離心清水泵填料密封的改進(jìn)設(shè)計(jì)分析

羅德虹

摘要：文章對離心清水泵的填料密封進(jìn)行分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)，在對離心清水泵填料密封原理進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，分析傳統(tǒng)填料密封中存在的不足，并結(jié)合在離心清水泵方面工作的經(jīng)驗(yàn)，提出了填料密封的新方法與措施。

關(guān)鍵詞：離心清水泵；填料密封；改進(jìn)設(shè)計(jì)；密封原理；軟填料 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TH311 文章編號：1009-2374（2017）11-0249-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.125

離心清水泵的填料密封不僅具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，而且填料密封的拆裝和維修十分方便，成本也十分低廉。對于離心清水泵進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，填料密封不僅屬于動密封的范疇，而且也是靜密封的范疇。一般在離心清水泵的密封填料中采用軟填料的方式進(jìn)行填料，最常用的軟填料是油浸石棉盤根軟填料。但是離心清水泵的填料密封雖然具有極大的優(yōu)越性，但是仍然存在密封性能較差等問題，另外對于功耗損失也相對較大，使用的壽命較短。在這種傳統(tǒng)密封填料存在不足的基礎(chǔ)上，對于填料密封展開研究、分析填料密封機(jī)理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行填料密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，希望能夠?qū)﹄x心清水泵的填料密封進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，促進(jìn)離心清水泵填料密封的發(fā)展。本文的研究也是在本人實(shí)際工作中對于離心清水泵接觸中提出的，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 離心清水泵填料密封基本結(jié)構(gòu)及原理解析

1.1 離心清水泵填料密封基本結(jié)構(gòu)

通過圖1中離心水泵填料密封的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)是填料密封的典型結(jié)構(gòu)。其中（5）是填料箱，而填料主要是在填料箱中分布，然后利用壓蓋（6）和壓蓋螺栓（7）進(jìn)行處理，提供一個軸向預(yù)緊力，對于填料產(chǎn)生影響，讓填料在軸向發(fā)生壓縮變形，這樣也引起填料徑向作用，引起徑膨脹，同時引起系列反應(yīng)，和填料箱內(nèi)部以及軸表面產(chǎn)生摩擦力，有利于這兩個表面之間的結(jié)合，對于兩個表面之間的間隙進(jìn)行填塞，起到密封的作用。對于填料密封進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，是錄用填料變形時產(chǎn)生的徑向力來實(shí)現(xiàn)軸和填料箱內(nèi)壁表面的結(jié)合，有效實(shí)現(xiàn)填料密封，保證密封的質(zhì)量。

1.2 離心清水泵填料密封原理解析

對于離心清水泵的填料密封原理進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，填料箱中的填料和軸之間存在相對運(yùn)動，由于相對運(yùn)動和填料的特性必然會導(dǎo)致填料之間存在較小的間隙，這必然也會因?yàn)槲⑿￠g隙作為主要泄露通道而造成泄露。

另外在進(jìn)行加工的過程中，雖然盡可能降低軸表面的粗糙度，但是仍然存在一定粗糙度，造成軸表面和填料之間存在一定間隙，形成不規(guī)則的微小通道，當(dāng)流體在流經(jīng)軸表面會由于節(jié)流降壓作用而產(chǎn)生“迷宮效應(yīng)”。在“迷宮效應(yīng)”作用下對流體產(chǎn)生影響，軸向流動過程受到阻礙，從而實(shí)現(xiàn)離心清水泵的密封。另外在填料軸表面中還存在“軸承效應(yīng)”，需要在軸承表面提供相應(yīng)潤滑劑，來保證離心清水泵的密封效果，提高密封質(zhì)量以及填料密封的使用壽命。

在離心清水泵的填料密封中綜合利用了其“迷宮效應(yīng)”和“軸承效應(yīng)”，通過兩個效應(yīng)來使得軸和填料之間形成較好的潤滑膜，不僅僅能夠密封，還能夠減少摩擦與磨損，提高離心清水泵的使用壽命。另外，對于壓緊力進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，壓緊力的大小也會影響密封效果，壓緊力過小就會出現(xiàn)較嚴(yán)重的泄露問題，壓緊力過大又會增大摩擦，造成磨損，因此在進(jìn)行離心清水泵的填料密封中必須要把壓緊力控制在合理范圍內(nèi)。

2 離心清水泵傳統(tǒng)填料密封存在的不足分析

2.1 離心清水泵徑向壓力分布不均，存在摩擦磨損問題

在離心清水泵的填料密封中往往采用的是軟填料，也是屬于彈塑性體。當(dāng)填料受到軸向壓力之后，但是由于摩擦的作用會使得軸向壓緊力減少，另外軸向壓緊力也會對填料以及軸表面產(chǎn)生影響，讓兩者緊密結(jié)合，起到防止介質(zhì)泄露的作用。對于徑向壓緊力進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)比較明顯變化，由急劇遞增轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄彽淖兓?。對于徑向壓力分析時，若外端介質(zhì)壓力為零時，密封效果就會挺好，泄露也會較少，當(dāng)介質(zhì)壓力大于零時，就會出現(xiàn)泄露。對于介質(zhì)壓力以及徑向壓力的分析能夠發(fā)現(xiàn)，這兩種力之間的分布和作用是相反的。對于介質(zhì)壓力而言，介質(zhì)壓力較大時，應(yīng)該為其提供較大密封力，此時對于徑向壓力進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，該值恰好最小，徑向壓緊力效果不明顯。在實(shí)際的填料密封中，往往增加填料的徑向壓緊力，這個過程中也會導(dǎo)致摩擦力的增大，對于填料密封的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。另外在填料密封中，由于填料的圈數(shù)較多，對軸向高度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致該值增大，比壓出現(xiàn)不均勻的情況。

