离心泵软填料密封问题的分析与对策.pdf

运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 770引言离心泵是工业领域广泛使用的一种叶片泵。软填料密封是可靠低廉的一种水泵密封方法，在离心泵密封应用中较为广泛。为减少运转中离心泵的轴与填料之间的磨损，延长轴和填料的使用寿命，需要充分掌握软填料密封系统的特点和运行规律，为泵轴与泵壳之间提供保障。软填料密封出现问题会导致循环水泵轴封泄漏。离心泵的轴与填料之间发生磨损，径向压紧力出现不均的情况，会增加轴套的磨损和能耗。在充分发挥软填料密封系统优势过程中，设计自动补偿径向压紧软填料密封结构，最大化降低对填料带来的磨损度，轴向压紧力得到及时有效的补偿，提升填料整体密封能力。及时发现离心泵软填料密封问题，合理使用离心泵装置，不断优化升级，为泵用离心泵设备的长远发展提供保障。1 离心泵软填料密封概述离心泵是一种利用水的离心运动的抽水机械。在启动前需要使泵壳与吸水管中灌满水，然后启动电机，确保泵轴带动叶轮与水做高速旋转运动。水在发生离心运动时，会被甩到叶轮外缘，经过蜗形壳的流道流入水泵的压水管路。一般情况下离心泵在启动时泵壳应该充满液体。在电机驱动泵轴与叶轮运行过程中，一方面，液体和叶轮会进行周向运动，另一方面，在离心力的作用下，液体会从叶轮的中部抛到外边。液体从叶轮中得到压力能与速度能。液体流经蜗壳进入排放口时，部分速度能会转化为静压能。液体从叶轮中喷出时，叶轮的中心部分会形成一个低压区，和吸入液体的表面的压力形成一个压差，在一定的压力下会有液体不断的吸入与排出。在工业化操作中，当采取正压排水方式时，需要及时打开离心泵的进水管阀门。当部分大型高压离心泵运转后，为有效规避离心泵出口阀门开启困难，就需要降压启动。上述离心泵的正常启动过程，离不开软填料密封带来的辅助作用，若软填料密封存在问题，会严重影响离心泵的正常启动。而且软填料作为可靠又低廉的密封方法，当离心泵的泵轴做出旋转运动时，则会带动轴承与软填料密封之间的一个摩擦，影响软填料密封的寿命，长此以往，软填料密封就会失效。因此需要加强对离心泵软填料密封性能的研发，根据水封环的密封水量，结合带冷却室的软填料密封，积极改造结构，扩大水环，不断扩大空腔面积，在该腔体的大容积下，实现在低温环境下运行，有效提高软填料密封环的使用寿命。2 离心泵软填料密封存在问题2.1 不合理的密封结构油封结构的不合理是导致离心泵填料密封失效的主要原因。当离心泵的轴向密封存在不合理的情况，无法通过高速旋转的叶轮获得能量来提高压强，而离心泵的运行压力取决于被密封介质的渗透力和填料本身的内部结构。对于软填料函上面的油封孔，与软填料压盖位置接近时，围绕阀杆缠上三四圈装入填料函，放上填料压盖，旋紧盖母即可，由于间隔的圈数太少，则会存在离心泵在高压密封的状态下，发生外泄的缺陷。当补充添加软填料时，则会对离心泵结构下的封油环进行压注，而且应该压入到的位置处于软填料函的内部。此时的离心泵油封环与泵盖上部的油封孔发生错位，进而导致离心泵软填料密封失去了应有作用。此时，离心泵密封内的液体不能得到完全扩散，摘要离心泵是用来增加液体能量的一种抽水机械。采用密封方式为多级密封材料，选用耐热广泛的软填料，具有强大的耐腐蚀性，尤其是在水介质中可以合理地使用。胶泥状的软填料，能够帮助离心泵在运转中减少轴套磨损，降低离心泵运转后的动力消耗。为了使轴在高速转动过程中，混合软填料不被挤压摔出，就需要填充优良的密封软材料。文章主要分析离心泵软填料密封问题，并根据问题提出处理措施，旨在有效保障离心泵的长周期运行，防止离心泵出现漏水漏气的现象。关键词离心泵；填料密封；问题分析；解决对策中图分类号TH311 文献标志码A离心泵软填料密封问题的分析与对策吴明（福建福清核电有限公司，福建福州350300）运行与维护 Running and Maintenance 78 今日制造与升级 2023.6则对离心泵内的封油孔外侧的填料带来新的压力，导致软填料密封困难。同时，软填料在离心泵的安装使用中，填料环上面的对应孔需要与冲洗油孔进行契合，对软填料密封的工作带来了一定难度。