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提高泵的密封可靠性的探索

2007/8/10 15:04:24 人评论

          关键词:泵;密封可靠性;装配;同心度;轴套;改进 泵是笔者原所在车间10多台采用盘根密封的LK浆泵,运行过程中易泄漏,密封寿命短,现场环境差,需经常停机加盘根,严重影响生产。笔者设计了一种新型的机械密封装置代替盘根密封,不但解决了泄漏的问题,而且意想不到的是,在未作其它任何改动的情况下,流量较改前提高了15%左右,输送的浆浓度也提高了一个百分点。由此可见,提高泵的密封可靠性是一个值得重视的问题。 1密密封形式及影响密封效果的因素泵是泵的密封形式有填料密封与机械密封,两种密封形式各有其优缺点,到底选用哪种形式,则应根据介质的物理化学性质、工况及泵本身的机械特性等方面综合考虑。1.1同同心度是提高密封可靠性的关键泵是从生产实践中的统计来看,不管是采用填料密封还是机械密封,大部分泵的密封失效及结构损坏均是回转同心度较差所致,特别是高转速泵更是如此。因此要提高泵的密封可靠性,从设计与制造的角度来说,提高运转同心度是一个关键。泵是引起同心度失调的因素主要有:①轴的转速高、刚性差,在运转过程中产生过大的挠度和振动;②叶轮转子不平衡而引起的剧烈振动;③轴承精度、制造和装配质量;④基座管架的抗振性能;⑤空运转或小流量运转。有资料表明,泵在空气中运转的转子挠度是在液体中运转的15~20倍。要提高同心度,应综合考虑设计制造过程中各方面的问题,才有可能取得较满意的效果。1.2同轴套泵是图1a为一种典型的轴套装配结构,当端面接触不良或密封垫损坏时,介质便沿轴套内壁漏入轴承座,因泄漏点在泵体内,刚开始时还难以发现。笔者原所在车间的许多该种结构的泵就经常发生轴承座腔体充水的情况。泵是设置轴套的目的是为了防止密封处轴颈的磨损和腐蚀,通常情况下,轴套材质为不锈钢,轴为#45钢。当更换一个不锈钢套与更换一根普通轴的价格相差无几,且介质腐蚀性不强或是采用机械密封结构时,则应采用无轴套的设计(如图1b)。其优点有:①可提高该部位的回转同心度,延长密封寿命。即使轴套加工精度很高,装配后其径向跳动至少增加0.03~0.05mm。此处正是影响密封的关键部位;②可增加轴的刚性。取消轴套后,该处的轴径可增大8~12mm,在泵结构不变的情况下改善了轴的回转刚性。③消除了一个较隐蔽、难处理图1泵泵轴密封位置简图的漏点。④简化结构,方便装配和检修。2密装配和运转填填密封部件装配的质量在很大程度上决定着密封的使用寿命。2.1填填料密封的装配填填良好的填料密封,其实是“迷宫效应”和“轴承效应”的综合。典型的填料密封结构如图2(a)所示。填料对轴的压紧力由拧紧压盖螺栓产生。由于填料是弹塑性体,当受到轴向压紧后,产生摩擦力致使压紧力沿轴向逐渐减少,同时所产生的径向压紧力使填料紧贴于轴表面而阻止介质外漏。径向压紧力的分布如图2(b)所示,其由外端(压端)向内端先是急剧递减后趋平缓,介质压力的分布如图2(c)所示,由内端向外端逐渐递减,当外端介质压力为零时,则泄漏很少,大于零时泄漏较大。填填实际应用中,为了获得密封性能,往往增加填料压紧力,亦即在靠近压盖的2~3圈填料处径向压紧力最大,当然摩擦力也增大,这就导致填料和轴产生如图3所示的异常磨损情况,可见填料密封的受力状况很不合理。图2泵填料密封结构及压力分布(a)填料密封结构 (b)径向压力分布(c)介质压力分布填填要取得较佳的密封效果,装配时应注意下面几点:填填①清理填料函。对填料函内已损填料必须掏清,轴表面要光滑,不应有毛刺、划痕。填填②填料材质应与要求相符,断面尺寸与填料函和轴间尺寸相匹配,填料断面尺寸过大或过小,最好采用木滚压的办法来达到尺寸要求,应杜绝用榔头锤打,棒以 图3泵填料及轴的异常磨损免造成填料受力不均,影响密封效果。填填③切割。应用锋利的刀口将填料切断,切口可以是平口或45°斜口,但必须整齐。应避免采用锯断或錾子錾断的方法。填填④预压成型。用于高压密封的填料,必须经过预压成型,图4表示了未经预压与经预压填料的径向压紧力的分布情况,经预压后,其径向压紧力分布比较均匀合理,密封效果也好。预压缩的比压应高于介质压力,其值可取介质压力的1.2倍,预压后填料应及时装入填料函中,以免填料弹性恢复。