探讨水泵机械密封技术在供水厂的应用

任玉双

（兰州城市供水（集团）有限公司，甘肃 兰州 730060）

长期以来，填料密封一直是供水厂水泵密封的主要手段，但是该技术实施的能耗较高且需要大量的运维人员进行日常的维护检修，在实际的供水厂运行管理中经常会出现维护不当所导致的供水问题。机械密封作为近年来新出现的密封技术，凭借其出色的密封效果和更优的节能效果，在供水厂水泵维修中得到了广泛的应用。探讨机械密封技术的相关原理和常见故障的解决策略，对促进供水厂的稳定发展有着积极的意义。

1 机械密封概述

机械密封有动环和静环两个密封元件，这两个元件共同垂直于同一平直且无凸起或者是凹坑的光滑轴表面上，动环和静环互相贴合并且在设备运行过程中进行相对的转动进而达到密封的效果。该技术也被称为端面密封。机械密封装置除了关键的密封元件外，还包括螺钉、密封圈、防转销、间隔套、螺栓、弹簧、后铲板以及弹簧座等构件。当将机械密封技术应用于供水厂水泵中时，在设备的运行过程中，水流所产生的压力以及弹簧弹力所产生的机械外力会共同作用于机械密封装置的动静环的接触面上，此时，压紧力产生，端面会更加紧密地贴合在一起，并进行相对的滑动。机械密封装置密封元件的接触端面上会设置一层厚度非常薄的液体膜，其作用是避免液体泄漏导致的相对转动失效。接触面上的液体膜同时具备静、动两种不同形式的压力，具有润滑和密封的双重作用。供水厂所使用的输送悬浮物在30mg/L以下的水泵均可以使用机械密封技术，且可以满足供水厂大多数水泵的运行工况。

2 机械密封与填料密封的对比

相较供水厂传统的填料密封技术，机械密封技术具有突出的优势，主要表现在以下方面：一是密封的可靠性更高，通过对采用机械密封技术的水泵的运行状态的监控和数据统计发现，水泵的运行过程始终保持较为稳定的运行状态，泄漏概率和泄漏量都比较小，泄露的发生概率仅为采用填料密封技术水泵的1/10，且对于水泵的日常维护管理没有清洁的死角，可以提高清洁的有效性，避免杂菌在水泵隐蔽处的堆积对水流造成污染，机械密封更加符合现代化工业生产对于供水系统节能减排要求；二是机械密封装置的使用寿命更长，技术人员通过科学的技术设计，对不同介质的摩擦负荷比压进行合理的选择，可以使机械密封维持较长的使用期限，一般可以达到2～5年，相较填料密封其性价比更高；三是静环和动环接触面由于液体膜的存在，轴及轴套在水泵运行过程中基本不会产生磨损；四是密封装置与水泵设备的摩擦系数和摩擦功耗都可以维持在更低的水平，机械密封的摩擦功率与填料密封相比，最小可以达到传统技术摩擦功率的十分之一，对于供水厂来说，节能效益显著提升，摩擦功率损耗降低可节约成本超过50万元；五是维修周期更长，机械密封装置由于磨损更小因而日常检修维护的难度更低，日常运维的成本也可以得到有效的缩减，同时，还可以确保供水的稳定性和可靠性；六是机械密封由于抗震性能、耐磨性能都比较出色，因而适用范围也更广泛，当水泵运行导致旋转轴或者是密封腔出现振动倾斜的情况时，密封装置并不会有明显的转动变化，该技术在较为广阔的温度范围、真空、高压、腐蚀介质、含磨砂介质或者是旋转频率较高的供水厂水泵中都可以进行使用。

3 水泵机械密封的常见故障分析

3.1 经常性泄漏及其处理

如果水泵出现经常性的泄漏，其原因主要包括以下几点：一是动环或者静环的密封面出现变形，影响密封面形变的原因包括零件端面压力增大导致的热量过高、接触端面的压力不当、受力的不均匀以及零部件的结构合理性的缺失等；二是外部因素导致的密封效能低下，包括机械密封装置加工精度不够、密封圈或者是密封元件本身的密封性不够或者是密封元件与接触面不够垂直以及弹簧调节能力的低下等，此外，水泵设备零部件的状态也会对机械密封的效果产生影响；三是振动、偏向力过大；四是辅助冲洗系统的问题。如果水泵出现经常性的泄漏需要采取有效的安装策略和维修策略，首先，要加强对接触端面比压的控制，一般来说，将其控制在0.03～0.6较为合理，通过对弹簧长度以及刚性的确认，将其压缩量控制在2mm左右。此外，要选择机械零部件生产加工质量精度都比较高的厂家提供机械密封装置。在机械密封装置安装过程中，将供水厂水泵轴向的窜量控制在0.5mm以内。最后，要对需要辅助冲洗系统的机械密封进行科学的系统设计和部件安装。

