齐 威，金 艳

(大连工业大学，辽宁 大连 116034)

0 引言

离心泵是工业上常用的一种动力机械装置，在化工、原材料加工等很多领域应用十分广泛，具有可靠性高、使用寿命长、技术成熟等优点。由于离心泵的工作环境较为复杂，很多离心泵会常年在酸性或碱性的溶液中使用，因此离心泵工作可靠性是工业生产中最重要的问题之一。机械密封结构是离心泵正常工作的基础保证，能使离心泵形成与外界隔绝的工作环境，从而实现减轻摩擦损耗、保证工作效率、减少泄漏的效果。在离心泵的日常使用中，机械密封结构中的很多元件都属于常规的易损零件，这些零件的失效是离心泵密封结构失效的主要原因，除此之外，导致离心泵密封结构失效的原因是多方面，因此，了解与掌握密封结构失效的原因与预防方法，合理的设计与改进离心泵的机械密封结构，对于保证离心泵使用的可靠性具有积极的作用。

1 结构原理

离心泵的机械密封结构主要依靠弹性密封件与机械结构相配合来实现，在离心泵运转的过程中由于流体运动会产生较大的液压力，作用于弹性密封件时可将密封件挤压变形使其进一步形成密封效果，达到预防泄漏的功能要求。在离心泵中，除泵体壳体的密封垫外，主要的机械密封结构还包括静环、动环、压紧元件和其他密封弹性件。例如，在离心泵的传动轴上，主要依靠动环进行密封，动环可随传动轴一同旋转并起到良好的隔绝作用，而在压盖位置则选用静环进行密封，静环不需要随运动件一同运动，但需要承受运转过程的摩擦力，起到传动轴端部的密封作用。而对于离心泵壳体所形成的密封室，主要通过压紧元件进行密封，保证在不运动的位置端面始终保持贴合的状态，静环、动环、压紧元件等弹性密封件的使用应合理选择，则可以起到良好的密封作用，同时对离心泵运转过程中产生的振动、冲击起到良好的缓冲作用。离心泵机械密封结构的功能实现不仅需要密封元件与泵体结构的良好配合，还需要良好的使用与维护保养习惯来保持良好的运行条件，减少气蚀、抽空等异常问题的产生概率，使密封结构达到良好的密封效果。

2 密封结构失效原因分析

2.1 密封元件选择不合理

离心泵密封元件的使用寿命受到很多因素的影响，其中最主要的影响因素就是密封件选择的合理性，在离心泵设计和维护的过程中，密封结构的失效也多是由于密封元件选择不合理导致的，其主要表现在以下几个方面。一是密封件的耐磨性不足，由于离心泵中的液体存在较大的运动速度，若液体中还有较多的杂质或添加物，会很容易因为磨粒的存在造成严重的磨损问题，此时若密封元件的材料耐磨性不足，则会出现早期磨损而产生泄漏问题；二是密封元件的耐腐蚀性不足，离心泵在酸碱环境中使用时，若离心泵中的密封元件抗腐蚀能力不足，可能因为酸碱腐蚀问题使元件的弹性减弱或出现开裂等问题；三是密封元件的耐高温性能不足，离心泵在高温液体的环境中使用，也可能因为密封元件选择不合理而导致密封元件过早老化，使密封元件的可靠性大幅降低。

2.2 密封结构的设计不合理

在离心泵结构设计过程中，其内部的结构设计往往对于机械密封结构的使用寿命存在较大的影响，密封结构设计不合理造成的密封失效问题主要表现在以下几个方面。一是压紧密封面的压紧面积不足，当压紧面积不足时，与压紧面配套使用的密封垫片往往面积也较小，在长期使用的过程中寿命不易保证；二是由于在机械设计的过程中，金属部件之间的较小空隙会使液体流动时出现冲击力剧增现象，若小间隙或孔状结构位于密封元件附近，密封元件会长期受到大于设计值的液体冲刷力作用而产生失效问题；三是离心泵传动轴运转过程的挠度过大，造成密封元件在密封过程中的受力不均匀，长此以往密封元件的局部功能出现失效，易出现泄漏问题。

