劉鋒

（新疆眾和股份有限公司）

摘（zhāi）　要：著重分析了汙水泵常見密封形式（shì）及影響密封的因素，對汙水泵填料（liào）式密封進行機械密封改造，給出改造（zào）方法及改（gǎi）造（zào）技術要求。文中對機械式密封做了進一步改進，並應用到了排水管理中心的現有設備中，取得了良好（hǎo）的密封效果及經濟效益（yì）。

汙水處理工程是環境保護的重要（yào）項目，而（ér）汙水泵作為汙水處理工程的主要配套設備被廣泛應用於城市排汙、礦山、冶金、電（diàn）力以及石化等汙水處理作業，發展前景廣闊。汙水泵產品除了要求技術性能（néng）好之外，密封是汙水泵的（de）關鍵（jiàn），必須可靠性（xìng）高，汙水泵無故障運行時間（jiān）長。汙水泵在工作中，密封一旦失（shī）效，外部介質或油室中的油便會進（jìn）入電（diàn）機腔，引起潛水電機（jī）缺相（xiàng）、短路（lù）、漏（lòu）電、燒壞電機，甚至影（yǐng）響人身安（ān）全。因此，為了進一（yī）步提高汙水泵使用的安（ān）全性、運行可靠性以（yǐ）及提高汙水泵（bèng）無故障運行（háng）時（shí）間（jiān），有必要（yào）對汙水泵通常使用的機械密封進行結構分析，實（shí）行改進。

一（yī）、常用（yòng）的密封形式及不足

目前，汙水泵（bèng）產品常用的密封形式有兩種（zhǒng）：填料密封和機（jī）械密封。填料密封，如圖1所示，是Z古老的一種密封（fēng）結構（gòu），發源於工（gōng）業革命（mìng）之前的傳統密封裝置，有著100年的材料工（gōng）藝（yì）、潤滑劑係（xì）統和製造方法，並保持持續進步，目前很多的應用（yòng）場（chǎng）合。經分析（xī），該軟填料密封結構存在如下缺陷：

1.密封介質含有的（de）雜質嚴重（chóng）影（yǐng）響密封性能。雜質進入軟填料（liào）密封內部，進一步增大了填料密封和軸套之間的摩擦（cā）、磨損。雖然材料耐磨性較好，但是使用效果仍然（rán）不佳，泄漏頻繁（fán）。另外由於沒（méi）有采（cǎi）用封液對填料密封進行潤滑冷卻（què），也加劇了填料（liào）與軸套之間的磨損。

2.工作狀態不穩定需頻繁調整和更換填料。由於軟填料自身具有的（de）粘彈特性，在工作狀態（tài）下會出現明顯的應力鬆弛。為保持其正常的密封功能，需不斷地（dì）通過壓緊壓蓋來增大填料（liào）與軸的徑（jìng）向接觸力（lì），同時也增大了軟填料與軸的磨損，因（yīn）此不得不經常更換(或添加)填料，維修工作量和費用大大增加。

3.磨損嚴重致使能耗量大。根據軟填料密封的工作機理，填料密（mì）封與軸（zhóu）(或軸套)之間必須保持較大的徑向接觸壓力以維持密封，因此填料和軸(或軸套)的摩擦（cā）、磨損（sǔn）都很嚴重（chóng），在密封很快失去工作能力的同時，造成相當大的能耗浪費。

機械密封具有（yǒu）摩擦功率損失小、壽命長、不（bú）泄漏等諸多優點，目前已在水泵上廣泛應（yīng）用。要把填料密封（fēng）結構的水泵改造成機械密封結構（gòu）需從設計、結構和加工幾方麵考慮。

文獻討論了汙水泵工況（kuàng）時軟填料密封的失效原因，並提出了改（gǎi）進的方案，有一定的借簽和實用價值;機械密封亦稱端麵密（mì）封，其有（yǒu）一對（duì）垂直於旋（xuán）轉軸線的端麵，該端麵在流體壓力及（jí）補償機械外（wài）彈力的作用下，依賴輔助密封的配（pèi）合與另一（yī）端保持（chí）貼合，並相對滑動，從而防止流體泄漏。

