水泵維修中機械密封技術的應用分析

李雷濤

（山西晉城煤業集團寺河礦， 山西 晉城 048205）

引言

當前機械密封技術逐漸成熟，將其運用到水泵維修環節，能夠有效地解決水泵泄漏問題，不僅可提高水泵的使用壽命，而且能夠極大地提升機械生產系統運行效率。

1 機械密封技術密封原理

機械密封通常借助垂直于軸方向并做相對滑動運動的端面，流體處于流體壓力下，從而保證良好的貼合狀態，輔助配備密封。這樣形成一種能夠有效地防止流體泄露的軸承密封。當機械密封處于工作狀態時，通常借助彈性元件的壓力，以及相應的環端面密封運動副產生的預緊力，這樣能夠使得軸向端面產生相應的密封作用。其中，動環端面和靜環端面兩者之間形成摩擦副，通常動環端面可以借助密封腔內的液體產生壓力。在靜環端面壓緊過程中，能夠使動、靜環的端面上產生相應的壓力，與此同時能夠在端面位置形成薄的邊界膜，這樣可以構成機械密封[1]。

2 機械密封優缺點

優點：機械密封能夠對工程實踐表面起到較好的密封效果。可以有效地降低對泵的磨損，延長水泵的使用年限，起到節約用水的效果。

缺點：由于機械密封需要相對復雜的機構，因此需要的零件較多，占用空間。需依據不同的密封介質，選擇相應的機械密封形式及對應的工藝參數。一旦出現密封損壞，往往需要進行大修才可以再次起到密封的效果[2]。

3 水泵機械密封的分析

3.1 機械密封端面摩擦狀態

通過分析機械密封端面摩擦原理，如圖1 所示，可以看出，假如機械密封處于閉合力的作用時，表面微凸體位置是重要的受力點，如圖1 中的A點位置，當閉合力逐漸增加時，將增加邊界膜破裂的概率，這樣最終導致機械部分直接接觸。假如閉合力越來越小，那么相應的微凸體所能夠負擔的支撐載荷也變小，如圖1 中B位置所示。當中間出現比較大的空隙時，可以形成邊界膜，與此同時也可以構成不同的微觀空腔，如圖1 的C所示。假如構成的邊界膜比較薄，這樣將出現不連續的微觀空腔，形成未充滿的腔，因此對應的壓力不均勻，機械單元和密封件之間形成便捷摩擦。假如微觀空腔比較密集，這時各個微觀腔體之間不會接觸，最終形成良性的流體摩擦[3]。

圖1 機械密封端面摩擦原理

通過上述分析可以看出，當水泵處于密封狀態時，往往出現邊界摩擦以及液體摩擦相結合的形式。由此可以看出，要想對水泵的機械密封技術實現優化，必須深入研究機械密封端面摩擦。

3.2 機械密封效果的主要影響因素

水泵中應用機械密封，不僅是由于機械密封效果良好，而且能夠優化水泵使用年限。假如機械密封出現問題，會嚴重影響水泵使用情況，更有甚者引發重大的機械事故。由此可以看出，機械密封的效果以及相應的失效條件是研究的重心，下面為邁爾泄漏量公式：

式中：C2為流動系數；D2為密封環接觸端面外徑；P1為介質壓力；P2為外界壓力；η 為介質黏度；b為摩擦面寬度；v為摩擦端面平均線速度；Pc為端面比壓。

當水泵處于工作狀態時，對應的機械密封位置形成的摩擦副與相應的粗糙度將不斷發生變化，通過分析上述公式可以看出，水泵的泄漏量也將會出現一定程度的變化。與此同時，由于影響泄漏量因子相對較多，其中主要包括密封環接觸端面相關的幾個參數：第一，外徑；第二，介質壓力；第三，外界壓力等。由此可以看出，當計算水泵運行泄漏量時，通常依據水泵所處的實際狀態，以及相應的機械密封狀況。當機械密封出現事故時，往往導致出現持續性的泄漏。出現在密封端蓋、軸間與泵體之間的泄漏比較容易發現，因此可以采取有效地處理方式[4]。

3.3 高溫水泵機械密封的熱裂現象

當水泵處于工作狀態時，由于密封端面位置在摩擦時往往產生一定的熱量，假如熱能不能及時擴散，那么將會導致密封端面位置處的液體膜急劇升溫。與此同時，急劇升溫的液體將會發生氣化變化，這樣使得密封出現不均勻的現象。當液體膜出現蒸汽時，相應的動環端密封往往出現熱裂現象。高溫將導致兩個密封端面出現裂縫，而中間往往會因為較低的溫度吸合。為了降低溫度對密封的影響，通常在安裝的過程中，往往需要對密封裝置進行嚴格的校準[5-7]。

4 機械密封在水泵維修中的應用實效分析

對于礦用潛水泵而言，其使用往往受到所處工況的影響，通過實踐發現，水泵采用含有固體顆粒介質水泵能夠滿足礦場需要。當水泵工作時，進入一定硬度的固體顆粒，這樣導致密封端面出現相對嚴重的磨損，最終引起石墨表面出現磨損，影響端面平衡度，使得端面出現大量的磨損，相應的補償彈力變小，最終出現密封失效。由于失效而引發水泵燒毀，因此造成不必要的經濟損失。

經過分析機械密封失效維修分析發現，在使用機械密封時，動靜密封環所使用的材質用新型碳化鎢一鉆合金替換傳統的碳化硅。輔助密封圈的材質用有氟橡膠替換丁睛橡膠，與此同時改變靜密封圈的固定方法，其在優化潛水電泵上機械密封方面起到良好的作用。經過統計公司每年維修水泵數量達到5000 多臺，由于密封泄漏維修的數量達到2 000臺，經過整改之后可以給公司減少100 萬元的維修費，這樣極大地節約公司的經濟開支。

5 結語

將機械密封應用于水泵中，不僅可以有效地優化水泵綜合性能，而且可以提高密封效果。隨著機械密封在水泵中的廣泛使用，大量的學者在水泵密封研究中，將機械密封端面摩擦當作攻關重心，并且研究高溫對機械密封性能的影響等。由此可以看出，在進行水泵維修時，往往需要借助機械密封技術，這樣不僅能夠優化設備的震動問題，而且可以及時的檢查泄露問題，與此同時能夠有效地減小高溫高壓對機械密封的影響。這樣極大地優化機械密封的效果，提高水泵的綜合性能，節省大量的維修費用。