水泵機械密封失效原因及其處理對策

魯亞欽吉林省長春市熱力（集團）有限責任公司設計院

水泵機械密封失效原因及其處理對策

魯亞欽
吉林省長春市熱力（集團）有限責任公司設計院

本文主要介紹水泵機機械密封的結構和工作原理，分析水泵機密封失效的原因，并提出相應的預防措施。

機械密封；水泵；失效

水泵的密封形式與水泵的運行效率以及使用年限有重要關系，水泵密封的形式主要有兩種，一種是機械密封，一種是填料密封，其中機械密封因為比填料密封具有眾多優點而得到廣泛應用。但是因為機械密封結構比較復雜，對安裝技術和加工精度有較高的技術要求，因此制造、安裝、使用不當都可能會產生密封失效。因此研究機械密封失效的原因，尋求預防方法和處理對策，具有重要的意義。

1 機械密封的原理

機械密封又被稱為機封，是指在磁力和流體壓力，或者在補償及構彈力的作用下，保持垂直于選準軸線斷面保持貼合的狀態，進而實現密封的一種裝置，通常使用的機械密封結構包括兩種，一種是單端面，另一種是雙端面，其中單端面機械密封結構因為其結構相對簡單、維護起來比較方便，因而比雙端面機應用廣泛。其結構主要包括：靜止環、旋轉環、緊定螺釘、彈簧座、彈性元件、旋轉環輔助密封圈、壓蓋、靜止環輔助密封圈、防轉銷。

旋轉環隨軸一起旋轉做軸向運動，旋轉環依靠密封腔內的壓力以及液體的壓力使其緊緊貼合在靜環端面，通過形成微小的軸向間隙達到密封的效果。旋轉環的密封端面和靜環的密封端面。壓蓋密封圈和靜環、軸密封圈和旋轉環形成二次密封，封閉了密封腔內液體可能泄露的各種途徑。

2 機械密封失效的原因和解決方法

機械密封失效直接表現就是泄露，泄露一般發生在下面這些部位：①密封軸間和軸套的密封；②軸套和旋轉環間的；③靜環座和靜環間的密封；④旋轉環和靜環之間的密封；⑤泵體和密封端蓋間的密封。

2.1 設計方面

2.1.1 原因分析

（1）設計方面常出現端面寬度設計的不合理，端面寬度如果過大，就會導致摩擦增大，密封元件磨損嚴重，如果端面寬度設計偏小，就會直接導致機械密封失效。

（2）設計過程中，端面不夠平滑，導致端面無法緊密接觸，存在間隙，無法實現密封。

（3）設計過程中還有一種情況就是彈簧壓力設計不合理，彈簧壓力過大就會導致摩擦產生多余的熱量，導致端面磨損速度加快；反之，旋轉環和靜環端面壓力過小；壓力不均勻會導致端面磨損。

2.1.2 處理對策

（1）如果端面寬度過大，就適當減少彈簧壓力，縮小密封面寬度，使比壓降低。反之則增加比壓。

（2）保證端面形狀精度，確保接觸率良好。

（3）合理選擇彈簧，彈簧壓力不均都是彈簧產品不合格的原因導致的，因此對于這種問題導致的泄露，更換彈簧即可。

2.2 安裝方面

2.2.1 原因分析

（1）安裝時發生損壞、碰傷，導致旋轉環和靜環接觸面不平。

（2）旋轉環和靜環密封圈沒有壓緊、發生損壞、或者尺寸有誤。

（3）旋轉環和靜環表面有異物存在。

（4）旋轉環和靜止環V形密封圈在安裝時裝反。

（5）軸套處壓緊力不足，或者密封圈沒有安裝。

（6）軸套上密封圈被腐蝕。

2.2.2 對策處理

（1）可以選擇更換旋轉環和靜環或者直接修復接觸面。

（2）更換旋轉環和靜環，調整壓緊力。

（3）清除旋轉環和靜環表面的異物，注意旋轉環和靜環接觸面的干凈，避免磨損。

（4）重新安裝旋轉環和靜止環V型密封圈，在安裝時注意V型密封圈的方向，避免再次安裝錯誤。

（5）檢查是否安裝密封圈，軸套處壓緊力是否合適，然后適當的作出調整。

（6）更換軸套，并尋找發生腐蝕的原因，采取相應的措施，避免軸套密封圈再次發生腐蝕。

2.3 工況方面

2.3.1 原因分析

（1）水泵在工作的過程中，因為結合或者安裝不當、軸承或者軸不正常、喘振、以及氣穴作用，致使機械密封發生噪聲、震動。導致機械密封失效。同時還使傳動部件磨損，甚至破裂，嚴重影響水泵的正常使用。

（2）在水泵密封面處如果突然發生冷卻水中斷，或者發生干摩擦，雜質進入密封面等情況，都會引起密封面溫度突然增加，進而產生裂紋，機械密封失效；對于使用碳-石墨環的機械密封裝置，如果溫度過大，就會在密封面處產生樹脂，進而樹脂發生炭化，機械密封就會失效；輔助密封件例如乙丙橡膠、全橡膠、氟橡膠等，如果溫度高于所承受的最高溫度就會迅速發生龜裂、老化、甚至是變硬、變碎，從而導致機械密封失效。

（3）壓力比或者高壓都會導致機械密封失效，彈簧比壓力大于設計的總比壓力，以及密封腔內的壓力大于3Pa時，密封端面處就會因為壓力過大，無法形成液膜。致使端面磨損加重，產生過多熱量，最終導致密封面發生變形，機械密封失效；水泵在啟動或者停止的過程中，可能會發生抽送介質中含有氣體或者泵進口堵塞，導致密封腔內出現負壓現象，密封端面處就會出現摩擦的情況，從而導致機械密封失效。

2.3.2 處理對策

（1）在設計水泵的過程中，就充分考慮到振動問題，避免水泵在工作的過程中發生振動；在設計水泵的時候，嚴格按照操作標準進行設計，從根本上消除振動源；安裝水泵輔助設備例如管路、底座、電機等。保證安裝時的質量，從根本上消除振動源。

（2）采取合理的冷卻措施，或者改變密封的形式，選擇合適的材質；提高冷卻系統技術，從而降低密封處溫度；改善冷卻系統；更換材質。

（3）安裝彈簧時保證彈簧的壓縮量適宜，不要偏小，也不要偏大；保證端面的受力均勻，避免端面變形的現象發生。選擇耐壓強度高的材料，比如硬質合金、陶瓷等等材料；使用雙端面結構密封，改善潤滑條件，提高機械密封的性能。

3 結束語

機械密封具有眾多優點，彌補了傳統填料密封形式的不足之處，但是由于其結構精密，對設計、安裝和使用都需要較高的技術要求，如果處理不當也會導致機械密封失效，因此需要分析機械密封失效的原因，并針對問題，采取相應的處理對策，充分發揮機械密封的性能，提高水泵的運行效率。

[1]呂楊.注水站注水泵影響因素分析及解決途徑研究[J].中國石油和化工標準與質量,2013,23:122.

[2]趙昕.機械密封失效的原因及其改進策略[J].機械研究與應用,2011,01:104-106.

魯亞欽（1963-）男，吉林省長春人，高級工程師，大學本科，研究方向：供熱運行與管理。