2.2 侧向压力分布不均匀该故障对离心泵的软填料密封带来了严重磨损，导致密封性能严重下降。当离心泵软填料压盖施加外部压力之后，要通过轴套将软填料与离心泵连接起来。这时，两者之间会产生侧向压力，会造成软填料密封间隙的压力，在轴套的衔接中，以其轴向的形式分布，造成离心泵在运行过程中发生弯曲、扭转的现象，最终，直接影响到侧向压力降低，造成无法与被密封的油料压力对抗，使离心泵软填料密封失效。通常而言，软填料需要与压盖进行靠近，当软填料的侧向压力在运转中，能够超出被密封油料的压力时，则会导致离心泵软填料与轴套之间的阻力增大，最终离心泵产生大量的热量，导致软填料变硬，降低了弹性，在变脆中不断磨损，最终导致离心泵的工作性能下降。出现以上情况，软填料密封在离心泵的使用中，效果得不到提升，加大了填料压盖的压力，最终压盖处工作不堪重负，如此循环，最终离心泵软填料密封稳定性得到破坏。2.3 填料压盖压力失衡在离心泵的软填料函内，所需执行的次数应保证为6 10次，中部为软填料环。在具体的操作过程中，需要对离心泵的压盖两侧的螺栓箍紧，由此而产生的预压力，对其软填料进行压实。通常情况下，螺栓的预紧力是来自外在因素的控制，如果出压盖两侧的螺栓得不到压紧，增加吸入罐液面上的压力，产生的预压力是不容易掌控的，而且对于离心泵填料的侧向压力，需要通过轴向的分布进行均匀填料，然而在多数情况下，一旦发生不均匀，则会导致离心泵的密封达不到要求。尤其是离心泵油环内侧部位的软填料，一旦人工控制力度过大，则会严重磨损软填料，进而影响离心泵的软填料密封性能，用力不到位，也会导致密封的可靠性降低。2.4 密封的适应性差离心泵轴体需要通过受到的应力，即通常所认定的变应力，一旦出现破坏，就会出现离心泵的密封适应性降低，发生疲劳损坏。通常而言，离心泵软填料密封通常会选用普通的密封结构，与旋转轴之间的径向偏心量，不应超出正常范围，如果偏心值过大，将会导致泵的性能下降。在具体的设计中，需要通过对外部条件进行考虑，一旦出现不理想的状态，应该允许密封结构的径向偏心量在合理的误差范围内。但外部因素干扰较大情况出现时，旋转轴在软填料密封的位置，远远超出了允许值，直接导致离心泵软填料与轴套之间的间隙范围增大，进而导致泄漏水体量增加。3 离心泵软填料密封问题的解决对策3.1 合理与优化结构设计大功率工艺离心泵机组的优越性能指标，是指不仅要保证离心泵具有高效率、优异的抗腐蚀性能、小流量下的稳定性，还要保证离心泵有良好的工作可靠性和安全性。良好的工作可靠性和安全性主要体现在低振动、长期安全稳定运行。合理选择流道部件的主要参数，采取合理的离心泵软填料密封结构措施，主要是为了保证软填料与轴套升力流量曲线的稳定。获得优异的空化性能主要是通过设计合理的离心泵软填料参数或设计合理的诱导轮形式，以及诱导轮与软填料之间的匹配关系来保证的。在保证扬程流量特性曲线稳定和空化性能的前提下，提高大功率离心泵的效率是水力设计的主要任务。在确定离心泵软填料密封设计方案时，需要考虑如何在主要保证工作可靠性和经济性的前提下提高离心泵的整体效率。3.2 精准控制对软填料的压紧力度填料函状态下，过度的密封会出现摩擦力度的增强。针对此类情况，在处理措施中，需要对其机械密封设备的双端面实施机械密封，优化升级外在的润滑条件，积极改善离心泵软填料密封装置的性能。离心泵软填料密封过程发生的渗漏现象，离心泵需要开启或者停止，此过程会导致管径受到影响后出现堵塞，抽送介质内部水分，会进入空气，此时的离心泵软填料密封腔内会发生严重后果。借助负压效果，施加后产生的影响，确保密封断面不容易受到外在摩擦的影响，离心泵软填料密封性能也会大打折扣。在此期间，应该对材料严格控制，需要选取耐摩擦、强度和耐高温，尤其是注重抗变性能，选取优质的软填料。以上较大压力造成的密封渗漏，在处理中，需要采取的措施：其一，注重离心泵软填料密封的安装，选择结合需求设定轴套与填料之间应该承受的预紧力。其二，预紧力承受的合理范围，才能确保后续密封阶段的工作顺利，在离心泵设备软填料安装前，应该对径向量的范围进行确认，在允许的误差范围内。其三，面对高压的运行环境，需要确保离心泵软填料密封端面按照要求和规定执行，有效降低并能积极预防密封端面变形发生的概率。