史 磊

（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼分公司設(shè)備能源部， 河北 張家口 075100）

引言

一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造水平的高低通常是衡量其工業(yè)制造綜合實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)，水泵作為液體輸送或增壓的重要設(shè)備，又是衡量機(jī)械制造水平的重要方面。水泵的應(yīng)用方面非常廣，涉及工業(yè)生產(chǎn)和建筑建設(shè)等行業(yè)的各個(gè)方面，因此，水泵維修就不可避免成為一項(xiàng)重要的內(nèi)容。水泵在實(shí)際運(yùn)作中，由于其傳輸介質(zhì)的要求不同，對(duì)其進(jìn)行有效密封也就成為必不可少的內(nèi)容。水泵一般采取的密封方式是機(jī)械密封，因?yàn)闄C(jī)械密封具有節(jié)能、泄露微小和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。因此，在水泵維修研究方面，機(jī)械密封技術(shù)是一個(gè)重要研究方向，也越來(lái)越受到研究人員的重視[1]。

1 機(jī)械密封技術(shù)概述

1.1 機(jī)械密封原理

機(jī)械密封具體來(lái)說(shuō)是一種裝置，用于解決機(jī)體與旋轉(zhuǎn)軸之間的密封，主要應(yīng)用于密封彈性元件的預(yù)緊和壓緊兩個(gè)方面。機(jī)械密封是由五大部分組成的結(jié)構(gòu)，彈性元件、傳動(dòng)件、輔助密封件、端面摩擦副和緊固件，另外還有四個(gè)泄露通道。靜環(huán)和動(dòng)環(huán)端面存在間隙，以及靜、動(dòng)密封圈，這些位置均存在泄漏可能。其中，最關(guān)鍵的是靜動(dòng)環(huán)端面間隙，機(jī)械密封是否有效，性能是否優(yōu)良，以及機(jī)械密封的工作壽命直接由靜動(dòng)環(huán)端面間隙決定。

1.2 影響機(jī)械密封的因素

空化特性的存在是影響機(jī)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(huì)導(dǎo)致機(jī)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(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生大量的間隙收斂區(qū)和間隙發(fā)散區(qū)。間隙發(fā)散區(qū)的存在將會(huì)導(dǎo)致密封氣壓下降，以密封介質(zhì)飽和蒸氣壓為限度，一旦密封氣壓降低到這個(gè)限度以下，液膜將發(fā)生汽化現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生空穴和氣泡，這就是空化現(xiàn)象?？栈F(xiàn)象的產(chǎn)生將會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械密封的性能，所以抑制空化效應(yīng)的產(chǎn)生是機(jī)械密封技術(shù)研究的一個(gè)重要方面。

1.3 機(jī)械密封技術(shù)介紹

在進(jìn)行水泵維修時(shí)，對(duì)其實(shí)施密封是一項(xiàng)重要操作，而機(jī)械密封技術(shù)是水泵維修中比較成熟的密封技術(shù)，它有著非常廣泛的應(yīng)用范圍，幾乎滿足所有種類(lèi)的水泵密封需求。在水泵維修中，機(jī)械密封技術(shù)的使用可有效提高維修效率，減少維修工作量，同時(shí)降低設(shè)備損耗率。

2 機(jī)械密封常見(jiàn)的泄漏方式

1）端面摩擦密封副是機(jī)械密封發(fā)生泄漏的主要方式，其性能的好快直接決定了機(jī)械密封的性能好壞，同時(shí)決定了機(jī)械密封磨損情況和使用壽命。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明機(jī)械密封泄漏約90%的原因是密封副發(fā)生了異常。而對(duì)于密封副而言，接觸端面的粗糙度決定了其性能，當(dāng)端面平面度達(dá)到0.9μm，輪廓算數(shù)平均偏差在0.05～0.20μm范圍內(nèi)。

2）另一類(lèi)常見(jiàn)的泄漏是輔助密封面的泄漏，主要是動(dòng)、靜環(huán)密封處泄漏。造成此類(lèi)泄漏的主要原因是輔助密封面，尤其是動(dòng)環(huán)與軸處的密封面發(fā)生了銹蝕，或者因形成水垢、反應(yīng)物料等導(dǎo)致了動(dòng)環(huán)發(fā)生擱住。

3）還有一處比較容易發(fā)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(gè)方面。為避免此處的泄漏，需選用跟密封介質(zhì)相配合的材料。

