劉鋒

（新疆眾和股份有限公司）

摘　要：著重分析了污水泵常見密封形式及影響密封的因素，對污水泵填料式密封進行機械密封改造，給出改造方法及改造技術要求。文中對機械式密封做了進一步改進，并應用到了排水管理中心的現(xiàn)有設備中，取得了良好的密封效果及經濟效益。

污水處理工程是環(huán)境保護的重要項目，而污水泵作為污水處理工程的主要配套設備被廣泛應用于城市排污、礦山、冶金、電力以及石化等污水處理作業(yè)，發(fā)展前景廣闊。污水泵產品除了要求技術性能好之外，密封是污水泵的關鍵，必須可靠性高，污水泵無故障運行時間長。污水泵在工作中，密封一旦失效，外部介質或油室中的油便會進入電機腔，引起潛水電機缺相、短路、漏電、燒壞電機，甚至影響人身安全。因此，為了進一步提高污水泵使用的安全性、運行可靠性以及提高污水泵無故障運行時間，有必要對污水泵通常使用的機械密封進行結構分析，實行改進。

一、常用的密封形式及不足

目前，污水泵產品常用的密封形式有兩種：填料密封和機械密封。填料密封，如圖1所示，是Z古老的一種密封結構，發(fā)源于工業(yè)革命之前的傳統(tǒng)密封裝置，有著100年的材料工藝、潤滑劑系統(tǒng)和制造方法，并保持持續(xù)進步，目前很多的應用場合。經分析，該軟填料密封結構存在如下缺陷：

1.密封介質含有的雜質嚴重影響密封性能。雜質進入軟填料密封內部，進一步增大了填料密封和軸套之間的摩擦、磨損。雖然材料耐磨性較好，但是使用效果仍然不佳，泄漏頻繁。另外由于沒有采用封液對填料密封進行潤滑冷卻，也加劇了填料與軸套之間的磨損。

2.工作狀態(tài)不穩(wěn)定需頻繁調整和更換填料。由于軟填料自身具有的粘彈特性，在工作狀態(tài)下會出現(xiàn)明顯的應力松弛。為保持其正常的密封功能，需不斷地通過壓緊壓蓋來增大填料與軸的徑向接觸力，同時也增大了軟填料與軸的磨損，因此不得不經常更換(或添加)填料，維修工作量和費用大大增加。

3.磨損嚴重致使能耗量大。根據(jù)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，因此填料和軸(或軸套)的摩擦、磨損都很嚴重，在密封很快失去工作能力的同時，造成相當大的能耗浪費。

機械密封具有摩擦功率損失小、壽命長、不泄漏等諸多優(yōu)點，目前已在水泵上廣泛應用。要把填料密封結構的水泵改造成機械密封結構需從設計、結構和加工幾方面考慮。

文獻討論了污水泵工況時軟填料密封的失效原因，并提出了改進的方案，有一定的借簽和實用價值;機械密封亦稱端面密封，其有一對垂直于旋轉軸線的端面，該端面在流體壓力及補償機械外彈力的作用下，依賴輔助密封的配合與另一端保持貼合，并相對滑動，從而防止流體泄漏。

污水泵中常用的機械密封結構有兩種形式:一種方案是在潛水污水泵的油室里安裝一套雙端面機械密封(見圖2);另一種方案是在污水泵油室里設置一套單端面機械密封，而另一套設置在泵腔，使用在所抽送的污水介質中。

機械密封通常由動環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副，動環(huán)靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環(huán)端面上，并在兩環(huán)端面上產生適當?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。圖2所示為雙端面機械密封，水泵側與電機側兩道密封端面都是靠彈性構件-彈簧和密封介質的壓力在旋轉的動環(huán)和靜環(huán)的接觸表面上產生適當?shù)膲壕o力，使這兩個密封端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。其中水泵側密封端面與電機側密封端面結合處B，是密封點，防止所抽介質進入油腔，防止油腔內的油進入電機腔;6為靜環(huán)與壓蓋端面之間密封點， A處是動環(huán)與軸配合面之間的密封點，C是箱體間的密封。

圖2中，A、B、C所示結構機械密封Z容易出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，由于使用介質的復雜性，易使抱軸橡膠老化，一旦出現(xiàn)老化就直接影響彈簧傳動而使得密封失效，同時，兩端面密封都得靠同一個彈簧產生壓力，若其中一?端面接觸失效，整套密封也就失效。因此，這種機械密封一直存在失效快、返修率高的不足之處，直接影響到泵使用壽命。

機械密封在實際運行中不是一個孤立的部件，它是與泵的其它零部件一起組合起來運行的，同時通過其基本原理可以看出，機械密封的正常運行是有條件的，例如:泵軸的竄量不能太大，否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓;機械密封處的泵軸不能有太大的撓度，否則端面比壓會不均勻等等。只有滿足類似這樣的外部條件，再加上良好的機械密封自身性能，才能達到理想的密封效果。

