水泵机械密封失效原因分析与解决措施

付晓科

（中核辽宁核电有限公司，辽宁葫芦岛 125112）

0 引言

水泵作为一种介质输送或增压的设备，种类众多，多用于输送水系统、排水系统、供水系统、工业用水、水处理系统、区域或建筑的制冷/供暖系统、消防和灌溉等领域，并在其中承担着重要作用。轴封部件作为水泵设备的重要结构，可以防止空气被吸入泵腔，同时保证介质不向外泄漏。轴封类型有填料密封、机械密封和动力密封等，其中，机械密封具有低功耗、使用寿命长、低泄漏的特点，应用较多。

1 水泵机械密封介绍

机械密封是一种旋转机械的轴封装置，又称端面密封，由至少一对垂直于旋转轴线的端面，在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下，保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置[1]。

机械密封一般分为4个部分：①动环和静环组成的密封端面，也称为摩擦副；②有弹性元件组成的缓冲补偿机构，其作用是使密封端面紧密贴合；③辅助密封，包括动环和静环辅助密封；④使动环随轴旋转的传动机构[2]。

机械密封结构一般由弹簧座、弹簧、动环、静环、静环座和其中所有用于密封的O形圈等组成。其中弹簧座通过螺钉等紧固作用与轴相对静止，静环座由一个防转销保持固定。由于机械密封特殊的工作条件和重要作用，一般由辅助设施提供冷却介质，对机械密封，特别是动环和静环端面，进行润滑冷却和冲洗，延长机械密封使用寿命。机械密封结构如图1所示。

图1 机械密封结构

当泵轴旋转时，带动动环等部件一起转动，静环保持静止。由于弹力和介质压力的作用，使动环与静环紧密接触，这样动环与静环相接触的密封面，可以阻止介质泄漏[2]。由于动环与静环紧密贴合，使密封端面交界处形成一个微小间隙，当介质通过此处时，形成一层液体薄膜，产生一定阻力，阻止介质泄漏，同时对密封面起到润滑作用，使密封效果长久[3]。

机械密封一般有4个密封点（泄漏点）：动环与静环之间的动密封；动环与轴或轴套之间形成的相对静密封；静环与静环座之间，以及压盖与设备之间的静密封[4]。

2 机械密封泄漏故障分析及处理

2.1 泄漏位置分析

水泵运行过程中，对机械密封的泄漏量有一定标准要求。机械密封失效引起的泄漏超标，对水泵稳定运行产生较大影响。结合机械密封结构分析，可以看到机械密封泄漏位置一般存在于机械密封动环与静环接触面，或者机械密封辅助密封圈位置处。

机械密封动环与静环接触面泄漏，一般是由于动环与静环之间存在间隙，或两者出现磨损，使得动环和静环无法紧密贴合，从而产生间隙，导致泄漏。机械密封辅助密封圈位置渗漏，一般是由于O形圈密封不良引起。

2.2 泄漏原因分析

（1）机械密封设计或加工等不满足要求。机械密封本身不满足设备精度或系统工况要求，主要有3方面原因：①动环或静环端面平面度不满足要求，使得机械密封动环与静环接触面存在间隙，导致泄漏。也可能因水泵内的介质、温度等条件不同，动环或静环材料不满足条件，受到介质腐蚀等影响而出现密封失效；②机械密封弹簧也可能由于水泵流体介质、温度等工况影响，造成弹簧弹力失效，甚至弹簧疲劳断裂等情况，使得动环与静环无法紧密接触，出现间隙，导致机械密封失效，出现泄漏；③O形圈设计尺寸、型号、材料等因素，不满足密封介质或运行转速等要求，从而出现密封圈脱落、断裂等情况，导致密封失效。

（2）机械密封安装过程不规范。机械密封安装不满足要求，主要有：①安装不到位，随着设备不断运行，弹簧补偿量不足，动环与静环之间存在间隙，不满足密封要求，导致泄漏。O形圈未安装到位，密封位置出现间隙，也会导致泄漏；②安装过紧，弹簧压缩量过大，导致动环与静环贴合过度紧密，在水泵运行过程中，辅助设施提供的冷却介质不足以冷却其产生的热量，较高转速使得动环与静环磨损严重。甚至磨损产生的高温，使得动环或静环变质，引起机械密封泄漏。安装过程不符合规范，密封圈挤压过紧，导致O形圈受力变形，引起密封失效。

（3）机械密封受杂质影响。如果流体介质中存在细小杂质，或者泵腔、管道等处存在颗粒性杂质，被引进机械密封。在水泵运行过程中划伤或损伤动环或静环，使得机械密封泄漏超标。杂质也会使机械密封弹簧压缩不良，导致动环与静环贴合不均匀或不紧密，引起泄漏。O形圈也可能因杂质而影响密封效果，导致O形圈贴合不紧密或不均匀，使得密封介质从O形圈处泄漏。

（4）机械密封冷却不足。机械密封因条件不同一般会有不同的冲洗方案，辅助设施利用泵内的压力差输送介质，对密封面进行冲洗，完成机械密封的润滑冷却。机械密封冷却水管出现堵塞或者向外渗漏，引起机械密封冷却水不足，机械密封得不到及时冷却，使得机械密封干磨，导致动环或静环磨损，引起泄漏。

（5）水泵运行不满足标准。水泵运行过程中，振动超标或轴窜较大，也会造成机械密封受损，动环或静环端面受振动影响损伤，导致机械密封泄漏。

2.3 机械密封泄漏处理及验证

机械密封是水泵设备重要部件，承担介质密封作用。机械密封出现渗漏超标情况时，一般处理流程如下：

（1）断电隔离系统内出现机械密封泄漏缺陷的水泵，对水泵机械密封及其辅助设施拆卸检查，判断机械密封失效原因。

（2）机械密封受损失效后，针对设备工况，需要更换机械密封。选用型号、材料等满足要求的机械密封，检查新的机械密封，机械密封应完好符合要求，无杂质、灰尘等，且满足设备精度要求。

（3）清洁检查设备内部，保证机械密封安装环境的洁净度，按要求检查并安装机械密封及辅助设施，完成其余部件回装，并满足设备相应标准。

（4）打开泵入口阀，引入介质试静压，检查密封性，缓慢盘车检查泄漏情况，同时排出密封腔内气体，最后启泵运行，检查密封情况。

3 机械密封维护注意事项

（1）机械密封的选择要符合系统介质、温度等要求。

（2）机械密封安装过程应满足机械密封的安装要求，保证机械密封的压缩量等参数要求。

（3）机械密封安装环境应保证一定洁净度，避免因杂质影响受损失效。

（4）机械密封应保证足够的机械密封冷却水，使其得到充分的润滑冷却和冲洗。

（5）检查水泵设备过程中，注意设备的振动、温度等参数，避免对水泵设备机械密封造成影响。