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對(duì)污水泵密封的改造探索論文
摘 要：本文分析了污水泵常見(jiàn)密封形式及影響密封的因素，對(duì)污水泵填料式密封進(jìn)行機(jī)械密封改造，給出改造方法及改造技術(shù)要求。文中對(duì)機(jī)械式密封做出進(jìn)一步改進(jìn)，并應(yīng)用到了排水管理中心的現(xiàn)有設(shè)備中，取得了良好的密封效果及經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：污水泵 填料密封 機(jī)械密封 改造
污水處理工程是環(huán)境保護(hù)的重要項(xiàng)目，而污水泵作為污水處理工程的主要配套設(shè)備被廣泛應(yīng)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(chǎn)品除了要求技術(shù)性能好之外，密封是污水泵的關(guān)鍵，必須可靠性高，污水泵無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。污水泵在工作中，密封一旦失效，外部介質(zhì)或油室中的油便會(huì)進(jìn)入電機(jī)腔，引起潛水電機(jī)缺相、短路、漏電、燒壞電機(jī)，甚至影響人身安全。因此，為了進(jìn)一步提高污水泵使用的安全性、運(yùn)行可靠性以及提高污水泵無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間，有必要對(duì)污水泵通常使用的機(jī)械密封進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，實(shí)行改進(jìn)。
一、常用的密封形式及不足
目前，污水泵產(chǎn)品常用的密封形式有兩種：填料密封和機(jī)械密封。填料密封，如圖1所示，是最古老的一種密封結(jié)構(gòu)，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(rùn)滑劑系統(tǒng)和制造方法，并保持持續(xù)進(jìn)步，目前很多的應(yīng)用場(chǎng)合。經(jīng)分析，該軟填料密封結(jié)構(gòu)存在如下缺陷：
1、密封介質(zhì)含有的雜質(zhì)嚴(yán)重影響密封性能。雜質(zhì)進(jìn)入軟填料密封內(nèi)部，進(jìn)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(méi)有采用封液對(duì)填料密封進(jìn)行潤(rùn)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(diào)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(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力松弛。為保持其正常的密封功能，需不斷地通過(guò)壓緊壓蓋來(lái)增大填料與軸的徑向接觸力，同時(shí)也增大了軟填料與軸的磨損，因此不得不經(jīng)常更換（或添加）填料，維修工作量和費(fèi)用大大增加。
3、磨損嚴(yán)重致使能耗量大。根據(jù)軟填料密封的工作機(jī)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?chē)?yán)重，在密封很快失去工作能力的同時(shí)，造成相當(dāng)大的能耗浪費(fèi)。
機(jī)械密封具有摩擦功率損失小、壽命長(zhǎng)、不泄漏等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已在水泵上廣泛應(yīng)用。要把填料密封結(jié)構(gòu)的水泵改造成機(jī)械密封結(jié)構(gòu)需從設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和加工幾方面考慮。
文獻(xiàn)討論了污水泵工況時(shí)軟填料密封的失效原因，并提出了改進(jìn)的方案，有一定的借簽和實(shí)用價(jià)值；機(jī)械密封亦稱(chēng)端面密封，其有一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，該端面在流體壓力及補(bǔ)償機(jī)械外彈力的作用下，依賴(lài)輔助密封的配合與另一端保持貼合，并相對(duì)滑動(dòng)，從而防止流體泄漏。
污水泵中常用的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)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(jī)械密封（見(jiàn)圖2）；另一種方案是在污水泵油室里設(shè)置一套單端面機(jī)械密封，而另一套設(shè)置在泵腔，使用在所抽送的污水介質(zhì)中。
1—軸套；2—?jiǎng)迎h(huán)輔助密封圈；3—?jiǎng)迎h(huán)；4—密封墊片；5—靜環(huán)；6—靜環(huán)輔助密封圈圖機(jī)械密封通常由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對(duì)摩擦副，動(dòng)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(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使泵在不運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質(zhì)不外漏，并防止雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。圖2所示為雙端面機(jī)械密封，水泵側(cè)與電機(jī)側(cè)兩道密封端面都是靠彈性構(gòu)件—彈簧和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸表面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個(gè)密封端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。其中水泵側(cè)密封端面與電機(jī)側(cè)密封端面結(jié)合處B，是密封點(diǎn)，防止所抽介質(zhì)進(jìn)入油腔，防止油腔內(nèi)的油進(jìn)入電機(jī)腔；6為靜環(huán)與壓蓋端面之間密封點(diǎn)， A處是動(dòng)環(huán)與軸配合面之間的密封點(diǎn)，C是箱體間的密封。