3.2 突然性泄漏故障处理

如果供水厂水泵运行过程中突然出现了泄漏的故障，原因主要包括杂物进入装置、弹簧效能丧失、水垢过度堆积以及水泵进水口的压力过大等。在实际的检修维护中，技术人员可以选择耐压性能、强度更高的陶瓷或者是硬质合金等材料作为密封元件的接触端面，并对水泵摩擦热量的冷却润滑进行有效的控制，选择更稳定可靠的传动设计。为了提高机械密封的成效，可以选择稳定度和润滑效能更高的双端面机械密封。当装置中出现杂质时，要进行及时的清理，日常检修发现弹簧失效要进行及时更换。注意摩擦接触表面水垢的定期清理和水泵水质的改善。

3.3 周期性泄漏故障处理

采用机械密封技术的水泵设备出现周期性泄漏故障的原因分析难度相对较大，主要包括转子出现了周期性的超出规定限度的振动、机械密封安装时操作不稳导致机械密封装置的内腔压力出现了周期性的异常波动以及动环无法对水泵转子的轴向传动进行补偿位移等。在实际的水泵密封日常运行维护中，技术人员要加强技术操作，加强对安装环节的技术控制，同时，注重重点零部件的维修管理，从而有效避免周期性泄漏的发生。

4 供水厂水泵机械密封的注意事项

4.1 关注水泵机械密封细节

供水厂在进行机械密封实施时，需要对密封装置、密封技术进行充分的考虑，并结合水泵的运行条件、运行要求以及工作环境等问题，进行合理的技术方案设计和操作。首先，是技术人员的密封技术操作，由于供水厂水泵机械密封的安装和拆卸都具有较高的技术水平和精度要求，因而供水厂要选择专业技术能力出色且职业责任感较强的技术人员进行机械密封操作。采用机械密封技术的水泵在运行过程中也可能出现各类的故障，检修技术人员在进行故障排查和处理时，在明确机械密封装置各构件影响的基础上也要思考水泵的其他零部件对密封效果的影响，采取合理措施提高机械密封的效能。当对供水厂较为关键的水泵设备进行机械密封时，要在施工过程中采取合理的保护措施，在提高密封质量的同时尽量避免密封故障或相关安全事故的出现。技术人员在进行水泵产品的选择时，要综合考虑各零部件之间的关系以及供水系统的运行特点，尽量为机械密封创设更合适的外部条件。最后要提高对于机械密封辅助系统的重视程度，结合水泵密封的需要设计合理的辅助系统促进机械密封实效性的提高。

4.2 避免机械密封检修的误区

为了确保供水系统的稳定性，要加强水泵机械密封的日常检修，但是技术人员在实际的检修工作中要注意细节，避免检修误区造成的检修效能低下。需要注意以下几点：一是弹簧压缩量与机械密封效果并不是正相关，压缩量过大并不会使密封效果提升，反而可能导致摩擦磨损的增大，进而导致设备的损毁，除此之外，过度的压缩还可能致使弹簧调节能力的失效，进而导致密封效能的缺失；二是动环密封环并不适宜过紧，当密封环过紧时，可能造成轴套与密封圈磨损的加剧、移动阻力的增强、密封装置弹簧的疲劳以及密封圈的变形，因而要合理设置动环与密封圈的紧度；三是静环的密封圈也不宜过度紧，由于该密封元件在水泵运行过程中长期处于静止状态因而可以适当进行锁紧，但是，要避免过紧导致的安装拆卸困难、元件变形和密封元件破碎损坏；四是叶轮锁母紧度要适当，并不是所有的轴间泄漏问题都是由于叶轮的锁母不够紧，在实际的水泵机械密封中，如果锁母过紧反而会导致轴间垫的故障；五是不要以元件更换作为常规维修措施，也尽量少进行拆修，并不是所有的元件更换都会取得预期效果，因而机械密封装置要保证较高的适配性，如果不得不进行零部件的更换，必须确保零件与原装置误差合理。

5 结语

综上所述，机械密封技术可以显著改善供水厂水泵的密封效果，同时促进供水系统运行能耗降低目标的实现，在实际的机械密封实施过程中，要加强装置的选择和技术方案的设计，技术人员要不断提高自身的专业能力，了解常见机械密封故障的处理策略，注意机械密封安装拆卸和日常运行维护的细节操作，促进机械密封可靠性和水泵运行稳定性的提升。