臥式自吸離心泵機械密封失效分析和解決措施

鄧自武

摘要：機械設備的正常運轉離不開水泵，泵在機械設備中的作用是為水箱提供充足的水分，維持機械設備的穩定運行。若泵的密封性能失效，將會對機械設備的運行產生非常嚴重的影響，密封失效的主要表現為泵漏水。下面圍繞臥式自吸離心泵展開討論，主要對其密封失效的原則、原因以及有效的解決辦法進行詳細介紹，本文結合某揚水泵站中的離心泵使用情況，對故障過程進行具體分析。

關鍵詞：臥式自吸離心泵；密封失效；解決辦法

一、失效分析需要遵守的原則

對機械密封裝置失效原因的檢查，都需要經過仔細的檢測和分析，并將檢測過程中的各項數據記錄下來。密封件的損壞，可能是其自身功能失效導致的，也可能是其它零部件的干擾形成的，因此對失效原因進行分析時必須全面。將各部位的零件拆卸下來，放置時需要將其分為兩大類，及轉動零件和靜止零件。檢查過程以及相應的原則如下：首先對發生密封失效的部位進行檢測，然后向四周進行擴散式檢測，例如對密封環、緊固螺釘等進行檢查，初步檢查時需要看各零件的邊緣是否有磨損。然后對附屬零件、腔體、運轉系統進行仔細檢測。檢測過程中需要實時記錄各項數據，方便后期對失效原因進行分析。

二、揚水泵站密封結構和失效原因分析

（一）密封結構大致介紹

如下圖所示，是臥式離心泵的主要結構。該泵的主要組成部分包括摩擦副、動靜環、傳動機構等，該種泵的主要組成形式為單端面，泵安裝在密封腔內，密封腔與系統的高壓區域聯通，以便泵向高壓腔送水。密封機構還包括緩沖機構，由彈性元件構成，能夠有效保證端面的密封程度。機械密封性能好，泄漏量少，使用壽命長，軸和軸套不易損壞。但其結構復雜，成本高，且需要較高的安裝精度。

系統中動環和靜環是摩擦副的主要組成零件，兩者相互摩擦能夠起到很好的密封效果，若摩擦副之間缺少清水，在運轉過程中很可能產生大量的摩擦熱，使接觸部位產生嚴重磨損，大量的熱量會破壞動環和靜環的結構，因此清水在機械密封中是必不可少的。在揚水泵站中，泵的密封腔與高壓區是通的，在泵開始工作前需要將高壓區內裝滿清水。此種水泵的自吸時間通常在兩分半鐘，高壓區內的清水足夠機械密封使用。

當自吸完成后，就開始進行正常的泵送工作，泵抽的清水就會不間斷地進入高壓區內部，對摩擦副起到良好的降溫和潤滑效果。從泵送過程可以看出，密封腔無論在什么階段都需要充滿清水，才能保證摩擦副得到足夠的冷卻，若清水為注滿密封腔就啟動泵，很可能會使橡膠零件損壞。

（二）對揚水泵站失效原因的排查

維修人員在對泵進行逐一檢查時，密封橡膠已經呈現出碳化現象，摩擦副之間存在嚴重的燒傷，動、靜環的接觸面已經變色。通過分析并結合零件的失效現象，可以知道該失效是密封腔內嚴重缺水導致的。揚水泵站出現失效的主要原因包括：動環和靜環存在接觸不良現象，傳動軸在運行過程中被腐蝕；沒有定期對密封圈進行檢修和更換，或者密封彈簧出現折斷現象；彈簧比壓超出標準范圍，超出密封圈能夠承受的最大壓力，從而出現失效現象；操作失誤，會使泵站出現劇烈的振動現象。這時泵就發揮出其作用，通過抽水將頭部重量增加，該操作被稱為壓載。

三、有效的解決辦法

（一）選擇合適的方案

針對該類型揚水泵站的機械密封故障，結合上述失效產生的原因，提出了以下幾個可行性方案：在系統中加入時間繼電器。時間繼電器的安裝位置在電氣設備的控制回路上，泵開始抽水時繼電器計時裝置接啟動，當淡水腔中的水抽完計時器會將信息反饋給電氣控制系統，從而及時停止泵的抽水動作；安裝水壓感應器。其安裝部位在泵的出水管道上，淡水腔中的水抽完，出水管道就沒有水流，感應器就會檢測到，并將信息傳回泵啟動系統，也能實現泵的自動關停；改動泵原有的軸封結構，將高壓腔中始終保持充足的淡水，即使抽水過程繼續也不會影響到摩擦副的降溫和潤滑。通過對以上三個方案的分析和對比，基于經濟性考慮，選擇最后一種方案。

（二）方案的具體實施

對軸封結構進行優化時，需要遵守三項原則：不能改變泵原有的性能參數以及相應的指標點；泵的外形、大致尺寸不會發生明顯變化；保證泵腔獨立存儲淡水，將其與密封腔隔離開來，防止摩擦副發生干燒和摩擦現象。揚水泵站軸封結構的優化，可以用內沖洗和外沖洗的方法進行。內沖洗主要包括以下三類：正沖洗。該方法用于沖洗流體，從泵的出口開始清洗，清洗介質通過管道進入密封腔內完成沖洗作業。反沖法和全沖法與上述方法相似，完成軸封結構的清洗后，就可進行密封操作。

密封技術包括密封面開槽技術、零泄漏密封、上游泵送密封，這幾類密封技術都具有相同的特點：開槽深度較淺，潤滑槽、密封壩和密封堰共同組成密封過程。且膜較厚，不易出現泄漏，工作過程發熱量較小。再加上一些深度較深的流槽，可以使軸局部產生變形，在楔形效應的作用下達到良好的密封作用。

（三）改進后的測試實驗

將軸封結構完成改進后，為保證其能正常工作，需要進行相應的測試實驗，試驗通過方可正常使用，以下是對其性能檢測的兩組實驗：實驗一，將泵放在相應的實驗臺上，按照泵的啟動過程將其中先注滿淡水，然后按下啟動按鈕讓泵正常運轉幾個小時，在運轉過程中每過半個小時就對兩個腔中的溫度進行測量和記錄，通過對測試過程的溫度進行分析可知，泵在運轉過程中沒有出現密封失效現象；實驗二，重復上述實驗過程，泵停止運轉后對密封腔和泵腔中的水量進行檢查，發現泵腔中的淡水基本消耗完，密封腔中的淡水并未減少，可見兩腔在結構改進下成功分離。

四、結束語

綜上所述，是對臥式自吸式離心泵的具體介紹，并對其機械失效原因和有效的解決方法進行論述。揚水泵站的應用非常廣泛，同時出現機械失效的頻率也是最高的，機械失效的出現使得泵站無法正常運轉，嚴重的會威脅到工作人員的生命安全，由此可見對泵的密封失效進行改善是非常有必要的。目前我國解決密封失效的方法和技術還在不斷的研究當中。

參考文獻：

[1]陳小敏.高溫離心泵機械密封失效診斷及解決措施[J].水泵技術，2016，（5）.

[2]鄭天一.離心泵機械密封失效分析及應對措施[J].中國化工貿易，2013，（1）：65.

（作者單位：寧夏紅寺堡揚水管理處）