圖2中，A、B、C所示結(jié)構(gòu)機(jī)械密封最容易出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，由于使用介質(zhì)的復(fù)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(dòng)而使得密封失效，同時(shí)，兩端面密封都得靠同一個(gè)彈簧產(chǎn)生壓力，若其中一邊端面接觸失效，整套密封也就失效。因此，這種機(jī)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(jī)械密封在實(shí)際運(yùn)行中不是一個(gè)孤立的部件，它是與泵的其它零部件一起組合起來(lái)運(yùn)行的，同時(shí)通過(guò)其基本原理可以看出，機(jī)械密封的正常運(yùn)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(jī)械密封處的泵軸不能有太大的撓度，否則端面比壓會(huì)不均勻等等。只有滿(mǎn)足類(lèi)似這樣的外部條件，再加上良好的機(jī)械密封自身性能，才能達(dá)到理想的密封效果。
因此，在實(shí)際應(yīng)用中，以機(jī)械密封來(lái)代替填料密封的情況越來(lái)越多。
二、填料密封的機(jī)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(jī)械密封的安裝。在滿(mǎn)足強(qiáng)度的情況下，將填料筒的內(nèi)徑相應(yīng)地?cái)U(kuò)大；若有軸套，可將軸套的外徑相應(yīng)地縮小或?qū)⑤S套拆除。
2、主要尺寸確定
�。�1）確定傳動(dòng)套或彈簧座在軸套上的位置。如圖3所示。為了防止傳動(dòng)套或彈簧座同填料內(nèi)套端面碰，把安裝機(jī)械密封的起點(diǎn)尺寸定為[H—K=5~15mm]。
�。�2）確定軸套總長(zhǎng)度。軸套的總長(zhǎng)度一般比原來(lái)的總長(zhǎng)度稍稍長(zhǎng)一點(diǎn)。因?yàn)榭紤]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(shè)計(jì)的密封壓蓋厚度而定。
（3）確定傳動(dòng)套或彈簧座在軸套上的定位尺寸D：D=L—[H—K—（5—10）+l]。
1、填料箱平面 2、填料箱殼體 3、填料內(nèi)套 4、軸套 5、軸 6、密封圈 E、內(nèi)套端面 H、填料箱深度 L、套筒長(zhǎng)度
（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(chē)制成直徑為3mm的O形圈來(lái)進(jìn)行密封。安裝機(jī)械密封的軸套，要求具有良好的抗腐蝕性和耐磨性，對(duì)于放置動(dòng)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(jié)構(gòu)尺寸的確定。機(jī)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(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)可參照機(jī)械密封有關(guān)資料。
3、改造技術(shù)要求
�。�1）安裝機(jī)械密封部位的軸或套。軸或套的徑向跳動(dòng)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(yīng)有足夠的厚度，防止在液體壓力作用下產(chǎn)生變形；密封壓蓋固定螺栓不少于3個(gè)；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(duì)軸中心線跳動(dòng)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(zhuǎn)子。瞬時(shí)軸向竄動(dòng)量不超過(guò)±0、15mm；軸向游動(dòng)量不超過(guò)±0、1mm軸振動(dòng)量不超過(guò)±0、05mm。
�。�4）密封腔。密封腔與密封壓蓋配合的止口跳動(dòng)允差為0、04~0、08mm；密封腔與密封壓蓋配合的端面跳動(dòng)允差為 0、06~0、08mm。
三、機(jī)械密封結(jié)構(gòu)改造
將圖2中C處密封面是機(jī)械密封最容易發(fā)生泄露處，而錐面機(jī)械密封特別適合于含有固體懸濁物的泵送設(shè)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(dòng)環(huán)材料為不銹鋼，錐面噴涂碳化鎢。其主要特點(diǎn)為：
1、錐面機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)為一錐環(huán)，其半錐角為α；靜環(huán)的內(nèi)徑
在設(shè)計(jì)中注意G與接觸母線T的關(guān)系，當(dāng)錐面機(jī)械密封的靜環(huán)磨損后，接觸母線長(zhǎng)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(zhǎng)度T與載荷系數(shù)G的關(guān)系曲線，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，靜環(huán)磨損和G值降低所造成的卸載，使密封比壓pヽ降低。由此而產(chǎn)生泄漏時(shí)，必須通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧壓縮量（彈簧加載）來(lái)維持足夠的密封比壓。
機(jī)械密封在運(yùn)轉(zhuǎn)中，彈簧一般不再進(jìn)行調(diào)整。彈簧在錐面機(jī)械密封中起著補(bǔ)償密封環(huán)磨損卸載和G值降低卸載雙重作用，設(shè)計(jì)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(jié)束語(yǔ)
改造后的密封結(jié)構(gòu)，密封可靠，泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中基本不漏，調(diào)節(jié)維護(hù)方便。提高了密封性能，延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，節(jié)省了檢修費(fèi)用。經(jīng)過(guò)上述改造之后的污水泵運(yùn)行良好，延長(zhǎng)了設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。
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