污水泵机械密封的改造方法

通常，在存在污染工艺流体的密封场合，主要采用普通的接触式双端面机械密封，两密封之间通过阻塞流体辅助系统注入压力高于被密封介质压力的阻塞流体，防止被密封介质向外界的泄漏。但在实际工程应用中，常常由于诸多原因出现故障而不能有效地阻止被密封介质的泄漏，尤其是对于输送含固体颗粒介质、频繁开停及易抽空的工艺流程泵，密封的可靠性远不如人意。某石化公司单体车间工艺装置的污水排放泵，因密封效果不理想，其泄漏成为亟待解决的问题。

1.污水泵机械密封技术参数

该泵型号为WQ30-35-7.5，其密封结构如图3-24所示。在正常工作时入口压力接近常压，出口压力为0.55MPa，输送温度为常温。采用的机械密封为双端面内装多弹簧平衡型结构，密封面内径为35.2mm，外径为44.2mm，端面宽度为4.5mm，平衡直径为36.8mm。

图3-24 密封结构示意

2.工况条件下存在的问题

（1）隔离流体压力小于被密封介质压力 为了保证双端面密封的密封功能，理论上要求隔离流体的压力必须高于被密封介质的压力0.1～0.15MPa，以防止含有一定毒性的介质泄漏。但实际工程中，隔离流体的压力不大于0.3MPa，小于被密封介质的压力0.55MPa，因此密封的使用效果并不理想。

（2）输送介质中含有大量的固体颗粒 由于污水泵是把工艺装置中排放到储罐中的各种工艺流体（包括大量的冷却水）定时输送到污水处理站进行净化处理，其中含有一定比例的杂质类固体颗粒，极易进入密封端面之间产生剧烈的磨粒磨损，使密封早期失效。若隔离流体辅助系统不能正常工作，出现隔离流体的压力小于被密封介质的压力时，固体颗粒就会进入到内侧密封的端面之间，其失效的概率大大增加。

（3）处于频繁开停状态 当污水储罐中的液体抽送完毕后，泵自动停止运行，而当储罐中液体积聚到规定液位后，泵又自动切换至运行状态。正是由于泵处于频繁的开停状态，使机械密封出现周期性的不稳定干摩擦状态，这也是密封频繁失效的主要原因之一。

（4）泵易出现抽空 由于泵处于频繁的开停状态，当储罐中液位下降到一定程度时，很容易使泵出现抽空现象，产生剧烈的振动和噪声，此现象的产生必然导致密封出现不稳定的工作状态，密封失效的可能性大大增加。

综合以上分析可以得知，普通的双端面接触式机械密封由于自身密封原理的限制以及工况条件的特殊性，难以在此环境条件下保证密封的长周期安全运行。而且，在稳定工况条件下，虽然采用双端面密封或串联密封可基本上消除被密封介质的泄漏，但密封辅助系统复杂，运行费用大增，且辅助系统的可靠性会直接影响到密封的使用效果。

3.密封结构改造

由于锥面机械密封特别适合于含有固体悬浊物的泵送设备，所以将密封面改为锥面密封，如图3-25所示。静环材料为填充聚四氟乙烯，动环材料为不锈钢，锥面喷涂碳化钨。其主要特点为；

1）锥面机械密封的动环为一锥环，其半锥角为α；静环的内径D₁为定值，随着静环的磨损，接触母线长度L的增长，静环的外径D₂也随之增大，D₂=D₁+2Lsinα。

2）密封接触面母线长度很短（稳定运转初期为0.3～0.5mm），因此接触端面内外温差小，温升低，降低了黏着磨损的程度。静环具有较大的抗压截面，压力变形小。(www.xing528.com)

3）密封套和动环都具有一定的浮动性，可使密封面始终保持良好的接触状态，介质中的悬浮颗粒不易进入密封面。

4）介质泄漏方向与其离心力方向成一定角度，对减少泄漏有利。

需要注意的问题如下；

1）密封比压p_c，它可由下式计算

p_c=p_s+p₁（K-λ）式中，p_c是密封比压（MPa）；p_s是弹簧比压（MPa）；p₁是介质压力（MPa）；K是载荷系数；λ是反压系数（可根据文献选取）。

可见，锥面机械密封的密封比压计算公式与端面机械密封是一样的。

2）设计中注意K与接触母线长度L的关系，当锥面机械密封的静环磨损后，接触母线长度L不断增加，使得载荷系数K不断减小。图3-26所示为接触母线长度L与载荷系数K的关系曲线，运转过程中，静环磨损和K值降低所造成的卸载，使密封比压p_c降低。由此而产生泄漏时，必须通过调节弹簧压缩量（弹簧加载）来维持足够的密封比压。

图3-25 锥面密封示意

图3-26 K与L关系曲线

3）弹簧比压是影响机械密封的密封性能和使用寿命的重要参数之一。弹簧比压的主要作用是保证泵在起动、运转和停车时，使密封面良好贴合；在密封面磨损及密封套产生振动和窜动时，用于克服密封套轴向移动时O形密封圈与泵体密封腔内表面的摩擦力，起到补偿和缓冲作用。机械密封在运转中，弹簧一般不再进行调整。弹簧在锥面机械密封中起着补偿密封环磨损卸载和K值降低卸载双重作用，设计中正确确定弹簧比压是保证密封性能和使用寿命的重要一环。

实践证明，锥面机械密封特别适合含有颗粒介质的密封。改造后的密封结构，密封可靠，泵在运转中基本不漏，调节维护方便。提高了密封性能，延长了运行周期，节省了检修费用。

在锥面密封中，载荷系数K为一变量，设计中必须注意这一问题。