大型潛水軸流泵機械密封安裝調試的探討
機械密封的安裝與調試直接影響到水泵的安裝質(zhì)量與運行質(zhì)量。筆者以潛水泵安裝檢修的實(shí)踐經(jīng)驗，通過(guò)嚴格控制機械密封靜環(huán)端面與軸垂直度的方法來(lái)提高泵軸封氣密性試驗的合格率，從而保障電機絕緣及油腔密封的可靠，省工省時(shí)，方便快捷，對相關(guān)泵型的檢修具有一定的參考價(jià)值和實(shí)踐意義。
一、引言
機械密封也叫端面密封。它是靠彈簧和密封介質(zhì)的壓力在隨軸旋轉的動(dòng)環(huán)和相對靜止的靜環(huán)的接觸表面上產(chǎn)生適當的壓緊力，使兩個(gè)端面緊密貼合，并相對滑動(dòng)。端面間保持一層極薄的油膜或水膜，介質(zhì)通過(guò)時(shí)阻力很大，阻止液體泄漏，從而達到密封的目的。機械密封安裝質(zhì)量的好壞直接影響到水泵的安裝質(zhì)量和運行安全，因此必須把握幾點(diǎn)關(guān)鍵工序的操作，才能確保密封的可靠性。為便于闡述，以一則潛水軸流泵故障檢修實(shí)例來(lái)分析探討。
二、主要問(wèn)題
上海楊浦區新江灣城清水河泵站配10kv ，1300QZ-100-355 型高壓潛水軸流泵，每臺水泵單機流量5m3/s，葉輪直徑1.3m。隨著(zhù)運用時(shí)間的推移，運用頻率的增加，逐漸暴露出軸承運行溫度同比升高，配套電動(dòng)機絕
緣下降等問(wèn)題。經(jīng)解體檢查發(fā)現：
(1)測量電動(dòng)機定子繞組對機殼的冷態(tài)絕緣電阻。實(shí)測三相對地絕緣電阻<10MΩ(要求>50MΩ)，吸收比<1.1(要求>1.3)，即電動(dòng)機內部有受潮現象。
(2)檢查軸承腔中32 號機械油，出現乳化沉淀現象。
(3)機械密封金屬結構有銹斑，彈簧銹蝕，動(dòng)、靜環(huán)摩擦面有偏磨，機械密封的動(dòng)環(huán)輔助密封(即O 型橡膠圈)已變形、磨損。
三、分析
經(jīng)解體檢查分析：油封(即電機腔的機械密封)的補償環(huán)壓得過(guò)死，動(dòng)環(huán)不能在泵軸上靈活移動(dòng)造成動(dòng)、靜環(huán)磨損較大，且磨損后得不到補償位移。油腔內的油已乳化變質(zhì)，造成油封動(dòng)、靜環(huán)之間的摩擦副滲入雜質(zhì)顆粒，潤滑條件惡劣，運行時(shí)溫度升高，加劇磨損，密封逐漸失效。水封(即油腔外與水接觸的機械密封)密封性能下降。由于水泵起動(dòng)、停止瞬間以及上海黃浦江潮位漲落變化較快時(shí)，運行工況變化劇烈，造成壓力波動(dòng)大，含有大量泥砂的江水在壓力作用下滲透水封，進(jìn)入油腔，加上油封磨損產(chǎn)生的溫度，加速油質(zhì)劣化，產(chǎn)生雜質(zhì)和水份，進(jìn)一步促成油腔內油封性能的下降，造成電機腔內定子繞組受潮，絕緣電阻下降。
四、機械密封的結構及功能
該機械密封由靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、補償環(huán)、卡環(huán)、輔助密封組成(見(jiàn)圖1)。靜環(huán)為合金材料，工作端面經(jīng)過(guò)精加工，外壁及端面包一圈L 型橡膠襯套，安裝在電機軸伸端的靜環(huán)座內。動(dòng)環(huán)是石墨或合金材料，動(dòng)環(huán)內圈安裝輔助軸向密封為O 型氟橡膠圈。補償環(huán)為不銹鋼材料，周向均布多彈簧，對動(dòng)環(huán)的軸向位移進(jìn)行彈性補償，補償環(huán)的周向設有一圈緊定螺釘，在調整機械密封時(shí)起到軸向定位與防轉作用�？ōh(huán)對補償環(huán)起軸向定位加固作用。
