宋坚　徐燕峰

（浙江华义医药有限公司，浙江义乌）

　　【摘　要】IS离心泵的轴封为典型的填料密封，轴封漏水是操作人员、维修人员Z头疼的事。我公司冷冻系统冷媒输送采用江山产的IS离心泵，其轴封为盘根填料虽然该泵投资省，但在使用过程中，存在一些普遍性的缺点：如填料更换频繁，轴套磨损快，泄漏率高，等等。泄漏的氯化钙同时又污染了环境。大量的冷媒泄漏，使供应的冷媒扬程达不到工艺要求，影响车间的正常生产。

　　1　IS离心泵轴封冷媒泄漏原因分析：

　　我公司的冷媒其成份为氯化钙溶液，正常使用温度为-10～-25℃，PH为6左右，密度为1.19～1.22。泵的工作压力为0.2～0.3Mpa，流量为100m³/h，转速为2990r/min。在使用过程中，冷媒变浑浊，固体杂质增多。先是更换了多种填料，如石棉浸渍四氟乙烯填料、聚四氟乙烯编织填料，后又改机械密封，但密封效果没有明显改善。经分析认为，传统的填料轴封、机械密封失效的原因是：一是由于介质中有固体颗粒，造成摩擦力增大，轴套磨损快，固体颗粒进入机械密封的摩擦副端面，密封面逐渐被磨损。二是低落温状态下填料的弹性低。三是冷媒对轴套的化学腐蚀。为提高冷媒中轴封的密封可靠性，我们对旋转轴常用的三种密封进行了分析比较。
　　1.1填料密封
　　填料密封的密封机理为：填料装入填料腔后，经压盖对它作轴向压缩，依靠填料的塑性，使其产生径向力，并与轴紧密接触，当轴与填料有相对运动时，接触部位与不接触部位组成一道不规则的迷宫起阻止液流泄漏的作用，称为“迷宫效应”。填料密封虽然价格低廉，填装方便，但它存在如下缺点：（1）填料与轴套直接接触，且相对转动，造成轴套与填料的磨损，所以必须定期或不定期更换填料和轴套。（2）水泵运行时，填料与轴套摩擦，产生热能，产生热能，如不及时排除这些摩擦热，容易导致烧轴和烧填料，为了使填料与轴或轴套间产生的摩擦热能及时散掉，填料密封必须保持一定的泄漏量，泄漏的盐水造成能源浪费和环境污染。（3）由于冷冻盐水中固体杂质较多，盐水中的固体杂质粘附在填料中，与轴或轴套产生摩擦，加速泵轴或轴套的磨损。（4）泵轴存在少量偏移时，填料没有足够的浮动弹性时，即产生泄漏。（5）填料压紧力沿轴向分布不均匀，轴套在靠近压盖处磨损快。盘根填料的以上缺陷，需要经常对填料的压紧程度进行调节或定期更换填料。总之，填料密封自身要求不高，允许有少量液体泄漏。结构简单，但填料压紧力沿轴向分布不均匀，轴套在靠边近压盖处处磨损快，且轴套与填料的接触为面接触，轴套容易磨损。维修工作量大，对填料的安装的合理性有一定的要求。
　　1.2机械密封
　　机械密封是一种种依靠弹性元件对静、动环密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置。机械密封具有以下优点：（1）泄漏量可以限止到很小。机械密封可以达到很少的泄漏量，甚至肉眼看不见泄漏。（2）运转中不用调整。由于机械密封靠弹簧力各流压力使摩擦副贴合，在运转中自动保持接触，装配后不用像普遍软填料那样需调整压紧。（3）耐振性比径向密封好。一般在转速n=3000r/min下Z大振幅不超过0.05mm。（4）使用psV值不断提高。psV现已可达到1000Mpa●（m/s）。抗震性好。因为减震密封圈等的减震作用，所以抗震性较好。（5）结构紧凑。轴封的长度可以缩短，性能相同时，装配长度短。（6）寿命长。机械密封的易磨损部分只有密封端面一处，而这个面的正常磨损量以非常小。但在一定含固量的介质中使用寿命短，因介质中的固体颗粒进入摩擦副端面起研磨作用，易使密封面发生摩擦而失效，需采用适当的措施方可使用。（7）结构复杂、拆装不便、价格较高。在更换时要从轴端抽出密封环，必须把泵头部分（联轴器）全部拆卸。且有一定的安装技术要求。

