水泵密封問題的分析與改進

張國林

摘要：傳統的水泵密封是使用軟填料作為密封材料的，其結構在使用的過程中存在著易磨損、密封穩定性差等問題，極度影響供水效率。本文著重針對這些問題進行分析，并采取高效的改進措施逐一進行論述。

關鍵詞：水泵 密封 改進

過去經常使用的水泵填料是普通浸油麻絲軟盤根，經常損壞，這種盤根，使用壽命不到600小時，經常維修和更換，不僅使工作帶來壓力，更重要使水泵出現漏氣、漏水，供水壓力嚴重不足并造成葉輪嚴重氣蝕，影響了正常供水，為此，對盤根損壞的問題進行了分析，提出了改進措施。

水泵具有不同的用途，而在礦井生產中它的用途主要有輸送井下廢棄的污水，控制井下污水的流量與揚程的范圍。井下人員的安全和礦井的正常生產需要礦井排水，水泵及時把水排至地面，因而水泵在礦井生產中的重要性也不容忽視。

一、軟填料密封的基本結構及其密封原理

軟填料裝在填料箱內，壓蓋通過壓蓋螺栓軸向預緊力的作用使軟填料產生軸向壓縮變形，同時引起填料產生徑向膨脹的趨勢，而填料的膨脹又受到填料箱內壁與軸表面的阻礙作用，使其與兩表面之間產生緊貼，間隙被填塞而達到密封。即軟填料是在變形時依靠合適的徑向力緊貼軸和填料箱內壁表面，以保證可靠的密封。

填與運動的軸之間因有相對運動，難免存在微小間隙而造成泄漏，此間隙即為主要泄漏通道。填料裝入填料箱內以后，當擰緊壓蓋螺栓時，柔性軟填料受壓蓋的軸向壓緊力作用產生彈塑性變形而沿徑向擴展，對軸產生壓緊力，并與軸緊密接觸。但由于加工等原因，軸表面總有一定的表面粗糙度，其與填料只能是部分貼合而部分未接觸，這就形成了無數個不規則的微小迷宮。當有一定壓力的流體介質通過軸表面時，將被多次引起節流降壓作用，這就是所謂的“迷宮效應”，正是憑借這種效應，是流體沿軸向流動受阻而達到密封。填料宇宙表面的貼合、摩擦，也類似滑動軸承，故應有足夠的液體進行潤滑，以保證密封的使用壽命，即所謂的“軸承效應”。

顯然，良好的軟填料密封即是“軸承效應”和“迷宮效應”的綜合。適當的壓緊力使軸與填料之間保持必要的潤滑膜，可減少摩擦磨損，高使用壽命。壓緊力過小，泄漏嚴重，壓緊力過大，則難以形成潤滑液膜，密封面呈干磨擦狀態，磨損嚴重，密封壽命將大大縮短。因此，如何控制合理的壓緊力是保證軟填料密封具有良好性能的關鍵。

二、軟填料密封存在的問題

傳統軟填料密封主要存在以下幾個方面問題

1.徑向壓力分布不均，摩擦磨損嚴重

由于填料是彈塑性體，當受到軸向壓緊后，產生摩擦致使壓緊力沿軸向逐漸減少，同時所產生的徑向壓緊力使填料緊貼于軸表面而阻止介質外漏。徑向壓緊力的分布由外端（壓蓋）向內端，先是急劇遞增趨平緩，被密封介質壓力的分布由內端逐漸向外端遞減，當外端介質壓力為零時，則泄漏很少，大于零時泄漏較大。由此可見，填料徑向壓力的分布與介質壓力的分布恰恰相反，內端介質壓力最大，應給予較大的密封力，而此處填料的徑向壓緊力恰是最小，故壓緊力沒有很好的發揮作用。實際應用中，為了獲得密封性能，往往增加填料的壓緊力，亦即在靠近壓蓋端的填料處使徑向壓力最大（約為平均壓緊力的2—3倍），當然摩擦力也增大，這就導致填料和軸產生的異常磨損情況，嚴重影響了密封工作的穩定性。填料圈數較多，軸向高度越大，比壓越不均勻。

