一種離心泵軸端密封節(jié)能改造的實踐應(yīng)用

（山東魯泰化學(xué)有限公司 山東 272350）

1.離心泵節(jié)能改造概述

泵大致分為兩大類，即正排量泵和旋轉(zhuǎn)動力泵。旋轉(zhuǎn)動力泵一般用于連續(xù)輸送，具有較寬的流道，使固體顆粒流動平穩(wěn)。離心泵是一種旋轉(zhuǎn)動力泵，主要用于大量工業(yè)中的中小型泥漿輸送。為了研制離心式渣漿泵，一般對傳統(tǒng)泵的設(shè)計進行改進。這些改進包括擴大流道以容納更大的顆粒，使用具有更小葉片數(shù)量的堅固葉輪，特殊的密封布置和適當?shù)哪湍ゲ牧弦源_保更長的使用壽命。這些泵的性能和磨損特性取決于固體及其懸浮物的性能。這些泵的性能和磨損特性一般是在實驗室試驗臺上進行研究。像大多數(shù)泵一樣，離心泵轉(zhuǎn)換器通常將旋轉(zhuǎn)動能從發(fā)動機轉(zhuǎn)換為流體中的能量。一部分能量轉(zhuǎn)化為流體的動能。由于離心泵在旋轉(zhuǎn)動力泵中占主導(dǎo)地位，因此通常將旋轉(zhuǎn)動力泵稱為離心泵。離心泵具有葉輪、殼體和蝸殼，用于將流體從吸入式儲液器泵入排出式儲液器。離心泵通常首選用于要求高流量和中壓頭的應(yīng)用場合。與容積式泵相比，離心泵需要較少的維護。

泵軸端出泵殼時，泵軸與固定泵殼之間必須存在一定的間隙，以防止泵壓較高的液體流向泵外，或防止空氣侵入泵內(nèi)（入口處為真空），通常在泵軸與泵殼之間安裝一個軸端密封裝置。根據(jù)離心泵工作和使用的特點，軸封結(jié)構(gòu)也有所不同。目前用于火力發(fā)電廠泵的軸端密封包括填料密封、機械密封、迷宮密封和浮動環(huán)密封。徑向軸密封，也稱為唇密封，用于密封旋轉(zhuǎn)元件，如軸或旋轉(zhuǎn)孔。常見的例子包括支柱密封件、液壓泵密封件、軸密封件、動力轉(zhuǎn)向密封件和閥桿密封件。早期的徑向軸密封使用生牛皮作為密封元件，今天的許多彈性密封公司曾經(jīng)是制革廠。現(xiàn)代人造橡膠的出現(xiàn)取代了生牛皮，工業(yè)也增加了一個吊襪帶彈簧，這有助于密封唇補償唇磨損和彈性體材料的變化。密封件包括彈簧主封口與點接觸的軸。點接觸由兩個角形成，空氣側(cè)角通常小于右側(cè)角。根據(jù)密封類型，這兩個角度是不同的，可以創(chuàng)建一個壓力分布的密封接觸點，由一個更陡的斜坡上的油一側(cè)的密封。密封油坡度越淺，密封油就會越潮濕。彈簧的位置使得彈簧的軸向中心線偏向于唇接觸點的空氣側(cè)。

2.離心泵節(jié)能軸端填料密封技術(shù)特征分析

(1)填料密封技術(shù)

填料密封通常用于選礦工程離心泵，將泵浦流體（渣漿）從外部環(huán)境中分離出來，特別是在工藝壓力高（可能高達7MPa）、溫度高（高達150℃）、固體濃度Cw超過5%、流體具有腐蝕性或這些因素結(jié)合的情況下。在理想的操作和維護條件下，密封墊的使用壽命大約為8000小時，相當于幾次更換密封墊。然而，如果密封條件發(fā)生偏差，使用壽命可能會大幅度減少，通常會減少幾百個小時。功能失效導(dǎo)致泥漿泄漏到泵的周圍，可能引起二次故障，如腐蝕和軸承早期失效。與環(huán)境事故類似，如果泥漿構(gòu)成化學(xué)風險，則可能造成不安全的工作場所。標準壓蓋密封件包括用于容納填料的環(huán)形外殼（填料函）、用于調(diào)節(jié)填料壓力的壓蓋追隨器、用作犧牲磨損元件的軸套和用于分配壓蓋水的燈籠限流器或燈籠環(huán)。壓蓋從動件負載對填料施加軸向應(yīng)力，這導(dǎo)致填料徑向壓力以指數(shù)關(guān)系從壓蓋動件端向濕端衰減。

