水泵維修中機械密封技術(shù)的應(yīng)用分析

李雷濤

（山西晉城煤業(yè)集團寺河礦， 山西 晉城 048205）

引言

當(dāng)前機械密封技術(shù)逐漸成熟，將其運用到水泵維修環(huán)節(jié)，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(chǎn)系統(tǒng)運行效率。

1 機械密封技術(shù)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(tài)，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(dāng)機械密封處于工作狀態(tài)時，通常借助彈性元件的壓力，以及相應(yīng)的環(huán)端面密封運動副產(chǎn)生的預(yù)緊力，這樣能夠使得軸向端面產(chǎn)生相應(yīng)的密封作用。其中，動環(huán)端面和靜環(huán)端面兩者之間形成摩擦副，通常動環(huán)端面可以借助密封腔內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力。在靜環(huán)端面壓緊過程中，能夠使動、靜環(huán)的端面上產(chǎn)生相應(yīng)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(gòu)成機械密封[1]。

2 機械密封優(yōu)缺點

優(yōu)點：機械密封能夠?qū)こ虒嵺`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(jié)約用水的效果。

缺點：由于機械密封需要相對復(fù)雜的機構(gòu)，因此需要的零件較多，占用空間。需依據(jù)不同的密封介質(zhì)，選擇相應(yīng)的機械密封形式及對應(yīng)的工藝參數(shù)。一旦出現(xiàn)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(tài)

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(dāng)閉合力逐漸增加時，將增加邊界膜破裂的概率，這樣最終導(dǎo)致機械部分直接接觸。假如閉合力越來越小，那么相應(yīng)的微凸體所能夠負擔(dān)的支撐載荷也變小，如圖1 中B位置所示。當(dāng)中間出現(xiàn)比較大的空隙時，可以形成邊界膜，與此同時也可以構(gòu)成不同的微觀空腔，如圖1 的C所示。假如構(gòu)成的邊界膜比較薄，這樣將出現(xiàn)不連續(xù)的微觀空腔，形成未充滿的腔，因此對應(yīng)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(dāng)水泵處于密封狀態(tài)時，往往出現(xiàn)邊界摩擦以及液體摩擦相結(jié)合的形式。由此可以看出，要想對水泵的機械密封技術(shù)實現(xiàn)優(yōu)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(yīng)用機械密封，不僅是由于機械密封效果良好，而且能夠優(yōu)化水泵使用年限。假如機械密封出現(xiàn)問題，會嚴重影響水泵使用情況，更有甚者引發(fā)重大的機械事故。由此可以看出，機械密封的效果以及相應(yīng)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(shù)；D2為密封環(huán)接觸端面外徑；P1為介質(zhì)壓力；P2為外界壓力；η 為介質(zhì)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(dāng)水泵處于工作狀態(tài)時，對應(yīng)的機械密封位置形成的摩擦副與相應(yīng)的粗糙度將不斷發(fā)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(xiàn)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(huán)接觸端面相關(guān)的幾個參數(shù)：第一，外徑；第二，介質(zhì)壓力；第三，外界壓力等。由此可以看出，當(dāng)計算水泵運行泄漏量時，通常依據(jù)水泵所處的實際狀態(tài)，以及相應(yīng)的機械密封狀況。當(dāng)機械密封出現(xiàn)事故時，往往導(dǎo)致出現(xiàn)持續(xù)性的泄漏。出現(xiàn)在密封端蓋、軸間與泵體之間的泄漏比較容易發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)象

當(dāng)水泵處于工作狀態(tài)時，由于密封端面位置在摩擦?xí)r往往產(chǎn)生一定的熱量，假如熱能不能及時擴散，那么將會導(dǎo)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(fā)生氣化變化，這樣使得密封出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。當(dāng)液體膜出現(xiàn)蒸汽時，相應(yīng)的動環(huán)端密封往往出現(xiàn)熱裂現(xiàn)象。高溫將導(dǎo)致兩個密封端面出現(xiàn)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(yīng)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(fā)現(xiàn)，水泵采用含有固體顆粒介質(zhì)水泵能夠滿足礦場需要。當(dāng)水泵工作時，進入一定硬度的固體顆粒，這樣導(dǎo)致密封端面出現(xiàn)相對嚴重的磨損，最終引起石墨表面出現(xiàn)磨損，影響端面平衡度，使得端面出現(xiàn)大量的磨損，相應(yīng)的補償彈力變小，最終出現(xiàn)密封失效。由于失效而引發(fā)水泵燒毀，因此造成不必要的經(jīng)濟損失。

經(jīng)過分析機械密封失效維修分析發(fā)現(xiàn)，在使用機械密封時，動靜密封環(huán)所使用的材質(zhì)用新型碳化鎢一鉆合金替換傳統(tǒng)的碳化硅。輔助密封圈的材質(zhì)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(yōu)化潛水電泵上機械密封方面起到良好的作用。經(jīng)過統(tǒng)計公司每年維修水泵數(shù)量達到5000 多臺，由于密封泄漏維修的數(shù)量達到2 000臺，經(jīng)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(jié)約公司的經(jīng)濟開支。

5 結(jié)語

將機械密封應(yīng)用于水泵中，不僅可以有效地優(yōu)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(xué)者在水泵密封研究中，將機械密封端面摩擦當(dāng)作攻關(guān)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(shù)，這樣不僅能夠優(yōu)化設(shè)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(yōu)化機械密封的效果，提高水泵的綜合性能，節(jié)省大量的維修費用。