船用海水泵機械軸封漏水故障分析及排除

李 軍

(武漢船舶職業技術學院，武漢430050)

在船舶機艙污水管理中，由于海水泵軸封泄漏造成機艙污水溢滿污水井的案例不勝枚舉，有時甚至造成重大的事故。因機械密封的失效或損壞而致使船用離心海水泵需要進行計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行的主要原因。

1 密封原理

機械密封是靠一對或數對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置，見圖1［2］。

圖1 機械密封機構

整套機械密封裝置有4個泄露通道:A，靜環與壓蓋之間;B，壓蓋與泵體之間;C，動環與泵軸之間;D，動環與靜環之間。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，當泵軸下沉或者動、靜環磨損時，動環應能在彈簧力的作用下向上移動補償泵軸的下沉量或者動、靜環之間磨損量，由于只是微量移動，還是歸屬靜密封，D泄露通道借助動環高速旋轉與靜環彼此貼合形成動密封。

2 故障分析

2.1 動、靜環密封面故障導致漏水

2.1.1 動、靜環密封面燒焦變黑

1)原因分析。造成這種現象的原因大多是彈簧彈力過強。有的輪機員錯誤地認為彈簧壓得越緊密封就越好，常常不把彈簧座安裝到位(見圖2a))，加裝彈簧墊片(見圖2b))，擅自更換彈力更強的彈簧等，這些都造成動靜環之間壓力增強而不易形成水膜，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:機械軸封安裝到位后，用螺絲刀壓彈簧，松開螺絲刀彈簧復位，彈簧有2～4 mm的移動量即可，見圖2c)。

圖2 彈簧座與泵軸關系示意

2.1.2 動、靜環密封面有一層薄薄的水垢

1)原因分析。造成這種現象的原因大多是彈簧銹蝕失去彈力或者動環咬死在某一位置(見圖3a))，動環不能向上移動補償動靜環之間過大的間隙。另外，當泵軸下沉時，彈簧座、彈簧也隨著下移而靜環保持位置不變，這樣變相地減弱了彈簧的彈力，使得動靜環之間配合間隙增大，不能形成有效密封，見圖3b)。

圖3 靜環與動環位置關系示意

2)處理方法。拆檢海水泵，清潔泵軸和機械密封上的污物，用砂紙清除泵軸上的麻點、銹跡，更換動環輔助密封圈。在泵軸上安裝動環后，活絡動環，用手沿著泵軸向下壓動環，松手后動環應能在彈簧作用下沿泵軸自由移動。拆除泵軸上的軸承，清潔后仔細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圈，如果有明顯的移動，說明磨損量過大，要更換軸承，否側導致泵軸下沉。

2.1.3 動、靜環密封面有溝槽、環溝等

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

圖4 靜環結構示意

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

2.1.4 海水泵裝復后，剛啟動不久軸封就漏水，拆檢發現動、靜環密封面燒毀，檢查彈簧的彈力正常

1)原因分析。造成這種現象的原因多是干摩擦所致，剛檢修完的海水泵里面充滿了空氣，在啟動之前一定要排除里面積聚的空氣。否則啟動時，由于動靜環之間沒有海水潤滑和冷卻，極易燒毀。另外，船員們習慣通過調節海水泵的進口閥調節水量，此方法極易造成海水泵穴蝕，汽水向上運動積聚在密封盒里無法排除，造成動靜環之間缺水導致干摩擦，燒毀軸封。

2)處理方法?？梢栽诤Ｋ玫倪M口和泵體頂部之間加裝一根直徑8～12 mm紫銅管來改善機械密封的冷卻情況(見圖5)，可以依據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。啟動海水泵之前，松開紫銅管的接頭，看到里面有海水出來，證明已經排凈泵體里面的空氣，這時收緊接頭，才能啟動海水泵。當需要調節海水泵出口流量時，可調節海水泵的出口閥，避免發生汽蝕現象。

圖5 海水泵結構示意

2.1.5 動靜環偏磨

1)原因分析。造成這種現象的原因是裝配問題，動、靜環密封面與泵軸不垂直。安裝靜環時，沒壓平(見圖6a))，靜環在壓蓋里是歪斜的，或者泵軸本身不垂直，聯軸節螺栓沒壓均勻，造成泵軸歪斜，(見圖6b))，啟動泵不久動、靜環之間單邊磨損而漏水。

2)處理方法。重新解體泵體，重新均勻壓緊聯軸節螺栓，重新安裝靜環，一定要使動靜環密封面與泵軸垂直，見圖6c)。

圖6 靜環歪斜和泵軸歪斜示意

2.2 輔助密封圈故障導致漏水

2.2.1 原因分析

1)船用海水泵機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，彈性不足，表面有凹坑，飛邊過多，流痕等造成密封不好而漏水。

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

2.2.2 處理方法。

1)更換符合質量要求的密封圈。

2)換新泵軸時，一定要仔細檢查泵軸表面，有無毛刺、銹坑，用砂紙打磨其表面，軸端無倒角的，要用銼刀修出倒角。徹底清潔壓蓋內表面，如果尺寸超標要換新，無新備件，可以在靜環輔助密封圈表面纏繞生料帶來處理。

2.3 泵體振動造成軸封漏水

1)原因分析?，F在新造的遠洋船舶，海水泵多采用立式，泵體上端無軸承，泵軸用聯軸節整個懸吊在電動機上，電動機軸承負責承重，下端采用水潤滑軸承支撐。由于海水中難免存在固體雜質、顆粒，易引起水軸承磨損，泵軸與其配合間隙增大，導致泵軸徑向跳動量大增，從而干擾機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。另外聯軸節設計時尺寸過小，導致其剛性不足，或者螺栓沒均勻上緊同樣導致泵軸徑向跳動，動環與靜環不能很好貼合而漏水。

2)處理方法。更換水軸承，重新按照說明書力矩的要求均勻上緊聯軸節螺栓，還可以在聯軸節上焊接加強筋來加強聯軸節的剛性，見圖6c)。

3 結論

綜上所述，造成海水泵機械軸封失效的原因主要是船員對機械軸封的密封原理不甚了解，導致裝配錯誤、操作失誤;設計人員未能充分考慮船用海水泵惡劣的工作環境。

為此提出如下改進措施。

1)設計開敞式密封盒，最好設計成向下開口的喇叭口狀，這樣海水可以充分冷卻動、靜密封環，高速流動的海水可以帶走積聚在密封盒頂端的空氣和汽體，同時也可以沖刷掉積聚在彈簧上的污泥。

2)在動、靜環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相串聯的繼電器的參數來選擇，只有密封盒里充滿了海水傳感器才會向控制箱發送可以啟動的信號，這樣可實現密封保護與水泵啟動的相互連鎖［3］。

3)改進設計。傳統機械密封設計成靜環在上部動環在下部，彈簧長期浸泡在海水里容易腐蝕、結垢?？梢愿倪M設計，變成動環、彈簧在上部，靜環在下部，海水泵運轉時設法保持彈簧干燥。

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

［2］郝木明.機械密封技術及應用［M］.北京:中國石化出版社，2010.

［3］凌素琴，俞志君，唐曉晨.船用立式離心泵機械密封改進設計［J］.流體機械，2009，37(11):53.