淺談離心泵填料密封及堵漏技術

李 勇， 李俊杰， 李少華， 張 凱

(安徽晉煤中能化工股份有限公司， 安徽臨泉 236400)

離心泵是一種通用設備，不僅在化工生產中被廣泛應用，在國民經濟的各個部門也都有應用，如城市的給排水、農村的灌溉和排澇、機械工業中的潤滑和冷卻及熱電廠和原子能發電站等。離心泵按工作原理可分為容積式泵、葉片式泵和其他類型泵；按用途可分為清水泵、污水泵、泥漿泵、砂泵、耐酸泵、熱油泵、低溫泵、熱水循環泵和鍋爐給水泵等。

化工行業尤其是在合成氨系統離心泵是最常用的運轉設備。安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱中能化工)為了保證化工生產過程能正常連續地進行，常需要用泵將液體物料從某一處沿管道輸送至另一處或從低處輸送到高處。但在環保、成本競爭日益激烈的化工行業，控制離心泵軸封泄漏顯得尤為重要。離心泵常用的軸向密封裝置有填料密封和機械密封兩種。本文對離心泵的填料密封進行簡單介紹。

1 填料密封的結構特點

離心泵主要由泵體、泵蓋、葉輪、泵軸、軸套、軸承和支架、聯軸器、密封裝置等組成；其中密封裝置有軸套、填料、填料函、填料壓蓋、緊固螺栓、底襯套等組成(見圖1和圖2)。在填料函中塞有軟填料(也稱盤根)，填料由填料壓蓋用螺栓壓緊，底襯套是防止填料擠入泵內，軸套保護軸不致被填料磨壞，有時在填料中間還裝有水封環(也稱填料環)，可從泵內或直接引用自來水由引水管將水注入水封環，形成水封，阻止空氣進入，同時起到潤滑、冷卻的作用。工作時為了避免填料與泵軸、軸套摩擦過于劇烈，填料不應壓得過緊。

圖1單級雙吸泵結構

1. 泵體 2. 泵蓋 3. 葉輪 4. 泵軸 5. 密封環 6. 軸套 7. 填料擋套 8. 填料 9. 填料環 10. 水封管 11. 填料壓蓋 12. 軸套螺母 13. 固定螺栓 14. 軸承架 15. 軸承體 16. 單列向的球軸承 17. 圓螺母 18. 聯軸器 19. 軸承擋套 20. 軸承蓋 21. 雙頭螺栓 22. 鍵

圖2 多級泵結構

1. 泵軸 2. 軸套螺母 3. 軸承蓋 4. 軸承襯套甲 5. 單列向心球軸承 6. 軸承體 7. 軸套甲 8. 填料壓蓋 9. 填料環10. 進水段 11. 葉輪 12. 密封環 13. 中段 14. 出水段15. 平衡環 16. 平衡蓋 17. 尾蓋 18. 軸套乙 19. 軸承襯套乙 20. 圓鏍母

更換填料后，在壓緊填料時，注意填料的松緊要適度，允許水成滴狀漏出，以每分鐘10～60滴的液體泄漏量為宜。為此密封填料應具有以下特性： ① 良好的塑性。在壓緊力作用下能產生一定的徑向力并緊密與軸接觸。② 化學穩定性好。對工作介質不污染，同時也不被工作介質泡脹，更不能被工作介質溶解、吸收[1-2]。③ 足夠的自潤滑性能。耐磨、摩擦系數小。④ 有適量的彈性。滿足軸、軸套存在少量偏心的補足量。⑤ 結構、制造簡單、裝填方便。填料密封結構簡單、價格便宜、維修方便，但易泄漏量大、功耗損失大。因此，填料密封一般用于輸送水、脫硫液、碳丙液等介質,不適于輸送石油及化工介質，特別是不能輸送有腐蝕性、易爆和有毒的介質。機械密封水泵的密封效果好，泄漏量很小，壽命長，但價格貴，加工、安裝、維修、保養的要求比一般密封要高[3]。在填料密封裝置中，隨著運轉時間的推移，填料密封泄漏經常發生。在出現填料密封泄漏時，若不及時進行檢修，將直接影響合成氨系統裝置的穩定生產，同時造成一定的環境污染。