圖1 單面多彈簧機械密封結構
清水河泵站潛水軸流泵所使用的機械密封共有兩道(見(jiàn)圖2)，第一道俗稱(chēng)水封，防止水泵油腔的油液向腔體外泄漏，同時(shí)又要防止腔體外的水向潛水泵油腔內滲漏。第二道俗稱(chēng)油封，防止油腔內的油液向電機內部滲漏。兩套機械密封為單面多彈簧機械密封，水封摩擦副材料由碳化鎢(靜環(huán))與碳化鎢(動(dòng)環(huán))材料配對。油封摩擦副材料由碳化鎢(靜環(huán))與石墨(動(dòng)環(huán))材料配對。
圖2 1300QZ-100-355 型潛水軸流泵剖面圖
五、機械密封的安裝調試
1.安裝前的檢查與測量
(1)檢查機械密封表面無(wú)氣孔、麻點(diǎn)、裂紋、劃痕、偏磨及飛邊等缺陷，以避免早期泄漏。動(dòng)、靜環(huán)密封膠圈的表面不得有殘損、厚薄不均及軟硬不均現象。
(2)動(dòng)環(huán)內徑與軸徑的間隙應在0.2~0.40mm，以避免密封圈浮動(dòng)性差。測量靜環(huán)厚度與靜環(huán)座的深度，以保證靜環(huán)安裝到位。動(dòng)環(huán)的凸臺高度≥lmm，以免影響散熱。
(3)測量彈簧的自由度應一致，彈簧兩端面應保持平行，避免因彈簧力不平衡造成端面單邊磨損。彈簧的外表面清潔無(wú)銹蝕。彈簧自由長(cháng)度允差<0.5mm，壓縮量要求誤差<±2mm。
2.機械密封安裝的關(guān)鍵工序
(1)靜環(huán)端面與軸垂直度
在靜環(huán)表面涂一層清潔的機油或透平油，把L 型橡膠襯套套在靜環(huán)上，因靜環(huán)與靜環(huán)座為過(guò)盈配合，為便于安裝，可在L 型橡膠襯套外面涂點(diǎn)黃油，輕按入靜環(huán)座中，若按不下去，可墊上軟木條輕輕敲入，敲擊時(shí)用力要輕，對角180°輪流點(diǎn)擊，不可僅對局部點(diǎn)擊，以免造成靜環(huán)偏斜卡住，安裝不到位，局部翹曲變形等影響下一步安裝。主要控制措施是通過(guò)靜環(huán)端面與軸垂直度的測量與調整來(lái)保證。
圖3 靜環(huán)端面與軸垂直度測量
表1 靜環(huán)端面與軸垂直度測量記錄
泵用機械密封在軸徑>50~120mm 時(shí)，要求垂直度≤0.06mm。在軸合適位置架設百分表表座，將百分表測頭垂直于靜環(huán)端面壓下1~2mm，調節百分表盤(pán)面對零，通過(guò)盤(pán)車(chē)測量靜環(huán)端面均分8 個(gè)點(diǎn)與軸的垂直度，經(jīng)測量最高點(diǎn)在2 方位。用軟木塊墊在2 方位，輕輕點(diǎn)擊，用百分表監視變化量，依次調整各測量值偏大方位，再盤(pán)車(chē)一圈后，至1 方位將百分表重新對零，再次測量8 個(gè)方位的端面垂直度，直至每個(gè)方位測量值達到0.01~0.02mm。調整靜環(huán)端面與軸垂直度可按：
計算，LX—調整方位的端面垂直度調整值(X 為1~8 各個(gè)點(diǎn)的方位);L0—調整方位端面垂直度測量值;L180—調整方位對角180°端面垂直度測量值。
