水泵機械密封失效原因分析與解決措施

付曉科

（中核遼寧核電有限公司，遼寧葫蘆島 125112）

0 引言

水泵作為一種介質輸送或增壓的設備，種類眾多，多用于輸送水系統、排水系統、供水系統、工業用水、水處理系統、區域或建筑的制冷/供暖系統、消防和灌溉等領域，并在其中承擔著重要作用。軸封部件作為水泵設備的重要結構，可以防止空氣被吸入泵腔，同時保證介質不向外泄漏。軸封類型有填料密封、機械密封和動力密封等，其中，機械密封具有低功耗、使用壽命長、低泄漏的特點，應用較多。

1 水泵機械密封介紹

機械密封是一種旋轉機械的軸封裝置，又稱端面密封，由至少一對垂直于旋轉軸線的端面，在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下，保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置[1]。

機械密封一般分為4個部分：①動環和靜環組成的密封端面，也稱為摩擦副；②有彈性元件組成的緩沖補償機構，其作用是使密封端面緊密貼合；③輔助密封，包括動環和靜環輔助密封；④使動環隨軸旋轉的傳動機構[2]。

機械密封結構一般由彈簧座、彈簧、動環、靜環、靜環座和其中所有用于密封的O形圈等組成。其中彈簧座通過螺釘等緊固作用與軸相對靜止，靜環座由一個防轉銷保持固定。由于機械密封特殊的工作條件和重要作用，一般由輔助設施提供冷卻介質，對機械密封，特別是動環和靜環端面，進行潤滑冷卻和沖洗，延長機械密封使用壽命。機械密封結構如圖1所示。

圖1 機械密封結構

當泵軸旋轉時，帶動動環等部件一起轉動，靜環保持靜止。由于彈力和介質壓力的作用，使動環與靜環緊密接觸，這樣動環與靜環相接觸的密封面，可以阻止介質泄漏[2]。由于動環與靜環緊密貼合，使密封端面交界處形成一個微小間隙，當介質通過此處時，形成一層液體薄膜，產生一定阻力，阻止介質泄漏，同時對密封面起到潤滑作用，使密封效果長久[3]。

機械密封一般有4個密封點（泄漏點）：動環與靜環之間的動密封；動環與軸或軸套之間形成的相對靜密封；靜環與靜環座之間，以及壓蓋與設備之間的靜密封[4]。

2 機械密封泄漏故障分析及處理

2.1 泄漏位置分析

水泵運行過程中，對機械密封的泄漏量有一定標準要求。機械密封失效引起的泄漏超標，對水泵穩定運行產生較大影響。結合機械密封結構分析，可以看到機械密封泄漏位置一般存在于機械密封動環與靜環接觸面，或者機械密封輔助密封圈位置處。

機械密封動環與靜環接觸面泄漏，一般是由于動環與靜環之間存在間隙，或兩者出現磨損，使得動環和靜環無法緊密貼合，從而產生間隙，導致泄漏。機械密封輔助密封圈位置滲漏，一般是由于O形圈密封不良引起。

2.2 泄漏原因分析

（1）機械密封設計或加工等不滿足要求。機械密封本身不滿足設備精度或系統工況要求，主要有3方面原因：①動環或靜環端面平面度不滿足要求，使得機械密封動環與靜環接觸面存在間隙，導致泄漏。也可能因水泵內的介質、溫度等條件不同，動環或靜環材料不滿足條件，受到介質腐蝕等影響而出現密封失效；②機械密封彈簧也可能由于水泵流體介質、溫度等工況影響，造成彈簧彈力失效，甚至彈簧疲勞斷裂等情況，使得動環與靜環無法緊密接觸，出現間隙，導致機械密封失效，出現泄漏；③O形圈設計尺寸、型號、材料等因素，不滿足密封介質或運行轉速等要求，從而出現密封圈脫落、斷裂等情況，導致密封失效。

（2）機械密封安裝過程不規范。機械密封安裝不滿足要求，主要有：①安裝不到位，隨著設備不斷運行，彈簧補償量不足，動環與靜環之間存在間隙，不滿足密封要求，導致泄漏。O形圈未安裝到位，密封位置出現間隙，也會導致泄漏；②安裝過緊，彈簧壓縮量過大，導致動環與靜環貼合過度緊密，在水泵運行過程中，輔助設施提供的冷卻介質不足以冷卻其產生的熱量，較高轉速使得動環與靜環磨損嚴重。甚至磨損產生的高溫，使得動環或靜環變質，引起機械密封泄漏。安裝過程不符合規范，密封圈擠壓過緊，導致O形圈受力變形，引起密封失效。

（3）機械密封受雜質影響。如果流體介質中存在細小雜質，或者泵腔、管道等處存在顆粒性雜質，被引進機械密封。在水泵運行過程中劃傷或損傷動環或靜環，使得機械密封泄漏超標。雜質也會使機械密封彈簧壓縮不良，導致動環與靜環貼合不均勻或不緊密，引起泄漏。O形圈也可能因雜質而影響密封效果，導致O形圈貼合不緊密或不均勻，使得密封介質從O形圈處泄漏。

（4）機械密封冷卻不足。機械密封因條件不同一般會有不同的沖洗方案，輔助設施利用泵內的壓力差輸送介質，對密封面進行沖洗，完成機械密封的潤滑冷卻。機械密封冷卻水管出現堵塞或者向外滲漏，引起機械密封冷卻水不足，機械密封得不到及時冷卻，使得機械密封干磨，導致動環或靜環磨損，引起泄漏。

（5）水泵運行不滿足標準。水泵運行過程中，振動超標或軸竄較大，也會造成機械密封受損，動環或靜環端面受振動影響損傷，導致機械密封泄漏。

2.3 機械密封泄漏處理及驗證

機械密封是水泵設備重要部件，承擔介質密封作用。機械密封出現滲漏超標情況時，一般處理流程如下：

（1）斷電隔離系統內出現機械密封泄漏缺陷的水泵，對水泵機械密封及其輔助設施拆卸檢查，判斷機械密封失效原因。

（2）機械密封受損失效后，針對設備工況，需要更換機械密封。選用型號、材料等滿足要求的機械密封，檢查新的機械密封，機械密封應完好符合要求，無雜質、灰塵等，且滿足設備精度要求。

（3）清潔檢查設備內部，保證機械密封安裝環境的潔凈度，按要求檢查并安裝機械密封及輔助設施，完成其余部件回裝，并滿足設備相應標準。

（4）打開泵入口閥，引入介質試靜壓，檢查密封性，緩慢盤車檢查泄漏情況，同時排出密封腔內氣體，最后啟泵運行，檢查密封情況。

3 機械密封維護注意事項

（1）機械密封的選擇要符合系統介質、溫度等要求。

（2）機械密封安裝過程應滿足機械密封的安裝要求，保證機械密封的壓縮量等參數要求。

（3）機械密封安裝環境應保證一定潔凈度，避免因雜質影響受損失效。

（4）機械密封應保證足夠的機械密封冷卻水，使其得到充分的潤滑冷卻和沖洗。

（5）檢查水泵設備過程中，注意設備的振動、溫度等參數，避免對水泵設備機械密封造成影響。