2 填料密封原理

填料密封結構見圖3和圖4。常用的填料有以下3種：

(1) 石墨或黃油浸透的棉織填料，適用于低壓離心泵輸送常溫介質。

(2) 石墨浸透的石棉填料，適用于輸送溫度低于523 K,壓力小于1 800 kPa的液體。

(3) 金屬箔包石棉芯子填料，適用于輸送石油，允許工作壓力2 500 kPa，溫度低于637K。

圖3 填料密封裝置

1. 填料函外殼 2. 填料 3. 水封環 4. 填料壓蓋 5. 底襯套6. 螺栓

圖4 帶水冷的填料密封裝置

填料密封主要是靠軸套的外表面與填料緊密接觸來實現密封，用以阻止泵內液體向外泄漏。填料裝在填料函內，壓蓋通過壓蓋螺栓使軟填料產生軸向壓縮變形，同時引起填料產生徑向變形的趨勢，而填料的變形又受到填料函內壁與軸套表面的阻礙作用，使其與兩表面之間產生緊貼，間隙被填塞而達到密封。同時由于填料具有塑性，便產生徑向力，同時使填料與軸套緊密接觸。與此同時，填料中浸透過的潤滑材料被擠出，在接觸面之間形成徑向、軸向的自潤滑。沒接觸的凹部形成小油槽，接觸部位與非接觸部位組成一道不規則的迷宮，起阻止液流泄漏的作用，即“迷宮效應”。這就是填料密封的機理。

為此，需要經常對填料的壓緊程度進行調整，以便填料中的潤滑劑在運行一段時間流失之后，再擠出一些潤滑劑，同時補償填料因體積變化所造成的壓緊力松弛。若壓得過緊會使油膜中斷，造成填料與軸之間出現干摩擦，最后導致燒軸，出現嚴重磨損。填料中的潤滑材料經常被擠壓出，填料使用壽命有限，所以需定期更換填料。此外，為了維持液膜并帶走摩擦熱，有時讓填料處有少量泄漏也是必要的。但泄漏量過大必須采取措施。

3 堵漏技術

當離心泵出現填料密封泄漏時，正常情況下，一般采取停泵，并關閉其進出口閥，泄盡泵內壓力，重新加裝填料密封。但是，有時出現泵進出口閥關不緊，無法泄壓。傳統的處理方法為當系統停車時，更換其進出口閥，再對泵進行檢修。這種處理方式，勢必會影響離心泵的正常使用，給生產帶來不穩定因素。所以，針對泵無法泄壓、又不準備系統停車的情況，通過改進密封裝置進行帶壓堵漏，可保證離心泵能夠正常運轉，實現裝置長周期穩定運行[4]。

離心泵原填料密封的結構見圖5，主要構件包括填料函1、密封填料2、填料壓蓋3、緊固螺栓4、壓緊螺母5等。

圖5 離心泵原填料密封的結構示意

改進后的填料密封結構及其示意圖見圖6。

其結構原理在于：在原一次密封填料失效，而泵又不能卸掉壓力進行檢修更換泵密封填料時，① 利用密封墊片對一次填料壓蓋與一次填料函及一次填料壓蓋與二次填料函進行密封；② 二次填料函取代了一次填料函；③ 二次密封填料取代了一次密封填料；④ 二次填料壓蓋行使了一次填料壓蓋的功能，壓緊填料，完成軸泄漏的密封。

4 結語

通過對離心泵填料密封結構的改進，很好地解決了離心泵在發生填料密封失效時，因其進口或出口閥門泄漏，無法檢修更換泵軸封填料的問題。從而確保了裝置的連續運行，避免了不必要的停車，同時減少了物料泄漏及對環境的污染。改進后的離心泵具有結構簡單、有效，加工方便，易安裝，運行穩定，投資低，密封性能強等特點，是泵填料密封帶壓堵漏的專用技術，已廣泛用于化肥、焦化、煤氣、化纖、環保等行業的離心泵填料密封。