李雲先
（中（zhōng）石化股份有限公司齊魯分公司供排水廠）
某給排水（shuǐ）廠裝置在投運中（zhōng）因發生嚴重軸係振動故障而停車維護。通過對（duì）軸封失效原（yuán）因的分析，並對軸流汙（wū）水泵進行泵體解體檢查，發現了主要原因為軸承損壞，導致軸封失效和軸流汙水泵故障。從密封原理和密封材料方麵著手，對密封室進行（háng）了局部改造，徹底解決了汙水泵故障問題（tí），保證了（le）生（shēng）產的穩定長周期（qī）運行。
某公司供排水廠乙烯汙水處理采用兩台350WLC-600型立式軸流汙水泵（Q=6000m3/h、H=7m、N=21kW、n=970r/min）(以下簡（jiǎn）稱汙水泵)，將池中的工業（yè）汙水進行提升後，輸送到汙水處理裝置。水泵24小時連續工作，所輸送的介質（zhì）為工業混合（hé）廢水，含有一定量泥沙和雜（zá）質，pH值在5-9之間。該立式軸（zhóu）流泵具體結構如（rú）圖1所示。
汙水泵安裝在吸水池頂的支撐台板上，泵（bèng）體總高度4.8m，正常工（gōng）作時泵體（tǐ）浸沒深度約為2.5-3m。汙水由（yóu）過濾精度為5mm的（de）機械（xiè）格柵除去雜（zá）物後進入軸流泵吸入口。主軸帶動葉輪順時針旋（xuán）轉對汙水做（zuò）功，汙水被加壓後經外筒體和內護管之間的空間到（dào）達泵出口。
軸承室內裝有2隻7310BDB向心推力角接觸（chù）球軸承和1隻6310深溝球軸（zhóu）承，其餘3個（gè）徑向支撐采用整體式（shì）錫青銅滑動（dòng）軸承，用內護管將其汙水隔（gé）開。整個軸係靠（kào）軸承室的（de）2隻角接觸球軸（zhóu）承軸向定位並承擔不（bú）平衡軸向力，其餘軸承隻承受（shòu）徑向負荷。內護管有4節（jiē），下護管的下（xià）端與軸（zhóu）承室采用螺紋連接，螺紋管下端與軸（zhóu）承外圈壓緊，以保證軸向定位。
軸承采用脂（zhī）潤滑，軸（zhóu）承壓蓋裝有1隻旋轉式唇形油封（fēng），防止外部灰塵、水分等進（jìn）入潤滑係（xì）統;軸承下部也裝有1隻旋轉式唇形油（yóu）封，用來防止潤滑脂的流失。內護管內充（chōng）滿潤滑油，注油管上（shàng）有油位指示，觀察潤滑油是否流失或被汙染。在（zài）泵體下部的填料函內（nèi）裝有7件串聯布置的（de）旋轉軸唇形密封，防止潤滑油（yóu）外（wài）漏及汙水竄入內護管。
1.存在（zài）問題
汙水泵自投用以來，因故（gù）障頻發導致多次非計劃停車，先是發現儲油管進水，運行15-30天就會發生嚴重軸係振動，並（bìng）伴隨著很（hěn）大的噪音。拆機時發現，軸承（chéng）室的潤滑油（yóu）中（zhōng）含有部分汙水和泥沙，滾珠和（hé）軸瓦損（sǔn）壞嚴（yán）重。7組唇形密封均出現不同程度的變形，與其配合的（de）相應軸頸部分也（yě）出現（xiàn）輕微磨損痕跡（jì）。雖經多次維護並更換零件（jiàn），均未能解決問題，被迫進行改造。
2.原因分析
從汙水泵軸封結構來看，軸封是由串聯的（de）7件（jiàn）帶副唇的旋轉軸唇形密封和橡膠O形環兩部分組成[1]。旋轉軸唇形（xíng）密（mì）封起到主（zhǔ）要的軸向密封作用，防止汙水通過軸向間隙進入軸承室；O形環起（qǐ）到輔助的徑向和軸（zhóu）向密封作用，阻礙主軸與填（tián）料之間的介質流通。根據檢（jiǎn）修發（fā）現的問題來分（fèn）析，軸封失效和軸承損壞（huài）是引起汙水泵發生故障的主要原因[2]。