图4泵经预压与未经预压填料径向压力对比填填⑤装填。如图5所示。应一圈圈装填,每圈在装填前内表面涂以润滑脂,然后用与填料尺寸相同的剖分套作为传压装置,用压盖对剖分套进行压紧,施加适当压紧力即可,按此方法重复其它填料的安装。该方法有助于填料径向压紧力的均布,在压盖处施加较小的轴向压紧力即可获得较好的密封效果,减少磨损和发热。须注意每圈填料接口应错开,每装一圈用手盘动一次轴,以便控制压紧力。填料装完后,应对称地压紧压盖螺栓,避免填料压偏。压紧力以能用手盘动轴使其稍能转动为宜。软硬填料混合安装时,硬填料应放在填料函底部,软填料靠近压盖处。图5泵填料装填填填⑥安装过程中,填料不要随便乱放,以免表面沾污泥砂、灰尘等,因为这些污物很难清除,一旦随填料装入后,就会对轴产生强烈磨损。填填运转后,应根据填料函外壳温度上升情况、介质泄漏量(1~6滴/s较为合理)大小来逐渐调节压盖螺栓,填料函的外壳温度不应急剧上升,一般比环境温度高30~40℃可认为合适,能保持稳定即可。为了改善摩擦性能,使填料密封有足够的使用寿命,应允许介质有一定的泄漏量,以保证摩擦面的冷却与润滑。必要时还可采用水封环,通入带压力的冷却水进行水封、冷却和润滑。2.2填机械密封的装配填填机械密封是比较精密的部件,但安装机械密封的泵会因多次安装、修配、受介质腐蚀等而失去原有的精度,若对设备不作任何检查就进行机械密封装配,往往达不到应有的密封效果。故装配前应对轴与密封腔的垂直度、轴与密封腔的同心度、轴的径向跳动、轴窜动量、轴的表面粗糙度等要求进行仔细检查,各项精度要求如表1所示。填填安装中出现问题比较多的地方是端面比压的控制,这就要求精确保证弹簧的压缩量,其偏差应不大于±1mm,弹簧座的表1安安装精度要求轴径 mmφ20~50φ50~80φ80~120垂直度 mm同心度 mm径向跳动 mm轴向窜动 mm粗糙度 μm0.05 ≯0.040.06~0.070.20~0.25≯0.05≯±0.53.20.08 ≯0.05 定位应进行比较精确的测量和计算。机械密封安装在轴上后,用手推动动环应有弹性及顺利之感,在密封面间须加些机油。静环防转销不能过长,否则会顶住静环,导致密封失效(这也是常见的故障之一)。对于以弹簧作传动件的机械密封,应注意弹簧的旋向,从泵的前侧看,泵转向为顺时针时,应选左旋弹簧,反之则为右旋弹簧。填填运转中,密封腔中应充满介质或冷却水,并应随时注意冷却水的供应情况,对于单端面的机械密封,必须杜绝开空泵,否则会因为干摩擦而很快将密封面烧毁。 3装填料密封改装机械密封填填对于造纸企业,尤其是老企业,绝大部分泵仍沿用填料密封,密封寿命短,泄漏量大。为消除泄漏,防止环境污染,减少物料流失,提高生产率,应努力采用先进的机械密封装置,对填料密封进行改装。填填改装前,首先必须对下述几个方面进行充分地了解分析:填填(1)欲改装的泵的情况。首先应了解该泵的转速、轴径、制造精度(径向跳动、轴向跳动、振动情况、定位及安装情况等)等是否满足要求。此外,改装时辅助装置在该泵的使用条件如何,泵的使用寿命及在工艺生产中的地位等也应综合考虑。填填(2)介质情况。应根据介质的情况进行选型及采取必要的冲洗、冷却、润滑措施,为此必须了解介质的状态,是否含有颗粒及其含颗粒的程度;介质的性质,即腐蚀性、粘度、密度、对密封圈溶胀的影响;介质的温度及压力等等情况。填填(3)选型。我国现行机械密封标准基本能满足制浆造纸行业的需要。实际生产中,必须从结构、材料、冲洗冷却、润滑等诸多方面予以综合考虑,合理选取,才能取得满意的效果。填填笔者原所在车间的浆泵、白水泵、清水加压泵等的密封型式原均为填料密封,泄漏大,现场环境差,因密封失效检修频繁,给连续生产造成很大被动。笔者先后成功将其改为机械密封,不但做到了零泄漏,现场环境大为改善,而且泵的运行寿命也提高了3~4倍,为生产过程的连续性提供了有力的保证,整体经济效益十分显著。 4结结结语填填泵的密封可靠性所涉及的问题十分广泛,笔者只是结合车间无泄漏达标活动,对制浆造纸用泵进行了粗浅的探索和实践。有人说:今天的泄漏就是明天的故障,这话不无道理。可以这么说,绝大多数泵的故障均是由于密封失效引起的。因此,提高泵的密封可靠性就显得尤为重要而迫切。

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