夏永忠

（江蘇泰豐泵業(yè)有限公司，江蘇 泰州 225300）

1 引言

為了提高軟填料密封的壽命，應當從軟填料密封的結構設計上做提高，此外還應當從軟填料密封失效原因分析入手，有針對性地加以對策。離心泵具有耐久、密封的特點，因其性能優(yōu)異，在機械工業(yè)中很受重視。但是，離心泵的軟填料密封會失效，這一問題卻較為常見，影響了它的使用。那么，究竟離心泵的軟填料密封為什么會失效，如何改進和提高使用壽命，是本文要探討的重點。

2 離心泵的軟填料密封結構

圖1為軟填料密封的結構形式。其中圖a)為一般軟填料密封，結構較為簡單可靠。泵軸做旋轉運動，軸的表面與靜止狀態(tài)的軟填料密封環(huán)形成滑動摩擦，劇烈的摩擦會使軟填料密封環(huán)的壽命大大降低。為了提高該種密封結構中軟填料密封環(huán)的使用壽命，又改進出圖b)的帶水封環(huán)的軟填料密封結構，該結構是在前述的一般軟填料密封結構的基礎上增加了水封環(huán)2和軸套3。由于有了水封環(huán)，在軸套與軟填料密封環(huán)之間形成一薄層水膜，可使軸套與軟填料密封環(huán)之間的劇烈滑動摩擦大大降低，有效提高軟填料密封環(huán)的使用壽命。當然，該結構雖然對降低軸套與軟填料密封環(huán)之間的劇烈滑動摩擦有所裨益，但由于其水封環(huán)的封水量很小，水膜溫度升高很快，消耗水環(huán)內存水，因此要不停地往密封水環(huán)內添水，還是感覺有所不足。于是，在此基礎上，又發(fā)展出圖c)，帶冷卻室的軟填料密封結構。實際上，該結構是在圖b)基礎上的改進，將水環(huán)擴大，變?yōu)橐粋€大體積的“空腔”，然后讓該腔內的冷卻介質形成循環(huán)，更有利于軟填料密封環(huán)在較低溫度下工作，從而提高其使用壽命。

上述三種密封結構都少不了軸向的壓緊調節(jié)裝置，圖a)、圖b)的配置在左端，圖c)配置在右端。軟填料裝在填料箱內，軸向的壓緊調節(jié)裝置擠壓軟填料，產(chǎn)生軸向壓縮變形，同時引起填料產(chǎn)生徑向膨脹的趨勢，而填料的膨脹又受到填料箱內壁與軸表面的阻礙作用，使其與兩表面之間產(chǎn)生緊貼，間隙被填塞而達到密封。適當?shù)膲壕o力使軸與填料之間保持必要的液體潤滑膜，可減少摩擦磨損，提高使用壽命。

圖1 軟填料密封的結構形式

3 軟填料密封失效原因分析

3.1 油封結構設計問題

離心泵的軟填料密封結構設計是否合理，是軟填料密封失效的關鍵因素。

其一是軟填料環(huán)的圈數(shù)設計應適當，若圈數(shù)過少，則密封不夠可靠，圈數(shù)過多，又影響泵的整體結構，使其失之緊湊。

其二是軟填料的材質選擇應合理：傳統(tǒng)的離心泵用軟填料多為天然纖維類填料，如麻、棉、毛等，再輔以特殊的油膏，其價格低廉，但性能較差，密封效果不佳。目前已發(fā)展出金屬軟填料、碳素纖維填料、柔性石墨填料等用于離心泵的軟填料，它們的性能好，適應的范圍也廣，值得應用。

其三是散熱、冷卻能力的設計：例如圖1中的圖a)結構就存在散熱、冷卻能力不足的問題，即便是圖1中的圖b)結構，由于水環(huán)的存水量太小，冷卻能力還是受限的，而圖1中的圖c)結構就比較完美地解決了散熱與冷卻能力的設計問題。

3.2 應力松弛造成密封工作穩(wěn)定性差

泵用軟填料密封結構中的軟填料在軸向壓緊調節(jié)裝置的作用下，內部將產(chǎn)生軸向和徑向應力，當然，周向同樣會產(chǎn)生應力。隨著泵的長期工作，軟填料不斷在磨耗，若不及時調節(jié)，其將產(chǎn)生所謂“應力松弛”。一旦產(chǎn)生應力松弛，密封效果就會受到影響，將致使密封工作穩(wěn)定性變差。

