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水泵是工业生产制造中最常用的机械设备，也是大部分企业生产运营过程中的核心设备，水泵运行异常不仅会对企业的稳定、安全运营造成影响，还会在一定程度上影响企业在市场内的经济市场。根据不完全数据统计，超过半数的水泵运行故障都是由于其机械密封不严密或发生故障所导致。尽管企业已经明确了机械密封失效对于其生产运营造成的损失，但在实际作业过程中，如何精准定位失效点、准确判别失效故障，却是一项难度较高的工作。
为解决由于水泵机械密封失效造成的问题，企业增设了针对水泵的定期安全检修制度，但在检修过程中，工人通常会出现未能及时找到渗漏点从而急于拆卸水泵的现象，此种现象不仅无法实现对机械密封块故障的处理，还会减少水泵的有效使用寿命，并增加水泵后续使用中的潜在维修费用。同时，人工检修水泵机械密封失效还存在作业量大、工时长等缺陷，因此，本文将在市场现有研究成果的基础上，开展启动过程中水泵机械密封失效故障诊断方法的设计研究，通过此种方式，进行故障的精准诊断，以降低由于机械密封失效造成的企业生产运营经济损失。
进行数据处理的数据处理系统模块以及系统的载体服务器，其中还有对叶片金属温度进行辅助性测量的温度传感器。而监控端口主要由三个部分组成，分别是振动、转速、温度三种信号，在DEH控制系统的作用下，连接在一起，同时，也可以通过利用网络协议的方式，将信号输送至交换机中，再将其接入电厂中，进而完成实时信息系统的建立，同时，也可以实现数据信息的共享。
此外，还可以将网闸或是虚拟私人万罗设备与电信调制解调器接入系统供应商，进而实现远程的检查服务。此种系统不但可以有效处理叶片顶间间隙的实时监控问题，同时，还可以对叶片的振动幅度以及振动频率进行实时监控。
1?启动过程中水泵加压装置结构和工作原理
为掌握启动过程中水泵机械密封失效原因，在开展相关研究前，应明确启动过程中，水泵结构中最先被驱动的装置为加压装置。启动开关打开的瞬时，加压装置开始驱动加压，从而实现为供水端提供水源。启动过程中，水泵加压装置结构如图1所示。
图1中：（1）表示入水管道；（2）表示加压泵。
根据图1所示的结构示意图可以看出，加压装置中最少设置两个加压泵，对应的加压泵在结构中以串联的方式连接，当入水管道进水后，到达第一个加压装置，此装置与高位入水口连接，此加压泵对应的出水口与另一个加压泵的入水口连接，通过此种方式安装水泵加装装置，可以使泵送水源在输出过程中携带一定的缓冲作用力。通过上述方式，实现将进水的水源作为输水过程中的动力源，确保出水口得到水源可以通过高压扬程的方式输出。
启动过程中，水泵加压装置会对入水管道中空气产生一个较低的压力，此压力将驱动结构中活塞运行。当此压力集中在一个较小的面积点上作用于活塞时，活塞将产生高压。此时，高压施加的作用力通过五通气孔换向阀持续施加作用力，保证水泵加压装置能够稳定运行，在此过程中产生的单向阀控制力将通过高压柱进行排出处理。
加压过程中，当驱动结构与输出的水源两者之间压力达到一种平衡状态后，水泵加压装置将停止运行，也不再消耗空气进行加压。当出水口输出水源的压力呈现下降趋势或由空气产生的驱动压力呈现增加趋势时，水泵加压装置将再次驱动运行，持续上述行为，直到水泵加压装置内部与外部压力达到一种相对平衡状态后停止运行。
2?密封失效原因
2.4.4?宽幅控制躲避颤振
由表1可以看出，不同背压和冷却蒸汽流量下，蒸汽流速变化较大，当蒸汽流量为20t/h、背压5kPa时，相对容积流量为0.09，为蒸汽完全鼓风脱流方式，运行在应力线驼峰左侧，为鼓风发热最严重区域；蒸汽流量50t/h、背压2.5kPa时，相对容积流量为0.33，末级出口流速为59m/s，工作区域在应力线驼峰右侧，处于较为理想的运行区域，投切缸时无需跨越应力高危区，在该工况下，末叶出口脱流高度在40%叶高以下，脱流区域较小，鼓风和颤振问题不明显。
计算低压缸冷却流量50t/h时，工作区域在应力线驼峰右侧，相对容积流量为0.33，处于较理想的运行区域，投切缸时无需跨越应力高危区。同时，为实现在不投低压缸喷水的情况下可安全可靠地运行。为实现对启动过程中水泵机械密封失效故障类别的精准识别，应在开展相关研究前，进行水泵机械密封失效原因的分析。对水泵机械零构件进行拆卸，根据拆卸情况，机械密封泄漏的原因是动、静环摩擦引起的结构密封机构损坏。根据机械密封设计要求，其中的动、静环制造所采用的材料为碳化石墨。