填料密封合适的泄漏量以液体呈滴状为宜，会保障后期的运转效果。运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 793.3 消除离心泵的气蚀并减轻腐蚀气蚀是离心泵抽水机械中的一种独特现象，它会对流道部件造成侵蚀和损坏，增加振动和噪声，导致软填料密封在性能上出现下降，并导致泵性能出现退化。但是离心泵抽水机针对输送介质的温度，有具体的范围规定，需要相关人员合理进行控制。值得注意的是，泵在启动之前，应同时打开入口阀，以防止泵体被排空。此外，当泵送介质时，泵送的介质会与密封件不同程度进行接触。如果泵送的介质存在严重的腐蚀性，直接导致密封的寿命降低。密封件应由耐腐蚀材料制成。而且应该加强后期的维护工作，对超出使用期限的密封件，及时更换，对腐蚀离心泵相关部件及时进行清洁和维护，选择高纯度耐腐蚀汽轮机油，可以降低因腐蚀导致的密封性能降低。3.4 泵轴软填料密封泄漏的防治（1）软填料的每圈长度，确保准确无误。填料需要绕在与轴直径相等的棒上切割，用来保证接口之间地衔接紧密性。相邻的填料对口应该确保错开120。软填料的径向压力应该是均匀平衡的。通常在压盖的收紧压力作用下，沿填料箱整个长度上，各圈填料抱紧轴的径向压力分布是不均匀的，由外向内逐步减少，这会影响轴隙的密封性能。软填料径向压力分布的不均匀性，与填料材质、填料断面高度、轴与填料箱壁的表面光洁度等因素有关。消除径向压力不均匀的措施有：清理轴和箱壁表面需要保持光亮的清洁程度；每圈填料需要进行预压后，方可进行装入；采取逐圈压紧的方式装填料，即装入一圈压紧一圈，随装随压。此外，安装填料时应防止带入磨粒，以免强烈磨损轴套，导致介质泄漏。（2）填料压盖收紧程度要适当，不能出现填料压偏的情况，使得压力均匀，便于逐步拧紧压盖螺栓。装配填料应确保不能预压过紧，首先应该等泵启动后，按照泄漏情况，对其压盖进行收紧，有效达到“微泄”或“不漏”即可，或者出现磨损轴套。对水封填料箱来说，以在填料箱端部形成水滴，但不超过规定量为宜。若填料磨损，收紧压盖不能减少泄漏量时，则应添加或更换填料。（3）轴或轴套接触填料应确保表面是平直、光洁的。其光洁度的范围应在7 9，轴径向跳动的距离不超出0.05 0.07mm；尤其是注重轴表面可堆焊硬质合金、或者通过渗氮处理，极大程度提高其耐磨性。液封填料箱的封液环必须对准液封管，运行中严格保持封液压力稳定，且稍大于工作压力，才能保证液封效果。否则，当封液压力降低的瞬间，磨粒会侵入填料，将持续磨损轴套而造成泄漏。（4）第一，组合使用石棉填料和膨胀石墨填料，要规避膨胀石墨填料被挤进轴隙，避免出现磨损而发生的介质泄漏；提升填料径向压力之间的均匀力度，提升密封性。膨胀石墨填料在组合使用中，应该所处的位置是中间。石棉填料用量按照实际情况设定，一般而言，不能大于全部填料的一半。第二，组合使用氟纤维一类导热系数较低的填料，规避由于摩擦热的积累带来的烧坏填料。润滑、冷却条件差的部位，需要结合导热性好的填料，如可以选取膨胀石墨或碳纤维填料进行组合装配，提升填料的使用期限。第三，面对高压密封部位，需要规避由于介质发生渗漏，可通过选择在渗漏的填料之间采取装配结构致密的适当软金属，又或者选取聚四氟乙烯垫圈来提升密封效果。（5）填料压盖、填料箱底套、封液环或轴套，在发生磨损过大的实际情况下，应该给予及时更换，有效提升密封作用。凡用膨胀石墨填料的轴封，上述零件与轴套的间隙，应控制在0.2mm 以下，防止膨胀石墨被挤入间隙，加快磨损并影响密封性能。当泵输送随介质温度下降而发生膨胀剧增的特殊介质时，如沥青、熔融尿素等，就需要阻止设备冷启动。启动时，应该及时预热，待填料上附着的介质出现熔化现象，避免盲目启动电机，用来规避由于损坏填料发生的介质泄漏。检修离心泵时，对内外封液孔道、管路、填料箱内壁做到及时清洁与维护。4 结束语离心泵软填料密封问题现象较为常见，因此，需要仔细分析离心泵软填料密封存在问题，采取合理的解决措施，确保离心泵软填料密封的性能稳定，减少不必要的损失。离心泵的软填料密封结构进行合理设计，结合需求设定轴套与填料之间均匀预紧力。参考文献1 潘东山.浅谈离心泵填料密封与机械密封的选用J.