摘　要：對船用離心海（hǎi）水泵（bèng）中機械密封的常見使用故障原因進行了分析，並就消除船用海水泵機械密封故障的方法（fǎ）提出（chū）了若幹建議。
　　關鍵詞：船用泵；海水泵；機械密封；故障和對策
　　1　引言
　　在導致船用離（lí）心海水泵因材料的腐蝕、軸承的磨損和密封的泄漏而產生運行故障的幾（jǐ）種主要（yào）原因中，由於機械密封的失效或損壞所造成的故障占其運行故障總量的50%～80%。對（duì）於某些運（yùn）行（háng）條件（jiàn）比較惡劣的離心海水泵，在某一階段運行時間（jiān）內由於（yú）機械密封失效或損壞導致的故障幾乎成為（wéi）其無法（fǎ）安（ān）全穩定運行的原因。因機械密封的失效或損壞而致使船用離心海水泵需要進行計劃（huá）外維（wéi）修的工作量（liàng）約占其維修量的60%左右。因此如何提高船用離心泵中機械（xiè）密封的設（shè）計水平、製造質量和裝配（pèi）精度，有效地減少或消除機械密封的（de）失效或損壞，已經成為船用泵設計者的重（chóng）要（yào）任務之一。本文試以（yǐ）某（mǒu）船用離心海水泵機械密封的幾次失效和損壞故障為例，對其（qí）故障發生的內在（zài）原因和外（wài）在原（yuán）因進行了分析，並在此基礎（chǔ）上就如何（hé）減少或消除（chú）此類故障提出了幾點對策和建議。
　　2　分析與對策
　　2.1 預防和（hé）消除主密封的幹摩（mó）擦
　　機械密封摩擦（cā）副摩擦麵的幹摩擦是機械密封運行的Z大障礙。雖然有些摩擦副材料具有一（yī）定的自潤滑或（huò）耐磨性能，但均不能長期處（chù）在幹（gàn）摩擦工況下（xià）正常運行。導致摩擦副摩擦麵發生幹摩擦的直接原因是機械密封（fēng）腔內有存留空氣，或者是有外界空氣吸入（rù）密封腔，這種現（xiàn）象（xiàng）在立（lì）式船用離（lí）心泵的實際運行中經常出現。無論立式船（chuán）用離心泵是否具有自吸性能，在其啟動運（yùn）轉之前都必須對泵體機械密封腔進行排氣（除非確信泵軸上端的機械密封是浸沒在被（bèi）輸（shū）送的液體中），否則機械（xiè）密封處於幹摩擦條件下啟動和運轉（zhuǎn）在短時間有時甚至是瞬間（jiān）便會失效或（huò）損壞。
　　一般情（qíng）況下（xià）應該將立式船用離心泵的機械密封腔設計成一個開式腔，以保證密封摩（mó）擦副能與被輸（shū）送的液體（tǐ）接觸。這樣，既可以利用液體帶（dài）走摩擦副（fù）摩擦麵因相互摩擦所產生的（de）大量（liàng）熱量，另一方麵也可以帶走從液體中析出的氣體，或者是阻止外界空氣（qì）進入泵腔內。通常所采用的方法是在泵（bèng）的上端機械密封的下部設置一（yī）個密封腔，並在密封腔（qiāng）體上設置一個排氣（液）管並使其與泵的吸入口相通，在排氣（液）管上配置一個能夠根據需要開關的放泄閥。在泵啟動之前將該閥打開，將密封（fēng）腔內的空氣排放，直至有液體排出後關閉。盡（jìn）量將此閥設置在密封腔（qiāng）的Z上部以便能使密封腔充分充液，同時應適當選取排氣（液）管的通徑；以便既（jì）能保證液（yè）體的流（liú）通又不致因流量過大而降低泵的容積效率。
　　2.2 提高輔助密封的尺寸和安裝精度
　　機械密封中輔助密封的尺寸和形狀的誤差以及裝（zhuāng）配方（fāng）式的不當（dāng）也是造成密封失效或損壞的原因之（zhī）一。按照輔助密封的要求，既要保證機械密封中靜密封的密封性，又要為機械密封的摩擦副提供良好的浮動（dòng）性和隨動性。輔助密封發生被密封液體泄漏（lòu）的現象在船用離心泵的實際（jì）運轉中屢有出現，這既與輔助密封的尺寸和形狀的精度有關，也與安放輔助（zhù）密封槽孔的尺寸和形狀有（yǒu）關。
