耐磨环是泵中旋转部件和静止部件之间的重要配合面。在正常运行条件下，耐磨环几乎不会发生接触。然而，当泵经历非设计工况时，如干运行、零流量运行或外部问题（如轴承故障），耐磨环可能会发生硬接触。这些情况会暴露出金属耐磨环和非金属耐磨环之间的区别。金属对金属的耐磨环，存在一种固有的卡死（咬合）风险 - 旋转部件和静止部件之间的高速接触会将部件熔接在一起。卡死是一种不常见的故障模式，但非常不可取。当泵卡死时，转子通常会突然停止。这会导致轴断裂、密封失效、联轴器断裂、产品泄漏到大气中，以及产品泄漏可能产生的所有其它不良后果。为避免金属耐磨环卡死，API 610建议最小间隙和“布氏硬度至少相差50，除非两个（耐磨）环的布氏硬度都至少达到400”。这些准则可降低但不能消除卡死的风险。

非金属耐磨环

使用非金属耐磨环可以消除泵内普通金属对金属之间的配合，并减小间隙。广泛的行业经验表明，非金属材料不会像金属零件那样卡死。因此，泵转子出现突然快速停止的可能性很小。

考虑图1（下图）所示的叶轮。

对于金属耐磨环，为了避免泵发生卡死现象，常见的做法是增大耐磨环间隙。正如本系列前两部分所述，增大间隙会降低泵的可靠性和效率。增大间隙还会导致“过度振动、驱动机或泵轴承故障、轴断裂、驱动机过载，甚至可能导致泵完全损坏”。相反，如本系列第一部分所述，减少耐磨环间隙后，泵转子将受益于额外的刚度和阻尼，从而减少振动、轴变形以及轴承、驱动机和密封等关键泵零部件上的相关载荷。

在选择非金属耐磨环材料时，用户应考虑耐磨环在非设计工况运行时的情况。旋转部件和静止部件之间可能会发生高载荷接触。如在上面的例子中，耐磨环可能会受到冲击载荷。如果泵干运行，将会产生热量，并且当液体恢复流动时可能会发生热冲击。为了承受这些力，需要考虑的一些材料特性包括耐磨性、抗冲击性、抗热震性和热膨胀系数。没有一种材料是坚不可摧的，但考虑到上述因素，非金属耐磨环应在除最极端的非设计问题外的所有情况中保持完好无损。

离心泵通常是安全的。然而，由于金属耐磨环存在卡死的风险，非设计工况运行有时会导致大面积损坏。对于金属耐磨环，传统的解决方案是以牺牲可靠性、效率和转子稳定性为代价来增加间隙。非金属材料可让用户消除泵内金属与金属之间配合面并减小间隙。这种升级提高了可靠性和效率，同时最大限度地降低了发生故障的风险，并减轻了在非设计工况问题中对泵造成的损坏。反之，如果一家工厂通过使用非金属耐磨环避免了一次重大事故，那么这一次事故所节省的费用就可以轻松证明数百台泵的升级是合理的。

作者简介：Robert Aronen是Boulden International公司在欧洲和中东地区的总经理。自1998年以来，他一直从事非金属耐磨环方面的工作，最初在加利福尼亚一家炼油厂担任旋转设备工程师，并在过去几年中代表杜邦公司工作。