(2)低摩擦力矩磁流變液軸封

傳統(tǒng)的磁流體密封設(shè)計包含一個電壓源、兩個鐵磁極片、磁流體和一個密封軸。磁流體位于極片和由鐵磁材料制成的軸之間。磁性流體在密封區(qū)域之間形成液體屏障，因此，它通常被稱為液體O形環(huán)。所述磁通量從所述第一極片流至密封軸并流至所述第二極片。磁場將磁流體保持在密封的間隙中。密封效應(yīng)是由沿磁場方向取向的鐵磁顆粒鏈提供的。典型的磁流體由鐵磁顆粒、載體流體和添加劑組成。

磁流變液（MR）含有微粒子，磁流變液是由納米顆粒組成的。這些液體具有不同的磁性、沉降穩(wěn)定性或表觀粘度。在這種方案中，新型低摩擦力矩磁流體密封的主要思想是基于線性流體的磁箍縮工作模式，磁流體密封的標準設(shè)計與磁夾點設(shè)計的主要區(qū)別在于磁路的布置和軸的材料。密封軸必須由非磁性材料制成。磁路幾何形狀必須允許磁通量從一個極片流向另一個極片，通過充滿磁流體的密封區(qū)域。

3.離心泵軸端節(jié)能機械密封技術(shù)特征分析探究

在離心泵的使用過程中，如果不使用正確的密封操作和密封環(huán)境，固體百分比、濃度和顆粒大小的組合會導(dǎo)致磨損和密封失效。壓蓋填料仍然用于采礦部門，作為防止液體在泵軸周圍溢出的一種手段。然而，現(xiàn)在許多工程師正在用機械密封代替壓蓋填料，以避免有問題的泄漏。最值得關(guān)注的是由于包裝變質(zhì)導(dǎo)致的過度泄漏，因為這可能導(dǎo)致環(huán)境損害和設(shè)備故障。壓蓋填料必須用干凈的水沖洗以保持冷卻和潤滑，一個大型的傳統(tǒng)的泥漿泵每分鐘大約消耗37.8升的水來冷卻和沖洗填料。

當軸封填料用于高壓漿體泵時，也容易出現(xiàn)所謂的“泥漿流出”，即填料明顯失效，幾乎是瞬間失效。除了對工作人員的健康和安全影響之外，泄漏的泥漿還會將泵軸承殼切成碎片，或者在幾分鐘內(nèi)穿透軸承殼并破壞軸承。壓蓋填料也需要持續(xù)地注意，因為摩擦?xí)p填料，除非手動調(diào)整或重新填充到原來的泄漏率，否則會增加泄漏率。無論是誰安裝壓蓋填料，都必須確保他們在軸上施加正確數(shù)量的壓力，以創(chuàng)建一個充分的密封。太大的壓力會導(dǎo)致軸或套筒磨損，泵將需要更多的驅(qū)動力來轉(zhuǎn)動軸，而不足的壓力導(dǎo)致過多的液體泄漏。機械密封是在流體壓力和補償機構(gòu)的彈性力的作用下，它由精密部件組成，是一種性能較好的密封設(shè)備，用于高溫、高壓、高速、強腐蝕等惡劣工況，在化工、煉油泵中廣泛應(yīng)用。有動環(huán)密封圈，靜環(huán)密封圈，密封面不密封。動環(huán)密封圈和靜環(huán)密封圈均為靜密封圈。密封面由具有良好潤滑性和耐磨性的材料制成。表面光潔度和平整度很高，一般處于邊界潤滑和半流體潤滑狀態(tài)，機械密封具有密封性能好、使用壽命長、摩擦功率消耗低、具有緩沖功能的軸或套筒與機械密封活動環(huán)之間不相互移動、無磨損、減少零件消耗的優(yōu)點。機械密封雖然具有許多優(yōu)點，但克服了填料密封的不足。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、更換和故障排除不方便、制造成本高等特點限制了其應(yīng)用。填料密封的優(yōu)點也克服了機械密封的這些缺點，因此，機械密封非吞噬性密封有其自身的優(yōu)點和缺點。在選擇泵軸密封形式時，應(yīng)根據(jù)離心泵的工作條件和特點，按照經(jīng)濟適用的原則合理選擇。

