摘要：密封問題一直是設備的頭等問題，密封性能的好壞對泵的效率有很大的影響。本文通過對填料密封的原理，分類以及使用中存在的問題進行分析，提出在填料間加入自動補償機構，填料混裝等技術手段，保證污水泵安全運行。
關鍵詞：污水泵；填料密封；原理；問題
前言
污水泵是循環水場處理污水的關鍵設備，它的作用是將經旁濾罐過濾后的排污水， 裝置含油污水輸送到污水車間去處理。因此，密封是污水泵的關鍵，必須質量好，可靠性高。污水泵運行中密封突然失效，外部介質和污油就會順著盤根泄漏到泵房內，引起泵燒軸，嚴重會危害人的生命安全。大慶石化公司煉油廠現有污水泵30臺。 絕大多數水泵軸端密封采用盤根壓蘭密封形式，由于，使用周期短，漏水量大需要經常進行維護，有時還需要更換，對污水處理量有一定的影響。經過多年的技術攻關，決定采用填料混裝等技術手段，有效的減少填料密封泄漏，保證污水泵安全運行。
1 填料密封
1.1 填料密封的結構及原理
壓蓋填料密封是由填料箱，水封環(也稱填料環)，填料，填料壓蓋及壓緊螺栓等組成，是離心泵最常用的軸封結構，具體結構如圖1所示。
(a)填料箱；(b)水封環
1-冷卻水管；2-水封管；3-填料；4-填料套；5-填料壓蓋；6-軸；7-壓緊螺栓；8-水封壞；9-軸套
圖1填料密封的結構
填料裝入填料腔以后，經壓蓋對它作軸向壓縮，當軸與填料有相對運動時，由于填料的塑性，使它產生徑向力，并與軸緊密接觸。與此同時，填料中浸漬的潤滑劑被擠出，在接觸面之間形成油膜。由于接觸狀態并不是特別均勻的，接觸部位便出現“邊界潤滑”狀態，稱為“軸承效應”；而未接觸的凹部形成小油槽，有較厚的油膜，接觸部位與非接觸部位組成一道不規則的迷宮，起阻止液流泄漏的作用，此稱“迷宮效應”。這就是填料密封的機理。顯然，良好的密封在于維持“軸承效應”和“迷宮效應”。也就是說，要保持良好的潤滑和適當的壓緊。若潤滑不良，或壓得過緊都會使油膜中斷，造成填料與軸之間出現干摩擦，最后導致燒軸和出現嚴重磨損。
1.2 填料密封的分類
(1)軟填料密封。軟填料密封結構簡單，但消耗功率較大， 沿軸向分布的緊力不均勻， 靠近壓蓋處填料磨損最快。
(2)膨脹石墨填料密封。膨脹石墨填料密封具有良好的自潤滑性及導熱性，摩擦系數小，通用性強，柔軟性好。
(3)聚四氟乙烯填料密封。聚四氟乙烯填料密封具有較高的清潔度和較強的耐蝕性能。 正常運行時， 必須壓緊填料， 液體才不能從泵軸處泄露。
但也不能壓的太緊， 適度的壓緊力能使軸和填料之間保持必要的流體潤滑膜，減少摩擦磨損，延長使用壽命。壓緊力過小，泄露嚴重；壓緊力過大，造成軸和填料增加，嚴重時會發熱。因此，如何控制合理的壓緊力是保證軟填料密封具有良好密封性能的關鍵。
2 填料密封泄漏的原因
2.1 污水泵的基本參數
型號：4PW
流量(t/h)：160
揚程(m)：25.5
轉速(rpm)：1460
效率(%)：62
軸功率(KW)：18
大慶石化公司煉油廠污水泵為單級、單吸式臥式離心泵，過流部件材質為普通灰口鑄鐵，葉輪為半開式葉輪。它的密封結構為浸油石棉盤根， 污水泵的操作介質為含油污水，泵出口壓力為0.35MPa，平時污水泵一開兩備。
通常污水泵的填料密封有三處易發生的泄漏點： 一是污水穿透盤根引起的泄漏，這部分可以改變盤根材質來消除，再就是盤根與軸，盤根與填料函之間的間隙，可調節填料壓蓋兩端的螺栓來改變作用于盤根上的預緊力。
2.2 填料密封失效的原因及不足
(1)密封介質含有的雜質嚴重影響密封性能。含油污水中含有懸浮顆粒和膠狀和凝膠狀擴散物。 當這些雜質進入軟填料密封內部，使用久了，浸入的潤滑劑流失，浸油盤根在污水中會變硬。 它會進一步增大了填料密封和軸套之間的磨損，使摩擦系數增大。雖然材料耐磨性較好，但是使用效果不佳，泄漏頻繁。
