王亞

摘要：水泵在機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，生產(chǎn)過(guò)程中所有的液體循環(huán)以及加壓操作等，都需要由水泵運(yùn)行完成。在水泵運(yùn)行中，其密封效果對(duì)運(yùn)行質(zhì)量與機(jī)械使用壽命有重要影響。機(jī)械密封技術(shù)是解決水泵泄露問(wèn)題的主要技術(shù)手段，本文主要介紹了機(jī)械密封技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)水泵維修中機(jī)械密封的具體應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：水泵維修;機(jī)械密封;應(yīng)用

0 ?引言

在水泵泄露維修中，最常用的一種維修方式就是機(jī)械密封。水泵實(shí)際運(yùn)行中，在不同生產(chǎn)系統(tǒng)中所需要傳輸?shù)慕橘|(zhì)是不同的，防止水泵泄露成為機(jī)械生產(chǎn)運(yùn)行的工作重點(diǎn)。現(xiàn)階段，機(jī)械密封技術(shù)水平不斷成熟發(fā)展，其在水泵維修中的應(yīng)用，有效解決了水泵泄露問(wèn)題，極大的延長(zhǎng)了水泵的使用壽命，從而提高水泵運(yùn)行質(zhì)量，提升機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行效率。

1 ?機(jī)械密封技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 機(jī)械密封技術(shù)

機(jī)械密封主要是通過(guò)利用垂直于軸做相對(duì)滑動(dòng)運(yùn)行的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力或者磁力的作用下，保持良好的貼合狀態(tài)，并通過(guò)配備相應(yīng)的輔助密封設(shè)施，如O型密封圈，從而實(shí)現(xiàn)阻止流體泄露的一種軸封裝置。機(jī)械密封在工作中，主要是利用彈性元件自身產(chǎn)生的壓力壓緊，以及通過(guò)其對(duì)動(dòng)、靜環(huán)端面密封副產(chǎn)生的預(yù)緊與介質(zhì)壓力進(jìn)行壓緊，從而保證軸向端面能夠達(dá)到密封的效果。其中，動(dòng)環(huán)端面與靜環(huán)端面共同組成了摩擦副，動(dòng)環(huán)端面通過(guò)利用密封室內(nèi)的液體產(chǎn)生的壓力，以及彈性元件產(chǎn)生的推力的共同作用下，對(duì)靜環(huán)端面進(jìn)行壓緊，同時(shí)在動(dòng)、靜環(huán)的端面上形成適當(dāng)?shù)谋葔?，并保證在端面中保持留有一層非常薄的邊界膜，也稱液體膜，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封。因此，又可以將機(jī)械密封稱為端面密封。

1.2 機(jī)械密封優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械密封可以實(shí)現(xiàn)良好的密封效果，做到無(wú)泄漏;降低對(duì)泵軸的磨損程度，提高水泵的使用壽命;適用范圍十分廣泛，可以應(yīng)用于不同傳輸介質(zhì)，不同溫度、壓力及轉(zhuǎn)速軸頸下使用;具有明顯的節(jié)約水電資源的效果，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

缺點(diǎn)：機(jī)械密封的機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，零部件較多;機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)形式選擇需要根據(jù)不同傳輸介質(zhì)的性質(zhì)，以及工藝參數(shù)、安裝密封空間等進(jìn)行選擇;機(jī)械密封一旦損壞，通常需要大修。

2 ?機(jī)械密封在水泵維修中的應(yīng)用

2.1 機(jī)械密封端面摩擦狀態(tài)研究

如圖1，機(jī)械密封端面摩擦原理圖中可以看出，當(dāng)機(jī)械密封閉合力作用時(shí)，主要受力點(diǎn)在表面微凸體，如圖1中的A部分所示，隨著閉合力的不斷增大，微凸體的邊界膜破裂的可能性增大，機(jī)械部件可能會(huì)發(fā)生直接接觸。當(dāng)閉合力逐漸減小時(shí)，微凸體所承受的支撐載荷相對(duì)減弱，則會(huì)出現(xiàn)如圖1中B部分所示，相對(duì)于較大閉合力時(shí)的A部分，中間的空隙較大，形成邊界膜接觸，同時(shí)在各個(gè)微凸體中間會(huì)形成不同程度的微觀空腔，如圖1中的C部分。如果邊界膜的平均厚度較薄，微觀空腔的狀態(tài)則是不連續(xù)的。因此，在微觀空腔內(nèi)的液體通常處于不充滿狀態(tài)，即使是空腔內(nèi)充滿液體，其產(chǎn)生的壓力也不會(huì)很大。這時(shí)，邊界膜與機(jī)械組建工程承受機(jī)械密封的閉合力，形成便捷摩擦。如果微觀空腔非常密集，則各個(gè)微凸體之間則不會(huì)存在相互接觸的情況，這時(shí)產(chǎn)生的摩擦則是流體摩擦。

