李 軍

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢430050)

在船舶機(jī)艙污水管理中，由于海水泵軸封泄漏造成機(jī)艙污水溢滿(mǎn)污水井的案例不勝枚舉，有時(shí)甚至造成重大的事故。因機(jī)械密封的失效或損壞而致使船用離心海水泵需要進(jìn)行計(jì)劃外維修的工作量約占其維修量的60%左右［1］，密封故障幾乎成為影響其安全運(yùn)行的主要原因。

1 密封原理

機(jī)械密封是靠一對(duì)或數(shù)對(duì)垂直于軸作相對(duì)滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏的軸封裝置，見(jiàn)圖1［2］。

圖1 機(jī)械密封機(jī)構(gòu)

整套機(jī)械密封裝置有4個(gè)泄露通道:A，靜環(huán)與壓蓋之間;B，壓蓋與泵體之間;C，動(dòng)環(huán)與泵軸之間;D，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間。其中A、B泄露通道采用O型橡膠圈密封，屬靜密封，C泄露通道采用O型橡膠圈密封，當(dāng)泵軸下沉或者動(dòng)、靜環(huán)磨損時(shí)，動(dòng)環(huán)應(yīng)能在彈簧力的作用下向上移動(dòng)補(bǔ)償泵軸的下沉量或者動(dòng)、靜環(huán)之間磨損量，由于只是微量移動(dòng)，還是歸屬靜密封，D泄露通道借助動(dòng)環(huán)高速旋轉(zhuǎn)與靜環(huán)彼此貼合形成動(dòng)密封。

2 故障分析

2.1 動(dòng)、靜環(huán)密封面故障導(dǎo)致漏水

2.1.1 動(dòng)、靜環(huán)密封面燒焦變黑

1)原因分析。造成這種現(xiàn)象的原因大多是彈簧彈力過(guò)強(qiáng)。有的輪機(jī)員錯(cuò)誤地認(rèn)為彈簧壓得越緊密封就越好，常常不把彈簧座安裝到位(見(jiàn)圖2a))，加裝彈簧墊片(見(jiàn)圖2b))，擅自更換彈力更強(qiáng)的彈簧等，這些都造成動(dòng)靜環(huán)之間壓力增強(qiáng)而不易形成水膜，引起干摩擦而燒毀密封面。

2)處理方法。重新拆檢海水泵，更換適合的軸封，調(diào)整彈簧座的安裝位置，使其落座，抽出不必要的彈簧墊片，重新檢查彈簧的彈力?？梢圆捎孟旅娴姆椒z查彈簧的彈力:機(jī)械軸封安裝到位后，用螺絲刀壓彈簧，松開(kāi)螺絲刀彈簧復(fù)位，彈簧有2～4 mm的移動(dòng)量即可，見(jiàn)圖2c)。

圖2 彈簧座與泵軸關(guān)系示意

2.1.2 動(dòng)、靜環(huán)密封面有一層薄薄的水垢

1)原因分析。造成這種現(xiàn)象的原因大多是彈簧銹蝕失去彈力或者動(dòng)環(huán)咬死在某一位置(見(jiàn)圖3a))，動(dòng)環(huán)不能向上移動(dòng)補(bǔ)償動(dòng)靜環(huán)之間過(guò)大的間隙。另外，當(dāng)泵軸下沉?xí)r，彈簧座、彈簧也隨著下移而靜環(huán)保持位置不變，這樣變相地減弱了彈簧的彈力，使得動(dòng)靜環(huán)之間配合間隙增大，不能形成有效密封，見(jiàn)圖3b)。

圖3 靜環(huán)與動(dòng)環(huán)位置關(guān)系示意

2)處理方法。拆檢海水泵，清潔泵軸和機(jī)械密封上的污物，用砂紙清除泵軸上的麻點(diǎn)、銹跡，更換動(dòng)環(huán)輔助密封圈。在泵軸上安裝動(dòng)環(huán)后，活絡(luò)動(dòng)環(huán)，用手沿著泵軸向下壓動(dòng)環(huán)，松手后動(dòng)環(huán)應(yīng)能在彈簧作用下沿泵軸自由移動(dòng)。拆除泵軸上的軸承，清潔后仔細(xì)檢查軸承的磨損情況，可以采取如下的方式檢查:用清柴油徹底清潔軸承，雙手端平軸承，用大拇指按壓軸承內(nèi)圈，如果有明顯的移動(dòng)，說(shuō)明磨損量過(guò)大，要更換軸承，否側(cè)導(dǎo)致泵軸下沉。