3 機(jī)械密封技術(shù)在水泵維修中的應(yīng)用

3.1 機(jī)械密封端面摩擦狀態(tài)研究

機(jī)械密封又被稱(chēng)為端面摩擦，如下頁(yè)圖1所示是端面摩擦的微觀模型。在機(jī)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(diǎn)，也就是圖1中A部分，此時(shí)如果閉合力比較大，微凸體的表面膜將有可能發(fā)生破裂，導(dǎo)致機(jī)械部件直接接觸。圖1中的B部分相對(duì)于A部分，空隙較大，為邊界膜接觸，各個(gè)微凸體之間會(huì)形成較大的微觀空腔，也就是圖中所示的C部分。當(dāng)液膜的平均厚度較小時(shí)，微觀空腔呈不連續(xù)狀態(tài)，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)液體充不滿或者即使充滿但壓力也很小的問(wèn)題，一旦出現(xiàn)這種情況，邊界膜和機(jī)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(dāng)微觀空腔較為密集時(shí)，微凸體將不會(huì)直接接觸，此時(shí)形成的是流體摩擦。

圖1 機(jī)械密封端面摩擦原理

對(duì)于一般的機(jī)械密封來(lái)說(shuō)，其正常的工作狀態(tài)是混合摩擦，也就是既有邊界摩擦又有流體摩擦，因此，對(duì)于摩擦學(xué)的深入研究是研究機(jī)械密封技術(shù)的一個(gè)主要方面。隨著摩擦學(xué)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)表面粗糙度是影響機(jī)械密封性能的主要方面，且密封端面處于徑向平行狀態(tài)時(shí)，對(duì)機(jī)械密封性能的發(fā)揮最為有利。

3.2 機(jī)械密封分析

在水泵維修中，機(jī)械密封是否完好、有效是泵維修的一個(gè)主要方面。機(jī)械密封失效不僅能夠使水泵無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至還有可能引起重大事故。因此分析機(jī)械密封是否有效，以及失效原因研究對(duì)于解決機(jī)械密封問(wèn)題至關(guān)重要。根據(jù)邁爾提出的泄漏量公式可以看出，在水泵的不同使用過(guò)程中，機(jī)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(huì)不同。再者，由于泄漏量的影響因素較多，邁爾公式只能對(duì)泄漏進(jìn)行粗略估算，如果想計(jì)算出微小泄漏，并及時(shí)進(jìn)行水泵的密封維修，就需要對(duì)泄漏量進(jìn)行更為精確的計(jì)算[2]。

機(jī)械密封的失效往往伴隨持續(xù)性或間歇性的泄漏，有些泄漏是比較容易被發(fā)現(xiàn)，并得到及時(shí)妥善解決，比如，密封端蓋、軸間與泵體之間的發(fā)生的泄漏。但是對(duì)于輸送易汽化介質(zhì)的水泵而言，必須對(duì)泄漏進(jìn)行仔細(xì)的觀察、分析和研究，通過(guò)直觀判斷、經(jīng)驗(yàn)判斷等，進(jìn)行正確的泄漏判斷。

3.3 高溫水泵的機(jī)械密封分析

密封端面摩擦產(chǎn)熱，當(dāng)熱量得不到有效散除時(shí)，密封面將會(huì)發(fā)生液膜沸騰現(xiàn)象。這一汽化現(xiàn)象的判斷可通過(guò)密封環(huán)發(fā)音判斷，或者間歇振蕩冒汽判斷。當(dāng)靜環(huán)發(fā)生輕微遙蝕時(shí)，將會(huì)形成彗星狀溫力。液體發(fā)生汽化，將會(huì)導(dǎo)致密封面傾斜，與碳石墨環(huán)形成外緣切邊。動(dòng)環(huán)也會(huì)因?yàn)橐耗まD(zhuǎn)移成蒸汽狀態(tài)而在硬密封面上出現(xiàn)熱裂。一旦兩個(gè)密封面分開(kāi)，密封面之間將會(huì)被冷卻器液體充滿，進(jìn)而合攏[3]。

為了避免此類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該對(duì)被密封產(chǎn)品進(jìn)行校核，看是否滿足需要。另外，采用窄密封面也是解決此類(lèi)問(wèn)題的重要手段，還有確保循環(huán)線無(wú)堵塞，有足夠的循環(huán)液量。

4 結(jié)論

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