离心清水泵填料密封的改进设计分析

罗德虹

摘要：文章对离心清水泵的填料密封进行分析与改进设计，在对离心清水泵填料密封原理进行介绍的基础上，分析传统填料密封中存在的不足，并结合在离心清水泵方面工作的经验，提出了填料密封的新方法与措施。

关键词：离心清水泵；填料密封；改进设计；密封原理；软填料 文献标识码：A

中图分类号：TH311 文章编号：1009-2374（2017）11-0249-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.125

离心清水泵的填料密封不仅具有结构简单的特点，而且填料密封的拆装和维修十分方便，成本也十分低廉。对于离心清水泵进行分析可以发现，填料密封不仅属于动密封的范畴，而且也是静密封的范畴。一般在离心清水泵的密封填料中采用软填料的方式进行填料，最常用的软填料是油浸石棉盘根软填料。但是离心清水泵的填料密封虽然具有极大的优越性，但是仍然存在密封性能较差等问题，另外对于功耗损失也相对较大，使用的寿命较短。在这种传统密封填料存在不足的基础上，对于填料密封展开研究、分析填料密封机理的基础上，进行填料密封结构设计，希望能够对离心清水泵的填料密封进行改进设计，促进离心清水泵填料密封的发展。本文的研究也是在本人实际工作中对于离心清水泵接触中提出的，具有重要的现实意义。

1 离心清水泵填料密封基本结构及原理解析

1.1 离心清水泵填料密封基本结构

通过图1中离心水泵填料密封的基本结构进行分析可以发现，这种结构是填料密封的典型结构。其中（5）是填料箱，而填料主要是在填料箱中分布，然后利用压盖（6）和压盖螺栓（7）进行处理，提供一个轴向预紧力，对于填料产生影响，让填料在轴向发生压缩变形，这样也引起填料径向作用，引起径膨胀，同时引起系列反应，和填料箱内部以及轴表面产生摩擦力，有利于这两个表面之间的结合，对于两个表面之间的间隙进行填塞，起到密封的作用。对于填料密封进行分析可以发现，是录用填料变形时产生的径向力来实现轴和填料箱内壁表面的结合，有效实现填料密封，保证密封的质量。

1.2 离心清水泵填料密封原理解析

对于离心清水泵的填料密封原理进行分析可以发现，填料箱中的填料和轴之间存在相对运动，由于相对运动和填料的特性必然会导致填料之间存在较小的间隙，这必然也会因为微小间隙作为主要泄露通道而造成泄露。

另外在进行加工的过程中，虽然尽可能降低轴表面的粗糙度，但是仍然存在一定粗糙度，造成轴表面和填料之间存在一定间隙，形成不规则的微小通道，当流体在流经轴表面会由于节流降压作用而产生“迷宫效应”。在“迷宫效应”作用下对流体产生影响，轴向流动过程受到阻碍，从而实现离心清水泵的密封。另外在填料轴表面中还存在“轴承效应”，需要在轴承表面提供相应润滑剂，来保证离心清水泵的密封效果，提高密封质量以及填料密封的使用寿命。

在离心清水泵的填料密封中综合利用了其“迷宫效应”和“轴承效应”，通过两个效应来使得轴和填料之间形成较好的润滑膜，不仅仅能够密封，还能够减少摩擦与磨损，提高离心清水泵的使用寿命。另外，对于压紧力进行分析可以发现，压紧力的大小也会影响密封效果，压紧力过小就会出现较严重的泄露问题，压紧力过大又会增大摩擦，造成磨损，因此在进行离心清水泵的填料密封中必须要把压紧力控制在合理范围内。

2 离心清水泵传统填料密封存在的不足分析

2.1 離心清水泵径向压力分布不均，存在摩擦磨损问题

在离心清水泵的填料密封中往往采用的是软填料，也是属于弹塑性体。当填料受到轴向压力之后，但是由于摩擦的作用会使得轴向压紧力减少，另外轴向压紧力也会对填料以及轴表面产生影响，让两者紧密结合，起到防止介质泄露的作用。对于径向压紧力进行分析可以发现，出现比较明显变化，由急剧递增转变为平缓的变化。对于径向压力分析时，若外端介质压力为零时，密封效果就会挺好，泄露也会较少，当介质压力大于零时，就会出现泄露。对于介质压力以及径向压力的分析能够发现，这两种力之间的分布和作用是相反的。对于介质压力而言，介质压力较大时，应该为其提供较大密封力，此时对于径向压力进行分析可以发现，该值恰好最小，径向压紧力效果不明显。在实际的填料密封中，往往增加填料的径向压紧力，这个过程中也会导致摩擦力的增大，对于填料密封的稳定性产生直接影响。另外在填料密封中，由于填料的圈数较多，对轴向高度产生影响，导致该值增大，比压出现不均匀的情况。

