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，發展前景廣闊。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，發源于工業革命之前的傳統密封裝置，有著100年的材料工藝、潤滑劑系統和制造方法，并保持持續進步，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.工作狀態不穩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，在工作狀態下會出現明顯的應力松弛。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、靜環、壓緊元件和密封元件組成。其中動環和靜環的端面組成一對摩擦副，動環靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極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和靜環的接觸表面上產生適當的壓緊力，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為靜環與壓蓋端面之間密封點， A處是動環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容易出現泄露現象，由于使用介質的復雜性，易使抱軸橡膠老化，一旦出現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。機械密封的靜環裝在壓蓋上。壓蓋上安裝靜環的各種配合尺寸均按靜環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。靜環材料為填充聚四氟乙烯，動環材料為不銹鋼，錐面噴涂碳化鎢。其主要特點為:

1.錐面機械密封的動環為一錐環，其半錐角為α;靜環的內徑R1為定值，隨著靜環的磨損接觸母線長度T增長，靜環的外徑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。靜環具有較大的抗壓截面，壓力變形小。

3.密封套和動環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，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;λ—反壓系數(可根據文獻中[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磨損后，接觸母線長度T不斷增加，使得載荷系數G不斷減小。圖5所示為接觸母線長度T與載荷系數G的關系曲線，運轉過程中，靜環磨損和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。

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，調節維護方便。提高了密封性能，延長了運行周期，節省了檢修費用。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》