2.1.3 動(dòng)、靜環(huán)密封面有溝槽、環(huán)溝等

1)原因分析。造成這種現(xiàn)象的原因多是海水不清潔，含有泥沙，顆粒狀的硬質(zhì)顆粒進(jìn)入動(dòng)、靜環(huán)之間造成磨料磨損形成的，多發(fā)生于貨倉(cāng)充當(dāng)壓載艙的散貨船，特別是運(yùn)輸煤炭和鐵礦石的船舶。港口卸完貨物后，貨倉(cāng)里仍然殘留有少量的煤炭、鐵礦石不能完全清除?？蛰d航行，遇到風(fēng)浪，船長(zhǎng)為了安全又常常命令向船體中間的貨倉(cāng)注滿(mǎn)海水，海水與煤炭或者鐵礦石混合后變渾濁，甚至在貨倉(cāng)底形成泥漿，在裝貨港當(dāng)用海水泵排除貨倉(cāng)里渾濁的海水時(shí)，顆粒狀的煤炭顆粒，特別堅(jiān)硬的鐵礦石粉末隨海水進(jìn)入動(dòng)、靜環(huán)之間形成磨料磨損，在動(dòng)、靜環(huán)表面形成溝槽(見(jiàn)圖4a)，致使軸封損壞失效。

圖4 靜環(huán)結(jié)構(gòu)示意

2)處理方法。每次港口卸完貨物后，徹底清潔貨倉(cāng)殘留的煤炭或者鐵礦石，清潔貨倉(cāng)里的污水濾器同時(shí)可在海水泵的吸口處加裝海水濾器，拆檢泵體，更換硬度更高的動(dòng)靜環(huán)。

2.1.4 海水泵裝復(fù)后，剛啟動(dòng)不久軸封就漏水，拆檢發(fā)現(xiàn)動(dòng)、靜環(huán)密封面燒毀，檢查彈簧的彈力正常

1)原因分析。造成這種現(xiàn)象的原因多是干摩擦所致，剛檢修完的海水泵里面充滿(mǎn)了空氣，在啟動(dòng)之前一定要排除里面積聚的空氣。否則啟動(dòng)時(shí)，由于動(dòng)靜環(huán)之間沒(méi)有海水潤(rùn)滑和冷卻，極易燒毀。另外，船員們習(xí)慣通過(guò)調(diào)節(jié)海水泵的進(jìn)口閥調(diào)節(jié)水量，此方法極易造成海水泵穴蝕，汽水向上運(yùn)動(dòng)積聚在密封盒里無(wú)法排除，造成動(dòng)靜環(huán)之間缺水導(dǎo)致干摩擦，燒毀軸封。

2)處理方法?？梢栽诤Ｋ玫倪M(jìn)口和泵體頂部之間加裝一根直徑8～12 mm紫銅管來(lái)改善機(jī)械密封的冷卻情況(見(jiàn)圖5)，可以依據(jù)海水泵的排量選擇紫銅管管徑大小，通常排量1 000 t/h的壓載海水泵選擇直徑12 mm的紫銅管。啟動(dòng)海水泵之前，松開(kāi)紫銅管的接頭，看到里面有海水出來(lái)，證明已經(jīng)排凈泵體里面的空氣，這時(shí)收緊接頭，才能啟動(dòng)海水泵。當(dāng)需要調(diào)節(jié)海水泵出口流量時(shí)，可調(diào)節(jié)海水泵的出口閥，避免發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

圖5 海水泵結(jié)構(gòu)示意

2.1.5 動(dòng)靜環(huán)偏磨

1)原因分析。造成這種現(xiàn)象的原因是裝配問(wèn)題，動(dòng)、靜環(huán)密封面與泵軸不垂直。安裝靜環(huán)時(shí)，沒(méi)壓平(見(jiàn)圖6a))，靜環(huán)在壓蓋里是歪斜的，或者泵軸本身不垂直，聯(lián)軸節(jié)螺栓沒(méi)壓均勻，造成泵軸歪斜，(見(jiàn)圖6b))，啟動(dòng)泵不久動(dòng)、靜環(huán)之間單邊磨損而漏水。

2)處理方法。重新解體泵體，重新均勻壓緊聯(lián)軸節(jié)螺栓，重新安裝靜環(huán)，一定要使動(dòng)靜環(huán)密封面與泵軸垂直，見(jiàn)圖6c)。

圖6 靜環(huán)歪斜和泵軸歪斜示意

2.2 輔助密封圈故障導(dǎo)致漏水

2.2.1 原因分析

1)船用海水泵機(jī)械密封輔助密封裝置大多采用O型或者V型橡膠密封圈，例如:斷面尺寸超標(biāo)，彈性不足，表面有凹坑，飛邊過(guò)多，流痕等造成密封不好而漏水。

