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【摘要】传统的水泵密封是盘根作为密封材料的，其结构在使用的过程中存在着易磨损、密封稳定性差等问题。 该文着重针对这些问题进行分析，并采取高效的改进措施逐一进行论述。
【关键词】水泵密封;盘根
0 引言
水泵作为一种转动机械，转轴与泵壳之间必然留有间隙，为了防止液体流出泵外或空气漏入泵内(入口为真空情况)，一般在轴与泵壳之间设有轴密封装置。 目前所采用的轴封装置一般有以下几种形式：填料密封、机械密封、迷宫式密封、浮动环密封，而对于众多的低压水泵，一般采用盘根密封。多用石棉、碳素纤维、聚四氟乙烯树脂等材料盘根。盘根密封具有用途广、价格便宜等特点。加盘根的水泵平时如渗漏，一般采用紧盘压盖的方法。如果无效，就必须停泵重新换盘根。而盘根使用周期一般较短，且对轴套的磨损较大，这就使得平时的维护量增大，而且不经济。现在可用填料枪注射盘根的方法来代替盘根的使用。
某厂延迟焦化装置冷焦给水泵，在生产过程中，冷焦给水泵盘根的损坏是产生泄漏的主要关键问题，该厂延迟焦化装置现有 2 台冷焦给水泵 150s-78， 流量160m3/h，扬程 78m，过去使用的是盘根，经常损坏，这种盘根，使用寿命不到 800h，经常维修和更换，并且导致泵轴套磨损严重。不仅使工作带来压力，更重要使水泵出现漏气、漏水，造成叶轮严重气蚀，影响了正常给水，为此，对盘根损坏的问题进行了分析，提出改进措施。
1 盘根密封的基本结构及其密封原理
盘根密封装在盘根仓内，压盖通过压盖螺栓轴向预紧力的作用使盘根产生轴向压缩变形，同时引起盘根产生径向膨胀的趋势，而盘根的膨胀又受到盘根仓内壁与轴表面的阻碍作用，使其与两表面之间产生紧贴，间隙被填塞而达到密封。即盘根是在变形时依靠合适的径向力紧贴轴和盘根仓内壁表面，以保证可靠的密封。
盘根与运动的轴之间因有相对运动， 难免存在微小间隙而造成泄漏，此间隙即为主要泄漏通道。 填料装入填料箱内以后，当拧紧压盖螺栓时，柔性盘根受压盖的轴向压紧力作用产生弹塑性变形而沿径向扩展，对轴产生压紧力，并与轴紧密接触。但由于加工等原因，轴表面总有一定的表面粗糙度， 其与填料只能是部分贴合而部分未接触， 这就形成了无数个不规则的微小迷宫。 当有一定压力的流体介质通过轴表面时，将被多次引起节流降压作用，使流体沿轴向流动受阻而达到密封。 适当的压紧力使轴与填料之间保持必要的润滑膜，可减少摩擦磨损，提高使用寿命。 压紧力过小，泄漏严重，压紧力过大，则难以形成润滑液膜，密封面呈干磨擦状态，磨损严重，密封寿命将大大缩短。
2 盘根密封存在的问题
1)径向压力分布不均造成摩擦磨损严重
由于盘根是弹塑性体，当受到轴向压紧后，产生摩擦致使压紧力沿轴向逐渐减少， 同时所产生的径向压紧力使盘根紧贴于轴表面而阻止介质外漏。 盘根径向压力的分布与介质压力的分布恰恰相反，内端介质压力具大，应给予较大的密封力，而此处盘根的径向压紧力恰是具小，故压紧力没有很好的发挥作用。 实际应用中，为了获得密封性能，往往增加盘根的压紧力当然摩擦力也增大，这就导致盘根和轴产生异常磨损情况，严重影响了密封工作的稳定性。盘根圈数较多，轴向高度越大，比压越不均匀。
2)散热、冷却能力不够
盘根密封中，滑动接触面较大，摩擦产生的热量较大，而散热时，热量需通过较厚的填料，且多数盘根的导热性能都较差。 摩擦热不易传出，致使摩擦面温度升高，摩擦面间的液膜蒸发，形成干摩擦，磨损加剧，密封寿命会显著降低。
3)应力松驰现象严重使密封工作的稳定性差
由密封填料的黏弹性分析可知， 在恒定应变作用下，密封填料产生明显的应力松驰，严重的应力松驰必然导致盘根密封的早期失效。 传统的盘根密封，螺栓所施加给填料的预紧力是恒定的，由于磨损引起填料的压缩变形量稍有减少，就会加剧填料的应力松驰，从而降低了密封工作的稳定性和可靠性。
4)自动补偿能力较差
