填料密封泄漏的原因及改进方法
2015-03-28 11:00阅读：
摘要：密封问题一直是设备的头等问题，密封性能的好坏对泵的效率有很大的影响。本文通过对填料密封的原理，分类以及使用中存在的问题进行分析，提出在填料间加入自动补偿机构，填料混装等技术手段，保证污水泵安全运行。
关键词：污水泵；填料密封；原理；问题
0 前言
污水泵是循环水场处理污水的关键设备，它的作用是将经旁滤罐过滤后的排污水，
装置含油污水输送到污水车间去处理。因此，密封是污水泵的关键，必须质量好，可靠性高。污水泵运行中密封突然失效，外部介质和污油就会顺着盘根泄漏到泵房内，引起泵烧轴，严重会危害人的生命安全。大庆石化公司炼油厂现有污水泵30台。
绝大多数水泵轴端密封采用盘根压兰密封形式，由于，使用周期短，漏水量大需要经常进行维护，有时还需要更换，对污水处理量有一定的影响。经过多年的技术攻关，决定采用填料混装等技术手段，有效的减少填料密封泄漏，保证污水泵安全运行。
1 填料密封
1.1 填料密封的结构及原理
压盖填料密封是由填料箱，水封环(也称填料环)，填料，填料压盖及压紧螺栓等组成，是离心泵最常用的轴封结构，具体结构如图1所示。
(a)填料箱；(b)水封环
1-冷却水管；2-水封管；3-填料；4-填料套；5-填料压盖；6-轴；7-压紧螺栓；8-水封坏；9-轴套
图1填料密封的结构
填料装入填料腔以后，经压盖对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”；而未接触的凹部形成小油槽，有较厚的油膜，接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，此称“迷宫效应”。这就是填料密封的机理
。显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。
1.2 填料密封的分类
(1)软填料密封。软填料密封结构简单，但消耗功率较大， 沿轴向分布的紧力不均匀， 靠近压盖处填料磨损最快。
(2)膨胀石墨填料密封。膨胀石墨填料密封具有良好的自润滑性及导热性，摩擦系数小，通用性强，柔软性好。
(3)聚四氟乙烯填料密封。聚四氟乙烯填料密封具有较高的清洁度和较强的耐蚀性能。 正常运行时， 必须压紧填料，
液体才不能从泵轴处泄露。
但也不能压的太紧，
适度的压紧力能使轴和填料之间保持必要的流体润滑膜，减少摩擦磨损，延长使用寿命。压紧力过小，泄露严重；压紧力过大，造成轴和填料增加，严重时会发热。因此，如何控制合理的压紧力是保证软填料密封具有良好密封性能的关键。
2 填料密封泄漏的原因
2.1 污水泵的基本参数
型号：4PW
流量(t/h)：160
扬程(m)：25.5
转速(rpm)：1460
效率(%)：62
轴功率(KW)：18
大庆石化公司炼油厂污水泵为单级、单吸式卧式离心泵，过流部件材质为普通灰口铸铁，叶轮为半开式叶轮。它的密封结构为浸油石棉盘根，
污水泵的操作介质为含油污水，泵出口压力为0.35MPa，平时污水泵一开两备。
通常污水泵的填料密封有三处易发生的泄漏点：
一是污水穿透盘根引起的泄漏，这部分可以改变盘根材质来消除，再就是盘根与轴，盘根与填料函之间的间隙，可调节填料压盖两端的螺栓来改变作用于盘根上的预紧力。
2.2 填料密封失效的原因及不足
(1)密封介质含有的杂质严重影响密封性能。含油污水中含有悬浮颗粒和胶状和凝胶状扩散物。
当这些杂质进入软填料密封内部，使用久了，浸入的润滑剂流失，浸油盘根在污水中会变硬。
它会进一步增大了填料密封和轴套之间的磨损，使摩擦系数增大。虽然材料耐磨性较好，但是使用效果不佳，泄漏频繁。
