船用海水泵机械轴封漏水故障分析及排除

李 军

(武汉船舶职业技术学院，武汉430050)

在船舶机舱污水管理中，由于海水泵轴封泄漏造成机舱污水溢满污水井的案例不胜枚举，有时甚至造成重大的事故。因机械密封的失效或损坏而致使船用离心海水泵需要进行计划外维修的工作量约占其维修量的60%左右［1］，密封故障几乎成为影响其安全运行的主要原因。

1 密封原理

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置，见图1［2］。

图1 机械密封机构

整套机械密封装置有4个泄露通道:A，静环与压盖之间;B，压盖与泵体之间;C，动环与泵轴之间;D，动环与静环之间。其中A、B泄露通道采用O型橡胶圈密封，属静密封，C泄露通道采用O型橡胶圈密封，当泵轴下沉或者动、静环磨损时，动环应能在弹簧力的作用下向上移动补偿泵轴的下沉量或者动、静环之间磨损量，由于只是微量移动，还是归属静密封，D泄露通道借助动环高速旋转与静环彼此贴合形成动密封。

2 故障分析

2.1 动、静环密封面故障导致漏水

2.1.1 动、静环密封面烧焦变黑

1)原因分析。造成这种现象的原因大多是弹簧弹力过强。有的轮机员错误地认为弹簧压得越紧密封就越好，常常不把弹簧座安装到位(见图2a))，加装弹簧垫片(见图2b))，擅自更换弹力更强的弹簧等，这些都造成动静环之间压力增强而不易形成水膜，引起干摩擦而烧毁密封面。

2)处理方法。重新拆检海水泵，更换适合的轴封，调整弹簧座的安装位置，使其落座，抽出不必要的弹簧垫片，重新检查弹簧的弹力。可以采用下面的方法检查弹簧的弹力:机械轴封安装到位后，用螺丝刀压弹簧，松开螺丝刀弹簧复位，弹簧有2～4 mm的移动量即可，见图2c)。

图2 弹簧座与泵轴关系示意

2.1.2 动、静环密封面有一层薄薄的水垢

1)原因分析。造成这种现象的原因大多是弹簧锈蚀失去弹力或者动环咬死在某一位置(见图3a))，动环不能向上移动补偿动静环之间过大的间隙。另外，当泵轴下沉时，弹簧座、弹簧也随着下移而静环保持位置不变，这样变相地减弱了弹簧的弹力，使得动静环之间配合间隙增大，不能形成有效密封，见图3b)。

图3 静环与动环位置关系示意

2)处理方法。拆检海水泵，清洁泵轴和机械密封上的污物，用砂纸清除泵轴上的麻点、锈迹，更换动环辅助密封圈。在泵轴上安装动环后，活络动环，用手沿着泵轴向下压动环，松手后动环应能在弹簧作用下沿泵轴自由移动。拆除泵轴上的轴承，清洁后仔细检查轴承的磨损情况，可以采取如下的方式检查:用清柴油彻底清洁轴承，双手端平轴承，用大拇指按压轴承内圈，如果有明显的移动，说明磨损量过大，要更换轴承，否侧导致泵轴下沉。

2.1.3 动、静环密封面有沟槽、环沟等

1)原因分析。造成这种现象的原因多是海水不清洁，含有泥沙，颗粒状的硬质颗粒进入动、静环之间造成磨料磨损形成的，多发生于货仓充当压载舱的散货船，特别是运输煤炭和铁矿石的船舶。港口卸完货物后，货仓里仍然残留有少量的煤炭、铁矿石不能完全清除。空载航行，遇到风浪，船长为了安全又常常命令向船体中间的货仓注满海水，海水与煤炭或者铁矿石混合后变浑浊，甚至在货仓底形成泥浆，在装货港当用海水泵排除货仓里浑浊的海水时，颗粒状的煤炭颗粒，特别坚硬的铁矿石粉末随海水进入动、静环之间形成磨料磨损，在动、静环表面形成沟槽(见图4a)，致使轴封损坏失效。

图4 静环结构示意

2)处理方法。每次港口卸完货物后，彻底清洁货仓残留的煤炭或者铁矿石，清洁货仓里的污水滤器同时可在海水泵的吸口处加装海水滤器，拆检泵体，更换硬度更高的动静环。

2.1.4 海水泵装复后，刚启动不久轴封就漏水，拆检发现动、静环密封面烧毁，检查弹簧的弹力正常

1)原因分析。造成这种现象的原因多是干摩擦所致，刚检修完的海水泵里面充满了空气，在启动之前一定要排除里面积聚的空气。否则启动时，由于动静环之间没有海水润滑和冷却，极易烧毁。另外，船员们习惯通过调节海水泵的进口阀调节水量，此方法极易造成海水泵穴蚀，汽水向上运动积聚在密封盒里无法排除，造成动静环之间缺水导致干摩擦，烧毁轴封。