汙水泵中常用的機械密封結構有兩種形式:一種方案是在潛水（shuǐ）汙水泵（bèng）的油室（shì）裏安裝一套雙端麵（miàn）機械密封(見圖2);另一種方案是在汙水泵油室（shì）裏（lǐ）設置一套單端麵機械（xiè）密封，而另一套設置（zhì）在泵腔，使用（yòng）在所抽送的汙水介質中。

機械密封通常由動環、靜環（huán）、壓緊元件和密封（fēng）元件組成。其中動環和靜環的端麵組成一對（duì）摩（mó）擦副，動環靠密封室中液體的壓力使其端麵壓緊在靜環端麵上，並（bìng）在（zài）兩環端（duān）麵上產生適當的（de）比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可（kě）使泵在不運轉狀態下，也保持端（duān）麵貼合，保證密封介質不外漏，並防止雜質進入密封端麵。圖2所示為雙端（duān）麵機（jī）械密封，水泵側與電機（jī）側兩道密封端麵都是靠彈性構件-彈簧和密封介質的壓力在旋轉的動環和靜環的接觸表麵上產生適當的壓緊力，使這兩個密封端麵緊密貼合，端麵間維持（chí）一層極薄的液體膜而達到密封（fēng）的目的。其中水泵側密封端麵與電（diàn）機側密封端麵結合處B，是密封點，防止所抽介質進（jìn）入油腔，防（fáng）止油腔內的油進入電機腔;6為靜環與壓（yā）蓋端麵之間密封點， A處是動環與軸配合麵之間的密封（fēng）點，C是（shì）箱體間的密封。

圖2中，A、B、C所示結構（gòu）機械密封Z容易出現泄（xiè）露現象，由於使用介（jiè）質的複（fù）雜性，易使抱軸橡膠老化，一旦出現老化就直接影響彈簧傳動而（ér）使得密封失效，同時，兩端（duān）麵密封都得靠同一個彈簧產生壓力，若其中一?端（duān）麵接觸失效，整套密封也就（jiù）失效。因此，這種機械密封一直存在失效快、返修率高的不足之處，直接影響到（dào）泵使用壽命。

機械密封在實際運行中不是一個孤立的部件，它是與（yǔ）泵的其它零部件一起組合起來運行的，同時通過其基本原理可（kě）以看出，機械密封（fēng）的正（zhèng）常運行是有條件的，例如:泵軸的竄量不能太大，否則摩擦副端麵不能形成正常要求的比壓;機械密封處的泵軸不能有太大的撓度，否則端麵比壓會不（bú）均勻等（děng）等。隻有滿足類（lèi）似這樣（yàng）的外部條件，再加上良好的機械密封自身性能，才（cái）能達到理想的密封效果。

因此，在實際應用中，以機械密封來代替填料密封的（de）情況（kuàng）越（yuè）來（lái）越多。

二（èr）、填料密封的機械密（mì）封改造（zào）

1.改裝方法

汙水泵填料筒的徑向尺寸和軸向尺寸較小，影響了機械（xiè）密封的安（ān）裝。在滿足（zú）強度的情況下，將填料筒的內徑相應地擴大;若有軸套，可將（jiāng）軸套的外徑相應地縮小或將軸套拆除。

2.主要尺（chǐ）寸確（què）定

(1)確定傳動套或彈簧座在軸套上的位置。如圖3所示。為了防止傳動套或彈簧座同（tóng）填料（liào）內套端麵碰，把安裝機械密封的起點（diǎn）尺寸定為[H-K=5～15mm]。

(2)確定軸（zhóu）套總長度。軸套的總長度一般比原來的總長度稍稍（shāo）長一點。因為考慮到軸套尾端部分（fèn）要伸出密封壓蓋5～10mm左右（yòu），以利（lì）於安裝方便。尺寸根據設計（jì）的密封壓蓋厚度而定。

(3)確定傳動套或彈簧座在軸套上的定位尺寸D:D=L-[H-K-(5-10)+l]。

(4)軸套與軸（zhóu）的密封。軸套與的（de）形圈軸的密封可采用聚四氟乙烯車製成直徑為3mm的O形圈來進行密封。安裝機械密封的（de）軸套，要求具有良好的抗（kàng）腐蝕性和耐磨性，對於放置動環密封圈的軸套表麵要求鍍鉻處理（lǐ），表麵粗糙度為0.8。

