機械密封技術在水泵維修中的應用分析

史 磊

（河北鋼鐵集團宣鋼分公司設備能源部， 河北 張家口 075100）

引言

一個國家機械制造水平的高低通常是衡量其工業制造綜合實力的重要標準，水泵作為液體輸送或增壓的重要設備，又是衡量機械制造水平的重要方面。水泵的應用方面非常廣，涉及工業生產和建筑建設等行業的各個方面，因此，水泵維修就不可避免成為一項重要的內容。水泵在實際運作中，由于其傳輸介質的要求不同，對其進行有效密封也就成為必不可少的內容。水泵一般采取的密封方式是機械密封，因為機械密封具有節能、泄露微小和使用壽命長的優點。因此，在水泵維修研究方面，機械密封技術是一個重要研究方向，也越來越受到研究人員的重視[1]。

1 機械密封技術概述

1.1 機械密封原理

機械密封具體來說是一種裝置，用于解決機體與旋轉軸之間的密封，主要應用于密封彈性元件的預緊和壓緊兩個方面。機械密封是由五大部分組成的結構，彈性元件、傳動件、輔助密封件、端面摩擦副和緊固件，另外還有四個泄露通道。靜環和動環端面存在間隙，以及靜、動密封圈，這些位置均存在泄漏可能。其中，最關鍵的是靜動環端面間隙，機械密封是否有效，性能是否優良，以及機械密封的工作壽命直接由靜動環端面間隙決定。

1.2 影響機械密封的因素

空化特性的存在是影響機械密封的重要方面。由于加工精度不同、熱變形和壓力變形等差異，常常會導致機械密封端面的表面粗糙度、徑向錐度以及周向波度等這些表面形貌因素有差異，這些差異將會進一步產生大量的間隙收斂區和間隙發散區。間隙發散區的存在將會導致密封氣壓下降，以密封介質飽和蒸氣壓為限度，一旦密封氣壓降低到這個限度以下，液膜將發生汽化現象，進而產生空穴和氣泡，這就是空化現象。空化現象的產生將會嚴重影響機械密封的性能，所以抑制空化效應的產生是機械密封技術研究的一個重要方面。

1.3 機械密封技術介紹

在進行水泵維修時，對其實施密封是一項重要操作，而機械密封技術是水泵維修中比較成熟的密封技術，它有著非常廣泛的應用范圍，幾乎滿足所有種類的水泵密封需求。在水泵維修中，機械密封技術的使用可有效提高維修效率，減少維修工作量，同時降低設備損耗率。

2 機械密封常見的泄漏方式

1）端面摩擦密封副是機械密封發生泄漏的主要方式，其性能的好快直接決定了機械密封的性能好壞，同時決定了機械密封磨損情況和使用壽命。統計數據表明機械密封泄漏約90%的原因是密封副發生了異常。而對于密封副而言，接觸端面的粗糙度決定了其性能，當端面平面度達到0.9μm，輪廓算數平均偏差在0.05～0.20μm范圍內。

2）另一類常見的泄漏是輔助密封面的泄漏，主要是動、靜環密封處泄漏。造成此類泄漏的主要原因是輔助密封面，尤其是動環與軸處的密封面發生了銹蝕，或者因形成水垢、反應物料等導致了動環發生擱住。

3）還有一處比較容易發生泄漏的地方是靜密封，靜密封包括壓蓋和密封箱以及軸套與軸兩個方面。為避免此處的泄漏，需選用跟密封介質相配合的材料。

3 機械密封技術在水泵維修中的應用

3.1 機械密封端面摩擦狀態研究

機械密封又被稱為端面摩擦，如下頁圖1所示是端面摩擦的微觀模型。在機械密封閉合力的作用下，表面微凸體是支撐載荷的主要受力點，也就是圖1中A部分，此時如果閉合力比較大，微凸體的表面膜將有可能發生破裂，導致機械部件直接接觸。圖1中的B部分相對于A部分，空隙較大，為邊界膜接觸，各個微凸體之間會形成較大的微觀空腔，也就是圖中所示的C部分。當液膜的平均厚度較小時，微觀空腔呈不連續狀態，這時將會出現液體充不滿或者即使充滿但壓力也很小的問題，一旦出現這種情況，邊界膜和機械組件將成為承受閉合力的主要部位，從而形成邊界摩擦。當微觀空腔較為密集時，微凸體將不會直接接觸，此時形成的是流體摩擦。

圖1 機械密封端面摩擦原理

對于一般的機械密封來說，其正常的工作狀態是混合摩擦，也就是既有邊界摩擦又有流體摩擦，因此，對于摩擦學的深入研究是研究機械密封技術的一個主要方面。隨著摩擦學研究的深入，人們發現表面粗糙度是影響機械密封性能的主要方面，且密封端面處于徑向平行狀態時，對機械密封性能的發揮最為有利。

3.2 機械密封分析

在水泵維修中，機械密封是否完好、有效是泵維修的一個主要方面。機械密封失效不僅能夠使水泵無法正常運轉，甚至還有可能引起重大事故。因此分析機械密封是否有效，以及失效原因研究對于解決機械密封問題至關重要。根據邁爾提出的泄漏量公式可以看出，在水泵的不同使用過程中，機械密封的摩擦副表面的幾何形狀和粗糙度都在變化中，因此，泄漏量也會不同。再者，由于泄漏量的影響因素較多，邁爾公式只能對泄漏進行粗略估算，如果想計算出微小泄漏，并及時進行水泵的密封維修，就需要對泄漏量進行更為精確的計算[2]。

機械密封的失效往往伴隨持續性或間歇性的泄漏，有些泄漏是比較容易被發現，并得到及時妥善解決，比如，密封端蓋、軸間與泵體之間的發生的泄漏。但是對于輸送易汽化介質的水泵而言，必須對泄漏進行仔細的觀察、分析和研究，通過直觀判斷、經驗判斷等，進行正確的泄漏判斷。

3.3 高溫水泵的機械密封分析

密封端面摩擦產熱，當熱量得不到有效散除時，密封面將會發生液膜沸騰現象。這一汽化現象的判斷可通過密封環發音判斷，或者間歇振蕩冒汽判斷。當靜環發生輕微遙蝕時，將會形成彗星狀溫力。液體發生汽化，將會導致密封面傾斜，與碳石墨環形成外緣切邊。動環也會因為液膜轉移成蒸汽狀態而在硬密封面上出現熱裂。一旦兩個密封面分開，密封面之間將會被冷卻器液體充滿，進而合攏[3]。

為了避免此類現象的發生，應該對被密封產品進行校核，看是否滿足需要。另外，采用窄密封面也是解決此類問題的重要手段，還有確保循環線無堵塞，有足夠的循環液量。

4 結論

機械密封技術的應用對水泵維修工作水平的提高大有裨益，本文從介紹機械密封的一些基礎概念出發，分析了機械密封技術的一些主要研究方向。因此，選用合適的機械密封，減少設備震動，及時檢查泄漏點，避免壓力、溫度突然變化，能大大提高機械密封的可靠性，為水泵的正常使用提供有效保障。