【摘要】層狀剪切式密封系統是一種技術較為先進的軸密封系統,特別是對于大型水泵軸密封,能取得良好的效果。文中對層狀剪切式填料密封系統的基本原理與特點進行論述,并介紹其在尿素裝置低壓甲按冷凝器循環水泵上的應用情況。
【關鍵詞】層狀剪切式密封;系統循環水泵;應用
現行大型循環水泵考慮到軸封的安裝檢修難易程度、可靠性、價格及循環水’自身特性等因素,幾乎都選用普通成型填料密封作為軸封的方式,而放棄密封性能好但價格昂貴、檢修不便的機械密封,如此帶來的問題是由于大型水泵的軸徑大,填料腔的縱橫向尺寸均較大,來自填料壓蓋的壓緊力很難由柔性的軟填料均勻的向內、向外傳遞到位,因而難以達到良好的密封效果,循環水泄漏嚴重,一般的填料密封泄漏標準(20一30滴角石n)幾乎不可能長時間得到滿足。
中石化巴陵分公司尿素裝置低壓甲錢冷凝器循環水泵(901)J/s)采用普通成型填料密封方式,軸封泄漏量在90t/月左右,不僅浪費大量的水資源,同時也使軸封的維護維修頻率始終保持較高的狀態。2003年開始對填料軸密封進行改造,改用層狀剪切式填料密封方式后,使這一狀況大為改觀。
1 層狀剪切式密封系統基本原理與特點
1.1 基本原理
層狀剪切式密封系統的主體為纖維加強合成材料及多種添加劑的膠泥狀混合物,具有高強度、自潤能力、摩擦系數低、混合物分子間吸引力小的特性,在軸旋轉過程中,從內層開始纖維材料會纏繞在軸上,并與軸一起同步旋轉,形成一個“旋轉層”,隨著“旋轉層”的直徑逐漸增加,軸對纖維的纏繞能力逐步減弱(這是因為軸的扭力是固定的,隨著力矩的增加,扭矩逐步減弱的結果),沒有與軸纏繞在一起的部分纖維材料,與填料腔內壁保持相對靜止,形成一個“不動層”,這樣摩擦就發生在纖維材料之間,而非其與轉軸之間,同時“旋轉層”與“不動層”一起構成屏障,對介質起到阻擋作用,達到阻止泄漏的目的。
1.2 主要特點
與普通成型填料軸封相比,層狀剪切式密封系統主要具有如下特點:
l) 密封效果好。層狀剪切式密封系統的主體為膠泥狀混合物,無固定形狀,在填充填料腔時較易均勻的分布到腔內各處,并在水泵開啟后幾分鐘內,通過“旋轉層”的運動進行自動調節而達到均勻分布,使填料腔內各處材料均具有效密封能力(普通成型填料的密封能力沿軸向由內至外是逐步減弱的),因而總體上具有較好的密封性能,通過合適的調節,能達到完全無泄漏。
2) 不傷軸套。由于軸旋轉時內層纖維材料會纏繞在軸上,并與軸一起同步旋轉,二者間無相對運動,即無摩擦產生,對軸套無磨損,或者對所裝配軸套的表面加工精度要求極低。
3) 無須冷卻系統。普通填料由于相對運動完全集中在軸套與成型填料內側,二者之間壓緊力大,相互摩擦會產生大量熱量,為防止填料燒毀,需要附設冷卻系統。而層狀剪切式密封系統的相對運動發生在“旋轉層”“不動層”內部,徑向成梯度遞減方式,并且材料有自潤能力,摩擦系數低,工作狀態下放出的摩擦熱低,無須加設冷卻裝置。
2 層狀剪切式密封系統在循環水泵上的應用
2.1 循環水泵工藝與設備參數
低壓甲錢冷凝器循環水泵型號為CEN300-250,單級離心泵,介質為蒸汽冷凝液,密度980kg/m³，運動粘度1000Pa.s，泵轉速88800r/h，葉輪直徑小0.3加m,軸規格小0.085mxo.735m,軸套規格小0.loomx0.1巧m,成型填料規格小0.z00nI/O.125mxo.ol3m,一次安裝6根,中間加冷卻水環,由泵出口管線上引冷卻水從泵蓋接口導人填料腔對填料進行冷卻。水泵正常流量928m3/h,進口壓力0.30MPa,出口壓力0.46MPa,軸功率54.7kw。
2.2 層狀剪切式填料材料規格與性能