2.散熱、冷卻能力不夠

3.應力松馳現象嚴重，密封工作的穩定性差

4.自動補償能力較差

5.偏擺或振動的影響

三、針對水泵軟填密封存在的問題的改進措施

1.針對我礦盤根經常損壞的現象作出以下改造：

（1）采用填料的組合使用 即采用不同種類密封填料分段混合配置。不同的填料其側壓系數和回彈性能不同，通過合理選擇不同的填料進行組合，可以極大地提高其密封效果。對于膨脹石墨由于其抗拉及抗剪切能力較低，所以一般將膨脹石墨與石棉填料或碳纖維填料組合使用，這樣既可防止膨脹石墨填料被擠入軸隙，強烈磨損而引起介質泄漏，又可使填料徑向壓力分布均勻，增進密封效果。

（2）對填料預壓成形 填料預壓成形就是對填料先以一定的壓力進行預壓縮，然后再裝入填料箱。填料在經過預壓縮后，在相同的壓蓋壓力下，抵抗介質壓力的能力增強，變形減少，介質泄漏的阻力增大，密封效果明顯改善。填料經過預壓縮后，與未經預壓縮的相比，裝入填料箱后其徑向壓力分布比較均勻合理，密封效果提高。預壓縮的比壓高于介質壓力，其值可取介質壓力的1.2倍。預壓后填料應及時裝入填料腔中，以免填料恢復彈性。如果進行預壓縮時，對填料施加的壓力不同，靠近壓蓋的填料壓力小，離壓蓋越遠則預壓力越大，這樣的填料裝入填料箱壓緊后其徑向壓力分布更接近泄漏介質沿泄漏通道的壓力分布，密封效果與壽命有很大改善。

（3）采用新型密封填料 泥狀混合填料是一種新型的密封填料，它由純合成纖維、高純度石墨或高分子硅脂、聚四氟乙烯、有機密封劑進行混合，形成一種無規格限制的膠泥狀物質。泥狀混合填料密封結構，在軸的運轉過程中，泥狀混合填料由于分子間吸引力極小，具有很強的可塑性并且保證了圓面的光滑度，可以緊緊抱在軸上，并緊緊壓住軸，使得填料與軸的間隙無限縮小，保證水不能流出。沒有與軸相接的填料則保持相對靜止并在壓蓋的壓緊力下不斷的給軸向力壓緊軸，形成一個“增壓保壓層”。這樣在泥狀混合填料中間形成一個剪切分層面。并且在壓緊件方面采用的彈性壓蓋在安裝填料時使壓蓋有較大的預留壓力在填料上面，當填料有磨損時壓蓋自動進行調整，使得填料在軸向的收縮力保持平衡，即可使密封始終處于一個壓力水平，使密封件不被破壞。

泥狀混合填料密封的特點是：無泄漏，密封可靠，自動壓緊調整，對軸（或軸套）無磨損；安裝簡單，維修時可方便修復，降低了勞動強度；不需要沖洗和冷卻；軸功率損耗小。

2.改進密封結構

自動補償徑向壓緊軟填料密封結構，具有以下優點

（1）其徑向和間隙中介質的壓力在數值上接近，符合軟填料密封機 理。

（2）和傳統軟填料密封結構相比，摩擦功耗低；

（3）各圈填料受壓套徑向壓力的作用，可始終緊壓軸表面，可保證有效密封；

（4）自動補償機構可連續補償徑壓力，提高了密封的可靠性；

（5）在同樣的密封條件下，減輕了軸與填料的磨損，可延長軸和填料的使用壽命。

針對傳統的軟填料密封存在的不足進行改良，使其從結構上以及材質方面得以全面改善，軟填料密封的使用壽命從原來的不到600小時達到了10000小時以上，大大提高了生產效率，為公司節約了不少成本從而提高了效益。軟填料密封由于結構簡單，拆裝方便，而且能適應各種旋轉運動、往復運動、螺旋運動及靜止元件的密封，因此，目前仍被我礦廣泛使用。