2.2 填料密封散熱以及冷卻能力欠佳

在傳統(tǒng)的填料密封中，由于填料和軸表面的接觸面比較大，就會在接觸中由于摩擦產(chǎn)生較大熱量。要保證離心清水泵的運(yùn)行還必須要科學(xué)散熱，但是在實(shí)際的散熱中卻由于填料較厚而不利于熱量的散失。另外對于傳統(tǒng)填料進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)填料的散熱與導(dǎo)熱性能也相對較差，不利于摩擦熱的傳出，導(dǎo)致接觸面和摩擦面的溫度升高，對于液膜產(chǎn)生直接影響，造成液膜蒸發(fā)，進(jìn)一步加大摩擦，對于填料密封的效果也產(chǎn)生影響，降低了密封質(zhì)量。

2.3 填料密封應(yīng)力松弛問題突出，穩(wěn)定性較差

對于傳統(tǒng)的密封填料的粘彈性進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，密封填料在作用中產(chǎn)生比較明顯的應(yīng)力松弛問題。當(dāng)應(yīng)力松弛問題比較嚴(yán)重的時候，會對填料密封產(chǎn)生不良影響，甚至導(dǎo)致失效問題。另外在傳統(tǒng)的填料密封中是利用螺栓來對填料進(jìn)行作用，施加預(yù)緊力的，但是預(yù)緊力是恒定的，在初期的壓縮變形量也是恒定的，但是后期由于磨損會對壓縮變形量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致該值減少，填料密封應(yīng)力松弛問題進(jìn)一步加劇，密封穩(wěn)定性也會

降低。

2.4 檢修周期較短

在傳統(tǒng)的填料密封中，填料會對軸以及軸套產(chǎn)生影響，造成軸以及軸套的磨損。面對這樣的情況就需要在離心清水泵運(yùn)行中加強(qiáng)對于其的檢修，不僅僅檢修的次數(shù)增多，這樣也就導(dǎo)致了檢修的周期較短，大大增加了離心清水泵的運(yùn)行成本。

3 離心清水泵填料密封改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 離心清水泵填料密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在傳統(tǒng)離心清水泵填料密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，改造結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

這種改造后的離心清水泵密封結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，不僅僅摩擦功耗低，而且在進(jìn)行各圈填料的時候能夠保證受壓套徑向力作用，能夠緊壓軸表面，加強(qiáng)密封，提高密封效果。另外，這種填料密封結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)相比，能夠有效減輕軸和填料之間的摩擦力，從而減輕磨損，提高填料密封的使用壽命。

3.2 離心清水泵密封填料創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.2.1 填料組合創(chuàng)新使用。在進(jìn)行填料的組合創(chuàng)新使用中，主要是利用不同種類的密封填料進(jìn)行離心清水泵的填料，采用分段混合裝置的方式實(shí)現(xiàn)填料的創(chuàng)新組合。充分利用不同填料側(cè)壓系數(shù)不同的特點(diǎn)來進(jìn)行不同填料的組合，最終實(shí)現(xiàn)更好的密封效果。在當(dāng)前的離心清水泵中可以考慮使用膨脹石墨和石棉填料以及碳纖維填料組合使用的方法。

3.2.2 密封填料預(yù)壓成型。這種方式實(shí)際是在把密封填料裝到離心泵填料箱之前進(jìn)行必要的預(yù)壓縮，一般采用一定壓力進(jìn)行預(yù)壓成型。通過這種預(yù)壓成型的方式可以進(jìn)一步提高填料抵抗介質(zhì)壓力的能力，同時通過這種方式能夠有效防止變形，阻止介質(zhì)泄露，達(dá)到更好密封效果。主要是密封填料進(jìn)行預(yù)壓之后，徑向壓力改變，分布更加均勻合理，這樣提高了密封效果與使用壽命。

3.2.3 使用新型密封填料。隨著離心清水泵的發(fā)展與創(chuàng)新，各種新型密封填料不斷被提出，其中一種比較典型的新型密封填料就是泥狀混合填料，這種填料方式由多種新型有機(jī)材料組成，經(jīng)過混合形成膠泥狀物質(zhì)，包括純合成纖維、高分子硅脂、聚四氟乙烯以及有機(jī)密封劑和高純度石墨等物質(zhì)。這種新型密封填料具有典型的優(yōu)點(diǎn)，不僅僅能夠防止泄露，密封比較可靠，而且對于離心清水泵的軸和軸套不會產(chǎn)生磨損，另外這種新型密封填料和傳統(tǒng)填料相比安裝更加簡單，大大降低了離心清水泵安裝的強(qiáng)度。

4 結(jié)語

離心清水泵中填料密封由于介質(zhì)壓力以及徑向壓緊力的作用下會出現(xiàn)泄露的情況。對于密封填料而言，充分利用了“迷宮效應(yīng)”以及“軸承效應(yīng)”來對離心清水泵進(jìn)行密封。隨著離心清水泵的應(yīng)用與發(fā)展，傳統(tǒng)密封填料已經(jīng)不能夠滿足密封要求，本文提出了填料結(jié)構(gòu)改進(jìn)、填料創(chuàng)新改進(jìn)的方式進(jìn)行密封填料的創(chuàng)新，具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：小 燕）