通常引起本類軸封失效的原因大致如下：1）軸徑向跳動，造成唇口追（zhuī）隨不良[3]；2）唇（chún）口冷卻潤（rùn）滑不良，接觸麵因摩擦（cā）導致密封元件溫度過高，而使橡膠（jiāo）材料變（biàn）軟，彈性下降，喪失密封性（xìng）能[4]；3）填料套與唇口過度磨損；4）所處理的介質壓（yā）力過高，使（shǐ）唇形密封出現過大的柔性變形；5）介質存在固體顆粒造成唇口過快磨（mó）損，導致密封（fēng）失效（xiào）[5]。
檢修時對各相關部件檢測結果表明:主軸運轉平穩，不存在偏心運轉;唇（chún）口潤滑良好，未出現過熱，這些因素尚不至於影響汙（wū）水泵的正常運行。各組唇形密封環唇口出現不同程度的磨損（sǔn）且密封環很容易產生變形，由此可以斷定：軸封失效是導致軸承損壞和汙水泵故障的（de）關（guān）鍵。
原軸封（fēng）結構僅采用（yòng）橡膠唇形密（mì）封環作為主要軸向密封設施，隔斷汙水進入軸承室[6]。橡膠環本身存在著柔性高、剛度低，承（chéng）壓能力低的（de）特點，在壓力（lì）作用下易出現過大的（de）柔性（xìng）變形[2]，致使密封失效[7-8]。故障形（xíng）成的過程（chéng）中應該是這樣：較高壓（yā）力的汙水夾雜著泥沙直接到達唇（chún）形密封的端（duān）麵，密封唇口的壓力過大，使（shǐ）Z先接觸介質的個唇形橡膠環出現變形，隨著壓力的持續導致過大的柔性變形，致使（shǐ）組密封環失效[9]；介（jiè）質流過密封環進入到第二組與組密封環的環腔，壓力介質又作（zuò）用到第二組密封環的端麵，第二組密（mì）封環也因承受不了壓力介質的作用而出現與組（zǔ）同樣過大的柔性失穩。
隨著（zhe）運行時間的延續（xù），這種趨勢不斷增大（dà），致使密封逐級失效，Z後導致整個軸封全部（bù）失效[10]，使得大量的汙（wū）水夾帶泥沙等顆粒進入密封唇（chún）口的（de）接觸麵，加劇了接觸麵的磨損。因軸封失（shī）效，汙水夾帶泥沙穿過密封進入（rù）內護管（guǎn）內而與潤滑油混合，混有汙水的潤滑油進入（rù）到軸承室，惡化了軸承的（de）工作狀態（tài）。軸承在含有汙水和泥沙潤滑油情況下高速旋轉（zhuǎn），很快損壞。
3.改造對策
從以上分析可知，350WLC型立式汙水泵的失效，是因軸封失效而引起，解決問題的關（guān）鍵（jiàn）是采用適合的軸封結構，阻止汙水進入軸承室，保證軸承的正（zhèng）常運轉，從而保證汙水泵的安穩運行[11]。
單從解決350WLC型立式（shì）汙水泵的（de）軸封泄漏看，改為機械密封可以達到要求。但（dàn）考（kǎo）慮到密封浸在汙水（shuǐ）中，而汙水中（zhōng）含有大量泥沙等雜質，很（hěn）難對機械密封（fēng）進行衝洗，易造成損（sǔn）壞，而且機械（xiè）密封費用較高。原填料函結構尺寸較小，改造難度大，也難以實（shí）現。
通過分析，從本汙水泵的實際情況出發，本著經（jīng）濟、實用、可靠的原則決定對密封室進行局部（bù）結構改造，解決泄漏問題。
3.1改造方案
改造唇形（xíng）密封結構，縮（suō）短填（tián）料套尺寸，騰出空間下設動力密封結（jié）構。將（jiāng）原設置於填料套上（shàng）端用於（yú）軸向密封的O形橡膠環移至填料套下端。改造前、後的密封室結（jié）構（gòu）見圖2、圖3。由改造前的一段7隻唇形密封改（gǎi）造成為動力（lì）密封加3隻唇形密（mì）封的組合式兩段密封。
3.2改造後的密封機理
