FUH工程塑料離心泵密封泄漏探究解決

王發財

（青海鹽湖工業股份有限公司，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項目和“七五”國家重大科技成果，該系列泵過流部件采用超高分子量聚乙烯制作，耐腐蝕性能優良、耐磨性能優異，可以輸送酸堿清液、含固體顆粒的料漿和含各種雜質的污水，在輸送含細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，起到覺熱酸洗和除固體雜質的雙重作用。該泵為150FUH-42-160/40型FUH臥式離心泵，自使用以來，多次發生動力密封泄漏，不僅浪費大量人力、費用等檢修資源，還影響著企業酸類物質的正常回收利用。

1 故障原因分析及解決方案

泵由宜興市工程塑料設備廠出產，多采用引進日本荏原公司的動力密封，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，多次發生動力密封泄漏，單臺泵密封泄漏頻率高達3次/月。通過對該泵副葉輪密封壓頭的計算可知，泵在設計方面稍有瑕疵，封堵壓頭比泄漏壓頭約小5%，當泵出口壓力較低時，副葉輪密封可滿足密封要求，但當出口壓力達到額定值時，副葉輪密封無法滿足密封要求，就會發生運轉泄漏現象。為了解決這一問題，需要重新計算背葉片及副葉輪尺寸，工作比較繁瑣，所以采取密封改進方案。

1.1 副葉輪密封原理、密封壓頭計算及出口壓力比較

1.1.1 動力密封結構及工作原理

動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，副葉輪旋轉產生的離心力使密封腔處于負壓狀態，阻止液體向外泄漏，此時停車密封幾乎不起作用，橡膠油封的唇口因負壓而松開，與軸套產生一定的間隙，以減小之間的磨損；停機時，副葉輪停止旋轉，密封腔由負壓轉為正壓，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，達到密封目的。

1.1.2 副葉輪密封結構及密封壓頭計算核對

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

圖1 稀酸泵動力密封結構

背葉片和葉輪后蓋組成了一個半開式離心葉輪，產生的揚程起到了封堵輸送介質的逆壓作用，稱此揚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入軸封區域。副葉輪為半開式離心葉輪，所產生的揚程也起到封堵輸送介質的逆壓作用。阻旋片的作用是阻止液體旋轉，提高封堵壓力，致使密封效果更好。

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

（2）副葉輪（與背葉片）密封壓頭的計算。核實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算是根據結構背葉片、副葉輪半徑等已知條件求各自所產生的密封壓頭，或是根據已知的密封壓頭求背葉片、副葉輪的半徑等。這里需要根據已定的零部件數值求出密封壓頭，常用計算公式見（1）式[1]。

式中H——密封壓頭，m

n——泵的轉速，r/min

R2——副葉輪葉片外半徑，cm

Rb——副葉輪葉片內半徑，對于背葉片則為葉輪輪轂半徑，cm

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

泵轉速為1450 r/min，出口揚程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，背葉片內半徑為6.4 cm，背葉片高度為8 mm。根據上述數據與公式可計算出，當K取最大值0.85時，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%。

由上述計算可知，該泵在設計方面稍有瑕疵，封堵壓頭低于出口壓力：當出口壓力較低時，副葉輪密封可滿足密封要求，但當出口壓力達到額定值時，副葉輪密封無法滿足密封要求，發生泄漏現象。解決這一問題，需要重新計算背葉片及副葉輪尺寸，比較繁瑣，所以建議對該密封進行改進或另選密封類型。

1.2 停車密封改進及其效果

為解決該泵運轉期間及停車泄漏現象，檢修人員自行對原密封組合件進行了改進（圖2），將其改為骨架油封與四氟圈相結合及石墨盤根代替骨架油封2種形式。考慮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，相當于機械密封中的動環，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，但在泵連續運轉半月左右就產生了漏酸現象，不能徹底解決密封頻繁泄漏缺陷。

圖2 原密封組合件結構

1.3 將動力密封改為非標機械密封

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，另一方面起到潤滑作用。但是，稀酸為特殊耐酸物質，不允許在泵體內與水進行接觸，因此需要對其冷卻水用水封環密封。將上述思路與設備廠商協商后，決定將動力密封改為非標機械密封（圖3）。

密封為內裝式非標機械密封，采用外冷卻方式，同時也是一種平衡式機械密封。由于彈簧部件的存在，密封可以根據液體壓力自動調節端面比壓，從而減輕端面磨損，延長使用壽命。靜、動環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，效果優異，解決了設備空開機時間較短等問題點。

2 改造效果

原動力密封與改造后的非標機械密封的密封效果及使用壽命對比如表1所示。

由表1可知，非標機械密封比原動力密封更能適應實際工況下工程塑料離心泵的密封作用，解決了設備空開機時間較短的缺點。

圖3 改造后的機械密封組合件

表1 原動力密封與改造后的非標機械密封的密封效果對比

3 結論

試驗所用的離心泵，動力密封設計簡單，成本較低，如果離心泵葉輪尺寸、副葉輪間隙設計或調整稍有差錯，便可導致密封頻繁泄漏。而設計加工的非標機械密封不僅可以徹底解決上述故障，還可以解決設備空開機時間較短等問題。