此种材料具有润滑性能较优、导热性能较高、摩擦系数较小，同时，具有一定的抗热、防冲击性，但此种材料的综合强度较低，在受到外界环境的冲击时，石墨材料容易产生较大的形变，从而造成动、环摩擦损坏。一旦水泵机械结构中起到密封作用的构件发生损坏时，水泵将在启动加压驱动过程中发生机械密封失效。除上述提出的原因，在启动泵前没有按照操作规范进行灌泵，造成管道空洞，也会导致启动、静环的干磨磨损。同时，泵进口阀门不完全打开会造成泵的空化，从而引起水泵机械振动，甚至是气体造成密封腔的气液两相振动。上述问题都会在不同程度上造成水泵机械密封失效。
3?密封失效故障诊断
3.1?启动过程中水泵流量径向力与泵轴挠度计算为实现对启动过程中水泵机械密封失效故障的诊断，可在设计方法过程中，通过对实际泵送流量与设计流量的比对，掌握当前状态下水泵的运行状态。在此过程中，考虑到水泵输送过程中会产生一定的径向作用力，此种作用力会对水泵扬程造成影响，因此，要掌握其设计扬程的允许差值，应将径向力作为参照。对水泵实际扬程进行计算，计算公式如下。
式中，H表示启动过程中水泵实际扬程，m；P1表示压力表记录的当前工况下水泵加压装置的数值，MPa；γ表示泵送对象的密度，kg/m3；h1表示压力表位高，m；H1表示水泵吸入液位的高度，m；V表示水泵流速度，m/s；g表示重力加速度。
在此基础上，设定水泵运行过程中存在一个试验参数，将其表示为k，将k作为参照，对水泵运行过程中产生的径向力进行计算。计算公式如下。
式中，R表示水泵运行过程中产生的径向力，N；D?表示泵送叶轮直径，cm；B?表示泵送叶轮宽度，cm。
在此基础上，考虑到水泵的运行会使泵送对象对叶轮产生径向力，在此种作用力下，水泵运行会产生一定的挠度，对挠度进行计算，计算公式如下。
式中，ymax表示挠度最大值，m；l表示水泵到支点之间的长度，m；E表示水泵弹性模量；I表示轴面惯性矩，m。
按照上述方式，完成启动过程中水泵流量径向力与泵轴挠度的计算。
3.2?基于综合工况的水泵机械密封失效故障诊断完成上述设计研究，可初步掌握启动过程中水泵在常态化条件下的运行工况，以此为参照，对综合工况条件下的水泵机械密封失效故障进行诊断。诊断过程中，提取启动过程中可用于描述其工况的多种参数条件，根据水泵的铭牌明确其运行标准。在此基础上，将水泵机械密封的接触面定义为摩擦接触面，以此为依据，设计水泵的密封边界条件。根据水泵的实时运行工况，建立其预紧力与力矩之间的关系，表达式如下。
式中，T表示预紧扭矩，N·m；Q表示关系函数；D表示预紧力，N；?表示中径长度，mm；ψ表示旋转叶片升角，°，f表示摩擦角，°；d0表示出水口直径，mm。
通过上述方式，掌握在常规工况条件下，不同参数与其密封失效故障之间的关系。可在故障诊断过程中，设定不同参数的有效取值范围，定义预紧扭矩的最大取值，将启动过程中水泵的实时工况参数代入上式进行计算，当满足计算条件时，说明水泵不存在机械密封失效故障，反之存在故障。按照上述方式，实现对启动过程中水泵机械密封失效故障的诊断。
4?实验
上文完成了启动过程中水泵机械密封失效故障诊断方法的设计，为实现对此方法在实际应用中效果的检验，下述以存在机械密封失效故障的水泵设备为例，展开如下所示的实例应用测试。在开展相关研究研究对此水泵的主要技术参数进行描述，具体内容如表1所示。
此水泵在运行中其机械密封选用了TYPE-14型材料设计，轴套的直径为60mm，整体采用双端面摩擦设计。该设备已在此生产单位内投入使用超过5年，经过安检人员的定期核查与检修，发现此设备在使用中已经出现了机械密封失效问题。现决定使用本文设计的方法，对
启动过程中水泵机械密封失效故障进行诊断。
诊断过程中，按照水泵运行标准启动此设备。启动过程中进行水泵流量径向力与泵轴挠度的计算，同时，基于综合工况角度，进行水泵机械密封失效故障诊断。即可在诊断过程中，选择一个角度，对其工况条件进行识别，通过此种方式，诊断启动过程中水泵是否存在机械密封失效故障。
在此基础上，将此设备的运行终端与计算机进行对接，通过此种方式，实时记录水泵运行过程中的工况。记录三次启动条件下的水泵运行工况，在确保此水泵其他构件无故障问题后，对三次启动后扬程高度进行统计，其结果如图2所示。
从图2所示的实验结果可以看出，记录的三种工况下启动过程中水泵扬程高度均未达到设计高度，说明水泵存在机械密封失效故障。通过上述实验证明，本文设计的方法在实际应用中可以实现对水泵机械密封失效故障的诊断，将诊断结果与已知结果进行对比后发现，该诊断方法的诊断结果具有可参照性。
5?结语
在深入泵用生产企业的调研中发现，大部分投入使用的水泵都会使用机械密封的方式，解决水泵机体与其旋转机构之间的渗漏问题，但根据现有统计调研结果可知，超过半数的水泵故障仍是由于机械密封失效故障导致，因此，本文开展了启动过程中水泵机械密封失效故障诊断方法的设计，该方法在经过实践检验后证实了具有一定可行性，可在后续的研究中，将此方法作为参照，为水泵的安全、可靠运行提供全面的技术帮助与支持。