2.2 填料密封散热以及冷却能力欠佳

在传统的填料密封中，由于填料和轴表面的接触面比较大，就会在接触中由于摩擦产生较大热量。要保证离心清水泵的运行还必须要科学散热，但是在实际的散热中却由于填料较厚而不利于热量的散失。另外对于传统填料进行分析可以发现，传统填料的散热与导热性能也相对较差，不利于摩擦热的传出，导致接触面和摩擦面的温度升高，对于液膜产生直接影响，造成液膜蒸发，进一步加大摩擦，对于填料密封的效果也产生影响，降低了密封质量。

2.3 填料密封应力松弛问题突出，稳定性较差

对于传统的密封填料的粘弹性进行分析可以发现，密封填料在作用中产生比较明显的应力松弛问题。当应力松弛问题比较严重的时候，会对填料密封产生不良影响，甚至导致失效问题。另外在传统的填料密封中是利用螺栓来对填料进行作用，施加预紧力的，但是预紧力是恒定的，在初期的压缩变形量也是恒定的，但是后期由于磨损会对压缩变形量产生影响，导致该值减少，填料密封应力松弛问题进一步加剧，密封稳定性也会

降低。

2.4 检修周期较短

在传统的填料密封中，填料会对轴以及轴套产生影响，造成轴以及轴套的磨损。面对这样的情况就需要在离心清水泵运行中加强对于其的检修，不仅仅检修的次数增多，这样也就导致了检修的周期较短，大大增加了离心清水泵的运行成本。

3 离心清水泵填料密封改进设计

3.1 离心清水泵填料密封结构改进

在传统离心清水泵填料密封结构的基础上进行改造设计，改造结构图如图2所示：

这种改造后的离心清水泵密封结构具有明显的优点，不仅仅摩擦功耗低，而且在进行各圈填料的时候能够保证受压套径向力作用，能够紧压轴表面，加强密封，提高密封效果。另外，这种填料密封结构和传统填料密封结构相比，能够有效减轻轴和填料之间的摩擦力，从而减轻磨损，提高填料密封的使用寿命。

3.2 离心清水泵密封填料创新改进设计

3.2.1 填料组合创新使用。在进行填料的组合创新使用中，主要是利用不同种类的密封填料进行离心清水泵的填料，采用分段混合装置的方式实现填料的创新组合。充分利用不同填料侧压系数不同的特点来进行不同填料的组合，最终实现更好的密封效果。在当前的离心清水泵中可以考虑使用膨胀石墨和石棉填料以及碳纤维填料组合使用的方法。

3.2.2 密封填料预压成型。这种方式实际是在把密封填料装到离心泵填料箱之前进行必要的预压缩，一般采用一定压力进行预压成型。通过这种预压成型的方式可以进一步提高填料抵抗介质压力的能力，同时通过这种方式能够有效防止变形，阻止介质泄露，达到更好密封效果。主要是密封填料进行预压之后，径向压力改变，分布更加均匀合理，这样提高了密封效果与使用寿命。

3.2.3 使用新型密封填料。随着离心清水泵的发展与创新，各种新型密封填料不断被提出，其中一种比较典型的新型密封填料就是泥状混合填料，这种填料方式由多种新型有机材料组成，经过混合形成胶泥状物质，包括纯合成纤维、高分子硅脂、聚四氟乙烯以及有机密封剂和高纯度石墨等物质。这种新型密封填料具有典型的优点，不仅仅能够防止泄露，密封比较可靠，而且对于离心清水泵的轴和轴套不会产生磨损，另外这种新型密封填料和传统填料相比安装更加简单，大大降低了离心清水泵安装的强度。

4 结语

离心清水泵中填料密封由于介质压力以及径向压紧力的作用下会出现泄露的情况。对于密封填料而言，充分利用了“迷宫效应”以及“軸承效应”来对离心清水泵进行密封。随着离心清水泵的应用与发展，传统密封填料已经不能够满足密封要求，本文提出了填料结构改进、填料创新改进的方式进行密封填料的创新，具有重要意义。

参考文献

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（责任编辑：小 燕）