汪连成

（山西煤矿机械有限责任公司，山西 太原 030031）

引言

泵是各领域使用最广泛的通用机械之一，图1为某工业现场泵组系统布置图，其品种、规格繁多，而绝大多数类型的泵存在一个共性问题——“泄漏”。泵的泄漏损失，包括叶轮密封环、级间、轴向力平衡机构三种泄漏损失，其泄漏损失的高低不仅与设计制造有关，更与其工作运行方式及后期管理密切有关。其特征之一是泵连续运行一定时间后，由于各部件之间摩擦，间隙增大，容积效率降低，磨损量L=F(S)，S为设备的有效运行时间；其特征之二是在冲击载荷作用下，磨损量L=G(M)，M为设备运行时所承受的冲击载荷，磨损量L在冲击载荷的作用下会加速磨损。本文拟以增强密封为出发点对大型工业离心水泵节能管理进行研究和探讨。

图1 工业现场泵组系统布置图

1 现状

现在绝大部分流体机械采用的密封方式依然是填料密封，填料密封原理如图2所示。

图2 填料静密封原理图

填料装入填料腔以后，经压盖螺丝对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，填料的塑性使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”；而未接触的凹部形成小油槽，有较厚的油膜，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，此称“迷宫效应”，这就是填料密封的机理。显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良或压得过紧都会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和严重磨损。

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。显然，这样经常挤压填料最终将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。这种密封的机理是静密封，允许磨损裕量小，而且填料密封磨损量和泄漏量之间有图3所示函数关系：

图3 静密封时磨损量与泄漏量之间关系图

其特点由图3可知，随磨损量增加，密封效果会指数级劣化，基本上是磨损一开始密封性就下降了，言外之意，泵工作寿命期内其效率图与此图基本一致。其管理特征是建立在维修工不断维护及更换填料的基础上，言外之意设备只能在间歇状态工作，磨损裕量极为有限，超过此极限其性能将会发生“悬崖式”下降，该设备的特征是无故障运行时间短，需要专门的在线维护力量才能保证泵运行于额定工矿效率下，否则将经常工作于低效率状态，免维护工作基本不能实现。

2 新式密封的机理及机械密封的特点

1）泵采用的机械密封一般为平衡型双端面专用机械密封，配有冷却水短管、压力表。图4为机械密封原理图。

2）泵采用的机械密封一般出厂时已安装调制好，用户可不再进行调试。

3）机械密封部分有两个外露管接头，分别为轴封水的进口和出口，其中与泵出口在同一侧的为出水口，另一侧为进水口。

4）机械密封泵使用前，须先接通轴封水，停泵3分钟后方可关闭轴封水。

5）向用户提供机械密封备件时，厂家一般将机械密封装于填料箱内，作为成套件供货。

6）装有机械密封的泵和机械密封备件长期不使用时，机械密封部分应加注满N46号机械油，以防止机械密封部件生锈或内部橡胶件失效。

图4 动密封—机械密封原理图

为了提高低比速泵的效率，对1台8Dy-100单级流程泵进行了一系列试验。试验研究表明：影响低比速泵效率的主要因素是圆盘摩擦损失。为此，把叶轮前口环间隙密封改为机械密封，泵总效率提高1.8%；把叶轮后口环间隙密封改为机械密封，泵总效率提高2.8%。把后口环改为机械密封，基本上消除了泄漏和口环以下后轮盘摩擦损失，提高泵效率，还能够平衡轴向力，取消轴封装置。

3 有效提高机械密封工作性能的技术手段

动态密封技术作为一种新型的先进的密封技术，在流体机械领域取得大家一致认可，与静态密封工艺比较，在寿命和适应性上有质的飞跃，使得泵类机械实现了免维护、高效率运行和长时间无故障运行三者的统一，但是在冲击载荷频繁的场合，动态密封磨损加剧导致的失效事故也时有发生，成为动态密封的主要失效形式。针对泵类流体机械冲击载荷的产生机理和特点，笔者提出采用软启软停技术避免气蚀现象和水锤现象的发生，这样就从根本上避免或减少了冲击载荷对泵动态密封的冲击破坏作用，使得泵无故障运行时间显著延长，机械密封与泵的工作寿命基本一致，而且保证了泵在整个生命周期内其效率曲线始终运行于高效区间，使得泵运行状态的管理进入一个新的水平，泵类设备工作效率大幅提高，节能效果明显。

4 结语

以系统的观点重视和解决离心泵的密封问题是提高泵类流体机械工作效率的有效途径，动态机械密封将泵的运行磨损状态大大改善，但是泵的高效运行和无故障时间的保证与泵的工作状态密切相关，通过软启软停技术的使用使得泵冲击载荷和气蚀现象发生的物理条件大大改善，泵工作在平稳可控的工作状态下，这样就为泵类流体机械运行于高效可靠的工作状态提供了可靠的技术平台，彻底解决了泵类流体设备效率低、维护量大、能耗高等制约业界多年的难题。