【摘　要】 针对现场问题，对配用机械密封的杂质泵轴封腔体后护板结构进行了分析，并通过几种改进方案，不断提高后护板及机械密封的使用寿命。

　　【关键词】 杂质泵 机械密封 后护板 结构

　　一、前言

　　泵内流体和泵外大气之间存在着压差，流体沿着轴和壳体间的间隙向外泄漏，为此需设密封装置。机械密封具有无泄漏、寿命长和消耗功率少等特点。由于在一些工况输送的浆体具有腐蚀性，所以在一些对泄漏要求较高的行业都采用密封效果好的机械密封。（相关阅读：强腐蚀、高温、高压、低温介质下，机械密封如何选型?）

　　集装式机械密封具有拆检方便、使用可靠以及装配精度高等优点，在渣浆泵、脱硫泵等杂质泵配套的轴封形式中普遍被采用。集装式机械密封的摩擦副需要通过浆液冷却润滑。为了提高集装式机械密封的使用寿命，密封腔体设计成大空间敞口式、外装配结构型式，不仅能很好地对机封摩擦副起到冷却润滑作用，而且设备停止运转时，浆液完全排出，不在密封腔部位产生堆积，避免浆液流动不畅或浆液沉积，因而不会直接导致摩擦副温度升高并加快损坏。

　　二、出现问题及原因分析

　　配用集装机械密封的杂质泵结构如图1所示。泵在使用过程中，不同程度地出现了后护板个别部位及机封静环座冲刷严重，造成使用寿命短，更换备件频繁的问题，尤其是输送高密度浆液或者泵转速较高的情况，磨损情况尤其明显。

　　某氧化铝厂脱硫系统中使用的500DT脱硫循环泵，输送浆液介质为石膏浆液，固体含量15%～30%，最大密度为1.22kg/m3，通常密度为1.15kg/m3，泵最高转速743r/min，在运行2个月后，出现机封漏浆情况，检修后发现，后护板及机封静环部件磨损严重，具体磨损情况如图2所示。

　　通过分析认为：由于渣浆泵、脱硫泵等杂质泵输送的浆液中一般均含有一定比例的固体颗粒，当泵在高转速运转时，密封腔内的固体颗粒将随叶轮的后盖板、机械密封动环部件做高速旋转圆周转动，对机械密封静环部件、密封腔内壁将产生严重的磨损和冲刷。敞口结构后护板处的流动如图3所示，可以看出，浆液在后护板处随着叶轮旋转而具有旋转分量，在后护板空腔内不停旋转，对后护板及浸没在浆液中的机封部件进行冲刷，导致失效过快。

　　三、后护板结构改进

　　为解决上述问题，对后护板的结构进行了几种改进尝试，并通过试验及在用户现场实际应用，比较各部件的磨损情况及使用寿命。

　　1. 调整后护板敞口尺寸与叶轮背叶片尺寸从图4可看出，当后护板敞口尺寸D 1大于叶轮背叶片直径D 2时，叶轮背叶片旋转带动了浆液旋转，会直接带动后护板空腔里面的浆液一起旋转，对后护板腔体造成冲刷。将D 1与D 2调整到合适位置，使D 1≤D 2，这

　　样可降低由于叶轮背叶片引起的浆液旋转。应用于现场后，有一定的效果，但对于转速稍高一些的泵型，则磨损还是较快。可见，此方法可以消除背叶片直接带动浆液旋转带来的冲刷，但叶轮旋转引起的浆液流动旋转则依然存在，而且由于叶轮旋转引起的冲刷占主导地位，所以效果不太明显。

　　2. 调整后护板敞口角度

　　浆液在后护板敞口结构带压力旋转的情况，类似于浆液在旋流器中的流动特点，浆液旋转的切向速度随着旋转半径的减小而逐步增大，并且切向速度与锥角和长度都有关系。在长度一致的情况下，锥角越大，切向速度变化越明显，锥角φ≤20°时，切向速度变化平稳，基本保持恒定。由于部件的磨损与速度的关系很大，一般是与速度比值成几次方的关系。

　　针对此情况，将密封腔设计敞口角度减小，降低切向速度，同时设计成双角度结构，促使含有固体颗粒的浆体旋转位置发生变化，减轻对机械密封静环部件的磨损和冲刷，结构如图5所示。

　　改进后，直接在500DT原磨损泵位运行试验，各项参数都不变，结果显示，原后护板及机封使用2～3个月就需要更换，现在运行8个月，后护板磨穿漏浆，寿命提高了近6个月，且机封座部件磨损轻微，此次改进表明使用效果良好，很大地改善了运行情况(见图6)。

　　3. 后护板加设固定导叶

　　由于对后护板产生磨损的根源是浆液在腔体中的旋转，所以为了阻止浆液在腔体内高速旋转，在以上两种改进的基础上，在后护板腔体内壁上加设了稳流导叶，对浆液起到防旋作用，阻止浆液高速旋转，减少对密封腔和机械密封静环部件的磨损、冲刷。根据不同泵型后护板尺寸及锥度不同，稳流导叶数量取3～6个，导叶隔板长度设计略小于敞口长度，高度依照锥度变化，如图7所示。

　　a)结构图 b)模型图

　　1—机械密封 2—稳流板 3—后护板 4—叶轮

　　在原泵位更换加设稳流导叶后的后护板运行，使用8个月后拆检，后护板磨损轻微，机封无磨损，还可以继续装机使用，此结构改进达到了预期的效果，大大延长了使用寿命。使用8个月后磨损情况如图8所示。

　　四、总结

　　通过加设稳流导叶的结构，能很好地改善杂质泵配用集装机封时后护板及机封座部件磨损快的情况，同时要充分考虑后护板敞口与叶轮背叶片的径向尺寸以及后护板敞口角度取值，使用效果更佳。此方法可应用于各种杂质泵密封腔体部位，可广泛应用于电力、化工、脱硫、冶金、石化、矿山和氧化铝等行业。该方案的采用，可大幅度地提高泵件及机封使用寿命，降低检修频率，很好地保证生产正常运转。

　　参考文献

　　[1]关醒凡.现代泵理论与设计[M].北京：中国宇航出版社，2011.

　　[2]彭荣任，丛桂芝，白守义，等.重介质旋流器选煤[M].北京：冶金工业出版社，1998

　　文章来源：石家庄工业泵厂有限公司 (河北石家庄 050100) 路春谦

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