2.3 维修保养操作不合理

很多情况下，离心泵在维修和保养的过程中，往往达不到出厂时的技术条件和装配质量，很容易导致离心泵机械密封结构失效。例如，在维修过程中拆卸不当会造成密封弹性件的损坏、替换密封件时材质选择不当造成更换的元件快速损坏等问题。还可能存在更换动环、静环等元件时，密封件安装受力不均匀，造成局部位置密封状态不好而出现泄漏。在对离心泵壳体、端盖、传动轴安装时，也可能出现螺栓紧固受力不均、轴承压盖安装不到位、轴与轴承安装不合理等问题，都可能造成机械密封结构的早期损坏而失效。除此之外，还可能因为离心泵重新安装后没有注满溶液就启动，或离心泵腔体里含有空气等因素导致部分位置的密封元件缺少液体润滑和散热，出现快速损坏的问题。在离心泵工作过程中，还会因为水管阻力调整不当等因素而使液体中产生大量气泡，使泵体内部的压强明显增高，而产生气蚀现象，气蚀现象会引起水流波动而产生剧烈的振动，使传动轴上的动环和静环被破坏。

3 离心泵的维修与改造建议

3.1 优化密封位置结构设计

密封位置的结构设计要在实现密封结构的基础上尽量对密封元件进行保护，可考虑在设计过程中利用机械结构对密封元件进行遮挡。例如，在壳体扣合面、端盖扣合面位置设计金属台肩来遮挡密封元件，以减少流体或磨粒对密封元件的冲刷。也可考虑将面积较大的密封垫片进行分体设计，例如，将端盖位置一圈的密封垫更改为内外两圈的密封垫，避免密封垫受酸碱腐蚀整体老化问题。此外，还应优化密封结构附近的液体流动环境，减少狭小缝隙、孔洞等对液体产生的聚集作用，使各个位置密封件受到的液体流动摩擦力均衡、稳定，减少局部位置快速损坏问题发生的概率。

3.2 优化传动轴结构设计

在对传动轴进行结构设计的过程中，应结合仿真分析和运动学软件对传动轴运转过程中产生的变形问题进行分析，通过在设计过程中减小轴两端的距离、增加轴端直径尺寸等方法优化运转过程的饶度变化值，同时还可以通过优化叶轮的结构设计来调整传动轴的受力状态。例如，在提高单级叶轮扬程的同时减小叶轮的级数，使叶轮既能维持原有的工作能力，又减少了运转过程传动轴产生的饶度变化过大问题，从而有效保护传动轴位置的各个密封元件。

3.3 选择优质密封材料

在对密封结构的材料进行选择的过程中，设计人员应当突破固有思维的限制，不断更新自身的材料知识储备，了解市场上新材料、新形式密封元件的应用与发展趋势，积极应用密封材料的新技术来改善传统离心泵各个机械密封结构位置的可靠性，提升机械密封件的使用寿命。

3.4 合理执行维修保养工作

对于离心泵的维修过程，工作人员应当在维修过程中重视密封元件的保护，在拆卸的过程中尽量避免过大的磨损、弹性形变和损坏等问题，若弹性密封件在拆卸或装配过程中出现损坏，必须要对其进行更换，以免因泄漏造成更大的故障。在对传动轴上动环和静环进行装配时，要注意动环和静环的两个端面必须保持合理距离，且弹簧能够将动环灵活弹出，在检修和维护过程中还要用塞尺检查各距离在各个方向上是否均匀合理。此外，离心泵维修保养工作完成后，必须将离心泵注满水后再进行测试，要注意避免空气进入管道产生气蚀问题，确保维修保养后离心泵处于良好的工作状态。