水泵密封問(wèn)題的分析與改進(jìn)

張國(guó)林

摘要：傳統(tǒng)的水泵密封是使用軟填料作為密封材料的，其結(jié)構(gòu)在使用的過(guò)程中存在著易磨損、密封穩(wěn)定性差等問(wèn)題，極度影響供水效率。本文著重針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析，并采取高效的改進(jìn)措施逐一進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：水泵 密封 改進(jìn)

過(guò)去經(jīng)常使用的水泵填料是普通浸油麻絲軟盤(pán)根，經(jīng)常損壞，這種盤(pán)根，使用壽命不到600小時(shí)，經(jīng)常維修和更換，不僅使工作帶來(lái)壓力，更重要使水泵出現(xiàn)漏氣、漏水，供水壓力嚴(yán)重不足并造成葉輪嚴(yán)重氣蝕，影響了正常供水，為此，對(duì)盤(pán)根損壞的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了改進(jìn)措施。

水泵具有不同的用途，而在礦井生產(chǎn)中它的用途主要有輸送井下廢棄的污水，控制井下污水的流量與揚(yáng)程的范圍。井下人員的安全和礦井的正常生產(chǎn)需要礦井排水，水泵及時(shí)把水排至地面，因而水泵在礦井生產(chǎn)中的重要性也不容忽視。

一、軟填料密封的基本結(jié)構(gòu)及其密封原理

軟填料裝在填料箱內(nèi)，壓蓋通過(guò)壓蓋螺栓軸向預(yù)緊力的作用使軟填料產(chǎn)生軸向壓縮變形，同時(shí)引起填料產(chǎn)生徑向膨脹的趨勢(shì)，而填料的膨脹又受到填料箱內(nèi)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(dá)到密封。即軟填料是在變形時(shí)依靠合適的徑向力緊貼軸和填料箱內(nèi)壁表面，以保證可靠的密封。

填與運(yùn)動(dòng)的軸之間因有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，難免存在微小間隙而造成泄漏，此間隙即為主要泄漏通道。填料裝入填料箱內(nèi)以后，當(dāng)擰緊壓蓋螺栓時(shí)，柔性軟填料受壓蓋的軸向壓緊力作用產(chǎn)生彈塑性變形而沿徑向擴(kuò)展，對(duì)軸產(chǎn)生壓緊力，并與軸緊密接觸。但由于加工等原因，軸表面總有一定的表面粗糙度，其與填料只能是部分貼合而部分未接觸，這就形成了無(wú)數(shù)個(gè)不規(guī)則的微小迷宮。當(dāng)有一定壓力的流體介質(zhì)通過(guò)軸表面時(shí)，將被多次引起節(jié)流降壓作用，這就是所謂的“迷宮效應(yīng)”，正是憑借這種效應(yīng)，是流體沿軸向流動(dòng)受阻而達(dá)到密封。填料宇宙表面的貼合、摩擦，也類似滑動(dòng)軸承，故應(yīng)有足夠的液體進(jìn)行潤(rùn)滑，以保證密封的使用壽命，即所謂的“軸承效應(yīng)”。

顯然，良好的軟填料密封即是“軸承效應(yīng)”和“迷宮效應(yīng)”的綜合。適當(dāng)?shù)膲壕o力使軸與填料之間保持必要的潤(rùn)滑膜，可減少摩擦磨損，高使用壽命。壓緊力過(guò)小，泄漏嚴(yán)重，壓緊力過(guò)大，則難以形成潤(rùn)滑液膜，密封面呈干磨擦狀態(tài)，磨損嚴(yán)重，密封壽命將大大縮短。因此，如何控制合理的壓緊力是保證軟填料密封具有良好性能的關(guān)鍵。

二、軟填料密封存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)軟填料密封主要存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題

1.徑向壓力分布不均，摩擦磨損嚴(yán)重

由于填料是彈塑性體，當(dāng)受到軸向壓緊后，產(chǎn)生摩擦致使壓緊力沿軸向逐漸減少，同時(shí)所產(chǎn)生的徑向壓緊力使填料緊貼于軸表面而阻止介質(zhì)外漏。徑向壓緊力的分布由外端（壓蓋）向內(nèi)端，先是急劇遞增趨平緩，被密封介質(zhì)壓力的分布由內(nèi)端逐漸向外端遞減，當(dāng)外端介質(zhì)壓力為零時(shí)，則泄漏很少，大于零時(shí)泄漏較大。由此可見(jiàn)，填料徑向壓力的分布與介質(zhì)壓力的分布恰恰相反，內(nèi)端介質(zhì)壓力最大，應(yīng)給予較大的密封力，而此處填料的徑向壓緊力恰是最小，故壓緊力沒(méi)有很好的發(fā)揮作用。實(shí)際應(yīng)用中，為了獲得密封性能，往往增加填料的壓緊力，亦即在靠近壓蓋端的填料處使徑向壓力最大（約為平均壓緊力的2—3倍），當(dāng)然摩擦力也增大，這就導(dǎo)致填料和軸產(chǎn)生的異常磨損情況，嚴(yán)重影響了密封工作的穩(wěn)定性。填料圈數(shù)較多，軸向高度越大，比壓越不均勻。

