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离心泵填料橡胶密封圈的改进过程及使用效果

文章来源:人气:发表时间:2017-06-20 11:12:15

一、前言
  当前,软填料密封在离心泵中使用比较广泛,是一种压紧式填料密封,所用密封圈填料俗称盘根。橡胶密封圈原理是利用压缩填料来填塞运动体间隙的动密封装置。虽然这是一种传统的密封形式,但由于其结构简单,价格低廉,使用方便,所以在低转速泵上仍较为普遍应用。
  软填料密封通常用作旋转或往复式运动元件于轴封箱之间环形空间的密封。其适用范围较广,介质压力-1.3~35MPa;工作温度-50~600℃;密封面线速度达20m/s。中石油辽阳石化分公司应用的20sh—9A离心泵应用的是一种典型的软填料密封。软填料依靠填料压盖轴向压紧,产生径向变形来填塞间隙面密封。软填料变形时依靠合适地径向贴紧转轴和填料箱内壁表面,保证可靠的密封。
  二、原橡胶密封圈存在的问题及其原因

  1.存在的问题
  20sh—9A离心泵的密封形式,是一种标准的软填料密封,如图1所示,其填料为油浸石棉。
       为使轴向和径向力分布均匀,采用中间水封环将密封分为两段,为了防止填料被挤出采用具有一定间隙的填料套。软填料在工作中的耗损如图2所示。

(1)新装填料(见图2a),填料中充满了浸渍的油脂和石墨,质地柔软,保证有一定的弹性来达到密封。
(1)在工作过程中,轴封箱因膨胀、轴套因磨损而变细,填料既要压紧,又要保持弹性接触,就需要补紧。压盖压紧时将浸渍剂挤出来,填料就有了一定的损耗(见图2b)。
(1)填料被压实变扁发硬(见图2c),会使轴套磨损加剧,由于填料失去弹性,轴套磨损,造成离心泵轴封跑水,是该水泵常见的故障。据实际观察,一套新装的密封,平均使用寿命期为5个月。密封不好造成设备跑、冒、滴、漏,严重时造成失压,给设备操作带时来很多不便,造成资源浪费。
2.泄漏的原因
(1)原橡胶密封圈所用的油浸石棉填料,是一种应用广泛的软填料,其有很多优点:如经济、安装方便、尺寸精度要求不高等。但在使用过程中,也有很多严重的缺陷。
(2)热膨胀系数大本身体积膨胀,会增加对轴套的径向压力,导致摩擦力增大,容易发热,同时加剧轴套磨损。
(3)自润滑性差其润滑主要依靠浸渍的油脂和石墨。在压盖压紧力和摩擦产生膨胀力的作用下,浸渍的油脂和石墨会被挤出来,造成石棉和轴套的对磨,互相的磨损都比较严重。
(4)质地很柔软,弹性差当通过压盖压紧时,相邻两圈填料的界面会产生不规整的扭曲、偏斜变形,时间一长,填料被压实发硬,产生永久变形,造成更大的泄漏。
三、填料密封的改进为彻底解决密封部位泄漏严重的问题,必须对密封部位和填料进行调整和改进。
(1)选择填料对各种填料进行对比分析, 选用膨胀石墨填料——又称柔性石墨填料。之所以选用膨胀石墨,是因为其与石棉填料相比有诸多优点。具有良好的弹性和柔韧性。在使用中不会因为温度、压力的变化或振动等因素而引起泄漏。
(1)耐温性能好。低温可用于-200℃;高温在氧化介质中可用到400℃,在非氧化介质中可应用到1 600℃,并能保持良好的密封性。
(1)耐化学腐蚀性好。
(1)对气体和液体都具有优良的不渗透性。
(1)摩擦因数低,自润滑性能良好。
(1)热传导有明显的各向异性。
(1)使用寿命长。
  膨胀石墨有诸多优于石棉的特点,但在使用中应注意,压盖端面必须平整且不带斜口。因此,应将原填料压盖(见图3a)端面车削成平口(见图3b)。
 
2.密封形式的选择
  膨胀石墨的制作是用压力机加载20~50MPa的压力下成形,其随成形比压的增大,密度相应偏高。因此,所应用的石墨填料,在不同的负载作用下,密度也不同。但在同一负载作用下,其最终的密度是相同的。所以,不能单一使用膨胀石墨做密封填料,应与其他与之密度不同的填料相搭配,可保证多种负载下的密封效果。选用了膨胀石墨与石棉填料搭配作为新的密封形式,石棉可削减因载荷增加而引起的膨胀石墨所承受的增大负荷,在理论上可满足密封要求。
  为了解决填料界面间的不规则变形问题, 可在两界面间放入可防止其相互侵入的隔离支撑片(φ 150mm×φ 110mm×0.5mm)。这里选用了0.5mm的纯铜片作为支撑隔离片。因为纯铜具备质地较软,自润滑性能好,导热性能好等优点。
  改进后(见图4),将水封环外部三圈石棉填料更换为六圈膨胀石墨环,每相邻两圈石墨环间加入隔离支撑片,水封环内部仍为三圈石棉填料,在每相邻两圈之间加入支撑隔离片。

 
  1.泵轴 2.填料压盖 3.螺母 4.膨胀石墨 5.纯铜支撑隔离片 6.泵壳 7.水封环 8.油浸石棉填料 9.轴套 10.填料套
四、整改后的使用效果
  改进后经过900h的运行考验,效果非常好,填料函温度与室内温度相同,运行时和停泵时均可保证滴水不漏,且运行时电动机电流可下降1~2A。运行14000h,例如行大修检查,观察填料函中各种部件的情况。检查发现,轴套磨损相当小;石墨环只有微量磨损;石棉填料较之以前,磨损减轻许多。可见,此密封仍可继续运行,并能保证良好的密封效果。运行28 000h,水泵解体检修,观察填料函,石墨环仍无大量磨损现象,只有石棉填料已无弹性,已无浸渍的油脂和石墨,失去密封的作用。

  由以上观察证明,改进是很成功的,既可保证良好的密封效果,又可以节电、节水,并能延长水泵的检修周期。因此可以人们推广使用,但由于该密封形式仅在供水水泵中试用过,用在其他工况下的密封选择和搭配还有待进一步研究、试验。

现在常用的机械密封圈有:硅胶密封圈 橡胶密封圈 O型密封圈


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