FUH工程塑料離心泵密封泄漏探究解決

王發(fā)財(cái)

（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海格爾木 816099）

0 引言

FUH系列工程塑料離心泵是化工部引進(jìn)項(xiàng)目和“七五”國(guó)家重大科技成果，該系列泵過流部件采用超高分子量聚乙烯制作，耐腐蝕性能優(yōu)良、耐磨性能優(yōu)異，可以輸送酸堿清液、含固體顆粒的料漿和含各種雜質(zhì)的污水，在輸送含細(xì)顆粒的腐蝕性液體和氫氟酸、氟硅酸、鹽酸、濃堿等方面性能優(yōu)良。

鹽湖化工酸回收車間的稀酸泵，主要為酸回收工藝的主流程凈化工序建立冷卻塔和洗滌塔的循環(huán)，起到覺熱酸洗和除固體雜質(zhì)的雙重作用。該泵為150FUH-42-160/40型FUH臥式離心泵，自使用以來(lái)，多次發(fā)生動(dòng)力密封泄漏，不僅浪費(fèi)大量人力、費(fèi)用等檢修資源，還影響著企業(yè)酸類物質(zhì)的正?；厥绽谩?/p>

1 故障原因分析及解決方案

泵由宜興市工程塑料設(shè)備廠出產(chǎn)，多采用引進(jìn)日本荏原公司的動(dòng)力密封，主要由副葉輪（或副葉片）與停車密封（橡膠密封）組成。150FUH-42-160/40型臥式離心泵自使用以來(lái)，多次發(fā)生動(dòng)力密封泄漏，單臺(tái)泵密封泄漏頻率高達(dá)3次/月。通過對(duì)該泵副葉輪密封壓頭的計(jì)算可知，泵在設(shè)計(jì)方面稍有瑕疵，封堵壓頭比泄漏壓頭約小5%，當(dāng)泵出口壓力較低時(shí)，副葉輪密封可滿足密封要求，但當(dāng)出口壓力達(dá)到額定值時(shí)，副葉輪密封無(wú)法滿足密封要求，就會(huì)發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)泄漏現(xiàn)象。為了解決這一問題，需要重新計(jì)算背葉片及副葉輪尺寸，工作比較繁瑣，所以采取密封改進(jìn)方案。

1.1 副葉輪密封原理、密封壓頭計(jì)算及出口壓力比較

1.1.1 動(dòng)力密封結(jié)構(gòu)及工作原理

動(dòng)力密封主要由副葉輪密封與停車密封（橡膠密封）組成（圖1）：工作時(shí)，副葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使密封腔處于負(fù)壓狀態(tài)，阻止液體向外泄漏，此時(shí)停車密封幾乎不起作用，橡膠油封的唇口因負(fù)壓而松開，與軸套產(chǎn)生一定的間隙，以減小之間的磨損；停機(jī)時(shí)，副葉輪停止旋轉(zhuǎn)，密封腔由負(fù)壓轉(zhuǎn)為正壓，停車密封開始工作，橡膠油封的唇口在壓力作用下緊緊包住軸套，達(dá)到密封目的。

1.1.2 副葉輪密封結(jié)構(gòu)及密封壓頭計(jì)算核對(duì)

（1）副葉輪密封結(jié)構(gòu)及其各部件作用。副葉輪密封又稱流體動(dòng)力密封，通常由位于泵葉輪后蓋板外側(cè)面上的背葉片、副葉輪、阻旋片組成。

圖1 稀酸泵動(dòng)力密封結(jié)構(gòu)

背葉片和葉輪后蓋組成了一個(gè)半開式離心葉輪，產(chǎn)生的揚(yáng)程起到了封堵輸送介質(zhì)的逆壓作用，稱此揚(yáng)程為背葉片密封壓頭。背葉片還可降低后泵腔的壓力和減少阻擋固體顆粒進(jìn)入軸封區(qū)域。副葉輪為半開式離心葉輪，所產(chǎn)生的揚(yáng)程也起到封堵輸送介質(zhì)的逆壓作用。阻旋片的作用是阻止液體旋轉(zhuǎn)，提高封堵壓力，致使密封效果更好。

當(dāng)背葉片與副葉輪產(chǎn)生的壓頭之和等于或稍大于葉輪出口壓力時(shí)，便可封堵出口壓力的泄漏。

（2）副葉輪（與背葉片）密封壓頭的計(jì)算。核實(shí)泵的副葉輪密封是否起到完全密封的效果。副葉輪密封裝置的計(jì)算是根據(jù)結(jié)構(gòu)背葉片、副葉輪半徑等已知條件求各自所產(chǎn)生的密封壓頭，或是根據(jù)已知的密封壓頭求背葉片、副葉輪的半徑等。這里需要根據(jù)已定的零部件數(shù)值求出密封壓頭，常用計(jì)算公式見（1）式[1]。

