徐鐵 林誌強
（廣東省航運科學研究所；廣東順（shùn）達船舶工程有限公司）
摘 要：針對某某型（xíng）艇配套的臥式自吸離（lí）心泵多台次出現的機械密封失效（xiào）、漏水的故障現象進行原因分析，認為該機械密（mì）封的失（shī）效（xiào）與其使用的工作環境密切相關，進而通過（guò）改進機械密封的安裝結構排除了（le）故障，並指出對自吸離心泵軸封腔的結構設計應充分考慮其環境條件的因素（sù）。
關鍵詞：臥式自吸（xī）離心泵；機械密封；故（gù）障分析；解決（jué）措施
1.前言
若幹艘某某型艇（tǐng）配套的臥式自吸離心泵作淡水泵使用。在投（tóu）入使用後頻頻發生機械密（mì）封失效而（ér）導（dǎo）致漏水的故障，影響了正（zhèng）常使用。
筆者在艇上該（gāi）泵（bèng）的使用現場對其機械密（mì）封（fēng）的（de）故障現象，以及該型泵在現場的安裝使用情況進行反複觀察、了解，分析了（le）該型（xíng）泵機（jī）械密（mì）封（fēng）失效的根本原因是由於（yú）該泵的運行環境條件所造成。Z後通（tōng）過（guò）對機械密封的重新（xīn）選型和改進其安（ān）裝腔室結構，使之適應該泵運行環境條件而徹（chè）底（dǐ）排除了故障。
2.自吸離心（xīn）泵的軸封結構及故障原因分析
2.1自吸離心泵的軸封結構形式及其運行的環境條件
如圖1所示，該型（xíng）艇的淡水泵為臥式自吸離心泵。正（zhèng）與普通的臥（wò）式自吸離心泵一樣，它是由泵體、葉（yè）輪、泵蓋、泵軸、機械密封等零部件（jiàn）組成。
本型（xíng）泵的軸封結構形式為單端麵機械密封（fēng），並（bìng）安裝在與泵腔（高壓區）相（xiàng）互連通的（de）密封腔室內。
眾所周知，機械密封的密封效果主（zhǔ）要依靠動（dòng）環與靜環組成的摩擦副。在其使用前一定要加足清水，以免造成幹摩擦，使摩擦副密（mì）封麵磨損、破裂（liè）和（hé）燒結。由於本型（xíng）臥式自吸離心泵的密封（fēng）腔與（yǔ）泵腔（高壓區）相互連通的，而自吸離心泵在首次啟動（dòng）前也必須往泵腔內注滿水，由於自吸離心泵的自吸（xī）時間一般不會超過150秒，因（yīn）此泵腔內所儲存的水能（néng）有效保證泵自吸過程中對機械密封的冷卻和潤滑。泵自吸過程完成後進入正常工作狀態，此時泵抽送（sòng）的水會源源不（bú）斷（duàn）通過泵腔，也能保證機械密封摩擦副長期得到有效的冷卻和潤滑。所（suǒ）以自吸泵（bèng）的密封腔不（bú）管是泵在自吸過程還是在正（zhèng）常運轉過程，密封（fēng）腔（qiāng）內始終儲（chǔ）存有足夠的液體，從而保證機械密封的靜環與動環組成的密封麵摩擦副能夠得到這些液體的潤滑與冷（lěng）卻，防止（zhǐ）機械密封的密封麵幹磨燒損及橡膠密封件因過熱而炭化失效。
2.2機械密封的（de）故障（zhàng）原因分析（xī）
筆者在艇上對出現機（jī）械密（mì）封失效故障的泵進（jìn）行拆解檢（jiǎn）查，發現機械密封的橡膠密封（fēng）件已有（yǒu）明顯燒焦炭化的痕跡，動環與靜環的密封麵也有燒傷變色的痕跡。從（cóng）故障現象分析表明，機械密封的失效是（shì）因為缺水運行造成動環與靜（jìng）環幹磨燒損所致。
該泵的使用是（shì）為（wéi）了保持該艇的配重平衡（héng）而設置，當艇的（de）首部隨（suí）貨物的消耗出現裝載過輕時，須（xū）將儲存（cún）於艇（tǐng）的尾部淡水艙中的淡水抽送到艇的首部進行壓載。尾部淡水艙的儲水量隻有2.5m3，而裝配的自吸離心泵的（de）額定流量（liàng）為8m3/h。因此在約20分鍾的時（shí）間內該（gāi）泵就能把淡水艙（cāng）的水全部抽完。若（ruò）在每次抽完水後（hòu）及時停泵（bèng）即不會出現機械密（mì）封因為缺水運（yùn）行導致（zhì）動（dòng）環與靜環幹磨燒損的故障。但是由（yóu）於該（gāi）泵的電（diàn）器（qì）控製裝置沒有（yǒu）設置自動監視斷水停機的功能，操作者也不可能每（měi）次都在現（xiàn）場監視淡水艙的水是（shì）否被抽完。因此，由於淡水艙的（de）水被抽完後（hòu）沒有及時（shí）停泵，泵仍不停地空轉，甚（shèn）至連（lián）儲存（cún）在泵腔內僅有的用於下一次啟動時自吸引（yǐn）水必須的液體也全部被排出泵外。機械密封Z終因缺水運（yùn）行導致動環與靜環幹磨燒損、橡（xiàng）膠密封（fēng）件燒焦炭（tàn）化的（de）故障。
