闫殳裔，李光耀，石卓立

(中国航发北京航空材料研究院，北京 100095)

0 引 言

离心式水泵是应用最为广泛的水泵，能够满足各种生产需要，为了提高离心式水泵的工作效率，需要确保其正常工作和安全性能[1-3]。对离心式水泵存在的问题进行分析，结合实践经验，找出故障原因，提高离心式水泵的工作性能，减少故障的发生。离心式水泵的密封性也会影响设备工作，找出影响密封性的原因，并采用软材料进行密封性的提高，从而增强离心式水泵的工作稳定性，保证其正常工作[4，5]。

国内外学者对于离心泵进行了大量的分析研究，赵伟国等[6]利用CFD技术对离心泵的叶轮进行优化，改善了离心泵的工作性能，降低故障的发生；Li等[7]分析了离心泵的压力变化，统计分析其规律；刘在伦等[8]采用线性回归方法，分析拟合了离心泵的气蚀余量，得到转速与气蚀余量的变化关系；Sten等[9]利用CFD仿真软件对非均匀流场下，离心泵转速和出口压力的关系进行分析。通过上述研究发现，对于现场工作的离心泵故障研究较少，因此，笔者根据实际生产经验，对离心泵工作中出现的常见问题及密封性等进行研究分析，以提高设备稳定运行能力。

1 离心式水泵结构及工作原理

1.1 结 构

离心式水泵是能源、动力系统中的流体输送和增压设备，其工作状态影响整个系统的工作情况[10]。离心式水泵的结构如图1所示。

图1 离心泵结构1.泵壳 2.泵轴 3.轴封 4.叶轮

1.1.1 泵 壳

泵壳按照剖分方式的不同，可以分为径向剖分式和轴向剖分式两种。泵壳围绕在离心式水泵外部，主要作用是承受泵体工作时的压力与负荷。与径向剖分式两种，主要作用是承受作业时产生的工作压力以及液体热负荷。一般情况下，对于多级泵来说，径向剖分的壳体较多，壳体结构一般呈环形或者圆形；单级泵泵内部为螺旋形，外壳为蜗壳式离心式水泵工作时，叶轮抛出的液体能够有效收集，且可把高处的液体动能转化为静压能，最终液体沿扩散管流出泵口。

1.1.2 泵 轴

泵轴是离心式水泵的动力传递部分，能够保证叶轮的运转。轴泵的一端连接电动机，另一端固定在叶轮上，带动叶轮转动。泵轴上有轴向密封件、轴承等构件。若工作介质为一般液体，泵轴材料可以选择用45钢；若为腐蚀性液体，则材料应选择用40Cr，以提高耐用性能。

1.1.3 轴 封

轴封是避免泵壳内液体溢出，同时提高离心泵的密封性，防止外界空气进入泵壳内部。离心泵常用轴封方式有两种，即机械密封与填料密封。实际应用中，为提高密封性能，常选用两种兼容的方法进行密封，提高设备的封闭性和工作稳定性能。

1.1.4 叶 轮

叶轮的形式有四种，即前半开式、后半开式、闭式以及开式。叶轮的主要作用是通过旋转对液体进行输送，将机械能转换为液体的静压能和动能。叶轮需要保证较好的耐腐蚀性能，可采用青铜、不锈钢等材料制作。

1.2 工作原理

离心式水泵驱动方式为电动机，外部主要由电机和离心式水泵两个部分组成。如图2所示。

利用轴的旋转带动叶轮，将叶轮的机械能转化为液体的动能，液体在离心力的作用下脱离叶轮，进入排水管道内部。同时，由于内部液体的排出，叶轮周围形成真空，在大气压的作用下，液体流进叶轮井口，实现介质流动的循环，完成整个排水工作。工作原理如图3所示。

图2 离心式水泵图3 离心式水泵工作原理

2 离心式水泵运行常见故障

2.1 轴承温度过高

离心式水泵在正常作业时，由于轴承的高速运转，会产生大量的热量，如果热量不能及时散出，会导致设备温度过高出现故障。轴承温度过高的原因较多，常见的原因是油箱内油量过少，无法满足设备正常运行，导致轴承温度异常。此外。润滑油质量不合格或润滑油变质，降低润滑效果，导致摩擦增大，也会出现轴承温度过高的现象。