因此，在實際應用中，以機械密封來代替填料密封的情況越來越多。

二、填料密封的機械密封改造

1.改裝方法

污水泵填料筒的徑向尺寸和軸向尺寸較小，影響了機械密封的安裝。在滿足強度的情況下，將填料筒的內徑相應地擴大;若有軸套，可將軸套的外徑相應地縮小或將軸套拆除。

2.主要尺寸確定

(1)確定傳動套或彈簧座在軸套上的位置。如圖3所示。為了防止傳動套或彈簧座同填料內套端面碰，把安裝機械密封的起點尺寸定為[H-K=5～15mm]。

(2)確定軸套總長度。軸套的總長度一般比原來的總長度稍稍長一點。因為考慮到軸套尾端部分要伸出密封壓蓋5～10mm左右，以利于安裝方便。尺寸根據(jù)設計的密封壓蓋厚度而定。

(3)確定傳動套或彈簧座在軸套上的定位尺寸D:D=L-[H-K-(5-10)+l]。

(4)軸套與軸的密封。軸套與的形圈軸的密封可采用聚四氟乙烯車制成直徑為3mm的O形圈來進行密封。安裝機械密封的軸套，要求具有良好的抗腐蝕性和耐磨性，對于放置動環(huán)密封圈的軸套表面要求鍍鉻處理，表面粗糙度為0.8。

(5)密封壓蓋結構尺寸的確定。機械密封的靜環(huán)裝在壓蓋上。壓蓋上安裝靜環(huán)的各種配合尺寸均按靜環(huán)的幾何尺寸進行設計，結構可參照機械密封有關資料。

3.改造技術要求

(1)安裝機械密封部位的軸或套。軸或套的徑向跳動0.04～0.06mm;表面粗糙度不低于0.8，軸或套外徑尺寸公差為h7;密封軸套端部必須做倒角并修光滑。

(2)密封壓蓋。密封壓蓋應有足夠的厚度，防止在液體壓力作用下產生變形;密封壓蓋固定螺栓不少于3個;與靜環(huán)密封圈接觸部位的表面粗糙度不低1.6，其接觸面對軸中心線跳動允差±0.04mm;安裝靜環(huán)密封圈的端部必須做倒角并修光滑。

(3)轉子。瞬時軸向竄動量不超過±0.15mm;軸向游動量不超過±0.1mm軸振動量不超過±0.05mm。

(4)密封腔。密封腔與密封壓蓋配合的止口跳動允差為0.04～0.08mm;密封腔與密封壓蓋配合的端面跳動允差為 0.06～0.08mm。

三、機械密封結構改造

將圖2中C處密封面是機械密封Z容易發(fā)生泄露處，而錐面機械密封特別適合于含有固體懸濁物的泵送設備，因此將C處改為錐面密封，如圖4所示。靜環(huán)材料為填充聚四氟乙烯，動環(huán)材料為不銹鋼，錐面噴涂碳化鎢。其主要特點為:

1.錐面機械密封的動環(huán)為一錐環(huán)，其半錐角為α;靜環(huán)的內徑R1為定值，隨著靜環(huán)的磨損接觸母線長度T增長，靜環(huán)的外徑R2也隨之增大，R2=R1+2T sinα。

2.密封接觸面母線長度很短(穩(wěn)定運轉初期為0.3～0.5mm)，因此接觸端面內外溫差小，溫升低，降低了粘著磨損的程度。靜環(huán)具有較大的抗壓截面，壓力變形小。

3.密封套和動環(huán)都具有一定的浮動性，可使密封面始終保持良好的接觸狀態(tài)，介質中的懸浮顆粒不易進入密封面。

4.介質泄漏方向與其離心力方向成一定角度，對減少泄漏有利。

錐面機械密封的密封比壓計算為:pc=ps+p1(G-λ)

在上式中:pc—密封比壓，MPa;ps—彈簧比壓，MPa;p1—介質壓力，MPa;G—載荷系數(shù);λ—反壓系數(shù)(可根據(jù)文獻中[5]推薦值選取)。

在設計中注意G與接觸母線T的關系，當錐面機械密封的靜環(huán)磨損后，接觸母線長度T不斷增加，使得載荷系數(shù)G不斷減小。圖5所示為接觸母線長度T與載荷系數(shù)G的關系曲線，運轉過程中，靜環(huán)磨損和G值降低所造成的卸載，使密封比壓pc降低。由此而產生泄漏時，必須通過調節(jié)彈簧壓縮量(彈簧加載)來維持足夠的密封比壓。

機械密封在運轉中，彈簧一般不再進行調整。彈簧在錐面機械密封中起著補償密封環(huán)磨損卸載和G值降低卸載雙重作用，設計中正確確定彈簧比壓是保證密封性能和使用壽命的重要一環(huán)。

四、結束語

改造后的密封結構，密封可靠，泵在運轉中基本不漏，調節(jié)維護方便。提高了密封性能，延長了運行周期，節(jié)省了檢修費用。經過上述改造之后的污水泵運行良好，延長了設備的連?運行時間。

來源：《新疆有色金屬》