改造後的動（dòng）力（lì）密封環開有三道環形迷宮槽，下端開有V型槽。在離心力作用下，旋轉的汙水在密封環下部和填料函內（nèi）壁的環形區域形成高（gāo）壓區，部分地（dì）阻止了汙水流向密封腔，並將（jiāng）汙水中的泥沙等顆粒物有效地甩出密封腔。加壓汙水流經動（dòng）力密封環與填料函的間隙（xì），起始是以較高的靜（jìng）壓能進入，在間隙中轉變為動能後進行流（liú）動，到達環形迷宮槽的空（kōng）間（jiān）時再次（cì）轉變（biàn）為（wéi）靜（jìng）壓（yā）能，在流動和能量的轉變過程中（zhōng）消耗了部分能量，使再次轉變的靜壓能小於起（qǐ）始值。多次流動和轉變後（hòu），能量降低到一（yī）定值，介質失去（qù）了外泄的能量（liàng）達（dá）到密封。歡迎關（guān）注泵友圈微信公眾號。上（shàng）部的3隻唇形密封環也起到（dào）了輔助密封作用，這樣就從根本上改變了密封狀態[12]。O型橡膠密封環能阻斷介質從（cóng）動力密封環到主軸（zhóu）間隙的泄漏，將其設（shè）置在填料套（tào）下端也避免了雜（zá）質在間隙中集結，保證（zhèng）了正（zhèng）常運轉。
3.3密封件材料選擇
改造後上端（duān）唇形密封結構件的材料不（bú）變，僅對填料套（tào）外表麵鍍硬質鋸（jù）以提高其耐（nài）磨性（xìng）。動力密封環采用18-8不鏽鋼（gāng），在下部填料函內部（bù）襯4mm的PVC襯套，用螺釘固定在填料函上。動力密封環與PVC襯套的間隙控製在0.1-0.15mm之間。高（gāo）速旋轉的動（dòng）力密封環帶動流體衝刷襯套內壁，帶走了摩擦所（suǒ）產生的熱，保證了PVC襯套的使用性能。
4.改造前、後運轉狀況對（duì）比
原汙水泵在投用後大約24小時，從儲油管的示油器發現油位出現波動，表（biǎo）明有汙水（shuǐ）進入儲油管，隨著運轉時（shí）間（jiān）的增長，這種現象越來越嚴重。運行10天左右，開始出現不規則的噪音和震動，且逐漸加大。一般在工作三周後，噪音和震動明（míng）顯加大，難以維持正常運行。雖經多次維修並更換（huàn）軸承和（hé）唇形橡膠（jiāo）環，但一直沒能解決問題（tí），且（qiě）岀現故障的間（jiān）隔時（shí）間變得越來越短，被（bèi）迫進行頻繁地停機檢修（xiū）和更換零（líng）件來維持生（shēng）產。
按本文的方法進行改造後的水泵先經兩（liǎng）小時試車，發（fā）現無異常，再連續試車24小時檢查示油器（qì）液位無明顯（xiǎn）變化，證明沒發生內外泄漏，隨後（hòu）投入（rù）到裝置正常服役。運行至今已達一年多時間，示油（yóu）器（qì）油位一直正常，也再未出現噪音和震動現象。實踐證明，這種組合密封適用於本工（gōng）況，能有力地保證軸封阻礙汙水進入軸承室，保（bǎo）持軸承良好的潤滑狀態，實現汙水泵的安（ān）穩運行。
5.結束語
從本汙水泵（bèng）出現的事故來看，損壞嚴重的是軸承，其次是唇形橡膠環的變形，實踐證明簡單維護和更（gèng）換損（sǔn）壞零件是無法（fǎ）解（jiě）決問題的，隻（zhī）有找（zhǎo）出並針對造成事故主（zhǔ）要原因采取可靠（kào）的措施，才能消除事故的根源。
本文采用組合軸封結構（gòu）改變了軸封部分，而原軸承係統保（bǎo）持不變，就從根本（běn）上解決了汙水泵的故障。抓住（zhù）了軸封（fēng）失（shī）效是引（yǐn）起汙水泵故障這個（gè）根本原因而采取了合理的措施，達到預期的效果。另外，本次改造是在既定結構（gòu）的（de）基礎（chǔ）上進（jìn）行的，受原（yuán）汙水泵結構尺寸的限製，密封環（huán）的環（huán）形槽尺寸、下端V型槽以及與（yǔ）PVC襯套的間隙不能按（àn）照理論計算來確定，有關尺寸是采用相似結（jié）構進行類比而確定的（de）。因此，在情（qíng）況許可（kě）時密封部件的結構尺（chǐ）寸及材料可加以優化。
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來源：《化（huà）工設備與管道》2019年第1期
