组轴心质量分布不均所导致，当然，如联轴器安装不规范也会诱发轴向振动。水泵出现机械松动故障后，谐波振幅波动明显，轴承磨损严重，将造成油膜振荡，引发轴弯曲问题。在供水厂水泵中采用机械密封技术同样有助于辅助故障诊断，提高故障诊断准度、效率，在最短时间内恢复设备的正常运行。

3 机械密封与填料密封的对比

供水厂的水泵密封中，原来主要采用的是填料密封技术，但在当前机械密封表现出了明显的优势，主要表现为：（1）可靠性好，利用机械密封技术后，通过长时间分析水泵的运行状态，发现水泵在绝大多数情况下都保持在相对稳定的运行状态下，泄漏概率较低，即使发生泄漏问题，泄漏量也相对较小。结合有关数据，机械密封下的泄漏概率仅为填料密封的10%，利用这一密封技术时水泵的日常维护管理相对便捷，可做到无死角清洁，避免在水泵的隐蔽处存在杂菌堆积等现象，从这一角度而言，机械密封能提高供水的节能性。（2）使用寿命更长，有关技术人员根据供水厂的实际需求来展开专业化设计，再合理选择不同介质的摩擦负荷比压，可大大延长机械密封的使用寿命，根据实际经验，使用时间一般在2 ～5 年。（3）静环、动环接触面因为有液体膜，轴与轴套在水泵运行时基本不会发生较为严重的磨损。（4）摩擦功率更小，符合供水厂节能减排的追求。（5）维修周期更长，机械密封下的磨损较小，日常的检修维护工作量较小，供水厂不需要在此项工作中投入更大的人力、物力资源，可有效控制检修维护成本。（6）抗震性、耐磨性好，适用范围广，即使水泵运行中出现了旋转轴、密封腔振动倾斜的情况，密封装置也不会受到影响。

4 机械密封技术在供水厂中的应用要点

4.1 经常性泄漏及其处理

虽然供水厂中的水泵机械密封技术具有多种优势，但在不当操作下也可能会出现经常性泄漏问题。结合实际的工作经验，水泵经常性泄漏一般由以下因素所引起：动环或静环的密封面有或大或小的变形现象，一般为零件端面压力增大导致热量过高、接触端面的压力不符合要求、受力不均等引起；受到外部因素的较大影响，密封性能不足，外部因素主要为机械密封装置的加工精度不符合要求、密封圈或密封元件的密封性不达标、密封元件与接触面不垂直、弹簧调节能力偏低、个别零部件性能不好或安装不达标；振动与偏向力过大。如供水厂的水泵发生经常性泄漏问题，在实际的工作中，为发挥机械密封的作用，有关人员需采取正确的安装方式，并做好日常的维修工作。具体来说，主要需注意以下方面：结合实际需求来科学控制接触端面比压，一般需将这一数值保持在0.03 ～0.6，相关人员在确认了弹簧长度与刚性后，其压缩量一般维持在2mm 上下；选择的各种零部件的质量需符合要求，与加工精度较高的零部件生产厂家合作；有关人员在安装机械密封装置时需遵守安装规范，保障安装质量。

4.2 突然性泄漏故障处理

供水厂水泵运行中如出现突发性泄漏情况，可能是杂物不慎进入装置、弹簧效能降低、水垢严重、进水口压力超出标准所引起。面对这一问题，有关人员需立即开展检修与维护工作，如选用耐压性好、高强度的陶瓷或者硬质合金材料作为密封元件的接触端面，并根据相关标准做好水泵摩擦热量的冷却与润滑工作，优化和调整传动设计。为在水泵中发挥机械密封的作用，技术人员应选用稳定、润滑效果好的双端面机械密封，后续装置中如出现了杂质，需立即安排专人来完成清理工作，如存在弹簧失效现象，需立即更换新弹簧。

4.3 周期性泄漏故障处理

供水厂水泵运行中也会出现周期性泄漏故障，针对这一方面的故障，其分析和处理时的难度系数较高，转子周期性异常振动、机械密封安装不规范、机械密封装置的内腔压力有周期性大范围波动、动环难以补偿位移水泵转子的轴向传动等都会引发这一方面的问题。面对水泵的周期性泄漏情况，有关人员需强化技术管理，在整个安装过程中，严格遵守操作规范，并在日常的工作中做好检修与维护处理。

4.4 关注水泵机械密封细节

机械密封对提高水泵运行可靠性有着关键的作用，为避免机械密封失效，相关人员在机械密封操作之前应考虑密封装置、密封技术等的要求，以水泵运行条件、需求、工作环境等为参考，开展前期的技术设计，并制定最为科学的安装操作方案。首先，供水厂中的机械密封操作需要由专人来完成，主要是因为机械密封对水泵有着重要的作用，不论是安装、拆卸都有极高的技术要求，如为非专业人员负责这些工作，可能会难以达到相应的工作规范，为此，供水厂中应选派专人来负责机械密封的安装与处理。其次，后续采用机械密封技术的水泵在运行中，出现了故障，检修人员需立即进入检修阶段，在此过程中需考虑水泵各零部件对机械密封的影响程度，在此基础上采用科学的措施来提高机械密封的效果。当相关人员对供水厂中比较关键的水泵设备实施机械密封处理时，必须提前采取保护措施，如选择水泵设备时需分析不同零部件之间的关系、供水系统的运行特点，保持机械密封的外部条件符合需求。

4.5 避免机械密封检修的误区

供水厂在利用水泵机械密封技术时，也需避免检修误区，检修维护工作在很大程度上能提高机械密封的效能，为此，相关人员在负责有关工作时应注意检修维护的细节工作。具体需注意以下方面：（1）弹簧压缩量与机械密封效果虽有直接关系，但二者并非正相关关系，并不意味着较大的压缩量就能保障良好的密封效果，如压缩量过大，还可能会引起较大的摩擦损失，损坏部分零部件。与此同时，过度压缩还会使弹簧调节能力失效，不利于保障密封性能。（2）动环密封环不能过紧，如密封环过紧，可能会导致轴套与密封圈之间的磨损严重，同步增大移动阻力，诱发密封装置弹簧的疲劳、密封圈的变形，为此，日常检修中相关人员需科学控制动环、密封圈的紧度。（3）静环密封圈的紧度也要控制在合理范围内，否则，如果过紧，将导致安装拆卸的难度系数较大，甚至会引起部分零部件的变形。（4）叶轮锁母紧度同样要符合要求，如锁母过紧，将增大轴间垫故障概率。