科学与信息化，2019（20）：102，108.2 林锦文.如何防止离心泵的泄漏J.纸和造纸，1987（2）：19-20.3 李勇，李俊杰，李少华，等.浅谈离心泵填料密封及堵漏技术J.氮肥与合成气，2018（10）：5-7，18.4 胡国桢，劳森，张军.革新性的水泵密封在线修复技术注入式软填料密封的原理及应用J.钢管，2002（2）：30.（下转第129页）运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 129（2）上导滑转子上部和下部百分表轴向距离约450mm，通过盘车数据计算滑转子上部和下部中心偏差约0.005mm，判断上导滑转子无倾斜。（3）盘车时机组旋转水平0.01mm/m，判断推力轴承水平无变化。综上分析，可以判断目前轴线整体呈倾斜状态，法兰处无超标折线，摆度增大现象源出自推力头与卡环之间的打磨面倾角发生变化。本次机组轴线调整可通过刮修卡环，或在镜板与推力头之间加垫方式进行处理，两种方式均为机组安装常规手段。综合考量，加垫处理方式较为便捷且节约工期，并且在之前的类似抽蓄项目成功使用效果良好，因此现场研究决定采取在推力头和镜板间加不锈钢垫片的方式进行轴线调整。通过对镜板与推力头之间加垫后的盘车数据进行分析，上导摆度0.01mm，下导摆度0.03mm，水导摆度0.065mm，远优于 gB/T85642003水轮发电机组安装技术规范中机组盘车标准。因此，此次问题主要原因：原轴线调整方式是通过手工打磨推力头上端卡环实现，存在接触面高低点不均匀和接触不好的可能性，机组投产后经过一段时间的运行磨合，在冷热循环、振动等情况作用下，接触面发生变化，并通过比例放大导致轴线摆度发生超标缺陷。4 结论由前面分析可得知，由于机组特殊运行工况产生影响使轴线发生偏移，最终导致是摆度增大。为进一步优化机组运行，可考虑对另外两种因素进行排查，即导轴承瓦温的升高（受季节影响冷却水进口水温升高导致）及转子存在的不平衡质量是导致主轴摆度趋势性增大的主因。因此提出建议如下。（1）机组上机架、下机架振动较小，上导瓦与水导瓦的瓦温50左右，下导瓦瓦温55左右，目前导轴承单边瓦间隙为0.35mm 左右，可以考虑适当收缩瓦间隙。（2）考虑到机械因素，因水力作用导致动不平衡力加剧进而使机组大轴摆度增大，此类问题主要原因是由于旋转部分受力不平衡或轴承间隙过大，建议择机对机组开展动平衡试验，降低机组主轴摆度。参考文献1 李华.某抽水蓄能电站2号机组下导摆度异常增大浅析J.水电站机电技术，2018，41（3）：46-47，51.2 张晋境，胡钦波，杜金昌，等.柬埔寨达岱水电站导轴承摆度大问题分析及处理J.水电与新能源，2018（4）：47-49.3 周清武，付烈坤，杜轩，等.某电厂水轮发电机组下导摆度异常故障诊断J.四川轻化工大学学报（自然科学版），2020（5）：83-88.4 李贵吉，叶喻萍，杜春生.某水电机组水导摆度突增原因分析及处理J.水电与抽水蓄能，2021（3）：92-98.5 李林峰，黄学然，田小波.水轮发电机组动平衡分析与案例处理J水电与抽水蓄能，2021（3）：33-36.6 瞿吉国.水轮发电机轴线摆度增大的原因分析J.数码设计，2017，6（5）：38-39.作者简介于姗（1990），女，河北沧州人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为电气工程。（上接第79页）5 陈繁荣，梁云峰.新型密封材料CMs2000在离心泵中的 应用J.化工生产与技术，2007（3）：58-59，68.6 廖明真，郭信.离心泵轴的密封J.北方造纸，1994（1）：41-43.7 陈志文.离心泵轴向密封的改进J.润滑与密封，1992（3）：46-47.8 邵峰.离心泵填料密封分析J.中国机械，2019（17）：61，63.9 吴仁荣.船用离心泵的转轴密封J.舰船科学技术，1987（4）：21-31.10 程传庆.高压离心泵用机械密封的基础研究和开发J.液压气动与密封，1993（3）：38-42.作者简介吴明（1989），男，宁夏中卫人，本科，高级工程师，主要从事机械设备维修及管理工作。