盤(pán)車(chē)測量調整靜環(huán)端面與軸的垂直度不是一次就能成功的，往往需要重復幾次，逐漸使垂直度調整到合格范圍。實(shí)踐經(jīng)驗，嚴格控制垂直度在 0.01~0.02mm 范圍，可使機械密封安裝后的氣密性試驗的合格率得到顯著(zhù)提高。
(2)端面比壓
垂直度調整合格后，在軸上套裝動(dòng)環(huán)，在動(dòng)環(huán)內槽裝入O 型橡膠密封圈，再壓上補償環(huán)。對補償環(huán)的軸向位置確定，涉及端面比壓調整。端面比壓是彈性力作用在密封端面上產(chǎn)生的單位面積上的壓力，其主要作用是保證主機在啟動(dòng)、停車(chē)或介質(zhì)壓力波動(dòng)時(shí)，使密封面能緊密貼合;同時(shí)用以克服動(dòng)環(huán)輔助密封圈與軸表面間的摩擦阻力，使動(dòng)環(huán)能追隨密封面的磨損沿軸向移動(dòng)。端面比壓過(guò)大將加速摩擦副磨損;比壓過(guò)小則易泄漏。調整比壓其實(shí)就是調整彈簧的壓縮尺寸，對補償環(huán)的軸向定位。該潛水泵可根據原始標記(水泵解體時(shí)原補償環(huán)的軸向位置標記)，結合水泵圖紙上標注的機械密封軸向位置尺寸，兼顧經(jīng)長(cháng)時(shí)間運行彈簧會(huì )疲動(dòng)松動(dòng)，向內調整1mm。并且彈簧座不能偏斜，可測量補償環(huán)端面周向各點(diǎn)與軸身止口距離誤差來(lái)保證。合格后對角擰緊補償環(huán)緊定螺釘，此時(shí)用手推動(dòng)環(huán)作軸向壓縮，松手后動(dòng)環(huán)應能自動(dòng)彈回，無(wú)卡滯。
3.氣密性試驗
采用在密封部位涂抹肥皂液進(jìn)行靜壓試驗結合人工盤(pán)車(chē)的方法檢測各腔體氣密性情況。
(1)泄漏分析及判斷
泄漏量較小，多為動(dòng)環(huán)或靜環(huán)密封圈存在問(wèn)題;泄漏量較大時(shí)，則表明動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間存在問(wèn)題。在初步觀(guān)察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎上，再人工盤(pán)車(chē)觀(guān)察，若泄漏量無(wú)明顯變化則靜、動(dòng)環(huán)密封圈有問(wèn)題;如盤(pán)車(chē)時(shí)泄漏量有明顯變化則可斷定是動(dòng)、靜環(huán)摩擦副存在問(wèn)題;如泄漏介質(zhì)沿軸向噴射，則動(dòng)環(huán)密封圈存在問(wèn)題居多，泄漏介質(zhì)向四周漏出，則多為靜環(huán)密封圈失效。
(2)氣密性試驗
安裝后對電機腔、油腔內用空壓機打壓至0.2MPa，關(guān)閉相關(guān)氣路閘閥進(jìn)行腔體保壓。在靜環(huán)與靜環(huán)座配合處、動(dòng)環(huán)與靜環(huán)貼合處、補償環(huán)與軸之間涂沫肥皂液，盤(pán)車(chē)檢查是否有翻泡現象，同時(shí)監視內腔壓力表數值是否有變化。
六、結語(yǔ)
清水河泵閘10KV 潛水軸流泵結構中的機械密封在安裝調整中采用盤(pán)車(chē)測量，控制靜環(huán)端面與軸垂直度≤0.02mm的做法，經(jīng)6 臺相同型號水泵的安裝實(shí)踐驗證，均只需一至兩次調整即可達到密封腔保壓0.2MPa，12h 無(wú)明顯滲漏(≤0.01MPa)，符合要求，提高效率，節省工時(shí)。
