【摘要】层状剪切式密封系统是一种技术较为先进的轴密封系统,特别是对于大型水泵轴密封,能取得良好的效果。文中对层状剪切式填料密封系统的基本原理与特点进行论述,并介绍其在尿素装置低压甲按冷凝器循环水泵上的应用情况。
【关键词】层状剪切式密封;系统循环水泵;应用
现行大型循环水泵考虑到轴封的安装检修难易程度、可靠性、价格及循环水’自身特性等因素,几乎都选用普通成型填料密封作为轴封的方式,而放弃密封性能好但价格昂贵、检修不便的机械密封,如此带来的问题是由于大型水泵的轴径大,填料腔的纵横向尺寸均较大,来自填料压盖的压紧力很难由柔性的软填料均匀的向内、向外传递到位,因而难以达到良好的密封效果,循环水泄漏严重,一般的填料密封泄漏标准(20一30滴角石n)几乎不可能长时间得到满足。
中石化巴陵分公司尿素装置低压甲钱冷凝器循环水泵(901)J/s)采用普通成型填料密封方式,轴封泄漏量在90t/月左右,不仅浪费大量的水资源,同时也使轴封的维护维修频率始终保持较高的状态。2003年开始对填料轴密封进行改造,改用层状剪切式填料密封方式后,使这一状况大为改观。
1 层状剪切式密封系统基本原理与特点
1.1 基本原理
层状剪切式密封系统的主体为纤维加强合成材料及多种添加剂的胶泥状混合物,具有高强度、自润能力、摩擦系数低、混合物分子间吸引力小的特性,在轴旋转过程中,从内层开始纤维材料会缠绕在轴上,并与轴一起同步旋转,形成一个“旋转层”,随着“旋转层”的直径逐渐增加,轴对纤维的缠绕能力逐步减弱(这是因为轴的扭力是固定的,随着力矩的增加,扭矩逐步减弱的结果),没有与轴缠绕在一起的部分纤维材料,与填料腔内壁保持相对静止,形成一个“不动层”,这样摩擦就发生在纤维材料之间,而非其与转轴之间,同时“旋转层”与“不动层”一起构成屏障,对介质起到阻挡作用,达到阻止泄漏的目的。
1.2 主要特点
与普通成型填料轴封相比,层状剪切式密封系统主要具有如下特点:
l) 密封效果好。层状剪切式密封系统的主体为胶泥状混合物,无固定形状,在填充填料腔时较易均匀的分布到腔内各处,并在水泵开启后几分钟内,通过“旋转层”的运动进行自动调节而达到均匀分布,使填料腔内各处材料均具有效密封能力(普通成型填料的密封能力沿轴向由内至外是逐步减弱的),因而总体上具有较好的密封性能,通过合适的调节,能达到完全无泄漏。
2) 不伤轴套。由于轴旋转时内层纤维材料会缠绕在轴上,并与轴一起同步旋转,二者间无相对运动,即无摩擦产生,对轴套无磨损,或者对所装配轴套的表面加工精度要求极低。
3) 无须冷却系统。普通填料由于相对运动完全集中在轴套与成型填料内侧,二者之间压紧力大,相互摩擦会产生大量热量,为防止填料烧毁,需要附设冷却系统。而层状剪切式密封系统的相对运动发生在“旋转层”“不动层”内部,径向成梯度递减方式,并且材料有自润能力,摩擦系数低,工作状态下放出的摩擦热低,无须加设冷却装置。
2 层状剪切式密封系统在循环水泵上的应用
2.1 循环水泵工艺与设备参数
低压甲钱冷凝器循环水泵型号为CEN300-250,单级离心泵,介质为蒸汽冷凝液,密度980kg/m³，运动粘度1000Pa.s，泵转速88800r/h，叶轮直径小0.3加m,轴规格小0.085mxo.735m,轴套规格小0.loomx0.1巧m,成型填料规格小0.z00nI/O.125mxo.ol3m,一次安装6根,中间加冷却水环,由泵出口管线上引冷却水从泵盖接口导人填料腔对填料进行冷却。水泵正常流量928m3/h,进口压力0.30MPa,出口压力0.46MPa,轴功率54.7kw。
2.2 层状剪切式填料材料规格与性能