式中H——密封壓頭，m

n——泵的轉(zhuǎn)速，r/min

R2——副葉輪葉片外半徑，cm

Rb——副葉輪葉片內(nèi)半徑，對(duì)于背葉片則為葉輪輪轂半徑，cm

K——由試驗(yàn)確定的系數(shù)，與副葉輪葉片至密封函間隙d有關(guān)，d＞3 mm 時(shí)，K=0.75～0.85；d＜3 mm 時(shí)，K=0.85～0.90

泵轉(zhuǎn)速為1450 r/min，出口揚(yáng)程40 m，副葉輪葉片至密封函間隙5 mm左右，副葉輪外半徑為85.5 mm，副葉輪內(nèi)半徑43.5 mm，副葉輪高度為14 mm，背葉片外半徑為180 mm，背葉片內(nèi)半徑為6.4 cm，背葉片高度為8 mm。根據(jù)上述數(shù)據(jù)與公式可計(jì)算出，當(dāng)K取最大值0.85時(shí)，H密封=H背+H副=6.8+31.7=38.5 m，故該泵H密封＜H出，封堵壓頭比泄漏壓頭約小5%。

由上述計(jì)算可知，該泵在設(shè)計(jì)方面稍有瑕疵，封堵壓頭低于出口壓力：當(dāng)出口壓力較低時(shí)，副葉輪密封可滿足密封要求，但當(dāng)出口壓力達(dá)到額定值時(shí)，副葉輪密封無(wú)法滿足密封要求，發(fā)生泄漏現(xiàn)象。解決這一問題，需要重新計(jì)算背葉片及副葉輪尺寸，比較繁瑣，所以建議對(duì)該密封進(jìn)行改進(jìn)或另選密封類型。

1.2 停車密封改進(jìn)及其效果

為解決該泵運(yùn)轉(zhuǎn)期間及停車泄漏現(xiàn)象，檢修人員自行對(duì)原密封組合件進(jìn)行了改進(jìn)（圖2），將其改為骨架油封與四氟圈相結(jié)合及石墨盤根代替骨架油封2種形式?？紤]到骨架油封唇口與軸套間存在間隙，采用四氟圈與軸套（0.01～0.02）mm過盈配合，相當(dāng)于機(jī)械密封中的動(dòng)環(huán)，采用耐磨性良好、耐腐蝕性較好的石墨密封。這種方法在使用初期有一定效果，但在泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)半月左右就產(chǎn)生了漏酸現(xiàn)象，不能徹底解決密封頻繁泄漏缺陷。

圖2 原密封組合件結(jié)構(gòu)

1.3 將動(dòng)力密封改為非標(biāo)機(jī)械密封

為了解決該泵密封頻繁泄漏的問題，可在其軸封處使用冷卻水，一方面降低密封填料或橡膠與軸套之間的摩擦溫度，另一方面起到潤(rùn)滑作用。但是，稀酸為特殊耐酸物質(zhì)，不允許在泵體內(nèi)與水進(jìn)行接觸，因此需要對(duì)其冷卻水用水封環(huán)密封。將上述思路與設(shè)備廠商協(xié)商后，決定將動(dòng)力密封改為非標(biāo)機(jī)械密封（圖3）。

密封為內(nèi)裝式非標(biāo)機(jī)械密封，采用外冷卻方式，同時(shí)也是一種平衡式機(jī)械密封。由于彈簧部件的存在，密封可以根據(jù)液體壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)端面比壓，從而減輕端面磨損，延長(zhǎng)使用壽命。靜、動(dòng)環(huán)均由耐腐蝕性能良好的碳化硅制成。2015年1月改造后至今，密封性能良好，效果優(yōu)異，解決了設(shè)備空開機(jī)時(shí)間較短等問題點(diǎn)。

2 改造效果

原動(dòng)力密封與改造后的非標(biāo)機(jī)械密封的密封效果及使用壽命對(duì)比如表1所示。

由表1可知，非標(biāo)機(jī)械密封比原動(dòng)力密封更能適應(yīng)實(shí)際工況下工程塑料離心泵的密封作用，解決了設(shè)備空開機(jī)時(shí)間較短的缺點(diǎn)。

圖3 改造后的機(jī)械密封組合件

表1 原動(dòng)力密封與改造后的非標(biāo)機(jī)械密封的密封效果對(duì)比

3 結(jié)論

試驗(yàn)所用的離心泵，動(dòng)力密封設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本較低，如果離心泵葉輪尺寸、副葉輪間隙設(shè)計(jì)或調(diào)整稍有差錯(cuò)，便可導(dǎo)致密封頻繁泄漏。而設(shè)計(jì)加工的非標(biāo)機(jī)械密封不僅可以徹底解決上述故障，還可以解決設(shè)備空開機(jī)時(shí)間較短等問題。