摘要：采用新型密封材料——泥状软填料，又名层状剪切式软填料，对离心式水泵填料密封进行了技术改造。介绍了填料的性能，密封机理及改造方法。改造后，水泵运行稳定，密封良好，可降低检修和运行成本。
关键词：泥状软填料 层状剪切式 离心式水泵 填料密封
1．概况
东莞市东江水务有限公司第六水厂，位于东江南支流南岸，东莞东城鳌峙塘村界内，占地面积21.9公顷，原水取自东江南支流。一期工程设计规模50万立方米/天，远期设计规模增至100万立方米/天，为东莞第一家采用臭氧－生物活性炭工艺进行深度处理的水厂。
目前，取水至配水（包括深度处理中间提升泵房）共16台水泵机组，其中取水泵房与配水泵房均采用长沙水泵厂制造的单级双吸卧式离心泵，共8台。在水泵运行中，由于水泵的密封性能效果不好，泄漏严重，造成水量流失，水压降低，不但严重影响供水系统的安全运行，而且造成大量的人力和财力的浪费。以前，水泵密封曾使用过石墨盘根，使用过一段时间后，轴套磨损十分严重，而且石墨盘根长期处于较高的水压状态下（一般在0.6Mpa左右），容易松散。为此，改用油浸盘根填料，解决了轴套易磨损问题，但漏水量十分严重，而且油浸麻绳盘根在夏季水蚀度高（晴天20NTU，雨天680NTU～700NTU），温度高的情况下容易腐烂，水甚至会飞贱到轴承端盖使之进水，给修理工带来较大的工作量。
2．试验设备参数及工作条件
本次试验选用其中一台32SAP－10型离心水泵（安装于配水泵房），编号为6#，技术参数见表1。工作介质为清水（pH值为7～7.2），并联式输送，连续运行。
常规包装：3.8L (4.54kg)/桶；10L (12kg)/桶
3.1对于单台32SAP－10型卧式离心水泵的泥状软填料的用量计算
水封环宽度：50mm
油浸石棉盘根规格：20mm×20mm
轴套外径：180mm
改造前所需盘根填料圈数：5圈
改造前盘根填料、水封环与轴套的接触长度：20×5+50＝150mm
改造后所需盘根圈数：2圈（安装位置如图2）
泥状软填料与轴套的接触长度：150－2×20＝110mm
单边用量：180×3.14×110×20＝1243440mm ≈1.24L
单台水泵用量：1.24×2＝2.48L
3.2工作原理
泥状软填料，其密封机理既综合了机械密封和填料密封的特点，同时也解决了它们的缺点。该填料是一种胶泥状的混合物，主要由石墨、细小的四氟材料、较短的纤维等组成，这些材料摩擦系数低，混合体之间分子吸引力小。在轴的旋转运动过程中，填料中的纤维会缠绕在轴上，并随着轴同步进行旋转，进而形成一个“旋转层”，此“旋转层”对轴起到了一定的保护层作用，避免了填料对轴外径的磨损，随着“旋转层”的直径逐步增大，轴对纤维的缠绕能力将逐步减弱。那些没能与轴缠绕在一起的填料，将与填料腔内壁保持着相对静止，形成一个“不动层”。这样，摩擦区域就形成在填料的中间，而不是形成在填料与轴之间。摩擦层的填料既有石墨又有较短的纤维，在相对运动过程中产生轻微摩擦，这就将产生与迷宫式密封极为相似的流道，容易形成层层液膜，从而阻止了介质向外泄漏。
停泵时，由于泵轴静止不动，与介质接触的这圈盘根在液体静止压力作用下，使填料产生了变形，将摩擦层的迷宫密封间隙封闭，阻止介质向外泄漏。其密封原理如图1所示。
迷宫密封是种非接触式密封，从理论上讲，其功率损耗接近于零。CAZ 200B填料密封在摩擦中只是近似于迷宫密封，因填料间细小分子间相互运动，所以有摩擦的存在。但填料中的石墨是一种很好的润滑剂，降低了摩擦力。
3.3特点
（1）功率损耗低，其密封形式接近非接触式密封。
（2）不需要像普通填料那样为散热配备冷却水；无泄漏，密封可靠，避免因为泄漏而带来的一系列问题。
（3）不会对轴造成磨损，不需要更换轴套。可以减少备品备件的库存，降低生产成本。
（4）安装简单，可以直接利用设备上原有的压盖、轴套（已磨损的轴套亦可），从冲洗孔或冷却水孔注入即可。
（5）易维护。维修时可在设备运转状态下打开注入口，将泥状填料通过填料注射枪注入即可重新实现有效的密封。
（6）消耗量小，平均运行费用便宜。
（7）大大减小维修人员的工作量。
4．改造方法
首先拆除水封管，把水封管管口改造成泥状软填料CAZ 200B的注入口；拆除泵内原有的水封环；填料涵内外各加一道盘根填料（作用是内侧挡水，外侧防止填料CAZ 200B的流失）。将盘根端环嵌入填料函的底部，并保证盘根端环在填料函底部的平整性，确保被压紧，预留出填料涵的空腔。然后用按安装盘根的方法装入软填料，并使之适度填满填料函，再安装外侧盘根填料，使之紧密适度，最后预紧填料涵压盖。
启动水泵，由于泵轴的高速旋转，填料涵内的填料与轴的接触面将会因径向力的作用而形成间隙，这时一边用高压填料注射枪从注入口继续注入填料，一边均匀地预紧轴端向压盖，直到填料涵内的填料与轴达到平稳的动态平衡密封为止。
CAZ 200B泥状软填料系统如图2所示。
5.结束语
根据检修经验，石棉石墨填料对轴套的磨损一年可达1.7mm，甚至更多；平均漏水量为5475ml/min。为了更换轴套，必须拆下泵轴，把联轴器、轴承取出，装在驱动端的圆柱滚子轴承也必须被破坏才可取出，工作量大，耗资也大，拆装次数多也影响配合精度，而且必须停机，影响供水。
试验中发现，安装泥状软填料的水泵运行一个月左右，会出现少量泄漏，原因可能是初安装进填料室未填满，水泵轴运转时的跳动引起填料重新分布。开盖检查，轴上没有看到明显的理论上的“旋转层”存在，但沾有少量CAZ200B填料。
限于设备条件，本试验所得结果仅是一些对密封技术上的粗略认识，要取得更为精确的数据，尤其是节能方面，尚需要大量深入实验，鉴于供水厂是用电大户，即使少量的节电也不容忽视，可能带来相当大的经济效益；只要将泥状软填料使用得当，是可以从节约的电能和购买轴套的费用中收回的，更重要是大大减轻了维修工人的工作量。
参考文献
[1]黄志坚，《现代密封技术应用－使用、维修方法与实例》，机械工业出版社，2008•6
[2]魏龙，《密封技术》，化学工业出版社，2004•7
论文作者:刘展飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/25
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