材料基本规格有白色与黑色两种,考虑到循环水泵规格与介质特性,选用材料规格为白色类,由具有极高抗冲击强度与抗拉强度的高纯合成特种纤维、高纯度的聚四氟乙烯、高分子硅脂及有机密封剂混合而成,其中高分子硅脂起增加抗磨蚀能力的作用,有机密封剂则能提高层状剪切式填料材料自润及密封性能。胶泥状填料的适用温度为一40一200℃,最大工作压力1MaP,最大线速度0.17而h,pH值范围为1一13。
2.3 改浩实施
轴封的改造实施较为简单,对原轴封机械部分的改动只需将从泵线出口管至泵盖处的填料冷却水短管拆除,在泵线出口管的接口(冷却水管)处加上堵头,同时在泵盖的接口(冷却水管)处加上一个与层状剪切式填料专用加注枪管接口相配的管接头即可填料加注完毕后,亦采用堵头将接口堵住,安装轴封时,取消冷却水环,在填料腔的最内端与最外端各装一个0.100m/0.125mX0.013m的填料环(即原泵用普通成型填料),作为胶泥混合物的内外支撑骨架，防止混合物被挤出，预先通过专用枪挤压好的条状填料,则通过手工填塞在内外骨架填料环、轴套、泵盖内壁所形成的填料腔中,将填料压盖适当压平、压紧即可。此时将专用填料枪接到泵盖的接口上,按水泵操作规定开启水泵,观察泵运行5一10min后,胶泥状混合物的自动调节、内部剪切层的形成基本结束,根据泄漏情况用填料腔缓慢补加填料,直到完全无泄漏。层状剪切式填料的安装简图如图1)
2.4安装、维护与维修特点
层状剪切式填料密封系统在工作原理与结构形式上,与普通成型填料有着根本的区别,相应其在安装、维护、维修等方面,经过将近两年时间的实践与摸索,总结出如下几个要点:
l)填料初装时,应使填料处于偏松状态,冉根据填料泄漏程度适当压紧填料压盖或用专用腔补加填料(补加作业要点同2.3)逐渐调整至无泄漏,并且填料腔处温升高出介质温度5一10℃为宜,以避免过烧现象。
2)使用一段时间后,轴封发生泄漏时,一般不通过调紧填料压盖的方式来消除泄漏,而采用填料腔补加填料的方式来进行维护,补加采用少量多次的办法,每加一次要有数分钟的停顿,观察运行情况,决定是否继续补加直至无泄漏。这是由于胶泥状混合物加人填料腔后,一开始纤维成不均匀分布及无序排列状态,在旋转轴的牵引力作用下,逐渐自我调整至能起有效密封作用的稳定“旋转层”的。因此采用少量多次的补加填料方式,避免过量填料挤压过紧而局部烧毁,而补加填料较紧压盖方式对原“旋转层”的影响小,有利于新的无泄漏“旋转层”在短时间内的形成。
3)工艺状况发生较大变化或为满足工艺倒泵运行,常会将泵停运一段时间,此时原有的“旋转层”遭到破坏,有效密封“旋转层”须在泵运行一段时间后才能重新形成。因此,重新启动泵时(倒泵时),轴封出现泄漏不应立即采取维修措施,而应观察一段时间后才作出决定
4)水泵其他故障检修拆卸填料时,常发现胶泥状填料在使用一段时间后发硬,只要纤维未出现脆性,可通过在润滑油中浸泡2一3h,使其“再生”后使用,并不影响其密封性能,可使层状剪切式填料达到最大限度的使用周期。
2.5 应用效果
使用初期,对层状剪切式填料密封系统认识不足,基本参考普通成型填料的处理方式:一旦发生泄漏即进行维护维修、补加填料,填料发硬即进行更换等,因此尽管轴封泄漏量明显小于普通成型填料密封方式,但其繁琐程度及运行费用都远远高于普通成型填料密封方式〔经反复比较试验,逐步掌握其特性与运行规律后,其优势才得以显示出来:能长周期地完全无泄漏、免维护,一般3一4个月补加一次填料,整体更换则约为每年一次。
3结束语
l)层状剪切式填料密封系统具有解决水泵特别是大型循环水泵的轴封泄漏问题的能力,能长时间的完全无泄漏运行,减少循环水的流失浪费和轴封的检维修工作量;无须冷却系统,降低能耗;对轴套无磨损,节约设备费用。
2)应用层状剪切式填料密封系统时要充分掌握其特性与运行规律,合理的安装、维护、检修,才能最大限度发挥其优势,实现轴封改造目的。
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