材料基本規格有白色與黑色兩種,考慮到循環水泵規格與介質特性,選用材料規格為白色類,由具有極高抗沖擊強度與抗拉強度的高純合成特種纖維、高純度的聚四氟乙烯、高分子硅脂及有機密封劑混合而成,其中高分子硅脂起增加抗磨蝕能力的作用,有機密封劑則能提高層狀剪切式填料材料自潤及密封性能。膠泥狀填料的適用溫度為一40一200℃,最大工作壓力1MaP,最大線速度0.17而h,pH值范圍為1一13。
2.3 改浩實施
軸封的改造實施較為簡單,對原軸封機械部分的改動只需將從泵線出口管至泵蓋處的填料冷卻水短管拆除,在泵線出口管的接口(冷卻水管)處加上堵頭,同時在泵蓋的接口(冷卻水管)處加上一個與層狀剪切式填料專用加注槍管接口相配的管接頭即可填料加注完畢后,亦采用堵頭將接口堵住,安裝軸封時,取消冷卻水環,在填料腔的最內端與最外端各裝一個0.100m/0.125mX0.013m的填料環(即原泵用普通成型填料),作為膠泥混合物的內外支撐骨架，防止混合物被擠出，預先通過專用槍擠壓好的條狀填料,則通過手工填塞在內外骨架填料環、軸套、泵蓋內壁所形成的填料腔中,將填料壓蓋適當壓平、壓緊即可。此時將專用填料槍接到泵蓋的接口上,按水泵操作規定開啟水泵,觀察泵運行5一10min后,膠泥狀混合物的自動調節、內部剪切層的形成基本結束,根據泄漏情況用填料腔緩慢補加填料,直到完全無泄漏。層狀剪切式填料的安裝簡圖如圖1)
2.4安裝、維護與維修特點
層狀剪切式填料密封系統在工作原理與結構形式上,與普通成型填料有著根本的區別,相應其在安裝、維護、維修等方面,經過將近兩年時間的實踐與摸索,總結出如下幾個要點:
l)填料初裝時,應使填料處于偏松狀態,冉根據填料泄漏程度適當壓緊填料壓蓋或用專用腔補加填料(補加作業要點同2.3)逐漸調整至無泄漏,并且填料腔處溫升高出介質溫度5一10℃為宜,以避免過燒現象。
2)使用一段時間后,軸封發生泄漏時,一般不通過調緊填料壓蓋的方式來消除泄漏,而采用填料腔補加填料的方式來進行維護,補加采用少量多次的辦法,每加一次要有數分鐘的停頓,觀察運行情況,決定是否繼續補加直至無泄漏。這是由于膠泥狀混合物加人填料腔后,一開始纖維成不均勻分布及無序排列狀態,在旋轉軸的牽引力作用下,逐漸自我調整至能起有效密封作用的穩定“旋轉層”的。因此采用少量多次的補加填料方式,避免過量填料擠壓過緊而局部燒毀,而補加填料較緊壓蓋方式對原“旋轉層”的影響小,有利于新的無泄漏“旋轉層”在短時間內的形成。
3)工藝狀況發生較大變化或為滿足工藝倒泵運行,常會將泵停運一段時間,此時原有的“旋轉層”遭到破壞,有效密封“旋轉層”須在泵運行一段時間后才能重新形成。因此,重新啟動泵時(倒泵時),軸封出現泄漏不應立即采取維修措施,而應觀察一段時間后才作出決定
4)水泵其他故障檢修拆卸填料時,常發現膠泥狀填料在使用一段時間后發硬,只要纖維未出現脆性,可通過在潤滑油中浸泡2一3h,使其“再生”后使用,并不影響其密封性能,可使層狀剪切式填料達到最大限度的使用周期。
2.5 應用效果
使用初期,對層狀剪切式填料密封系統認識不足,基本參考普通成型填料的處理方式:一旦發生泄漏即進行維護維修、補加填料,填料發硬即進行更換等,因此盡管軸封泄漏量明顯小于普通成型填料密封方式,但其繁瑣程度及運行費用都遠遠高于普通成型填料密封方式〔經反復比較試驗,逐步掌握其特性與運行規律后,其優勢才得以顯示出來:能長周期地完全無泄漏、免維護,一般3一4個月補加一次填料,整體更換則約為每年一次。
3結束語
l)層狀剪切式填料密封系統具有解決水泵特別是大型循環水泵的軸封泄漏問題的能力,能長時間的完全無泄漏運行,減少循環水的流失浪費和軸封的檢維修工作量;無須冷卻系統,降低能耗;對軸套無磨損,節約設備費用。
2)應用層狀剪切式填料密封系統時要充分掌握其特性與運行規律,合理的安裝、維護、檢修,才能最大限度發揮其優勢,實現軸封改造目的。
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