非接觸式機械密封自20世紀70年代約翰·克萊恩公司提出螺旋槽氣體密封以來，發(fā)展迅速。目前，干氣密封和上游泵送機械密封作為其典型形式，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金等行業(yè)，為離心式壓縮機、離心泵等設(shè)備提供服務(wù)。為了提高其密封性能，人們進行了大量的理論和實驗研究，主要集中在優(yōu)化槽形、尺寸和布置。有研究學(xué)者利用FVM方法分析了五種螺旋槽上游泵送機械密封在不同工況下的密封性能。結(jié)果表明，在相同泄漏量的情況下，環(huán)向擴張型2階梯深螺旋槽的開啟力較大，穩(wěn)定性較好，其性能優(yōu)于其它深螺旋槽。并且相繼對螺旋槽氣體密封進行了參數(shù)化研究，提出了螺旋槽槽數(shù)、螺旋槽角、槽寬比、密封壩寬度等幾何參數(shù)，以保證較大的靜剛度和阻尼力系數(shù)，同時保證較低的泄漏率。干氣密封和上游泵送機械密封都是利用密封環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)將密封介質(zhì)泵入密封環(huán)內(nèi)，形成流體動壓楔塊。在槽根部產(chǎn)生開啟力，減少磨損，延長密封面的使用壽命。另一方面，密封環(huán)的間隙由于產(chǎn)生的開啟力而增大，導(dǎo)致泄漏率的不可預(yù)期地增加。特別是對于上游泵送機械密封，密封腔內(nèi)的介質(zhì)可能會受到來自低壓側(cè)的緩沖液的污染。

本文提到的機械密封方式將工作面定義為將密封介質(zhì)加速到高速的螺旋槽側(cè)面，另一側(cè)相應(yīng)地定義為非工作面。由于離心效應(yīng)，介質(zhì)沿工作面切向流向旋轉(zhuǎn)環(huán)外徑，被泵入密封腔。換句話說，介質(zhì)不是像傳統(tǒng)密封那樣被泵入槽中，而是從槽中泵出。在從槽根到出口的流動過程中，介質(zhì)的速度隨槽截面積的增大而減小，從而壓力能增大，有利于密封面的分離。由于溝槽形成的高壓區(qū)和封堵壩帶來的阻力，可以有效地封堵介質(zhì)。另一方面，當介質(zhì)流出時，在槽根部形成低壓區(qū)，由于壓差的存在，密封腔內(nèi)的介質(zhì)通過圓形通道被吸入槽中。然后通過工作面將介質(zhì)加速至高速，再像以前一樣泵入密封腔。循環(huán)繼續(xù)作為密封圈的旋轉(zhuǎn)，其中介質(zhì)泵入和泵出順序在一個自發(fā)的方式。

4.結(jié)束語

綜上所述，本文將離心泵軸填料密封改造為機械密封（1g*50），長期運行，泵機械密封運行無需調(diào)整，靜環(huán)與動環(huán)緊密接觸，實現(xiàn)少量泄漏，甚至肉眼看不到泄漏，這種密封方法大大減少了介質(zhì)的泄漏損失，機械密封的連續(xù)使用壽命可長達5-8年，降低了設(shè)備維護成本和檢修工作量；填料密封與軸直接摩擦?xí)r，機械密封處于半液態(tài)摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)很小，與填料密封的功率損失為填料密封的10%-50%相比，通過將水泵軸端填料密封改造為機械密封，達到了節(jié)能降耗的目的。