徐鐵+林志強(qiáng)

摘 要：針對(duì)某某型艇配套的臥式自吸離心泵多臺(tái)次出現(xiàn)的機(jī)械密封失效、漏水的故障現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，認(rèn)為該機(jī)械密封的失效與其使用的工作環(huán)境密切相關(guān)，進(jìn)而通過改進(jìn)機(jī)械密封的安裝結(jié)構(gòu)排除了故障，并指出對(duì)自吸離心泵軸封腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮其環(huán)境條件的因素。

關(guān)鍵詞：臥式自吸離心泵 機(jī)械密封 故障分析 解決措施

1.前言

若干艘某某型艇配套的臥式自吸離心泵作淡水泵使用。在投入使用后頻頻發(fā)生機(jī)械密封失效而導(dǎo)致漏水的故障，影響了正常使用。

筆者在艇上該泵的使用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其機(jī)械密封的故障現(xiàn)象，以及該型泵在現(xiàn)場(chǎng)的安裝使用情況進(jìn)行反復(fù)觀察、了解，分析了該型泵機(jī)械密封失效的根本原因是由于該泵的運(yùn)行環(huán)境條件所造成。最后通過對(duì)機(jī)械密封的重新選型和改進(jìn)其安裝腔室結(jié)構(gòu)，使之適應(yīng)該泵運(yùn)行環(huán)境條件而徹底排除了故障。

2.自吸離心泵的軸封結(jié)構(gòu)及故障原因分析

2.1自吸離心泵的軸封結(jié)構(gòu)形式及其運(yùn)行的環(huán)境條件

如圖1所示，該型艇的淡水泵為臥式自吸離心泵。正與普通的臥式自吸離心泵一樣，它是由泵體、葉輪、泵蓋、泵軸、機(jī)械密封等零部件組成。

本型泵的軸封結(jié)構(gòu)形式為單端面機(jī)械密封，并安裝在與泵腔（高壓區(qū)）相互連通的密封腔室內(nèi)。

眾所周知，機(jī)械密封的密封效果主要依靠動(dòng)環(huán)與靜環(huán)組成的摩擦副。在其使用前一定要加足清水，以免造成干摩擦，使摩擦副密封面磨損、破裂和燒結(jié)。由于本型臥式自吸離心泵的密封腔與泵腔（高壓區(qū)）相互連通的，而自吸離心泵在首次啟動(dòng)前也必須往泵腔內(nèi)注滿水，由于自吸離心泵的自吸時(shí)間一般不會(huì)超過150秒，因此泵腔內(nèi)所儲(chǔ)存的水能有效保證泵自吸過程中對(duì)機(jī)械密封的冷卻和潤(rùn)滑。泵自吸過程完成后進(jìn)入正常工作狀態(tài)，此時(shí)泵抽送的水會(huì)源源不斷通過泵腔，也能保證機(jī)械密封摩擦副長(zhǎng)期得到有效的冷卻和潤(rùn)滑。所以自吸泵的密封腔不管是泵在自吸過程還是在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程，密封腔內(nèi)始終儲(chǔ)存有足夠的液體，從而保證機(jī)械密封的靜環(huán)與動(dòng)環(huán)組成的密封面摩擦副能夠得到這些液體的潤(rùn)滑與冷卻，防止機(jī)械密封的密封面干磨燒損及橡膠密封件因過熱而炭化失效。

2.2機(jī)械密封的故障原因分析

筆者在艇上對(duì)出現(xiàn)機(jī)械密封失效故障的泵進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封的橡膠密封件已有明顯燒焦炭化的痕跡，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的密封面也有燒傷變色的痕跡。從故障現(xiàn)象分析表明，機(jī)械密封的失效是因?yàn)槿彼\(yùn)行造成動(dòng)環(huán)與靜環(huán)干磨燒損所致。

該泵的使用是為了保持該艇的配重平衡而設(shè)置，當(dāng)艇的首部隨貨物的消耗出現(xiàn)裝載過輕時(shí)，須將儲(chǔ)存于艇的尾部淡水艙中的淡水抽送到艇的首部進(jìn)行壓載。尾部淡水艙的儲(chǔ)水量只有2.5m3，而裝配的自吸離心泵的額定流量為8m3/h。因此在約20分鐘的時(shí)間內(nèi)該泵就能把淡水艙的水全部抽完。若在每次抽完水后及時(shí)停泵即不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械密封因?yàn)槿彼\(yùn)行導(dǎo)致動(dòng)環(huán)與靜環(huán)干磨燒損的故障。但是由于該泵的電器控制裝置沒有設(shè)置自動(dòng)監(jiān)視斷水停機(jī)的功能，操作者也不可能每次都在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視淡水艙的水是否被抽完。因此，由于淡水艙的水被抽完后沒有及時(shí)停泵，泵仍不停地空轉(zhuǎn)，甚至連儲(chǔ)存在泵腔內(nèi)僅有的用于下一次啟動(dòng)時(shí)自吸引水必須的液體也全部被排出泵外。機(jī)械密封最終因缺水運(yùn)行導(dǎo)致動(dòng)環(huán)與靜環(huán)干磨燒損、橡膠密封件燒焦炭化的故障。

