离心泵软填料密封问题的分析与对策

夏永忠

【摘 要】软填料密封是一种既可靠又低廉的水泵密封方法，在离心泵的密封应用较为广泛。但相对于机械密封，离心泵的软填料密封容易失效是现实存在的问题。

【Abstract】Soft packing seal is a reliable and low-cost sealing method for pump， which is widely used in the sealing of centrifugal pump. But compared to the mechanical seal， it is a real problem that the soft packing seal of centrifugal pump is easy to fail.

【关键词】泵； 软填料密封； 分析与对策

【Keywords】pump； soft packing seal； analysis and countermeasures

【中图分类号】TH311 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）08-0110-02

1 引言

为了提高软填料密封的寿命，应当从软填料密封的结构设计上做提高，此外还应当从软填料密封失效原因分析入手，有针对性地加以对策。离心泵具有耐久、密封的特点，因其性能优异，在机械工业中很受重视。但是，离心泵的软填料密封会失效，这一问题却较为常见，影响了它的使用。那么，究竟离心泵的软填料密封为什么会失效，如何改进和提高使用寿命，是本文要探讨的重点。

2 离心泵的软填料密封结构

图1为软填料密封的结构形式。其中图a）为一般软填料密封，结构较为简单可靠。泵轴做旋转运动，轴的表面与静止状态的软填料密封环形成滑动摩擦，剧烈的摩擦会使软填料密封环的寿命大大降低。为了提高该种密封结构中软填料密封环的使用寿命，又改进出图b）的带水封环的软填料密封结构，该结构是在前述的一般软填料密封结构的基础上增加了水封环2和轴套3。由于有了水封环，在轴套与软填料密封环之间形成一薄层水膜，可使轴套与软填料密封环之间的剧烈滑动摩擦大大降低，有效提高软填料密封环的使用寿命。当然，该结构虽然对降低轴套与软填料密封环之间的剧烈滑动摩擦有所裨益，但由于其水封环的封水量很小，水膜温度升高很快，消耗水环内存水，因此要不停地往密封水环内添水，还是感觉有所不足。于是，在此基础上，又发展出图c），带冷却室的软填料密封结构。实际上，该结构是在图b）基础上的改进，将水环扩大，变为一个大体积的“空腔”，然后让该腔内的冷却介质形成循环，更有利于软填料密封环在较低温度下工作，从而提高其使用寿命。

上述三种密封结构都少不了轴向的压紧调节装置，图a）、 图b）的配置在左端，图c）配置在右端。软填料装在填料箱内，轴向的压紧调节装置挤压软填料，产生轴向压缩变形，同时引起填料产生径向膨胀的趋势，而填料的膨胀又受到填料箱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。适当的压紧力使轴与填料之间保持必要的液体润滑膜，可减少摩擦磨损，提高使用寿命。

3 软填料密封失效原因分析

3.1 油封结构设计问题

离心泵的软填料密封结构设计是否合理，是软填料密封失效的关键因素。

其一是软填料环的圈数设计应适当，若圈数过少，则密封不够可靠，圈数过多，又影响泵的整体结构，使其失之紧凑。

其二是软填料的材质选择应合理： 传统的离心泵用软填料多为天然纤维类填料，如麻、棉、毛等，再辅以特殊的油膏，其价格低廉，但性能较差，密封效果不佳。目前已发展出金属软填料、碳素纤维填料、柔性石墨填料等用于离心泵的软填料，它们的性能好，适应的范围也广，值得应用。

其三是散热、冷却能力的设计：例如图1中的图a）结构就存在散热、冷却能力不足的问题，即便是图1中的图b）结构，由于水环的存水量太小，冷却能力还是受限的，而图1中的图c）结构就比较完美地解决了散热与冷却能力的设计问题。

3.2 应力松弛造成密封工作稳定性差

泵用软填料密封结构中的软填料在轴向压紧调节装置的作用下，内部将产生轴向和径向应力，当然，周向同样会产生应力。随着泵的长期工作，软填料不断在磨耗，若不及时调节，其将产生所谓“应力松弛”。一旦产生应力松弛，密封效果就会受到影响，将致使密封工作稳定性变差。

