水泵的機械密封技術在供水廠的應用探討

王振雷

（淄博市引黃供水有限公司，山東 淄博 255000）

近年來，隨著供水廠建設規模的日漸擴大，許多供水廠在運行過程中暴露了諸多的技術問題，特別是水泵泄漏問題較為突出，嚴重影響了供水工作。結合大部分供水廠的發展情況，填料密封為最常用的水泵密封手段，但在行業現代化發展的趨勢下，填料密封方面能耗過高、運維工作量大，為改變這一情況，一些大型供水廠采用了機械密封技術，密封效果好、節能性強。未來的供水廠中需大力推廣機械密封技術，以發揮這一技術的優勢，提高供水廠的運行水平。

1 機械密封技術概述

1.1 機械密封原理

在供水廠的運行中，機械密封為一種特殊的裝置，能有效處理機體與旋轉軸之間的密封問題，根據其實際情況，在密封彈性元件的預緊、壓緊方面效果突出。通常來說，機械密封的結構構成復雜，主要涉及彈性元件、傳動件、輔助密封件、端面摩擦副、緊固件、泄漏通道幾個部分。在靜環與動環端面之間往往存在或大或小的間隙，而靜、動密封圈部位出現泄漏的概率也相對較高。靜動環端面間隙為影響機械密封效果的重要因素，在很多時候機械密封被稱為端面密封，為兩塊密封元件（動環、靜環）垂直于軸的光滑、平直表面相互貼合，保持相對轉動所構成，屬于特殊的密封裝置，在流體壓力和機械外力作用下，旋轉的動環、靜環接觸面上將產生一定的壓緊力，該作用力使兩個端面緊緊貼合在一起并產生相對滑動運動。端面間由于存在非常薄的液體膜，對控制液體泄漏非常有效，此液體膜兼具流體動壓力、靜壓力，保障了其在工作中的潤滑與密封效果。

1.2 影響機械密封的因素

機械密封效果取決于多種因素，空化特性為一個關鍵部分，因為在實際的加工與制作過程中，企業所采用的加工制作工藝相對落后，導致加工精度達不到要求，或者未考慮熱變形與壓力變形的影響，這就使機械密封端面的表面粗糙度、徑向錐度等各項指標無法達到設計標準，形成間隙收斂區、發散區，由于存在間隙發散區，密封氣壓相對較小，以密封介質飽和蒸氣壓為限度，如密封氣壓下降到這一限值，液膜將產生汽化問題，引發空穴、氣泡，這一過程就是空化現象，當發生這一現象時，機械密封難以取得預期效果。

2 水泵機械密封技術在供水廠中的作用

2.1 監測設備運行狀態

在供水廠中采用機械密封技術可監測設備的運行狀態，以某供水廠為例，引入水泵機械密封技術可實時監測機組的軸承振動、溫度、電機電壓與電流等參數。在監測過程中，水泵機組的特征參數主要為振動頻率、速度、軸向位置，通過全面采集與分析這些數據，可準確評估機組的運行情況，用這些信息分析設備是否有故障，如存在故障，為哪種類型、如何處理。水泵與電機的連接由滑動軸承來實現，底座為獨立存在的部分，在水泵機組底座、高壓端、低壓端、電極驅動端、非驅動端分別布設監測點。供水廠監控中心的監測室內配備有現場監控系統、監測軟件，供水廠運行中這些軟件和系統與監測點相連接，也就可實時采集相關的數據與信息，最終通過監控中心軟件自動分析與處理數據，得到水泵機組運行狀態的有關信息，如個別參數超出限值，系統的預警模塊會自動發送預警與反饋信息，進而及時采取措施來處理問題。

2.2 診斷水泵機組故障

供水廠水泵機組的運行復雜，許多因素都會導致其運行故障，如在水泵機組運行中創造良好的條件，并規范操作設備，做好日常的維護與檢修，基本可保障機組的運行可靠性。但實際上，部分供水廠往往在這些工作中有所缺失，水泵機組運行中出現故障的概率較高，一旦發生了機組的運行故障，其中的有關參數將發生顯著的變化，如機組的運行效率有小幅度的下降，雖不會對機組運行造成更大的影響，但可能伴隨著資源的浪費，監測過程中當機組效率下降到一定程度的情況下基本可判定其存在故障，為避免更大的問題，需安排專業人員來維修。注水泵機組主要有離心泵、柱塞泵和注水泵幾種，以離心泵機組來看，其在運行中出現電磁振動、機械松動的概率較高，振動一般由機組軸心質量分布不均所導致，當然，如聯軸器安裝不規范也會誘發軸向振動。水泵出現機械松動故障后，諧波振幅波動明顯，軸承磨損嚴重，將造成油膜振蕩，引發軸彎曲問題。在供水廠水泵中采用機械密封技術同樣有助于輔助故障診斷，提高故障診斷準度、效率，在最短時間內恢復設備的正常運行。

3 機械密封與填料密封的對比

供水廠的水泵密封中，原來主要采用的是填料密封技術，但在當前機械密封表現出了明顯的優勢，主要表現為：（1）可靠性好，利用機械密封技術后，通過長時間分析水泵的運行狀態，發現水泵在絕大多數情況下都保持在相對穩定的運行狀態下，泄漏概率較低，即使發生泄漏問題，泄漏量也相對較小。結合有關數據，機械密封下的泄漏概率僅為填料密封的10%，利用這一密封技術時水泵的日常維護管理相對便捷，可做到無死角清潔，避免在水泵的隱蔽處存在雜菌堆積等現象，從這一角度而言，機械密封能提高供水的節能性。（2）使用壽命更長，有關技術人員根據供水廠的實際需求來展開專業化設計，再合理選擇不同介質的摩擦負荷比壓，可大大延長機械密封的使用壽命，根據實際經驗，使用時間一般在2 ～5 年。（3）靜環、動環接觸面因為有液體膜，軸與軸套在水泵運行時基本不會發生較為嚴重的磨損。（4）摩擦功率更小，符合供水廠節能減排的追求。（5）維修周期更長，機械密封下的磨損較小，日常的檢修維護工作量較小，供水廠不需要在此項工作中投入更大的人力、物力資源，可有效控制檢修維護成本。（6）抗震性、耐磨性好，適用范圍廣，即使水泵運行中出現了旋轉軸、密封腔振動傾斜的情況，密封裝置也不會受到影響。

