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。
機(jī)械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動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,動環(huán)與泵軸之間;D,動環(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、靜環(huán)磨損時(shí),動環(huán)應(yīng)能在彈簧力的作用下向上移動補(bǔ)償泵軸的下沉量或者動、靜環(huán)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(huán)高速旋轉(zhuǎn)與靜環(huán)彼此貼合形成動密封。
2.1.1 動、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(見圖2a)),加裝彈簧墊片(見圖2b)),擅自更換彈力更強(qiáng)的彈簧等,這些都造成動靜環(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,松開螺絲刀彈簧復(fù)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(guān)系示意
2.1.2 動、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環(huán)咬死在某一位置(見圖3a)),動環(huán)不能向上移動補(bǔ)償動靜環(huán)之間過大的間隙。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,使得動靜環(huán)之間配合間隙增大,不能形成有效密封,見圖3b)。
圖3 靜環(huán)與動環(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,更換動環(huán)輔助密封圈。在泵軸上安裝動環(huán)后,活絡(luò)動環(huán),用手沿著泵軸向下壓動環(huán),松手后動環(huán)應(yīng)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(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,說明磨損量過大,要更換軸承,否側(cè)導(dǎo)致泵軸下沉。
2.1.3 動、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、靜環(huán)之間造成磨料磨損形成的,多發(fā)生于貨倉充當(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,貨倉里仍然殘留有少量的煤炭、鐵礦石不能完全清除。空載航行,遇到風(fēng)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(dāng)用海水泵排除貨倉里渾濁的海水時(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、靜環(huán)之間形成磨料磨損,在動、靜環(huán)表面形成溝槽(見圖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,徹底清潔貨倉殘留的煤炭或者鐵礦石,清潔貨倉里的污水濾器同時(shí)可在海水泵的吸口處加裝海水濾器,拆檢泵體,更換硬度更高的動靜環(huán)。
2.1.4 海水泵裝復(fù)后,剛啟動不久軸封就漏水,拆檢發(fā)現(xiàn)動、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(shí),由于動靜環(huán)之間沒有海水潤滑和冷卻,極易燒毀。另外,船員們習(xí)慣通過調(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)動積聚在密封盒里無法排除,造成動靜環(huán)之間缺水導(dǎo)致干摩擦,燒毀軸封。
2)處理方法。可以在海水泵的進(jìn)口和泵體頂部之間加裝一根直徑8~12 mm紫銅管來改善機(jī)械密封的冷卻情況(見圖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(jīng)排凈泵體里面的空氣,這時(shí)收緊接頭,才能啟動海水泵。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 動靜環(huán)偏磨
1)原因分析。造成這種現(xiàn)象的原因是裝配問題,動、靜環(huán)密封面與泵軸不垂直。安裝靜環(huán)時(shí),沒壓平(見圖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)螺栓沒壓均勻,造成泵軸歪斜,(見圖6b)),啟動泵不久動、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),一定要使動靜環(huán)密封面與泵軸垂直,見圖6c)。
圖6 靜環(huán)歪斜和泵軸歪斜示意
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,飛邊過多,流痕等造成密封不好而漏水。
2)安裝動環(huán)時(shí),泵軸表面有碰傷、毛刺,新泵軸軸端無倒角,都可能劃傷動環(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(nèi)表面,如果尺寸超標(biāo)要換新,無新備件,可以在靜環(huán)輔助密封圈表面纏繞生料帶來處理。
1)原因分析?,F(xiàn)在新造的遠(yuǎn)洋船舶,海水泵多采用立式,泵體上端無軸承,泵軸用聯(lián)軸節(jié)整個(gè)懸吊在電動機(jī)上,電動機(jī)軸承負(fù)責(zé)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(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)尺寸過小,導(dǎo)致其剛性不足,或者螺栓沒均勻上緊同樣導(dǎo)致泵軸徑向跳動,動環(huán)與靜環(huán)不能很好貼合而漏水。
2)處理方法。更換水軸承,重新按照說明書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)筋來加強(qiáng)聯(lián)軸節(jié)的剛性,見圖6c)。
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)開敞式密封盒,最好設(shè)計(jì)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(huán),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(shí)也可以沖刷掉積聚在彈簧上的污泥。
2)在動、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)來選擇,只有密封盒里充滿了海水傳感器才會向控制箱發(fā)送可以啟動的信號,這樣可實(shí)現(xiàn)密封保護(hù)與水泵啟動的相互連鎖[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)在上部動環(huán)在下部,彈簧長期浸泡在海水里容易腐蝕、結(jié)垢??梢愿倪M(jìn)設(shè)計(jì),變成動環(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.