(5)密封壓蓋結構尺寸的確定。機械密（mì）封的靜環裝在壓蓋上。壓蓋上安裝靜環的各種配合尺寸（cùn）均按靜（jìng）環的幾何尺寸進行（háng）設（shè）計，結構（gòu）可參照機械密封（fēng）有關資料。

3.改造技術（shù）要求

(1)安裝機械密封部位的軸或套。軸或套的徑向跳動0.04～0.06mm;表麵粗糙（cāo）度不低於0.8，軸或（huò）套外徑尺寸公差為h7;密封軸套端部必須做倒角並修光滑。

(2)密封壓蓋。密封壓蓋應有足夠的厚度，防止在液體壓力作用（yòng）下產生變形;密封（fēng）壓蓋固定螺栓（shuān）不少於3個;與靜環密封圈接觸部位的（de）表麵（miàn）粗（cū）糙度不低1.6，其接觸麵對軸中（zhōng）心線跳動允差（chà）±0.04mm;安裝靜（jìng）環密封圈的端部必須做倒角並（bìng）修（xiū）光滑。

(3)轉子。瞬時軸向竄動量不超過±0.15mm;軸向（xiàng）遊動量不超過±0.1mm軸振動量（liàng）不超過±0.05mm。

(4)密封腔。密封腔（qiāng）與密（mì）封壓蓋配合的止口（kǒu）跳動允差為0.04～0.08mm;密封腔（qiāng）與密封壓蓋配合的端麵跳動允差為 0.06～0.08mm。

三（sān）、機械密封結構改造

將圖2中C處密封麵是機械密封Z容易發生泄露（lù）處，而錐麵機械密封（fēng）特別適合於（yú）含有固體懸濁物的（de）泵送設備，因此（cǐ）將C處改為錐麵密封，如（rú）圖4所示（shì）。靜環材料為填充聚四氟乙烯，動環（huán）材料（liào）為不鏽鋼，錐麵噴塗碳化鎢。其主要特點為:

1.錐麵機械密封的動環為一錐環（huán），其半錐角為α;靜（jìng）環的內徑R1為定值，隨著靜環的磨損接觸母線長度T增（zēng）長，靜環的外徑R2也隨之增大，R2=R1+2T sinα。

2.密封接觸麵（miàn）母線長度很（hěn）短(穩定運轉初期為0.3～0.5mm)，因此接觸端麵內外（wài）溫差小，溫升（shēng）低，降低了粘著磨損的程度（dù）。靜環具有較大的抗壓截麵，壓（yā）力變形小。

3.密封套和動環（huán）都具有一定的浮（fú）動性，可使密封麵始終保持良好（hǎo）的（de）接觸狀態，介質中的懸浮顆粒不易進入密封（fēng）麵。

4.介質泄漏方向與其（qí）離心力方向成一定角度，對減少泄漏有利。

錐麵機械密封的密封比壓計算為:pc=ps+p1(G-λ)

在（zài）上式中:pc—密（mì）封比壓，MPa;ps—彈簧比壓，MPa;p1—介質壓（yā）力，MPa;G—載荷係（xì）數（shù）;λ—反壓係數(可根據（jù）文獻（xiàn）中[5]推薦（jiàn）值選取)。

在設計中注意G與接觸母線（xiàn）T的關係，當錐麵（miàn）機（jī）械密封的（de）靜環磨損後，接觸母線長度T不斷增加，使得載荷係數G不斷減小。圖5所示為接觸母線長度T與載（zǎi）荷係數（shù）G的關係曲線，運轉過程中，靜環磨損和G值降低所造成的卸載，使密封比（bǐ）壓pc降低。由此而（ér）產（chǎn）生泄漏時（shí），必須通過調（diào）節彈簧壓縮量(彈（dàn）簧加載)來維持足夠的密封比壓。

機械密封在運轉中，彈簧一般不再進行調整。彈簧在錐麵機械密封中起著補償密封環磨損卸載和G值降低卸載雙重（chóng）作用，設計中正確確定彈簧比壓是保證密封性能和使用壽命的（de）重要一環。

四、結束語

改造後的密封結構，密封可靠，泵在運轉中基本（běn）不漏，調節維護方便。提高了密封性（xìng）能，延（yán）長（zhǎng）了（le）運行周期，節省了檢修（xiū）費用。經過上述改造之後的汙水泵運行良好，延長了設備的連?運行（háng）時間。

來源：《新（xīn）疆有色金屬》