王双波

（泉州市市政工程管理处，福建泉州362000）

1 机械密封

机械密封的功能可描述为：作为一种动密封的存在，使经过动密封面不可避免发生的泄漏量尽量减少。而机械密封泄漏少应视作产品质量高的一个重要标志。

压差ΔP的方向是趋向于把机械密封工作压力弹簧推开，因此有平衡型和非平衡型机械密封两种结构形式之分，非平衡型机械密封允许工作压力较低（ΔP≤0.8 MPa），平衡型机械密封允许工作压力较高（ΔP≤3 MPa）。不论是干式还是湿式潜水电泵，由于机械密封都是安装在出轴端外侧的轴伸端，轴伸端的直径一般都必须小于端盖内轴承档的直径，才能实现正常的装配，因此一般都毫无例外地选用非平衡型机械密封。

P1在高压侧，即被密封介质试图经密封面减压的一侧（kgf/cm2）；P2在低压侧，即被密封介质，当密封泄漏时压力被提高的一侧（kgf/cm2）。

2 机械密封结构设计

为减小机械密封在潜水泵工作状态下的泄漏量，潜水电泵机械密封结构设计有两点特别值得注意：

（1）受潜水电泵轴向尺寸链累计公差的影响，机械密封轴向尺寸安装误差应≤0.5 mm的要求难以满足，特别是轴承系的设计，为防止轴向尺寸的干涉，使轴向力能落实到推力轴承的承载面，必须留有轴向窜量，更大大增加了机械密封安装和调整的困难，可以说几乎没有一次装配机械密封可以调整到合理的轴向位置。

（2）即使是合格的机械密封，又得到合理装配机械密封工艺的保证，机械密封的泄漏量达到标准规定的数据，对长期运行的潜水电泵特别是中大型泵站用机械密封仍然是不可接受的。例如每小时5 mL的泄漏量，在一次大修间隔期8 000 h，将达40 L（即40 kg）的泄漏水进入潜水电机或潜水泵油室，完全有可能使电机的线圈端部浸泡在水中，或提前多次出现电机腔内进水报警；同样，潜水泵的油室也不允许如此大量的水进入，否则会导致油室中数百升的润滑油由于进水被乳化，需要整体更换润滑油，从而缩短了检修和维护保养的周期。

要解决以上问题，单纯要求机械密封制造行业提高产品质量难以实现，同时或更重要的是，潜水电泵的设计应提供机械密封的合理工作条件。其一，使用质量合格的机械密封能尽量减小泄漏量；其二，应改进机械密封结构设计，使潜水电泵轴不可避免的轴向窜量不影响机械密封的轴向安装允用调整量；其三，潜水电泵应对不可避免的机械密封动密封泄漏有结构设计措施，对此泄漏量有较大的容忍度；其四，应设法降低首道机械密封的密封介质之间的压差。

3 潜水电泵首道机械密封泄压装置设计

从图1可以看出潜水电泵的首道机械密封处于叶轮的后侧，当水泵工作时，经叶轮的加压，机械密封所在腔体空间的压力P1即等于全扬程H所建立的压力，即bar，ρ是泵送液体的比重，以水在4℃时的比得为1.0。在以下分析中，如无特别注明，取1 bar≈1 kg/cm2，而机械密封的内腔（一般是油池），如未作内腔加压注入气体（通常为氮气）即为正常大气压ρ0，取相对压力ρ0=0，因所取机械密封的压差ΔP=P1-ρ0=P1，故首道机械密封的压差就是水泵全扬程建立的压力。

图1 典型泵站结构图

新型潜水轴流泵、潜水混流泵的设计，在叶轮毂导叶的接合处设有如同离心泵一样的磨损环和口环，形成密封间隙环，称为迷宫环，如图2所示。

图2 首道机械密封减压装置

假设叶轮毂迷宫环部分的直径为DG，迷宫环的径向单边间隙δ=（0.002 5～0.003）DG，约1 mm，高度约（0.12～15）DG，叶轮毂和导叶体对应平面之间的轴向距离约（0.02～0.03）DG。这样设计的迷宫环能有效阻止纤维进入首道机械密封所在的空间。

这一密封迷宫的存在为首道机械密封泄压创造了条件，在首道机械密封腔内，设置一个通道与进水池联通（图1、图2），经迷宫环以压力P1进入首道机械密封腔内，经通道与周围环境水相联通，此处环境水的压力是进入池的淹没深度Hs产生的压因为淹没深度一般都小于泵的排水全扬程H，对轴流泵HS≈（1/5～1/2）H，对混流泵HS≈（1/8～1/3）H，对离心泵或多级离心泵也可以采用首道机械密封减压技术，此时HS≈（1/200～1/10）H。

首道机械密封腔内压力：

当泄压孔开得很大，泄压部位完全开放，机械密封所在腔体完全与进水池联通，此腔体所承受的水压就是进水池水位（淹没深度HS）所形成的水压P0，此时首道机械密封承受的压差ΔP≈P0，一般HS都不到2 m，也就是ΔP≈0.002 MPa左右；而当泄压孔开得很小，P2=P0+（P1-P0）=P1，也就是如果泄压孔开得过小，机械密封腔泄压效果很差。当泄压孔的面积S2达到密封环间隙面积S1的2倍（S2/S1=2）时，在首道机械密封腔内，由泵扬程产生的压力已泄压85%，只剩余15%，基本上已接近于进出池的压力P0。

4 结语

首道机械密封所在的腔体经联通管及泄压孔与进水池联通，经合理设计计算迷宫环及泄压孔的配合，使此密封腔内的压力从水泵的全扬程下降到接近进水池合理淹没深度所产生的压力。由于压力的减小首道机械密封的泄漏量显著减小，改善了首道机械密封的工作条件，延长了首道机械密封的使用寿命。由于首道机械密封所在腔体压力下降，使油室内的压力也减小，同时也改善了电机端机械密封的工作条件，减少了电机内部进油的可能性。