汪連成

（山西煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，山西 太原 030031）

引言

泵是各領(lǐng)域使用最廣泛的通用機(jī)械之一，圖1為某工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)泵組系統(tǒng)布置圖，其品種、規(guī)格繁多，而絕大多數(shù)類型的泵存在一個(gè)共性問(wèn)題——“泄漏”。泵的泄漏損失，包括葉輪密封環(huán)、級(jí)間、軸向力平衡機(jī)構(gòu)三種泄漏損失，其泄漏損失的高低不僅與設(shè)計(jì)制造有關(guān)，更與其工作運(yùn)行方式及后期管理密切有關(guān)。其特征之一是泵連續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間后，由于各部件之間摩擦，間隙增大，容積效率降低，磨損量L=F(S)，S為設(shè)備的有效運(yùn)行時(shí)間；其特征之二是在沖擊載荷作用下，磨損量L=G(M)，M為設(shè)備運(yùn)行時(shí)所承受的沖擊載荷，磨損量L在沖擊載荷的作用下會(huì)加速磨損。本文擬以增強(qiáng)密封為出發(fā)點(diǎn)對(duì)大型工業(yè)離心水泵節(jié)能管理進(jìn)行研究和探討。

圖1 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)泵組系統(tǒng)布置圖

1 現(xiàn)狀

現(xiàn)在絕大部分流體機(jī)械采用的密封方式依然是填料密封，填料密封原理如圖2所示。

圖2 填料靜密封原理圖

填料裝入填料腔以后，經(jīng)壓蓋螺絲對(duì)它作軸向壓縮，當(dāng)軸與填料有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，填料的塑性使它產(chǎn)生徑向力，并與軸緊密接觸。與此同時(shí)，填料中浸漬的潤(rùn)滑劑被擠出，在接觸面之間形成油膜。由于接觸狀態(tài)并不是特別均勻的，接觸部位便出現(xiàn)“邊界潤(rùn)滑”狀態(tài)，稱為“軸承效應(yīng)”；而未接觸的凹部形成小油槽，有較厚的油膜，接觸部位與非接觸部位組成一道不規(guī)則的迷宮，起阻止液流泄漏的作用，此稱“迷宮效應(yīng)”，這就是填料密封的機(jī)理。顯然，良好的密封在于維持“軸承效應(yīng)”和“迷宮效應(yīng)”。也就是說(shuō)，要保持良好的潤(rùn)滑和適當(dāng)?shù)膲壕o。若潤(rùn)滑不良或壓得過(guò)緊都會(huì)使油膜中斷，造成填料與軸之間出現(xiàn)干摩擦，最后導(dǎo)致燒軸和嚴(yán)重磨損。

為此，需要經(jīng)常對(duì)填料的壓緊程度進(jìn)行調(diào)整，以便填料中的潤(rùn)滑劑在運(yùn)行一段時(shí)間之后，再擠出一些潤(rùn)滑劑，同時(shí)補(bǔ)償填料因體積變化所造成的壓緊力松弛。顯然，這樣經(jīng)常擠壓填料最終將使浸漬劑枯竭，所以定期更換填料是必要的。此外，為了維持液膜帶走摩擦熱，有意讓填料處有少量泄漏也是必要的。這種密封的機(jī)理是靜密封，允許磨損裕量小，而且填料密封磨損量和泄漏量之間有圖3所示函數(shù)關(guān)系：

圖3 靜密封時(shí)磨損量與泄漏量之間關(guān)系圖

其特點(diǎn)由圖3可知，隨磨損量增加，密封效果會(huì)指數(shù)級(jí)劣化，基本上是磨損一開(kāi)始密封性就下降了，言外之意，泵工作壽命期內(nèi)其效率圖與此圖基本一致。其管理特征是建立在維修工不斷維護(hù)及更換填料的基礎(chǔ)上，言外之意設(shè)備只能在間歇狀態(tài)工作，磨損裕量極為有限，超過(guò)此極限其性能將會(huì)發(fā)生“懸崖式”下降，該設(shè)備的特征是無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間短，需要專門的在線維護(hù)力量才能保證泵運(yùn)行于額定工礦效率下，否則將經(jīng)常工作于低效率狀態(tài)，免維護(hù)工作基本不能實(shí)現(xiàn)。

