浅谈离心泵填料密封及堵漏技术

李 勇， 李俊杰， 李少华， 张 凯

(安徽晋煤中能化工股份有限公司， 安徽临泉 236400)

离心泵是一种通用设备，不仅在化工生产中被广泛应用，在国民经济的各个部门也都有应用，如城市的给排水、农村的灌溉和排涝、机械工业中的润滑和冷却及热电厂和原子能发电站等。离心泵按工作原理可分为容积式泵、叶片式泵和其他类型泵；按用途可分为清水泵、污水泵、泥浆泵、砂泵、耐酸泵、热油泵、低温泵、热水循环泵和锅炉给水泵等。

化工行业尤其是在合成氨系统离心泵是最常用的运转设备。安徽晋煤中能化工股份有限公司(简称中能化工)为了保证化工生产过程能正常连续地进行，常需要用泵将液体物料从某一处沿管道输送至另一处或从低处输送到高处。但在环保、成本竞争日益激烈的化工行业，控制离心泵轴封泄漏显得尤为重要。离心泵常用的轴向密封装置有填料密封和机械密封两种。本文对离心泵的填料密封进行简单介绍。

1 填料密封的结构特点

离心泵主要由泵体、泵盖、叶轮、泵轴、轴套、轴承和支架、联轴器、密封装置等组成；其中密封装置有轴套、填料、填料函、填料压盖、紧固螺栓、底衬套等组成(见图1和图2)。在填料函中塞有软填料(也称盘根)，填料由填料压盖用螺栓压紧，底衬套是防止填料挤入泵内，轴套保护轴不致被填料磨坏，有时在填料中间还装有水封环(也称填料环)，可从泵内或直接引用自来水由引水管将水注入水封环，形成水封，阻止空气进入，同时起到润滑、冷却的作用。工作时为了避免填料与泵轴、轴套摩擦过于剧烈，填料不应压得过紧。

图1单级双吸泵结构

1. 泵体 2. 泵盖 3. 叶轮 4. 泵轴 5. 密封环 6. 轴套 7. 填料挡套 8. 填料 9. 填料环 10. 水封管 11. 填料压盖 12. 轴套螺母 13. 固定螺栓 14. 轴承架 15. 轴承体 16. 单列向的球轴承 17. 圆螺母 18. 联轴器 19. 轴承挡套 20. 轴承盖 21. 双头螺栓 22. 键

图2 多级泵结构

1. 泵轴 2. 轴套螺母 3. 轴承盖 4. 轴承衬套甲 5. 单列向心球轴承 6. 轴承体 7. 轴套甲 8. 填料压盖 9. 填料环10. 进水段 11. 叶轮 12. 密封环 13. 中段 14. 出水段15. 平衡环 16. 平衡盖 17. 尾盖 18. 轴套乙 19. 轴承衬套乙 20. 圆镙母

更换填料后，在压紧填料时，注意填料的松紧要适度，允许水成滴状漏出，以每分钟10～60滴的液体泄漏量为宜。为此密封填料应具有以下特性： ① 良好的塑性。在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与轴接触。② 化学稳定性好。对工作介质不污染，同时也不被工作介质泡胀，更不能被工作介质溶解、吸收[1-2]。③ 足够的自润滑性能。耐磨、摩擦系数小。④ 有适量的弹性。满足轴、轴套存在少量偏心的补足量。⑤ 结构、制造简单、装填方便。填料密封结构简单、价格便宜、维修方便，但易泄漏量大、功耗损失大。因此，填料密封一般用于输送水、脱硫液、碳丙液等介质,不适于输送石油及化工介质，特别是不能输送有腐蚀性、易爆和有毒的介质。机械密封水泵的密封效果好，泄漏量很小，寿命长，但价格贵，加工、安装、维修、保养的要求比一般密封要高[3]。在填料密封装置中，随着运转时间的推移，填料密封泄漏经常发生。在出现填料密封泄漏时，若不及时进行检修，将直接影响合成氨系统装置的稳定生产，同时造成一定的环境污染。

2 填料密封原理

填料密封结构见图3和图4。常用的填料有以下3种：

(1) 石墨或黄油浸透的棉织填料，适用于低压离心泵输送常温介质。

(2) 石墨浸透的石棉填料，适用于输送温度低于523 K,压力小于1 800 kPa的液体。

(3) 金属箔包石棉芯子填料，适用于输送石油，允许工作压力2 500 kPa，温度低于637K。

图3 填料密封装置

1. 填料函外壳 2. 填料 3. 水封环 4. 填料压盖 5. 底衬套6. 螺栓

图4 带水冷的填料密封装置

填料密封主要是靠轴套的外表面与填料紧密接触来实现密封，用以阻止泵内液体向外泄漏。填料装在填料函内，压盖通过压盖螺栓使软填料产生轴向压缩变形，同时引起填料产生径向变形的趋势，而填料的变形又受到填料函内壁与轴套表面的阻碍作用，使其与两表面之间产生紧贴，间隙被填塞而达到密封。同时由于填料具有塑性，便产生径向力，同时使填料与轴套紧密接触。与此同时，填料中浸透过的润滑材料被挤出，在接触面之间形成径向、轴向的自润滑。没接触的凹部形成小油槽，接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，即“迷宫效应”。这就是填料密封的机理。

为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整，以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。若压得过紧会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴，出现严重磨损。填料中的润滑材料经常被挤压出，填料使用寿命有限，所以需定期更换填料。此外，为了维持液膜并带走摩擦热，有时让填料处有少量泄漏也是必要的。但泄漏量过大必须采取措施。

3 堵漏技术

当离心泵出现填料密封泄漏时，正常情况下，一般采取停泵，并关闭其进出口阀，泄尽泵内压力，重新加装填料密封。但是，有时出现泵进出口阀关不紧，无法泄压。传统的处理方法为当系统停车时，更换其进出口阀，再对泵进行检修。这种处理方式，势必会影响离心泵的正常使用，给生产带来不稳定因素。所以，针对泵无法泄压、又不准备系统停车的情况，通过改进密封装置进行带压堵漏，可保证离心泵能够正常运转，实现装置长周期稳定运行[4]。

离心泵原填料密封的结构见图5，主要构件包括填料函1、密封填料2、填料压盖3、紧固螺栓4、压紧螺母5等。

图5 离心泵原填料密封的结构示意

改进后的填料密封结构及其示意图见图6。

其结构原理在于：在原一次密封填料失效，而泵又不能卸掉压力进行检修更换泵密封填料时，① 利用密封垫片对一次填料压盖与一次填料函及一次填料压盖与二次填料函进行密封；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 二次填料压盖行使了一次填料压盖的功能，压紧填料，完成轴泄漏的密封。

4 结语

通过对离心泵填料密封结构的改进，很好地解决了离心泵在发生填料密封失效时，因其进口或出口阀门泄漏，无法检修更换泵轴封填料的问题。从而确保了装置的连续运行，避免了不必要的停车，同时减少了物料泄漏及对环境的污染。改进后的离心泵具有结构简单、有效，加工方便，易安装，运行稳定，投资低，密封性能强等特点，是泵填料密封带压堵漏的专用技术，已广泛用于化肥、焦化、煤气、化纤、环保等行业的离心泵填料密封。