渣浆泵在含固体颗粒污水输送中组合密封分析探讨

渣浆泵在含固体颗粒污水输送中组合密封分析探讨

王佳    徐波

中国石油兰州石化公司公用工程一部  甘肃省兰州市 730060

摘   要

渣浆泵在含有大量悬浮物及固体颗粒的污水输送中广泛应用，而密封泄露故障会影响到设备的正常运行，因此，泵轴的密封技术成为设备讨论的关键问题。本文介绍了我车间渣浆泵组合密封技术的应用，分析其密封泄露的故障原因，并重点提出相应的解决方案，为下一步渣浆泵的更新选型提供基础。

正文

引言

由动力密封与停车密封相互配合而成的组合密封相对于填料密封、机械密封而言是渣浆泵的一种较为理想的密封。在离心泵的使用中,轴封的使用寿命一直是影响泵使用寿命的重要因素。离心泵最常用的轴封是填料密封，填料密封是通过压盖使填料和轴之间保持很小的间隙来达到密封目的的。在填料密封中尽管填料与轴之间的间隙很小，但被输送浆体中的固体颗粒仍能进入填料函，在填料函中固体颗粒与填料的相互作用会加快填料的磨损，因此在渣浆泵中填料密封的使用寿命很短。机械密封也是离心泵的一种常用轴封，其在清水泵中使用时具有密封性能好、泄漏量少、寿命长、功率消耗小等优点，但机械密封也不适合在渣浆泵中使用，这是由于机械密封是依靠动环与静环的端面接触来实现密封的，在渣浆泵中由于被输送浆体中的固体颗粒会引起动、静环的接触端面间夹入渣粒(固体颗粒)，密封端面间长时期夹渣粒运转会造成密封端面磨损并引起泄漏，因此机械密封也不适合在渣浆泵中使用。由动力密封和停车密封相互配合而成的组合密封相对于填料密封、机械密封而言是一种较为理想的密封。

1动力密封

动力密封是一种转轴式密封结构，又称副叶轮动力密封，它可以克服填料密封和机械密封的某些不足，没有相互直接摩擦的零部件，尤其适合于其他密封难以胜任的场合，如高速、高温及具有强烈腐蚀性或含有悬浮固体颗粒等介质。由于这种密封的原理与设备轴的旋转有关，因此叫作动力密封。这种密封必须配备有停车密封在泵停止运行时起密封作用。

1.1动力密封的结构型式

图1 渣浆泵整体结构图

1-叶轮  2-背叶片  3-副叶轮  4-停车密封 

图2渣浆泵动力密封剖面结构图

1.2 动力密封的工作原理

当泵转动时，工作叶轮将产生压力为P的液体，由于工作叶轮背叶片副叶轮的作用，亦将产生离心力P1、P2，其方向与工作叶轮所产生的压力相反，所以，便能够把高压液体顶回去，而达到轴封处的液体不往外泄露的目的。当压力P1+P2=P时为“等压密封”；若P1+P2>P时为“负压密封”。由于等压或负压起到了密封的作用，因而使泵在运转中不泄露。

2停车密封

由于副叶轮动力密封必须在泵运转时产生离心力而起密封作用，所以泵停止运转时需要加停车密封来阻止液柱压力而产生的泄露。停车密封常见的型式有：填料密封；唇型油封（骨架密封）；飞铁密封；④液力解脱式密封等。

3渣浆泵密封泄露故障原因分析

某污水装置提升泵房4台污水提升泵及3台污泥泵型号为UHB-ZK渣浆泵，采用的密封型式为上文所提及的组合密封型式：动力密封+唇型油封（骨架密封）。现运行周期为3个月左右，存在的主要问题是泵在启动或停车时泄露严重。

3.1 原因分析

由于泵在停车时转速是从快→慢→零变化的，而在启动时其转速是从零→慢→快的变化过程，作为动力密封的副叶轮，在转速由快至慢的过程中逐渐失去作用，而在转速由慢至快的过程中逐渐产生作用。因此，在副叶轮失去作用时，停车密封起决定性作用，所以该泵启、停过程中的泄露故障主要反映停车密封不可靠。

此类型的泵使用唇形油封型式停车密封，这种密封结构由三部分组成：油封体、加强骨架和自紧螺旋弹簧，如图3所示。在自由状态下，其内径比轴套外径小，即具有一定的过盈量，当油封装入轴套上之后，油封刃口的压力和自紧螺旋弹簧的收缩力对轴产生一定的径向紧力，同时由于液体的压力也产生一定的径向紧力，从而达到密封的效果。这种密封属于接触式密封，油封刃口与轴套之间存在摩擦，运行一段时间后，径向紧力会迅速减小甚至消失，从而造成停车密封失效。

图3渣浆泵骨架密封结构图

4停车密封的选型

考虑骨架密封属于接触式密封，建议选择一种泵运行过程中非接触式的密封，最简单可靠的一种停车密封是由机械密封改装成的带有飞铁的停车密封,其结构如图4：

图4 飞铁密封示意图

1-泵体；2-静环；3-动环；4-动环压盖；5-飞铁；6-机械密封；7-密封座；8-轴销

密封壳体外侧铣有齿形槽，机械密封的转动部件与动环压盖被压人壳体内，用轴销把飞铁固定在壳体的齿型槽内并压紧动环压盖。当转轴旋转时飞铁的一端向外撑开，其产生的离心力通过杠杆原理山飞铁的另一端作用在动环压盖上，动环压盖与动环压缩机械密封的弹簧，使动环与静环面脱开，此时停车密封不起密封作用，而由动力密封起密封作用。当泵停止转动后，飞铁产生的离心力消失，停车密封依靠机械密封的弹簧迫使动环与静环面贴紧，起到停车密封的作用，而此时动力密封不起密封作用。

泵在起动与停转的过程中，叶轮产生的正压、背叶片与副叶轮产生的逆压、以及飞铁产生的离心力都是随转速的增大而增大，随着转速的减小而减小。若泵的起动与停转是在出口阀关闭的情况下进行的，则泵在起动与停车的过程中叶轮产生的正压与背叶片、副叶轮产生的逆压始终是维持相对平衡的，同样在泵运们时，无论运行工况怎样变化，动力密封产生的逆压都能自动地阻止液体向泵外泄漏。动力密封与停车密封的配合也是由转速联系着，泵在起动过程中转速增大，飞铁产生的离心力也增大，离心力的作用使动环与静环面脱开；在停泵的过程中转速减小时，飞铁产生的离心力也减小，弹簧力的作用使动环与静环面贴紧。由上所述动力密封与停车密封不仅分别能在泵运行和停转时起密封作用，而且在泵起动与停转的过程中能相互交接，致使泵在整个运行过程中不发生任何泄漏。为了使泵在起动、停车的过程中密封性能更可靠，在停车密封的设计时，还可让停车密封在较高的转速下仍能“坚持工作”，即不让动环和静环过早地脱开，相关设计资料实践证明选取动、静环面脱开的最低转速为三分之二泵的额定转速效果最佳。

5结论

鼓风机故障原因较多，本文着重对风机运行中经常出现的故障进行分析，主要通过轴承性质，轴承润滑、运行工况等方面分析引起风机故障的原因，针对不同原因采取措施进行完善，使风机运行周期有了很大提高，同时更有利于及时对风机故障进行诊断。

参考资料

1. 王振华.实用轴承手册.上海：上海科学技术出版社，1991
2. 万长生.滚动轴承的分析方法.北京：机械工业出版社，1987
3. 李家民.炼化设备手册（第一分册）.兰州：兰州大学出版社，2008