盘根磨损后，盘根与轴杆、盘根仓内壁之间的间隙加大，而传统盘根密封结构无自动补偿压紧力的能力，随着间隙增大，泄漏量也逐渐增大。 因此，须频繁地拧紧压盖螺栓。
5)偏摆或振动的影响
水泵密封在工作时，轴有较大的振动和偏摆，轴与旋转中心之间将会出现较大偏心。 若轴的中心与旋转中心不重合， 偏心使得轴与盘根间隙沿圆周的分布像月牙形。月牙形的间隙位置随着轴的转动而周期性变化而周期性变化，因此起到了类似容积的增压作用，这就会造成密封的泄漏。
3 冷焦给水泵盘根密封的改进
3.1 针对我厂冷焦给水泵盘根经常损坏的现象作出改进
采用新型密封填料， 泥状混合填料是一种新型的密封填料， 它由纯合成纤维、 高纯度石墨或高分子硅脂、聚四氟乙烯、有机密封剂进行混合，形成一种无规格限制的胶泥状物质。泥状混合填料密封结构，在轴的运转过程中，泥状混合填料由于分子间吸引力极小，具有很强的可塑性，可以紧紧缠绕在轴上，并随轴同步旋转，形成一个“旋转层”的直径逐步增大，轴对纤维的缠绕能力逐步减小， 没有与轴缠绕的填料则与填料箱保持相对静止，形成一个“不动层”。 这样在泥状混合填料中间形成一个剪切分层面。
泥状混合填料密封的特点是：无泄漏，密封可靠，对轴(或轴套)无磨损;安装简单，维修时可在线修复，降低了劳动强度;不需要冲洗和冷却;轴功率损耗小。具有以下优点：
(1)其径向和间隙中介质的压力在数值上接近，符合盘根密封机理;
(2)和传统盘根密封结构相比，摩擦功耗低;
(3)各圈填料受压套径向压力的作用，可始终紧压轴表面，可保证有效密封;
(4)自动补偿机构可连续补偿压力，提高了密封的可靠性;
(5)在同样的密封条件下，减轻了轴与填料的磨损，可延长轴和填料的使用寿命。
3.2 冷焦给水泵改造步骤
冷焦给水泵多用盘根密封， 这就面临一个如何在原有基础上进行改造的问题，根据经验，现归纳如下。
1)清理填料室
改造前彻底清理好水泵原有的填料室， 不允许有任何杂质和污垢。 如有水封圈，可弃之不用。 此项工作必须揭盖进行，为了节省工时和材料，建议在水泵大修时进行。这样可使大修和改造同步。
2)水泵盖钻孔
为了注射填料，必须在盖上加装注射孔接头。 接头需专门加工，其螺纹需与填料枪接头相配合，并要加工接头压盖，对于有水封口的水泵，可以拆除水封管，直接在水封口上钻孔和攻丝。
3)加盘根
为了防止填料外漏和内漏， 需在填料室前后两端各加装一圈盘根， 可以加碳素纤维盘根或聚四氟乙烯盘根。 由于是揭盖后加盘根，因此加盘根时必须注意间隙配合要紧密。
4)加填料
先用手把填料压入填料室，不需太紧。 然后合上水泵盖， 带拢盘根压盖， 再用填料枪把填料加压注入即可。 此时填料应较紧。
5)填料补充
随着泵的启动，才注入的填料由于旋转摩擦，便会挤出一部分至泵外，并产生一定的间隙，造成泄漏。此时即时注入填料，直到无泄漏。注射填料应分多次进行，动作应缓慢，每次间隔大约 5min。 若填料太紧而冒烟，可以松一下盘根压盖，同时往填料室浇冷水冷却。 泵在转动一段时间后，填料与轴套已磨合好，便不会再冒烟。
3.3 通过改造前后泵的运行状况的比较， 此种改造有以下几个优点
1)维护量小且方便
当水泵运行较少时间即产生泄漏时， 可直接用枪往填料室注射填料，而且不用停机，比紧盘根的方法要方便且效果好。 而且此种填料使用周期较长，一般可达三个月以上(水泵连续运行状况下)。 运行期内不需要换填料只需补充填料。
2)密封效果
使用效果好，安全性高，使用范围广。 由于该填料呈泥状，在有压情况下结合紧密，故密封效果好。 该填料主要由碳素纤维，聚四氟乙烯，凯芙拉等合成原料制成，耐磨性高，摩擦系数小，而且有良好的不渗透性，对保护轴套很有利。
4 结束语
针对上述问题改进后不仅使水泵运行正常而且增加了填料的使用寿命从而使本公司设备减小维修，节约了生产成本，提高生产效率。 对传统的盘根密封存在的不足进行改良，使其从结构上以及材质方面得以全面改善盘根密封的使用寿命。
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