(2)工作状态不稳定需频繁调整填料。因为装置每天排放的污水量不是固定的，污水泵的流量时刻发生变化，所以有些时候就需要调整污水泵出口阀的开度来合理控制污水量。由于盘根自身具有的粘弹特性,在工作状态下会出现明显的应力松弛。为保证其正常的密封性能，需要不断调节压盖与盘根之间的距离来改变填料的侧向压力。
在没有压力显示的情况下，压力很难控制，导致填料的侧向压力沿轴向分布不均匀，盘根压盖偏，达不到密封要求。特别是内侧的填料，由于手工用力过大，容易引起密封填料严重磨损，影响密封的稳定性及可靠性；如果用力过小，就会泄漏液体，达不到密封目的。
(3)泵轴与机泵不同心。泵轴受到的应力主要为变应力，发生的破坏主要是疲劳破坏。一般而言，普通填料密封结构不允许旋转轴有较大的径向偏移量，径向偏移量要小于0.05mm，在设计中，由于考虑诸多外部条件的变化，在非理想状态下，旋转轴的偏心量有一定的允许误差范围，当泵轴弯曲时，旋转轴的径向偏移量就会超过允许值，导致填料与轴套产生较大间隙，使泄漏量增大。
(4)磨损严重致使能耗量大。根据软填料密封的工作机理,填料密封与轴(或轴套)之间必须保持较大的径向接触压力以维持密封,因此需要损耗10%~15%的轴功率来克服轴与填料之间的摩擦力而实现密封，这不仅会降低泵的效率，时间长了会加速轴套的磨损，缩短轴套的使用寿命。
(5)填料密封在使用过程中，易造成恶性循环。因为填料密封需要冷却，所以在填料之间有水封环。随着使用时间的延长，填料磨损加剧使得水封环内侧的填料不能取出，我们就不能更换水封环内侧的填料。而在更换外侧的填料后，水封环与冷却水通道错位，无法起到冷却作用。水封环内侧的填料逐渐压入泵体内，使填料与轴接触不好，加剧填料与轴的磨损。
(6)因为填料密封的泄漏，极易使污水中的杂质进入油箱中，造成润滑油乳化变质，所以需要经常更换润滑油。
3 填料密封的改进方法
(1)在填料环之间加入自动补偿机构。
填料沿填料函长度方向的径向应力分布不均匀， 随着污水泵工作状态时刻变化和工作周期的增长，
填料的磨损程度逐渐加大，即填料与轴的间隙越来越大，从而导致盘根的泄漏增加，
因此总是通过人工调节压盖螺栓来调节填料的预紧力。为了增大盘根的寿命，经过仔细的实验研究下得出三种改进方法。第一种就是将金属环、软填料环、圆柱形弹簧交替组合安装，通过分别调节各层软填料环的压缩力，从而得到最佳的径向应力分布。当填料开始磨损时，弹簧可以补偿径向应力；
第二种是将一组软填料环安装在一个可以轴向移动的金属套筒中，将圆柱形弹簧安装在压盖螺栓内。通过调节压盖螺栓来调节预紧力。污水泵运行时，由于含油污水的压力作用在套筒上，使填料被进一步压缩，增加了底部软填料对轴的抱紧，
从而使径向压力与密封污水的压力分布相配合。第三种是将金属环和填料环做成不同规格，使金属环和软填料沿填料函底方向逐渐减小，从而在压盖的作用力下，软填料的径向应力相应逐渐增加，
使得径向应力获得合理分布。
(2)鉴于污水中成分的特殊性，含油污水中含有悬浮颗粒和胶状和凝胶状扩散物，故采用污水泵填料的组合使用，即采用不同种类密封填料分段混合配置。
不同的填料其侧压系数和回弹性能不同，
通过合理选择不同的填料进行组合，可以极大地提高其密封效果。柔性石墨具有较高的耐蚀性能，回弹性能好，但其抗拉及抗剪切能力较低；碳纤维填料环摩擦系数低，散热性能好，对轴磨损小，所以一般将柔性石墨填料与碳纤维填料组合使用，这样既可防止柔性石墨填料被挤入轴隙，
强烈磨损而引起介质泄漏，又可使填料径向压力分布均匀，增进密封效果。
4 结论
近几年污水泵填料密封的形式变化多样，
目前还是以填料混装为主。填料混装后的污水泵运行周期长，运行效率得到明显的改善，同时降低了检维修的劳动强度，因填料磨损引起的设备故障明显减少，保证了污水泵的安全运行。
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