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【摘要】介绍了大型离心水泵填料密封的技术改造，运用经济分析的手法， 阐述了企业从节能人手，应用新型材料，既减轻了维修成本又为企业带来巨大的经济效益 。
【关键词】循环水泵;填料密封;盘根;
1 问题的提出
广州乙烯股份有限公司公用工程系统的循环水泵( P一 180lA/D) 4 台,担负着乙烯工程工艺设 备的循环水输送任务,为保证已经投产装置的安全运行, 确保主体装置的吹扫, 试车按计划推进 , 从而达到主体装置的成功投产, 因此, 要求该泵长周期稳定运行 。
然而,该泵自投用以来，由于盘根密封的泄漏问题，一直困扰着系统的安、稳、长生产。
按设计，盘根密封是一种有泄 漏密封，可是由于泵自身的不足，以致泄漏量少时，填料函过热，洒上水立即变成蒸汽，因此而几次停泵;泄漏调大时，0.6MPa 的水流冲向自身的轴承箱，造成润滑油乳化而润滑失效，面临烧坏轴承的危险，为此，被迫将油润滑改成脂润滑。还有，大量外漏的冷却水使泵的效率降低，能耗增加，还令周围的工作环境劣化，影响其它泵的操作，给安全生产带来潜在威胁。鉴于以上原因，对泵的密封填料进行改造。
2 技术改造的目标
(1) 通过改造，达到在无泄漏的状态下，长周期稳定运行;
(2) 把轴功率损耗从原来的10%一13% 降至 2%一3%,并降低可观的运行费用;
(3) 减轻工人的养护劳动强度，易于进行有效的保养和维护。
3 设备参数及 工作条件
3.1 设备技术参数
名称：循环水泵
位号： P一 180 1B
型号：32SA 一 10J
轴功率：752kw
流量：5070m³/h
扬程：48.5m
转速： 585r/min
密封处轴套外径：Φ180mm
原密封结构：盘根密封
盘根材质：石棉浸石墨
每处密封盘根圈数：6 圈
辅助密封系统： 泵出口自冷却
3.2 工作条件
工作介质：循环水 (清水)
工作温度：常温
排出压力：0.6MPa
4 旧密封的机理及不足
循环水泵出厂时采用盘根密封，其机理是：在泵的密封腔里，编织石棉填料装人填料函内，填料与轴、填料与填料函内壁接触面之间有一个环状微小间隙，盘根在填料函内，由于受到压紧力的作用而变形，从而填充环状间隙，阻止介质泄漏，在预紧压力传递下，由沿程阻力所致，使每个盘根圈产生 大小不等、方向相同的径向压力[1](见图 1) 。
这种径向力大于介质压力时，便阻止介质泄漏的产生。介质泄漏有三条渠道，第一条是盘根本身被介质穿透而泄漏，选择适当的盘根材质可防止这条渠道的形成。另外两条渠道是盘根与轴，盘根与填料函接触面之间的间隙，它可用填料压盖压紧力的调节来达到密封的目的 (见图l)。
盘根密封的不足是：
(1)功率损耗大，由密封机理可知，盘根对轴的压紧力而达到密封，轴要克服盘根的压紧力而旋转，为此，将损失轴功率的10%~15%[1];
(2)介质外漏及效率降低，由于自身冷却的需要，将有一定流量的介质向外泄漏，泄漏量少时散热不足，漏量大时降低泵的工作效率;
(3)盘根的使用寿命短，其设计使用寿命只有2~3个月[1]，若使用不当或压紧力过大，使用寿命还会更短，例如P-1802B泵每1~2个月就要更换一次盘根;
(4)由于“32SA-10J”型号水泵，在结构设计上存在一定的不足，在更换水封环里侧三圈填料时，要吊起泵的大盖才能做到，泵盖重达3吨左右，并且其上有42条M30的螺栓及螺母需要拆卸及回装，泵盖间还有垫片要更换，因此，更换一次盘根工作量甚大(见图2)。
注：1.压盖(HT20-40);2.泵盖(HT25-47);3.水封环(HT20-40);4.填料(油浸石棉绳);5.轴套;6.泵轴(45#);7.水封管(A3)。