2)处理方法。可以在海水泵的进口和泵体顶部之间加装一根直径8～12 mm紫铜管来改善机械密封的冷却情况(见图5)，可以依据海水泵的排量选择紫铜管管径大小，通常排量1 000 t/h的压载海水泵选择直径12 mm的紫铜管。启动海水泵之前，松开紫铜管的接头，看到里面有海水出来，证明已经排净泵体里面的空气，这时收紧接头，才能启动海水泵。当需要调节海水泵出口流量时，可调节海水泵的出口阀，避免发生汽蚀现象。

图5 海水泵结构示意

2.1.5 动静环偏磨

1)原因分析。造成这种现象的原因是装配问题，动、静环密封面与泵轴不垂直。安装静环时，没压平(见图6a))，静环在压盖里是歪斜的，或者泵轴本身不垂直，联轴节螺栓没压均匀，造成泵轴歪斜，(见图6b))，启动泵不久动、静环之间单边磨损而漏水。

2)处理方法。重新解体泵体，重新均匀压紧联轴节螺栓，重新安装静环，一定要使动静环密封面与泵轴垂直，见图6c)。

图6 静环歪斜和泵轴歪斜示意

2.2 辅助密封圈故障导致漏水

2.2.1 原因分析

1)船用海水泵机械密封辅助密封装置大多采用O型或者V型橡胶密封圈，例如:断面尺寸超标，弹性不足，表面有凹坑，飞边过多，流痕等造成密封不好而漏水。

2)安装动环时，泵轴表面有碰伤、毛刺，新泵轴轴端无倒角，都可能划伤动环辅助密封圈，特别是V型密封圈唇口最易刮伤。压盖里积存的垃圾没有彻底清除，或者压盖内径由于海水腐蚀、脱落而变大变形等，都造成静环辅助密封装置无法密封。

2.2.2 处理方法。

1)更换符合质量要求的密封圈。

2)换新泵轴时，一定要仔细检查泵轴表面，有无毛刺、锈坑，用砂纸打磨其表面，轴端无倒角的，要用锉刀修出倒角。彻底清洁压盖内表面，如果尺寸超标要换新，无新备件，可以在静环辅助密封圈表面缠绕生料带来处理。

2.3 泵体振动造成轴封漏水

1)原因分析。现在新造的远洋船舶，海水泵多采用立式，泵体上端无轴承，泵轴用联轴节整个悬吊在电动机上，电动机轴承负责承重，下端采用水润滑轴承支撑。由于海水中难免存在固体杂质、颗粒，易引起水轴承磨损，泵轴与其配合间隙增大，导致泵轴径向跳动量大增，从而干扰机械密封摩擦副的平面摩擦性，造成海水泄漏甚至密封失效或损坏。另外联轴节设计时尺寸过小，导致其刚性不足，或者螺栓没均匀上紧同样导致泵轴径向跳动，动环与静环不能很好贴合而漏水。

2)处理方法。更换水轴承，重新按照说明书力矩的要求均匀上紧联轴节螺栓，还可以在联轴节上焊接加强筋来加强联轴节的刚性，见图6c)。

3 结论

综上所述，造成海水泵机械轴封失效的原因主要是船员对机械轴封的密封原理不甚了解，导致装配错误、操作失误;设计人员未能充分考虑船用海水泵恶劣的工作环境。

为此提出如下改进措施。

1)设计开敞式密封盒，最好设计成向下开口的喇叭口状，这样海水可以充分冷却动、静密封环，高速流动的海水可以带走积聚在密封盒顶端的空气和汽体，同时也可以冲刷掉积聚在弹簧上的污泥。

2)在动、静环密封面附近安装压力传感器，通信端子接入海水泵控制箱的控制电路，如图5所示。压力传感器的工作电压和容量可以依据相串联的继电器的参数来选择，只有密封盒里充满了海水传感器才会向控制箱发送可以启动的信号，这样可实现密封保护与水泵启动的相互连锁［3］。

3)改进设计。传统机械密封设计成静环在上部动环在下部，弹簧长期浸泡在海水里容易腐蚀、结垢。可以改进设计，变成动环、弹簧在上部，静环在下部，海水泵运转时设法保持弹簧干燥。

［1］吴仁荣.船用海水泵机械密封故障分析及对策［J］.流体机械，2005，33(1):45.

［2］郝木明.机械密封技术及应用［M］.北京:中国石化出版社，2010.

［3］凌素琴，俞志君，唐晓晨.船用立式离心泵机械密封改进设计［J］.流体机械，2009，37(11):53.