3.3 軟填料自動補償能力問題

既然軟填料在工作中與軸形成滑動摩擦，其磨損是較大的，磨損后,填料與軸桿、填料箱內壁之間的間隙加大，如果沒有自動補償機構，則隨著軟填料的磨損，泄漏量將逐漸增大。

4 提高離心泵軟填料密封性能的對策

4.1 結構設計的合理與優(yōu)化

①改進密封結構，在填料環(huán)之間加入自動補償機構[1]。

填料沿填料長度涵方向的徑向應力分布不均勻，隨著水泵工作狀態(tài)時刻變化和工作周期的增長，填料的磨損程度逐漸加大，即填料與軸的間隙越來越大，從而導致軟填料密封的泄漏增加，因此總是通過人工調節(jié)壓蓋螺栓來調節(jié)填料的預緊力。為了增大軟填料密封的壽命，經(jīng)過仔細的實驗研究得出如下三種改進方法：

第一種就是將金屬環(huán)、軟填料環(huán)、圓柱形彈簧交替組合安裝，通過分別調節(jié)各層軟填料環(huán)的壓縮力，從而得到最佳的徑向應力分布。

第二種是將一組軟填料環(huán)安裝在一個可以軸向移動的金屬套筒中，將圓柱形彈簧安裝在壓蓋螺栓內，通過調節(jié)壓蓋螺栓來調節(jié)預緊力。

第三種是將金屬環(huán)和填料環(huán)做成不同規(guī)格，使金屬環(huán)和軟填料沿填料涵底方向逐漸減小，從而在壓蓋的作用力下，軟填料的徑向應力相應逐漸增加，使得徑向應力獲得合理分布。

②關于軟填料環(huán)的圈數(shù)設計問題，一般其圈數(shù)在5至7圈為宜。

③軟填料的材質選擇問題，其原則是：一是有一定的彈塑性，當水泵填料受軸向壓緊時能有一定的補償能力(追隨性)；二是有一定的強度，使水泵填料不至于在未磨損前先損壞；三是化學穩(wěn)定性高，不被流體介質腐蝕和溶脹，同時也不污染介質；四是不滲透性好，對填料的組織結構致密性要求高，對填料制作時需要進行浸漬、充填相應的填充劑和潤滑劑；五是導熱性能好，易于迅速散熱，且當摩擦發(fā)熱后能承受一定的高溫；六是自潤滑性好，即摩擦系數(shù)低、耐磨損。

④優(yōu)化散熱、冷卻能力的設計?？衫萌缃翊髷?shù)據(jù)、云計算的優(yōu)勢，通過對大量的軟填料散熱設計數(shù)據(jù)，對泵軟填料密封進行優(yōu)化設計，使其完全符合實際散熱要求。

4.2 精準控制對軟填料的壓緊力度

對軟填料壓緊力度的控制是個較為關鍵的措施。壓緊力過小,縫隙就大、泄漏就大；而壓緊力過大,又難以形成潤滑液膜,將使密封面呈近乎干磨擦狀態(tài),造成填料磨損嚴重,密封壽命將大大縮短。因此，對軟填料壓緊力控制的力度較為重要，過大、過小都不行，以適當為宜，這就需要精準控制。

4.3 消除泵的氣蝕并減輕腐蝕

氣蝕是水力機械所特有的現(xiàn)象，它會使過流部件產(chǎn)生剝蝕破壞、加大振動和噪聲、引發(fā)抽空并進而致使泵的性能嚴重下降。由于輸送介質的溫度有一個規(guī)定范圍，工作人員必須對其進行控制，需要注意在泵開啟之前，一定要同步開啟入口閥，以防出現(xiàn)泵體未放空的狀況。

另外，泵在抽送介質時，被抽送的介質不可避免會與密封件之間有所接觸。如果被抽送的介質腐蝕性較強，那將嚴重影響密封件的壽命。應當選用能耐腐蝕的材質密封。此外還要做好定期保養(yǎng)工作，適時替換超過保養(yǎng)期限的密封件，并對相關零件進行清洗保養(yǎng)，涂以高純度耐腐透平油，以有效減輕腐蝕引起的密封失效。

5 結語

離心泵的軟填料密封具有經(jīng)濟、實用的優(yōu)點，但其容易泄漏是其致命之處，如何盡量避免其失效，需要在結構設計、壓緊控制、運行維護、保養(yǎng)等多方面加以研究和控制，可取得好的效果。