　　輔助密封與密封槽孔尺寸的配用值選用不當（dāng），或者使輔助密（mì）封在槽孔內過緊壓縮（suō），使被密封的摩擦副在運行中缺乏浮動性（xìng）和（hé）隨動性，造成摩擦副間產生非平麵接觸或使（shǐ）其脫開（kāi）；或者使輔助密封在槽孔內無適當壓縮，造成（chéng）被（bèi）密封液體通過其裝配間隙產生了泄漏。對於通常采用的O型圈（quān），在安裝時其分型麵飛邊的位置也會對其密封性產生重要影響（xiǎng），而這一點（diǎn）常在安（ān）裝時容易被忽略。
　　2.3 合理選擇摩擦副的材料和配用
　　機械（xiè）密封中摩擦副的製造材料以及兩種材料的（de）配對選擇是影響其密封性能的一個（gè）十分重要的原因（yīn），對（duì）於輸送海水的船用離心（xīn）泵更是（shì）如此。通常對機械密封中摩（mó）擦（cā）副製造材（cái）料的要求：
　　（1）具（jù）有較小的摩擦（cā）係數和良好的耐（nài）磨性；
　　（2）對被密封液體的不可滲透性；
　　（3）具有足夠的強度和其它機械性能；
　　（4）具有良好（hǎo）的熱（rè）穩定性和熱傳導性能（néng）；
　　（5）具有良好的機（jī）械加工性能；
　　（6）對密封液體的耐化學腐蝕性；
　　（7）在電解液中具有良好的耐電化學腐蝕性；
　　（8）相配材料應具有（yǒu）抗膠合（hé）附著性能；
　　（9）材料易得，價（jià）格（gé）便宜等。
　　但大多數摩擦副（fù）製造材料並不能完全滿足上述各項技術要求，因（yīn）此在選用機械密封摩擦副的（de）配對材（cái）料時，一定要充分考慮密封的（de）具體使用情況。對於船用離心泵而言，由於在船舶上運轉環境條件的特殊性以（yǐ）及在輸送（sòng）的海水中含有一定量的固體顆粒和（hé）雜質並具有（yǒu）一定的化學腐蝕性，因此對其機械密封中（zhōng）摩擦副材（cái）料的選擇具有一定（dìng）的難度。
　　從20世紀（jì）60年代初期到90年代，船用（yòng）離心海水泵機械密封摩擦副（fù）材料的選擇經（jīng）曆了一個漫長的漸進（jìn）過程。Z初，我們曾效仿原（yuán）蘇聯的機械（xiè）密封材料，又利用化工泵中使用的機械密封材料，也曾采用國（guó）外（wài）引進船用離心泵中機械密（mì）封的材料，同時也在試驗室自己（jǐ）研（yán）製選配機械（xiè）密封材料。根據近20多年的設計和使用經驗，在大多數（shù）船（chuán）用（yòng）離心海水泵中，我們選用了硬對（duì）硬的（de）材料配（pèi）對來製造機械密封的摩擦副。按照機械密封的工作機理，機械密封摩（mó）擦副的製（zhì）造材料（liào）應（yīng）選擇硬軟相配為Z佳。對於具有高性能（néng）要求的船（chuán）用離心泵（bèng）而言，比較（jiào）理想的摩擦副材料配用方案是碳化矽對石墨。而對於船用離（lí）心泵（bèng），由於石墨對海水中固體顆粒的抗磨（mó）性較差，因此不能（néng）保證機械密封的運行穩定性，也不具備可靠的使用壽命，所以目前船用海水離心泵的（de）機械密（mì）封摩擦副的配用材料基本上都是取硬質材料對硬質材料。通常所采用的材料配用方案有：碳化矽對碳化矽、碳化矽（guī）對碳化鎢（wū）、氮化矽對氮化矽（guī）以及碳（tàn）化矽對鎳基硬質合金等。但是，往往在選用摩擦副的配用材料時忽略了（le）對磨表麵的（de）硬度值對密封性能的影響，致（zhì）使在選用了優質耐磨材料的情況下得不到良（liáng）好的耐（nài）磨效果。
　　其實，在選用硬質材（cái）料（liào）對硬質材料來作摩擦副材料的（de）配用時，也應該（gāi）使兩種硬質材料的表麵硬度存在一（yī）定的差值，即使是采用同一種材料時也（yě）應如（rú）此。實踐證明，采用（yòng）具有一定硬度（dù）差值的硬質材料來作為船用離心海水泵機械密封的摩擦副配用材料，能夠取得較好（hǎo）的密封效果。