2.2 水泵扬程不足

水泵扬程不足是离心式水泵的常见故障，离心式水泵扬程不足会造成出口压力不足，设备无法满足正常工作需求。扬程不足的主要原因是叶轮存在磨损，影响流体的正常传输，或者是水泵出现气蚀现象，导致扬程不足。安装叶轮前需要进行检查，避免扬程不足，或者增大进出口液面高度，减少运行故障。

2.3 泵体出水不足

在离心式水泵工作过程中，若流体中含有较多杂质，会导致叶轮流道被堵塞。堵塞严重时，造成叶轮反转，导致泵体不能正常出水，而影响设备运行效率。需要及时对叶轮流道进行疏通，提高设备运行稳定性与安全性。

2.4 水泵振动过大

离心式水泵工作中，会出现振动，小范围振动不影响设备的正常工作，但是如果振动超出正常范围，则表明设备出现故障，需要找出故障原因，采取维修措施。离心泵的安装不当可能导致螺栓松动、泵管道应力过大而出现振动，导致离心泵无法正常工作。所以对于安装阶段，需要做好设备的固定和安装工作，减少振动的发生。

3 水泵密封性问题分析

离心式水泵的密封分为机械密封和填充密封，机械密封存有轻微泄漏，容易导致工作时泄露增大，设备无法正常工作，因此离心式水泵的密封性问题对于设备是否能够正常工作至关重要。

3.1 机械密封的泄漏点

机械密封利用弹性元件在静环和动环处贴合，利用弹性力达到密封效果。如果弹性元件的弹力太小，水泵静压时可能出现轻微泄漏，工作过程中会造成泄露增大，设备无法正常工作。如果弹性元件弹性力太大，会导致设备运转时机械密封持续发热，导致弹性元件高温损坏。一般情况下，弹性元件的压缩量根据液体介质差异和扬程高度，参照水泵功率进行确定。根据经验公式，弹性元件的压缩量L=1/2～2/3l(l代表弹簧的总压缩量)。

以双级双吸式增压水泵为例，液体介质为水，扬程230 m，功率1 450 kW，该弹簧的总压缩量为10 mm，则用于密封的弹簧实际压缩量6～7 mm为宜。依照近年来安装经验，按照此原则，未发生过机械密封泄漏现象。

3.2 机械密封的轴套

轴套的作用有三个：①安装过程中起到密封和定位的作用；②与动环O型密封圈形成密闭空间，阻止内部液体泄露；③保护水泵轴，避免紧固螺钉安装时损坏泵轴。对于工作过程中离心式水泵而言，阻止液体泄露是机械密封轴套的主要作用。在水泵运行中，机械密封动环O形圈与轴套之间就存在微幅相对运动，而轴套表面与动环O形圈接触处会留下微幅凸凹不平，用手触摸约有0.5～0.7 mm的磨损痕迹；为了提高其密封性，在轴套内部添加软填料，降低磨损，提高耐磨性能，密封结构及密封材料填充如图3所示。

由图4可知，填充材料的性能对密封结构的密封性影响较大，使用软填料可以改善气密性，达到较好的密封效果。轴套选用表面粗糙度在Ra3.2以上，材料应选用1Cr13或2Cr13等耐磨材料，增加其塑性。

图4 密封结构及密封材料

3.3 水泵密封环检修

水泵密封环的作用是减少内部介质溢出，同时避免水泵内部混入外界空气。如果密封环损坏，导致工作过程中水泵出现故障。内部液体溢出降低离心式水泵的输出效率，外界空气混入则影响离心式水泵的输送。两种状况均会造成离心式水泵故障，需要根据情况进行检修。水泵的密封环严格遵循磨损标准和配合间隙，离心式水泵密封环内径和最大磨损如表1所列。

表1 密封环内径与最大磨损程度 /mm

因此，在实际维修中，需要按照表1的专业规范对密封环进行检修。检查磨损程度是否超过最大允许值，必要时对密封环进行更换，以保证离心式水泵能够正常工作。

4 结 语

离心式水泵是工业生产中一种重要的设备，在使用过程中会出现故障和密封性问题，影响水泵的正常工作。为此，对离心式水泵的结构和工作原理进行分析，并针对不同的故障情况提出维修策略，分析了密封性问题，寻找提高水泵密闭性的方法，对于实际生产和设备维修具有重要意义。及时发现和排除故障，有利于保证设备正常运行。