通常情況下，水泵在機(jī)械密封的狀態(tài)下會(huì)呈現(xiàn)出邊界摩擦與液體摩擦的混合工作狀態(tài)。因此，深入研究機(jī)械密封端面摩擦是提高機(jī)械密封技術(shù)在水泵維修中應(yīng)用的主要方面。并且，在關(guān)于水泵運(yùn)行中端面摩擦研究中，可以發(fā)現(xiàn)表面粗糙度對(duì)機(jī)械密封的效果有一定的影響。而且當(dāng)密封端面呈現(xiàn)徑向平行時(shí)，機(jī)械密封效果最佳。

2.2 機(jī)械密封分析

機(jī)械密封在水泵維修中的應(yīng)用，主要是保證機(jī)械密封效果良好，使水泵保持良好的運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械密封失效后，水泵的正常運(yùn)行則會(huì)受到極大的影響，嚴(yán)重還可能會(huì)造成機(jī)械運(yùn)行重大事故。因此，在機(jī)械密封分析中，重點(diǎn)在于對(duì)機(jī)械密封效果分析以及機(jī)械密封失效原因探究方面。以下為邁爾提出的泄漏量公式：

C2——流動(dòng)系數(shù);

D2——密封環(huán)接觸端面外徑;

P1——介質(zhì)壓力;

P2——外界壓力;

η——介質(zhì)粘度;

b——摩擦面寬度;

V——摩擦端面平均線速度;

Pc——端面比壓。

在水泵運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)械密封的摩擦副表面的形狀以及粗糙程度是隨著實(shí)際運(yùn)行而不斷變化的，由公式可以看出，水泵運(yùn)行的泄漏量也會(huì)不同。同時(shí)，從公式中還可以看出，影響泄漏量的因素非常多，包括密封環(huán)接觸端面外徑、介質(zhì)壓力、外界壓力等。因此，在計(jì)算水泵運(yùn)行微小泄漏量時(shí)，需要根據(jù)水泵實(shí)際運(yùn)行情況，以及機(jī)械密封維修情況，進(jìn)行更加精確的計(jì)算。

水泵維修在機(jī)械密封失效后，常常會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性泄露或者間歇性泄露的問(wèn)題，當(dāng)在密封端蓋、軸間與泵體之間發(fā)生泄露時(shí)，往往比較容易被發(fā)現(xiàn)，從而及時(shí)有效解決泄露問(wèn)題。

2.3 高溫水泵的機(jī)械密封分析

在水泵運(yùn)行過(guò)程中，密封端面相互摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，如果這些熱量不能及時(shí)進(jìn)行疏散，則會(huì)引發(fā)密封端面液體膜發(fā)生沸騰現(xiàn)象。判斷這一現(xiàn)象的主要方法是通過(guò)辨別密封環(huán)發(fā)出的聲音來(lái)進(jìn)行，或者通過(guò)間歇振蕩冒汽的情況進(jìn)行判斷。當(dāng)靜環(huán)端面被輕微腐蝕，其表面會(huì)形成彗星狀的溫力。同時(shí)，液體膜沸騰導(dǎo)致的液體汽化，會(huì)造成密封端面發(fā)生傾斜，與碳石墨環(huán)呈現(xiàn)出外緣切邊的狀態(tài)。并且由于液體膜呈現(xiàn)出蒸汽狀態(tài)，動(dòng)環(huán)硬密封面上也會(huì)發(fā)生熱裂現(xiàn)象。當(dāng)兩個(gè)密封端面由于高溫而分開(kāi)，其中間則會(huì)被冷卻器液體充滿，從而合攏。為了避免高溫影響機(jī)械密封效果，則需要對(duì)被密封產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的校對(duì)，檢查其是否滿足機(jī)械密封的需求。同時(shí)，還可以采用窄密封面，或者保證循環(huán)線不會(huì)發(fā)生堵塞，保證循環(huán)液量的暢通等方式，防止這一類問(wèn)題的產(chǎn)生。