3.3 软填料自动补偿能力问题

既然软填料在工作中与轴形成滑动摩擦，其磨损是较大的，磨损后，填料与轴杆、填料箱内壁之间的间隙加大，如果没有自动补偿机构，则随着软填料的磨损，泄漏量将逐渐增大。

4 提高离心泵软填料密封性能的对策

4.1 结构设计的合理与优化

①改进密封结构，在填料环之间加入自动补偿机构[1]。

填料沿填料长度涵方向的径向应力分布不均匀，随着水泵工作状态时刻变化和工作周期的增长，填料的磨损程度逐渐加大，即填料与轴的间隙越来越大，从而导致软填料密封的泄漏增加，因此总是通过人工调节压盖螺栓来调节填料的预紧力。为了增大软填料密封的寿命，经过仔细的实验研究得出如下三种改进方法：

第一种就是将金属环、软填料环、圆柱形彈簧交替组合安装，通过分别调节各层软填料环的压缩力，从而得到最佳的径向应力分布。

第二种是将一组软填料环安装在一个可以轴向移动的金属套筒中，将圆柱形弹簧安装在压盖螺栓内，通过调节压盖螺栓来调节预紧力。

第三种是将金属环和填料环做成不同规格，使金属环和软填料沿填料涵底方向逐渐减小，从而在压盖的作用力下，软填料的径向应力相应逐渐增加，使得径向应力获得合理分布。

②关于软填料环的圈数设计问题，一般其圈数在5至7圈为宜。

③软填料的材质选择问题，其原则是：一是有一定的弹塑性，当水泵填料受轴向压紧时能有一定的补偿能力（追随性）；二是有一定的强度，使水泵填料不至于在未磨损前先损坏；三是化学稳定性高，不被流体介质腐蚀和溶胀，同时也不污染介质；四是不渗透性好，对填料的组织结构致密性要求高，对填料制作时需要进行浸渍、充填相应的填充剂和润滑剂；五是导热性能好，易于迅速散热，且当摩擦发热后能承受一定的高温；六是自润滑性好，即摩擦系数低、耐磨损。

④优化散热、冷却能力的设计。可利用如今大数据、云计算的优势，通过对大量的软填料散热设计数据，对泵软填料密封进行优化设计，使其完全符合实际散热要求。

4.2 精准控制对软填料的压紧力度

对软填料压紧力度的控制是个较为关键的措施。压紧力过小，缝隙就大、泄漏就大；而压紧力过大，又难以形成润滑液膜，将使密封面呈近乎干磨擦状态，造成填料磨损严重，密封寿命将大大缩短。因此，对软填料压紧力控制的力度较为重要，过大、过小都不行，以适当为宜，这就需要精准控制。

4.3 消除泵的气蚀并减轻腐蚀

气蚀是水力机械所特有的现象，它会使过流部件产生剥蚀破坏、加大振动和噪声、引发抽空并进而致使泵的性能严重下降。由于输送介质的温度有一个规定范围，工作人员必须对其进行控制，需要注意在泵开启之前，一定要同步开启入口阀，以防出现泵体未放空的状况。

另外，泵在抽送介质时，被抽送的介质不可避免会与密封件之间有所接触。如果被抽送的介质腐蚀性较强，那将严重影响密封件的寿命。应当选用能耐腐蚀的材质密封。此外还要做好定期保养工作，适时替换超过保养期限的密封件，并对相关零件进行清洗保养，涂以高纯度耐腐透平油，以有效减轻腐蚀引起的密封失效。

5 结语

离心泵的软填料密封具有经济、实用的优点，但其容易泄漏是其致命之处，如何尽量避免其失效，需要在结构设计、压紧控制、运行维护、保养等多方面加以研究和控制，可取得好的效果。

【参考文献】

【1】田太琳.污水泵填料密封泄漏的原因及对策[J].化学工程与装备， 2013，493（4）：178-180.