　　1.3骨架密封
　　骨架密封的唇部回弹能力大，它的断面形状及箍紧弹簧，使唇口对轴具有较好的追随补偿性能，对泵的振动和泵轴的偏心有一定的适应性。因此，油封能以较小的唇口径向力，获得良好的密封效果。密封接触面宽度很窄，骨架密封与轴套的接触为线接触，并且接触应力尖锐分布。骨架密封的安装位置小，轴向尺寸小，不仅具有填料密封：结构简单，安装方便，成本较低的优点，还具有机械密封摩擦损耗小，寿命长，密封可靠等特性。但对轴套的粗糙度、密封面的加工质量要求较高，并且不承受高压。

　　2　改用骨架密封的可行性分析

　　由于骨架密封唇口在自由状态下其内径比轴径小，即具有一定的过盈量。当密封存装到填料函和轴套上后，密封刃口的预紧压力和自紧用的螺旋箍簧的收缩力一起加到密封存刃口，对被密封轴产生一定的径向力，弹簧在此处不仅起自紧作用，还起补偿作用，从而可以自动补偿一定范围内的磨损量和轴的偏心量，因此密封存有效性高。但是骨架密封存的使用受到压力、速度、温度等的限制。为此我们对能否选用骨架轴封进行可行性验证，经验证结果如下：

　　（1）压力：骨架密封通常在0.1～0.2Mpa压力下工作，用多只骨架密封可以满足工艺压力0.2～0.3Mpa的使用要求。

　　（2）速度：一般骨架密封存的Z高线速在20m/s左右。根据水泵轴速2900r/min轴套外径d=50mm经计算可得：V=лnd=л×2900/60×50×10^-3=7.6m/s

　　经验证速度满足骨架密封存使用条件。

　　（3）温度：冷媒温度为了-25～-10℃。

　　通过上述验证可知采用骨架密封是可行的。

　　3　密封材料的选择

　　为保证良好的密封效果，应选择化学稳定性好，具有一定的强度、耐热性、耐磨性、抗曲挠性、抗老化性好的橡胶材料。

　　综合各方面因素，丁腈橡胶在耐寒性、耐磨性、耐压缩永久变形等性能上均具在明显优势，因此决定选用丁腈橡制成的骨架密封。

　　4　骨架密封与轴密封部位的设计

　　由于橡胶本身不具有自润滑性，轴表面粗糙度对骨架密封使用性能影响很大，表面太粗糙容易损坏唇口，因此密封部位表面粗度在0.8～3.2μm以内，并对密封部位表面进行镀铬处理，便表面硬度在HRC30～40内，以提高密封效果和延长使用寿命。密封唇口的过盈量影响使用性能。过盈量太小，当泵轴偏心时将发生泄漏；过盈量太大将造成密封唇口过分拉伸，径向压力加大，磨损加剧。

　　根据唇口密封部位轴径d=55mm决定选取过盈量0.7mm此外为了保证密封装入座孔牢固可靠，密封外径对座孔直径的过盈量取0.2mm。
　　考虑到密封的耐用改进后的结构，大致有以下几点：（1）在密封腔内靠近泵盖端增加一只四氟密封套，其内壁有“反螺纹槽”，利用螺杆泵的原理，当冷媒向密封方向流动时，将受到螺纹槽的向内推力；阻止其向外泄漏。（2）采用多个骨架密封组合的密封存结构，一般3-4只。（3）考虑到氯化钙溶液具有一定的腐蚀性，密封的箍紧弹簧喷涂防腐材料，安装时在箍紧弹簧处填充钙-钠基润滑脂，隔断冷媒与箍紧弹簧的接触，延长弹簧的使用寿命。

　　5　改进效果与评价

　　5.1漏冷媒量

　　改进前，每台IS泵日漏冷媒量为200kg左右；改进后漏冷媒量大为好转，基本上为0；维修周期由原来的2周左右延长至6个月以上。

　　5.2效益核算与评价

　　（1）节约冷媒费用

　　每台IS泵年约冷媒费用：日节冷媒量×30×12×2.5=3.6万元

　　（2）设备改造费用

　　每台IS泵轴封改造费用：110元左右

　　（3）评价

　　使用骨架密封以后，IS泵轴封少有泄漏现象，维修费用及维修工作量大大降低，确保了冷媒的正常供应，消除了生产中的安全隐患。

来源：《华东科技：学术版》2015年第10期