以上情況說明，出現機械密封失效而漏水的原因似乎就是使用不當造成的。但從更深層次去分析（xī）原因的話，筆者認為其基本原（yuán）因應（yīng）是該艇的設計者在設計時未考慮到泵斷水後可（kě）能出現的故障問題（tí），從而在設計上（shàng）未采（cǎi）取任何斷水保護措施。
3.自吸離心泵的（de）軸封結構結構改進
3.1解決機械密封故障的方案選擇
綜述原因，提出了解決問（wèn）題的如下（xià）3個方案。
方案1：在自吸離心泵的電器啟動箱的控（kòng）製回路上，增（zēng）加時（shí）間繼電器。使泵啟動後時間繼電器開始計時，並在時間（jiān）繼電器的設定時間內自動停泵。
方案（àn）2：在自吸離心泵的出水管道上安裝一個水流感應器或水壓感應器，當泵出現斷流或沒有出水（shuǐ）壓力時，該感應（yīng）器能向泵的啟（qǐ）動（dòng）箱發出（chū）停（tíng）泵信號（hào），從而將泵關停（tíng）。
方（fāng）案（àn）3：將自吸離心泵的軸封結構進行改進，使機械（xiè）密封能在泵斷（duàn）流的情況下仍能可靠地工作。
方案1和方案2因涉及電器啟動箱的改（gǎi）進，布置電線、電（diàn）纜（lǎn），還涉及電線、電纜的穿艙水（shuǐ）密等問題。Z後經使用方同（tóng）意，采用（yòng）方案3。
3.2軸封結構（gòu）改進方案的實施改進時應充分考慮以下幾點原則：（1）應保證自吸離心泵的性能參（cān）數指標（biāo）不變。
（2）應保證自吸離心泵的外形（xíng）及安裝尺寸不變。
（3）應以Z少的零部件改（gǎi）動，達到Z理想的效果。
（4）為（wéi）達到自（zì）吸離心泵在斷流且泵腔內沒有儲水的情況下機械密封仍然有（yǒu）水冷卻與潤滑的效果。機械密封腔應與泵腔分隔，使（shǐ）機械密封安裝在能夠儲存水的獨立的密封腔內。
如圖（tú）2所（suǒ）示（shì），為改進後的密封結構圖（tú）。把原來的單端麵機械密封改為滿足相同軸徑安裝（zhuāng）要求的（de）雙端麵機械密封；把原來的（de）泵蓋改為互相嵌裝在一起隔離板和密封蓋，其徑向和軸向（xiàng）定位仍采用原泵的位置（zhì）和尺寸；在密封蓋上部安（ān）裝一個注水螺塞。
密封腔結構改進後，雙端麵機械密封處於一個封閉的密封腔內。由於密封（fēng）腔儲存的水不（bú）會受到泵腔內葉輪的影響（xiǎng），因此相對而言密（mì）封腔內的水在（zài）較長一段（duàn）內是不會消耗的。從而確保自吸離心泵在斷流及泵腔內無水的情況下，密封腔內（nèi）仍有水對雙（shuāng）端（duān）麵機械密封進行冷卻（què）和潤滑，保證雙（shuāng）端麵（miàn）機械密封不會（huì）發（fā）生幹磨燒壞（huài）。改進前後的機械密封腔結構對比如圖3。
3.3軸封結構改進後的試驗效果（guǒ）和（hé）使用效果
試驗（yàn）1：軸封結構改進後的臥（wò）式自吸離心泵裝在試驗台上。泵進出口均不接入管路（使泵斷流），按正常條件泵腔和密封腔（qiāng）均注（zhù）滿水。啟動泵連續運轉5個多小時，每隔30分鍾測量機械密封腔溫度，實測Z高溫度在48℃（當（dāng）時環境溫度為31℃），試驗過程中未出現機械密封泄漏現象。試驗完後拆卸檢查，原泵（bèng）腔內充滿的水已被葉輪飛濺或蒸發後僅剩下3ml，密封腔內儲存的水未見減（jiǎn）少，機（jī）械密封的動環、靜環未見有燒損痕跡，橡膠密封件完好。
試驗2：軸封結構改進（jìn）後的臥式自吸（xī）離心泵裝在試驗台上。泵進出口（kǒu）均不接入管路（使泵斷流），泵腔內無水，密封（fēng）腔注滿水。啟動泵連續運轉9個多小時，每隔30分鍾測量機械密封腔溫度，實測Z高溫度在48℃（當時環境溫（wēn）度為31℃），試驗過程（chéng）中未出現機械密封泄漏現象。試驗完後拆卸檢查，原泵腔內充滿的水已被葉輪（lún）飛濺或蒸發後僅剩（shèng）下3ml，密封（fēng）腔內儲（chǔ）存的水未見減少，機（jī）械密封的動環、靜環未見有燒（shāo）損痕跡，橡膠密（mì）封件完好。
4.結論
在艦船用（yòng）水泵的（de）故障中，機械密封的故障占相當高的比例，其原因（yīn）較多。其中也有因整個水泵管路係統設計、水泵選型（xíng）或水泵設計時，未充（chōng）分考（kǎo）慮水泵可能出現斷流致使機械密封幹磨運行（háng）而失效的因素。此文可為相關從業人員起拋磚引（yǐn）玉的作用。
參考文獻：
[1]吳仁榮.船用離心泵.國防工業出版社，1991年10月.
來源：《珠江水（shuǐ）運》2017年（nián）5期（qī）