　　在設（shè）計某型船用立式離心海水泵時，選用了一種材質相同的反應燒結碳化矽來作為泵中機械密封摩擦副的配用材料。這種材（cái）料具有（yǒu）較高（gāo）的強度和表麵硬（yìng）度，然而其導熱性能極差，在瞬間的幹摩擦情況下接觸就會在（zài）摩（mó）擦麵（miàn）上產生熱（rè）裂，導致密封失效或損壞。在船舶上（shàng），這種機械密封在具（jù）有外界振（zhèn）動的條件（jiàn）下和含固體顆粒的液體中工作（容易（yì）出現故（gù）障）。類似的故（gù）障經常發生。隨後將機械密封（fēng）的摩擦副材料改為采用熱壓工藝製成的（de）碳化矽（guī）對采（cǎi）用常壓工藝製成（chéng）的碳化矽，使其保持適量的硬（yìng）度差，密封效果得到了很大（dà）提高。
　　上述影響因素及其處理方法都是涉及機械密封部件（jiàn）本身的內容（róng），然而在很多（duō）情況下，船（chuán）用（yòng）離心海水泵機械密封的故障原因並不在於密封的本身而是在於它（tā）所置於的（de）離心泵的結構特性（xìng）和運行工況。在船用立式離心海水（shuǐ）泵（bèng）的實際（jì）應用（yòng）中，有多起（qǐ）機械密封的失（shī）效或損壞實例，經分析論（lùn）證後確定其（qí）原因並不在（zài）於機械密封的本身而在於其他因素，比如離心泵中水潤（rùn）滑軸承的（de）運行質量對機械密封的性（xìng）能影響很大。在（zài）立式船用離心海水泵中（zhōng），有時會采用水（shuǐ）潤滑軸承作為轉子的下端支承，由於海水（shuǐ）中固體顆粒和雜質的存在，水潤（rùn）滑軸承在經過一段時間運行（háng）後產生磨損，使（shǐ）轉子的徑向跳（tiào）動增（zēng）大，從而幹擾機械密封摩擦副的平麵摩（mó）擦性，造成密封液體的泄漏甚至密封失效或損壞。采用適當的措（cuò）施使水潤滑軸承減小磨損，可以改善機械密封的工作條件，從而提高了密封性能。
　　2.4 重（chóng）視泵組件的（de）裝配質量和連接剛性
　　船用離心泵安裝質量和連接剛性也是影響泵內機械密封工作性能的一種重（chóng）要因素。該型立式海水泵的葉輪懸（xuán）臂地（dì）安裝在泵軸上，泵（bèng）軸沒有軸承支（zhī）撐而是與立式電機的外伸軸通過剛性聯軸器相聯（lián）。在泵裝配（pèi）時都嚴格按照（zhào）裝配技術要求（qiú）對所有的（de）裝配精度和徑（jìng）向跳動量（liàng）進行了檢查和測量，直到（dào）全部合格。然（rán）而在泵進入運行階段時，在機械密封處產生了液體泄漏。在Z新的幾次拆（chāi）檢中沒有發（fā）現機械密封部（bù）件本身存（cún）在任何問題，隻是後來在測（cè）量泵的運行振（zhèn）動值時才發現了泵與電機之間的連接架的剛性問題。經過對連接架的有限元分析計算，表明其構件的剛性不足，在泵運行過程中產生的徑向不平衡力的作用下出現脈（mò）動和變形。後來，對（duì）聯接件增大了壁厚並（bìng）適量的增加了加強筋。實際運轉表明，裝（zhuāng）有（yǒu）剛性增大後（hòu）的連接架的立式海水泵在運轉時十分平穩，經過多次開機停車運轉（zhuǎn）試驗，機械密封處均無液體泄漏。
　　2.5 合理控製泵的運行工況（kuàng）
　　無論是立式還是臥式船用泵，無論輸運海（hǎi）水（shuǐ）還（hái）是淡（dàn）水，其運行工況的偏離常常會導致泵內的機械密封產生失效或損壞（huài）。目前在很多船舶上，有相當數量的離心泵是（shì）在出（chū）口（kǒu）閥門敞開甚至是全開的情況下直（zhí）接啟動和運轉的，這樣就使（shǐ）得泵從一（yī）開始就處在大（dà）負荷工況甚至超負荷工況下運（yùn）轉。在此工況下，由於泵內出現了汽蝕現象，或者是因為驅動電機（jī）的過（guò）載而（ér）產生了異常振動，將會惡化機械（xiè）密封的運轉條件，導致（zhì）機械（xiè）密封的失效或損壞。