2)安裝動(dòng)環(huán)時(shí)，泵軸表面有碰傷、毛刺，新泵軸軸端無(wú)倒角，都可能劃傷動(dòng)環(huán)輔助密封圈，特別是V型密封圈唇口最易刮傷。壓蓋里積存的垃圾沒(méi)有徹底清除，或者壓蓋內(nèi)徑由于海水腐蝕、脫落而變大變形等，都造成靜環(huán)輔助密封裝置無(wú)法密封。

2.2.2 處理方法。

1)更換符合質(zhì)量要求的密封圈。

2)換新泵軸時(shí)，一定要仔細(xì)檢查泵軸表面，有無(wú)毛刺、銹坑，用砂紙打磨其表面，軸端無(wú)倒角的，要用銼刀修出倒角。徹底清潔壓蓋內(nèi)表面，如果尺寸超標(biāo)要換新，無(wú)新備件，可以在靜環(huán)輔助密封圈表面纏繞生料帶來(lái)處理。

2.3 泵體振動(dòng)造成軸封漏水

1)原因分析。現(xiàn)在新造的遠(yuǎn)洋船舶，海水泵多采用立式，泵體上端無(wú)軸承，泵軸用聯(lián)軸節(jié)整個(gè)懸吊在電動(dòng)機(jī)上，電動(dòng)機(jī)軸承負(fù)責(zé)承重，下端采用水潤(rùn)滑軸承支撐。由于海水中難免存在固體雜質(zhì)、顆粒，易引起水軸承磨損，泵軸與其配合間隙增大，導(dǎo)致泵軸徑向跳動(dòng)量大增，從而干擾機(jī)械密封摩擦副的平面摩擦性，造成海水泄漏甚至密封失效或損壞。另外聯(lián)軸節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)尺寸過(guò)小，導(dǎo)致其剛性不足，或者螺栓沒(méi)均勻上緊同樣導(dǎo)致泵軸徑向跳動(dòng)，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)不能很好貼合而漏水。

2)處理方法。更換水軸承，重新按照說(shuō)明書(shū)力矩的要求均勻上緊聯(lián)軸節(jié)螺栓，還可以在聯(lián)軸節(jié)上焊接加強(qiáng)筋來(lái)加強(qiáng)聯(lián)軸節(jié)的剛性，見(jiàn)圖6c)。

3 結(jié)論

綜上所述，造成海水泵機(jī)械軸封失效的原因主要是船員對(duì)機(jī)械軸封的密封原理不甚了解，導(dǎo)致裝配錯(cuò)誤、操作失誤;設(shè)計(jì)人員未能充分考慮船用海水泵惡劣的工作環(huán)境。

為此提出如下改進(jìn)措施。

1)設(shè)計(jì)開(kāi)敞式密封盒，最好設(shè)計(jì)成向下開(kāi)口的喇叭口狀，這樣海水可以充分冷卻動(dòng)、靜密封環(huán)，高速流動(dòng)的海水可以帶走積聚在密封盒頂端的空氣和汽體，同時(shí)也可以沖刷掉積聚在彈簧上的污泥。

2)在動(dòng)、靜環(huán)密封面附近安裝壓力傳感器，通信端子接入海水泵控制箱的控制電路，如圖5所示。壓力傳感器的工作電壓和容量可以依據(jù)相串聯(lián)的繼電器的參數(shù)來(lái)選擇，只有密封盒里充滿(mǎn)了海水傳感器才會(huì)向控制箱發(fā)送可以啟動(dòng)的信號(hào)，這樣可實(shí)現(xiàn)密封保護(hù)與水泵啟動(dòng)的相互連鎖［3］。

3)改進(jìn)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)機(jī)械密封設(shè)計(jì)成靜環(huán)在上部動(dòng)環(huán)在下部，彈簧長(zhǎng)期浸泡在海水里容易腐蝕、結(jié)垢。可以改進(jìn)設(shè)計(jì)，變成動(dòng)環(huán)、彈簧在上部，靜環(huán)在下部，海水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)設(shè)法保持彈簧干燥。

［1］吳仁榮.船用海水泵機(jī)械密封故障分析及對(duì)策［J］.流體機(jī)械，2005，33(1):45.

［2］郝木明.機(jī)械密封技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2010.

［3］凌素琴，俞志君，唐曉晨.船用立式離心泵機(jī)械密封改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.流體機(jī)械，2009，37(11):53.