2 新式密封的機(jī)理及機(jī)械密封的特點(diǎn)

1）泵采用的機(jī)械密封一般為平衡型雙端面專用機(jī)械密封，配有冷卻水短管、壓力表。圖4為機(jī)械密封原理圖。

2）泵采用的機(jī)械密封一般出廠時(shí)已安裝調(diào)制好，用戶可不再進(jìn)行調(diào)試。

3）機(jī)械密封部分有兩個(gè)外露管接頭，分別為軸封水的進(jìn)口和出口，其中與泵出口在同一側(cè)的為出水口，另一側(cè)為進(jìn)水口。

4）機(jī)械密封泵使用前，須先接通軸封水，停泵3分鐘后方可關(guān)閉軸封水。

5）向用戶提供機(jī)械密封備件時(shí)，廠家一般將機(jī)械密封裝于填料箱內(nèi)，作為成套件供貨。

6）裝有機(jī)械密封的泵和機(jī)械密封備件長(zhǎng)期不使用時(shí)，機(jī)械密封部分應(yīng)加注滿N46號(hào)機(jī)械油，以防止機(jī)械密封部件生銹或內(nèi)部橡膠件失效。

圖4 動(dòng)密封—機(jī)械密封原理圖

為了提高低比速泵的效率，對(duì)1臺(tái)8Dy-100單級(jí)流程泵進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)研究表明：影響低比速泵效率的主要因素是圓盤摩擦損失。為此，把葉輪前口環(huán)間隙密封改為機(jī)械密封，泵總效率提高1.8%；把葉輪后口環(huán)間隙密封改為機(jī)械密封，泵總效率提高2.8%。把后口環(huán)改為機(jī)械密封，基本上消除了泄漏和口環(huán)以下后輪盤摩擦損失，提高泵效率，還能夠平衡軸向力，取消軸封裝置。

3 有效提高機(jī)械密封工作性能的技術(shù)手段

動(dòng)態(tài)密封技術(shù)作為一種新型的先進(jìn)的密封技術(shù)，在流體機(jī)械領(lǐng)域取得大家一致認(rèn)可，與靜態(tài)密封工藝比較，在壽命和適應(yīng)性上有質(zhì)的飛躍，使得泵類機(jī)械實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)、高效率運(yùn)行和長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行三者的統(tǒng)一，但是在沖擊載荷頻繁的場(chǎng)合，動(dòng)態(tài)密封磨損加劇導(dǎo)致的失效事故也時(shí)有發(fā)生，成為動(dòng)態(tài)密封的主要失效形式。針對(duì)泵類流體機(jī)械沖擊載荷的產(chǎn)生機(jī)理和特點(diǎn)，筆者提出采用軟啟軟停技術(shù)避免氣蝕現(xiàn)象和水錘現(xiàn)象的發(fā)生，這樣就從根本上避免或減少了沖擊載荷對(duì)泵動(dòng)態(tài)密封的沖擊破壞作用，使得泵無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間顯著延長(zhǎng)，機(jī)械密封與泵的工作壽命基本一致，而且保證了泵在整個(gè)生命周期內(nèi)其效率曲線始終運(yùn)行于高效區(qū)間，使得泵運(yùn)行狀態(tài)的管理進(jìn)入一個(gè)新的水平，泵類設(shè)備工作效率大幅提高，節(jié)能效果明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

以系統(tǒng)的觀點(diǎn)重視和解決離心泵的密封問(wèn)題是提高泵類流體機(jī)械工作效率的有效途徑，動(dòng)態(tài)機(jī)械密封將泵的運(yùn)行磨損狀態(tài)大大改善，但是泵的高效運(yùn)行和無(wú)故障時(shí)間的保證與泵的工作狀態(tài)密切相關(guān)，通過(guò)軟啟軟停技術(shù)的使用使得泵沖擊載荷和氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的物理?xiàng)l件大大改善，泵工作在平穩(wěn)可控的工作狀態(tài)下，這樣就為泵類流體機(jī)械運(yùn)行于高效可靠的工作狀態(tài)提供了可靠的技術(shù)平臺(tái)，徹底解決了泵類流體設(shè)備效率低、維護(hù)量大、能耗高等制約業(yè)界多年的難題。