2.散熱、冷卻能力不夠

3.應(yīng)力松馳現(xiàn)象嚴(yán)重，密封工作的穩(wěn)定性差

4.自動(dòng)補(bǔ)償能力較差

5.偏擺或振動(dòng)的影響

三、針對(duì)水泵軟填密封存在的問(wèn)題的改進(jìn)措施

1.針對(duì)我礦盤(pán)根經(jīng)常損壞的現(xiàn)象作出以下改造：

（1）采用填料的組合使用 即采用不同種類密封填料分段混合配置。不同的填料其側(cè)壓系數(shù)和回彈性能不同，通過(guò)合理選擇不同的填料進(jìn)行組合，可以極大地提高其密封效果。對(duì)于膨脹石墨由于其抗拉及抗剪切能力較低，所以一般將膨脹石墨與石棉填料或碳纖維填料組合使用，這樣既可防止膨脹石墨填料被擠入軸隙，強(qiáng)烈磨損而引起介質(zhì)泄漏，又可使填料徑向壓力分布均勻，增進(jìn)密封效果。

（2）對(duì)填料預(yù)壓成形 填料預(yù)壓成形就是對(duì)填料先以一定的壓力進(jìn)行預(yù)壓縮，然后再裝入填料箱。填料在經(jīng)過(guò)預(yù)壓縮后，在相同的壓蓋壓力下，抵抗介質(zhì)壓力的能力增強(qiáng)，變形減少，介質(zhì)泄漏的阻力增大，密封效果明顯改善。填料經(jīng)過(guò)預(yù)壓縮后，與未經(jīng)預(yù)壓縮的相比，裝入填料箱后其徑向壓力分布比較均勻合理，密封效果提高。預(yù)壓縮的比壓高于介質(zhì)壓力，其值可取介質(zhì)壓力的1.2倍。預(yù)壓后填料應(yīng)及時(shí)裝入填料腔中，以免填料恢復(fù)彈性。如果進(jìn)行預(yù)壓縮時(shí)，對(duì)填料施加的壓力不同，靠近壓蓋的填料壓力小，離壓蓋越遠(yuǎn)則預(yù)壓力越大，這樣的填料裝入填料箱壓緊后其徑向壓力分布更接近泄漏介質(zhì)沿泄漏通道的壓力分布，密封效果與壽命有很大改善。

（3）采用新型密封填料 泥狀混合填料是一種新型的密封填料，它由純合成纖維、高純度石墨或高分子硅脂、聚四氟乙烯、有機(jī)密封劑進(jìn)行混合，形成一種無(wú)規(guī)格限制的膠泥狀物質(zhì)。泥狀混合填料密封結(jié)構(gòu)，在軸的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，泥狀混合填料由于分子間吸引力極小，具有很強(qiáng)的可塑性并且保證了圓面的光滑度，可以緊緊抱在軸上，并緊緊壓住軸，使得填料與軸的間隙無(wú)限縮小，保證水不能流出。沒(méi)有與軸相接的填料則保持相對(duì)靜止并在壓蓋的壓緊力下不斷的給軸向力壓緊軸，形成一個(gè)“增壓保壓層”。這樣在泥狀混合填料中間形成一個(gè)剪切分層面。并且在壓緊件方面采用的彈性壓蓋在安裝填料時(shí)使壓蓋有較大的預(yù)留壓力在填料上面，當(dāng)填料有磨損時(shí)壓蓋自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，使得填料在軸向的收縮力保持平衡，即可使密封始終處于一個(gè)壓力水平，使密封件不被破壞。

泥狀混合填料密封的特點(diǎn)是：無(wú)泄漏，密封可靠，自動(dòng)壓緊調(diào)整，對(duì)軸（或軸套）無(wú)磨損；安裝簡(jiǎn)單，維修時(shí)可方便修復(fù)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；不需要沖洗和冷卻；軸功率損耗小。

2.改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)

自動(dòng)補(bǔ)償徑向壓緊軟填料密封結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn)

（1）其徑向和間隙中介質(zhì)的壓力在數(shù)值上接近，符合軟填料密封機(jī) 理。

（2）和傳統(tǒng)軟填料密封結(jié)構(gòu)相比，摩擦功耗低；

（3）各圈填料受壓套徑向壓力的作用，可始終緊壓軸表面，可保證有效密封；

（4）自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)可連續(xù)補(bǔ)償徑壓力，提高了密封的可靠性；

（5）在同樣的密封條件下，減輕了軸與填料的磨損，可延長(zhǎng)軸和填料的使用壽命。

針對(duì)傳統(tǒng)的軟填料密封存在的不足進(jìn)行改良，使其從結(jié)構(gòu)上以及材質(zhì)方面得以全面改善，軟填料密封的使用壽命從原來(lái)的不到600小時(shí)達(dá)到了10000小時(shí)以上，大大提高了生產(chǎn)效率，為公司節(jié)約了不少成本從而提高了效益。軟填料密封由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，而且能適應(yīng)各種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)、螺旋運(yùn)動(dòng)及靜止元件的密封，因此，目前仍被我礦廣泛使用。