3 ?機(jī)械密封在水泵維修中的實(shí)效分析

鍋爐系統(tǒng)循環(huán)水泵在2017年進(jìn)行了機(jī)械密封改造，其應(yīng)用循環(huán)水泵型號(hào)為20HBA，在沒(méi)有進(jìn)行改造前，循環(huán)水泵每年需要更換4次油盤根，且每次更換量在1公斤左右，當(dāng)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格為30元。因?yàn)楸P根磨損，因此水泵軸與相關(guān)配套軸瓦在3年左右就需要更換一次，成本在7000元左右，若不計(jì)人工成本，則平均一臺(tái)循環(huán)水泵每年的維修成本在2500元左右。

進(jìn)行機(jī)械密封改造后，經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好，循環(huán)水泵在成本費(fèi)用消耗方面明顯降低，并且水泵維修的大修期至少在3年左右。并且，機(jī)械密封改造后，循環(huán)水泵運(yùn)行的摩擦阻力降低，運(yùn)行耗電下降了8度/h左右，全年節(jié)省了大量電力，成本約在3萬(wàn)元。因此，機(jī)械密封在水泵維修中具有良好的實(shí)效，每年可節(jié)約大量的維修成本，并且增強(qiáng)了水泵運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

礦用潛水電泵受井下使用環(huán)境影響，使用的水泵屬于含有固體顆粒介質(zhì)中的潛水電泵。當(dāng)有硬度高、外形銳利的固體顆粒進(jìn)入密封端面使自然磨損加快，把石墨表面劃破、研磨端面，使其發(fā)生劇烈磨損，端面高度不斷降低。端面磨損越多，彈簧伸出越長(zhǎng)，補(bǔ)償彈力越小，貼合力不能阻止高壓介質(zhì)進(jìn)入而發(fā)生泄漏失效。因此失效造成燒毀的潛水電泵維修費(fèi)用每臺(tái)成本不少于700元。

通過(guò)對(duì)機(jī)械密封在維修中的應(yīng)用分析，將機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)材質(zhì)由碳化硅更換為碳化鎢-鈷合金，將輔助密封圈材質(zhì)由丁腈橡膠更換為氟橡膠，調(diào)整靜密封的固定方式及密封環(huán)配合間隙，大大降低了潛水電泵上機(jī)械密封的泄漏失效。企業(yè)全年維修水泵量10000多臺(tái)，其中約3000余臺(tái)因密封泄漏導(dǎo)致，改造后節(jié)省維修費(fèi)用約200萬(wàn)元。

4 ?總結(jié)

機(jī)械密封技術(shù)在水泵維修工作中的應(yīng)用，極大的提高了水泵維修的有效性，增強(qiáng)水泵密封效果。當(dāng)前，隨著機(jī)械密封技術(shù)在水泵維修中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，機(jī)械密封在水泵維修中應(yīng)用的研究重點(diǎn)多集中在了機(jī)械密封端面摩擦狀態(tài)研究，機(jī)械密封效果分析以及高溫水泵機(jī)械密封分析等方面。因此，在對(duì)水泵維修中，應(yīng)當(dāng)科學(xué)選擇機(jī)械密封技術(shù)，盡可能降低設(shè)備震動(dòng)，并且及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備的泄露，避免溫度、壓力等變化對(duì)機(jī)械密封效果的影響，從而有效提升機(jī)械密封的效果，保證水泵正常運(yùn)行。

除此之外，通過(guò)在實(shí)踐工作中對(duì)水泵進(jìn)行機(jī)械密封改造，取得的實(shí)效表明機(jī)械密封在水泵維修中應(yīng)用，在提升水泵運(yùn)行性能，節(jié)約設(shè)備維修成本等方面的顯著優(yōu)勢(shì)，具有非常高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜海龍，李堯賓，陳杰，王瑞平.發(fā)動(dòng)機(jī)水泵機(jī)械密封工作原理及漏水故障分析[J].內(nèi)燃機(jī)，2019（04）：34-35，39.

[2]喬雄.水泵機(jī)械密封滲漏的原因和解決措施分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2018（07）：53-54.

[3]周鳴輝.水泵機(jī)械密封技術(shù)故障的原因分析及處理措施[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（22）：85.