(2)工作狀態不穩定需頻繁調整填料。因為裝置每天排放的污水量不是固定的，污水泵的流量時刻發生變化，所以有些時候就需要調整污水泵出口閥的開度來合理控制污水量。由于盤根自身具有的粘彈特性,在工作狀態下會出現明顯的應力松弛。為保證其正常的密封性能，需要不斷調節壓蓋與盤根之間的距離來改變填料的側向壓力。 在沒有壓力顯示的情況下，壓力很難控制，導致填料的側向壓力沿軸向分布不均勻，盤根壓蓋偏，達不到密封要求。特別是內側的填料，由于手工用力過大，容易引起密封填料嚴重磨損，影響密封的穩定性及可靠性；如果用力過小，就會泄漏液體，達不到密封目的。
(3)泵軸與機泵不同心。泵軸受到的應力主要為變應力，發生的破壞主要是疲勞破壞。一般而言，普通填料密封結構不允許旋轉軸有較大的徑向偏移量，徑向偏移量要小于0.05mm，在設計中，由于考慮諸多外部條件的變化，在非理想狀態下，旋轉軸的偏心量有一定的允許誤差范圍，當泵軸彎曲時，旋轉軸的徑向偏移量就會超過允許值，導致填料與軸套產生較大間隙，使泄漏量增大。
(4)磨損嚴重致使能耗量大。根據軟填料密封的工作機理,填料密封與軸(或軸套)之間必須保持較大的徑向接觸壓力以維持密封,因此需要損耗10%~15%的軸功率來克服軸與填料之間的摩擦力而實現密封，這不僅會降低泵的效率，時間長了會加速軸套的磨損，縮短軸套的使用壽命。
(5)填料密封在使用過程中，易造成惡性循環。因為填料密封需要冷卻，所以在填料之間有水封環。隨著使用時間的延長，填料磨損加劇使得水封環內側的填料不能取出，我們就不能更換水封環內側的填料。而在更換外側的填料后，水封環與冷卻水通道錯位，無法起到冷卻作用。水封環內側的填料逐漸壓入泵體內，使填料與軸接觸不好，加劇填料與軸的磨損。
(6)因為填料密封的泄漏，極易使污水中的雜質進入油箱中，造成潤滑油乳化變質，所以需要經常更換潤滑油。
3 填料密封的改進方法
(1)在填料環之間加入自動補償機構。
填料沿填料函長度方向的徑向應力分布不均勻， 隨著污水泵工作狀態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，從而導致盤根的泄漏增加， 因此總是通過人工調節壓蓋螺栓來調節填料的預緊力。為了增大盤根的壽命，經過仔細的實驗研究下得出三種改進方法。第一種就是將金屬環、軟填料環、圓柱形彈簧交替組合安裝，通過分別調節各層軟填料環的壓縮力，從而得到最佳的徑向應力分布。當填料開始磨損時，彈簧可以補償徑向應力； 第二種是將一組軟填料環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。通過調節壓蓋螺栓來調節預緊力。污水泵運行時，由于含油污水的壓力作用在套筒上，使填料被進一步壓縮，增加了底部軟填料對軸的抱緊， 從而使徑向壓力與密封污水的壓力分布相配合。第三種是將金屬環和填料環做成不同規格，使金屬環和軟填料沿填料函底方向逐漸減小，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)鑒于污水中成分的特殊性，含油污水中含有懸浮顆粒和膠狀和凝膠狀擴散物，故采用污水泵填料的組合使用，即采用不同種類密封填料分段混合配置。
不同的填料其側壓系數和回彈性能不同， 通過合理選擇不同的填料進行組合，可以極大地提高其密封效果。柔性石墨具有較高的耐蝕性能，回彈性能好，但其抗拉及抗剪切能力較低；碳纖維填料環摩擦系數低，散熱性能好，對軸磨損小，所以一般將柔性石墨填料與碳纖維填料組合使用，這樣既可防止柔性石墨填料被擠入軸隙， 強烈磨損而引起介質泄漏，又可使填料徑向壓力分布均勻，增進密封效果。
4 結論
近幾年污水泵填料密封的形式變化多樣， 目前還是以填料混裝為主。填料混裝后的污水泵運行周期長，運行效率得到明顯的改善，同時降低了檢維修的勞動強度，因填料磨損引起的設備故障明顯減少，保證了污水泵的安全運行。
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