5 改造方法及新密封的机理与特点
鉴于旧密封存在的弊端与不足，故对其进行技术改造 。
5.1 改造方法与新密封的机理
在现有水泵密封腔内，将原来的盘根拆去，并把水封环推进腔的前端，装人一圈石棉盘根;卸 除原有的辅助密封系统(自冷却水管) , 在密封腔的冷却水管接头处，装上带“考克”的快速接头，在密封腔的外端(与填料压盖接触处)，装上一圈石棉盘根，然后把填料压盖的螺母，将填料压盖把紧。
接着，在快速接头处，通过手动压力泵及其连接管，注入CMS200型层状剪切式填料，直至填满为止(见图3)。
注：1~6与图2一样;7.新型填料(CMS2000);8.接头;9.螺钉(A3);10.垫片。
密封机理是：注入的CMS200型填料填满密封腔内空隙，与轴接触的这部分会粘住转轴或轴套的外表面，其线性纤维与轴或轴套一起旋转，形成一转动的填料层;另一方面，粘在填料函内壁的填料静止不动，这时，转动层与不动层之间有一摩擦层。摩擦层填料既有石墨又有较短的纤维，形成既有轻微摩擦，又近似于迷宫式密封，阻止介质向外泄漏。
当停泵时，泵轴静止不动，与介质接触的这圈盘根在液体压力作用下，压缩CMS2000填料，由于填料自身的塑性及粘性将摩擦层的迷宫间隙堵住，阻止介质向外泄漏，其密封原理示意见图4。
迷宫密封是一种非接触式密封，从理论上讲，其功率损耗应接近于零。可是CMS2000填料密封在摩擦层中只是近似于迷宫密封，它有相互运动即有摩擦存在，只是填料中的石墨是一种很好的润滑剂，故该种填料要消耗轴功率的2%~3%[2]。
5.2 填料类型的选用方法
层状剪式密封填料的选型，是依据介质的特性，介质的温度及密封处轴套表面的线速度来选用，现以P-1801B泵为例，介绍其选用方法。
由泵的技术参数可知：
工作介质：清水(属中性)
工作温度：常温
密封处轴套表面线速度：
式中：D-轴套外径;n-泵的转速。
从有关资料知：CMS2000型填料的适应范围：
温度：-180~200℃
线速度：≤8m/s
所以，选用CMS2000型填料作为新的密封材料。
5.3 新密封的特点
(1)功率损耗低：新密封接近非接触式密封，其功率损耗只占轴功率的2%~3%[2];
(2)不需要冷却，无冷却水流失;
(3)可以做哦到无工作介质泄漏。对有毒、贵重介质更有积极意义;
(4)无轴套磨损，无备件积压;
(5)易维护，工人的劳动强度低;
(6)消耗量小，运行费用便宜。
6 改造前后的经济
以1台循环水泵为例，每年的运行时间平均为7650小时，泵的使用全寿命按6年考虑，对其密封改造前后的费用进行分析(见表1)。
由表1可知，使用旧填料盘根，虽然首次投入费用较低，但其设计寿命只有2~3个月，因此除了要不断进行投资外，还增加了劳动强度;而以CMS2000代替盘根作循环水泵的填料，虽然首次投入费用较高，但由于其使用寿命长，每年只需作2~3次补充加注，无需更换材料，便能稳定运行，且轴功能损耗低，第1年使用，便可节省资金34万元之多。若将广乙烯公司4台循环水泵(P-1801A/D)密封全部改造为CMS2000装填材料，1年可节省费用136万元，因此，本项目经过技术改造后，会给企业带来明显经济效益。
7 结论
设备部对P-1801B等3台水泵改造后，运行稳定，密封良好，达到预定改造目标。
若广州乙烯公司所有水泵的盘根都进行改造，将会带来巨大的经济效益。
【参考文献】
1.《密封件使用手册》，机械工业出版社
2.《CMS2000产品说明书》
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