以上情況說明，出現(xiàn)機(jī)械密封失效而漏水的原因似乎就是使用不當(dāng)造成的。但從更深層次去分析原因的話，筆者認(rèn)為其基本原因應(yīng)是該艇的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到泵斷水后可能出現(xiàn)的故障問題，從而在設(shè)計(jì)上未采取任何斷水保護(hù)措施。

3.自吸離心泵的軸封結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1解決機(jī)械密封故障的方案選擇

綜述原因，提出了解決問題的如下3個(gè)方案。

方案1：在自吸離心泵的電器啟動(dòng)箱的控制回路上，增加時(shí)間繼電器。使泵啟動(dòng)后時(shí)間繼電器開始計(jì)時(shí)，并在時(shí)間繼電器的設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)停泵。

方案2：在自吸離心泵的出水管道上安裝一個(gè)水流感應(yīng)器或水壓感應(yīng)器，當(dāng)泵出現(xiàn)斷流或沒有出水壓力時(shí)，該感應(yīng)器能向泵的啟動(dòng)箱發(fā)出停泵信號(hào)，從而將泵關(guān)停。

方案3：將自吸離心泵的軸封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使機(jī)械密封能在泵斷流的情況下仍能可靠地工作。

方案1和方案2因涉及電器啟動(dòng)箱的改進(jìn)，布置電線、電纜，還涉及電線、電纜的穿艙水密等問題。最后經(jīng)使用方同意，采用方案3。

3.2軸封結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案的實(shí)施改進(jìn)時(shí)應(yīng)充分考慮以下幾點(diǎn)原則：（1）應(yīng)保證自吸離心泵的性能參數(shù)指標(biāo)不變。

（2）應(yīng)保證自吸離心泵的外形及安裝尺寸不變。

（3）應(yīng)以最少的零部件改動(dòng)，達(dá)到最理想的效果。

（4）為達(dá)到自吸離心泵在斷流且泵腔內(nèi)沒有儲(chǔ)水的情況下機(jī)械密封仍然有水冷卻與潤(rùn)滑的效果。機(jī)械密封腔應(yīng)與泵腔分隔，使機(jī)械密封安裝在能夠儲(chǔ)存水的獨(dú)立的密封腔內(nèi)。

如圖2所示，為改進(jìn)后的密封結(jié)構(gòu)圖。把原來的單端面機(jī)械密封改為滿足相同軸徑安裝要求的雙端面機(jī)械密封；把原來的泵蓋改為互相嵌裝在一起隔離板和密封蓋，其徑向和軸向定位仍采用原泵的位置和尺寸；在密封蓋上部安裝一個(gè)注水螺塞。

密封腔結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，雙端面機(jī)械密封處于一個(gè)封閉的密封腔內(nèi)。由于密封腔儲(chǔ)存的水不會(huì)受到泵腔內(nèi)葉輪的影響，因此相對(duì)而言密封腔內(nèi)的水在較長(zhǎng)一段內(nèi)是不會(huì)消耗的。從而確保自吸離心泵在斷流及泵腔內(nèi)無水的情況下，密封腔內(nèi)仍有水對(duì)雙端面機(jī)械密封進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑，保證雙端面機(jī)械密封不會(huì)發(fā)生干磨燒壞。改進(jìn)前后的機(jī)械密封腔結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖3。

3.3軸封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的試驗(yàn)效果和使用效果

試驗(yàn)1：軸封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的臥式自吸離心泵裝在試驗(yàn)臺(tái)上。泵進(jìn)出口均不接入管路（使泵斷流），按正常條件泵腔和密封腔均注滿水。啟動(dòng)泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)5個(gè)多小時(shí)，每隔30分鐘測(cè)量機(jī)械密封腔溫度，實(shí)測(cè)最高溫度在48℃（當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度為31℃），試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象。試驗(yàn)完后拆卸檢查，原泵腔內(nèi)充滿的水已被葉輪飛濺或蒸發(fā)后僅剩下3ml，密封腔內(nèi)儲(chǔ)存的水未見減少，機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)未見有燒損痕跡，橡膠密封件完好。

試驗(yàn)2：軸封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的臥式自吸離心泵裝在試驗(yàn)臺(tái)上。泵進(jìn)出口均不接入管路（使泵斷流），泵腔內(nèi)無水，密封腔注滿水。啟動(dòng)泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)9個(gè)多小時(shí)，每隔30分鐘測(cè)量機(jī)械密封腔溫度，實(shí)測(cè)最高溫度在48℃（當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度為31℃），試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象。試驗(yàn)完后拆卸檢查，原泵腔內(nèi)充滿的水已被葉輪飛濺或蒸發(fā)后僅剩下3ml，密封腔內(nèi)儲(chǔ)存的水未見減少，機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)未見有燒損痕跡，橡膠密封件完好。

4.結(jié)論

在艦船用水泵的故障中，機(jī)械密封的故障占相當(dāng)高的比例，其原因較多。其中也有因整個(gè)水泵管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、水泵選型或水泵設(shè)計(jì)時(shí)，未充分考慮水泵可能出現(xiàn)斷流致使機(jī)械密封干磨運(yùn)行而失效的因素。此文可為相關(guān)從業(yè)人員起拋磚引玉的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳仁榮.船用離心泵.國(guó)防工業(yè)出版社，1991年10月.