4 機械密封技術在供水廠中的應用要點

4.1 經常性泄漏及其處理

雖然供水廠中的水泵機械密封技術具有多種優勢，但在不當操作下也可能會出現經常性泄漏問題。結合實際的工作經驗，水泵經常性泄漏一般由以下因素所引起：動環或靜環的密封面有或大或小的變形現象，一般為零件端面壓力增大導致熱量過高、接觸端面的壓力不符合要求、受力不均等引起；受到外部因素的較大影響，密封性能不足，外部因素主要為機械密封裝置的加工精度不符合要求、密封圈或密封元件的密封性不達標、密封元件與接觸面不垂直、彈簧調節能力偏低、個別零部件性能不好或安裝不達標；振動與偏向力過大。如供水廠的水泵發生經常性泄漏問題，在實際的工作中，為發揮機械密封的作用，有關人員需采取正確的安裝方式，并做好日常的維修工作。具體來說，主要需注意以下方面：結合實際需求來科學控制接觸端面比壓，一般需將這一數值保持在0.03 ～0.6，相關人員在確認了彈簧長度與剛性后，其壓縮量一般維持在2mm 上下；選擇的各種零部件的質量需符合要求，與加工精度較高的零部件生產廠家合作；有關人員在安裝機械密封裝置時需遵守安裝規范，保障安裝質量。

4.2 突然性泄漏故障處理

供水廠水泵運行中如出現突發性泄漏情況，可能是雜物不慎進入裝置、彈簧效能降低、水垢嚴重、進水口壓力超出標準所引起。面對這一問題，有關人員需立即開展檢修與維護工作，如選用耐壓性好、高強度的陶瓷或者硬質合金材料作為密封元件的接觸端面，并根據相關標準做好水泵摩擦熱量的冷卻與潤滑工作，優化和調整傳動設計。為在水泵中發揮機械密封的作用，技術人員應選用穩定、潤滑效果好的雙端面機械密封，后續裝置中如出現了雜質，需立即安排專人來完成清理工作，如存在彈簧失效現象，需立即更換新彈簧。

4.3 周期性泄漏故障處理

供水廠水泵運行中也會出現周期性泄漏故障，針對這一方面的故障，其分析和處理時的難度系數較高，轉子周期性異常振動、機械密封安裝不規范、機械密封裝置的內腔壓力有周期性大范圍波動、動環難以補償位移水泵轉子的軸向傳動等都會引發這一方面的問題。面對水泵的周期性泄漏情況，有關人員需強化技術管理，在整個安裝過程中，嚴格遵守操作規范，并在日常的工作中做好檢修與維護處理。

4.4 關注水泵機械密封細節

機械密封對提高水泵運行可靠性有著關鍵的作用，為避免機械密封失效，相關人員在機械密封操作之前應考慮密封裝置、密封技術等的要求，以水泵運行條件、需求、工作環境等為參考，開展前期的技術設計，并制定最為科學的安裝操作方案。首先，供水廠中的機械密封操作需要由專人來完成，主要是因為機械密封對水泵有著重要的作用，不論是安裝、拆卸都有極高的技術要求，如為非專業人員負責這些工作，可能會難以達到相應的工作規范，為此，供水廠中應選派專人來負責機械密封的安裝與處理。其次，后續采用機械密封技術的水泵在運行中，出現了故障，檢修人員需立即進入檢修階段，在此過程中需考慮水泵各零部件對機械密封的影響程度，在此基礎上采用科學的措施來提高機械密封的效果。當相關人員對供水廠中比較關鍵的水泵設備實施機械密封處理時，必須提前采取保護措施，如選擇水泵設備時需分析不同零部件之間的關系、供水系統的運行特點，保持機械密封的外部條件符合需求。

4.5 避免機械密封檢修的誤區

供水廠在利用水泵機械密封技術時，也需避免檢修誤區，檢修維護工作在很大程度上能提高機械密封的效能，為此，相關人員在負責有關工作時應注意檢修維護的細節工作。具體需注意以下方面：（1）彈簧壓縮量與機械密封效果雖有直接關系，但二者并非正相關關系，并不意味著較大的壓縮量就能保障良好的密封效果，如壓縮量過大，還可能會引起較大的摩擦損失，損壞部分零部件。與此同時，過度壓縮還會使彈簧調節能力失效，不利于保障密封性能。（2）動環密封環不能過緊，如密封環過緊，可能會導致軸套與密封圈之間的磨損嚴重，同步增大移動阻力，誘發密封裝置彈簧的疲勞、密封圈的變形，為此，日常檢修中相關人員需科學控制動環、密封圈的緊度。（3）靜環密封圈的緊度也要控制在合理范圍內，否則，如果過緊，將導致安裝拆卸的難度系數較大，甚至會引起部分零部件的變形。（4）葉輪鎖母緊度同樣要符合要求，如鎖母過緊，將增大軸間墊故障概率。

5 結語

水泵是供水廠中的關鍵設備，當前供水廠對水泵密封提出了全新的要求，原有的密封技術不符合實際需求，機械密封的效果更佳。但為發揮機械密封的突出作用，相關人員在實際的工作中需強化機械密封的細節管理。