水泵维修中机械密封技术的应用分析

李雷涛

（山西晋城煤业集团寺河矿， 山西 晋城 048205）

引言

当前机械密封技术逐渐成熟，将其运用到水泵维修环节，能够有效地解决水泵泄漏问题，不仅可提高水泵的使用寿命，而且能够极大地提升机械生产系统运行效率。

1 机械密封技术密封原理

机械密封通常借助垂直于轴方向并做相对滑动运动的端面，流体处于流体压力下，从而保证良好的贴合状态，辅助配备密封。这样形成一种能够有效地防止流体泄露的轴承密封。当机械密封处于工作状态时，通常借助弹性元件的压力，以及相应的环端面密封运动副产生的预紧力，这样能够使得轴向端面产生相应的密封作用。其中，动环端面和静环端面两者之间形成摩擦副，通常动环端面可以借助密封腔内的液体产生压力。在静环端面压紧过程中，能够使动、静环的端面上产生相应的压力，与此同时能够在端面位置形成薄的边界膜，这样可以构成机械密封[1]。

2 机械密封优缺点

优点：机械密封能够对工程实践表面起到较好的密封效果。可以有效地降低对泵的磨损，延长水泵的使用年限，起到节约用水的效果。

缺点：由于机械密封需要相对复杂的机构，因此需要的零件较多，占用空间。需依据不同的密封介质，选择相应的机械密封形式及对应的工艺参数。一旦出现密封损坏，往往需要进行大修才可以再次起到密封的效果[2]。

3 水泵机械密封的分析

3.1 机械密封端面摩擦状态

通过分析机械密封端面摩擦原理，如图1 所示，可以看出，假如机械密封处于闭合力的作用时，表面微凸体位置是重要的受力点，如图1 中的A点位置，当闭合力逐渐增加时，将增加边界膜破裂的概率，这样最终导致机械部分直接接触。假如闭合力越来越小，那么相应的微凸体所能够负担的支撑载荷也变小，如图1 中B位置所示。当中间出现比较大的空隙时，可以形成边界膜，与此同时也可以构成不同的微观空腔，如图1 的C所示。假如构成的边界膜比较薄，这样将出现不连续的微观空腔，形成未充满的腔，因此对应的压力不均匀，机械单元和密封件之间形成便捷摩擦。假如微观空腔比较密集，这时各个微观腔体之间不会接触，最终形成良性的流体摩擦[3]。

图1 机械密封端面摩擦原理

通过上述分析可以看出，当水泵处于密封状态时，往往出现边界摩擦以及液体摩擦相结合的形式。由此可以看出，要想对水泵的机械密封技术实现优化，必须深入研究机械密封端面摩擦。

3.2 机械密封效果的主要影响因素

水泵中应用机械密封，不仅是由于机械密封效果良好，而且能够优化水泵使用年限。假如机械密封出现问题，会严重影响水泵使用情况，更有甚者引发重大的机械事故。由此可以看出，机械密封的效果以及相应的失效条件是研究的重心，下面为迈尔泄漏量公式：

式中：C2为流动系数；D2为密封环接触端面外径；P1为介质压力；P2为外界压力；η 为介质黏度；b为摩擦面宽度；v为摩擦端面平均线速度；Pc为端面比压。

当水泵处于工作状态时，对应的机械密封位置形成的摩擦副与相应的粗糙度将不断发生变化，通过分析上述公式可以看出，水泵的泄漏量也将会出现一定程度的变化。与此同时，由于影响泄漏量因子相对较多，其中主要包括密封环接触端面相关的几个参数：第一，外径；第二，介质压力；第三，外界压力等。由此可以看出，当计算水泵运行泄漏量时，通常依据水泵所处的实际状态，以及相应的机械密封状况。当机械密封出现事故时，往往导致出现持续性的泄漏。出现在密封端盖、轴间与泵体之间的泄漏比较容易发现，因此可以采取有效地处理方式[4]。

3.3 高温水泵机械密封的热裂现象

当水泵处于工作状态时，由于密封端面位置在摩擦时往往产生一定的热量，假如热能不能及时扩散，那么将会导致密封端面位置处的液体膜急剧升温。与此同时，急剧升温的液体将会发生气化变化，这样使得密封出现不均匀的现象。当液体膜出现蒸汽时，相应的动环端密封往往出现热裂现象。高温将导致两个密封端面出现裂缝，而中间往往会因为较低的温度吸合。为了降低温度对密封的影响，通常在安装的过程中，往往需要对密封装置进行严格的校准[5-7]。

4 机械密封在水泵维修中的应用实效分析

对于矿用潜水泵而言，其使用往往受到所处工况的影响，通过实践发现，水泵采用含有固体颗粒介质水泵能够满足矿场需要。当水泵工作时，进入一定硬度的固体颗粒，这样导致密封端面出现相对严重的磨损，最终引起石墨表面出现磨损，影响端面平衡度，使得端面出现大量的磨损，相应的补偿弹力变小，最终出现密封失效。由于失效而引发水泵烧毁，因此造成不必要的经济损失。

经过分析机械密封失效维修分析发现，在使用机械密封时，动静密封环所使用的材质用新型碳化钨一钻合金替换传统的碳化硅。辅助密封圈的材质用有氟橡胶替换丁睛橡胶，与此同时改变静密封圈的固定方法，其在优化潜水电泵上机械密封方面起到良好的作用。经过统计公司每年维修水泵数量达到5000 多台，由于密封泄漏维修的数量达到2 000台，经过整改之后可以给公司减少100 万元的维修费，这样极大地节约公司的经济开支。

5 结语

将机械密封应用于水泵中，不仅可以有效地优化水泵综合性能，而且可以提高密封效果。随着机械密封在水泵中的广泛使用，大量的学者在水泵密封研究中，将机械密封端面摩擦当作攻关重心，并且研究高温对机械密封性能的影响等。由此可以看出，在进行水泵维修时，往往需要借助机械密封技术，这样不仅能够优化设备的震动问题，而且可以及时的检查泄露问题，与此同时能够有效地减小高温高压对机械密封的影响。这样极大地优化机械密封的效果，提高水泵的综合性能，节省大量的维修费用。