提高机械密封在高浓度含固量介质中的使用寿命
2012-08-31
作者：胡志湘
（贵州省宏福总公司）
1993年，我总公司压滤脱水厂从芬兰LAROX公司引进了两台料浆泵，其中的机械密封使用寿命极短，多则一周，少则几个小时。自1995年4月至1996年7月，共损坏23套，其中7套芬兰产，16套成都产，计人民币约9万元。因矿浆大量泄漏，造成环境污染，浪费资源，严重影响生产，在短短的几个月时间里，由于矿浆泄漏，润滑油遭到了污染，轴承就损坏了两副。（贵州省宏福总公司）
该泵输送的介质为磷精矿，固体含量55％～60％，pH值为8～10，(质量)密度ρ＝1.6kg/m3。矿浆粒度分布：75μm58％、37μm34％、20μm18％。
该泵的工作压力为0.4～0.5MPa，温度≤70℃，运行工况：流量Q＝70L/s、扬程H＝30m、转速n＝930r/min。由于该泵是从矿浆贮槽输送到5台压滤机上，压滤机上的进浆阀门要频繁的启动和关闭，所以泵的出口压力也就有频繁的波动。
原机械密封采用双端面、静止式、多弹簧、外冲洗结构。通过解体，从多次损坏的机械密封中发现，有一个共同的症状：弹簧处沉积大量的矿浆，叶轮端动环处出现缺口。电机端的不锈钢动环进入石墨静环中。因此，我们都作了一些改进，改进后结构见图1。
图1 改进后的机械密封结构图
1.垫环；2.套；3.泵壳；4.固定螺钉；5.冷却水回孔；6.封堵液入口；7.销钉；8.冷却水盖；9.水套；10.冷却水入孔；11.螺钉套；12.固定螺钉；13.轴承压盖；14.电机端动环及其座；15.电机端静环及其座；16.弹簧；17.弹簧座；18.弹簧；19.叶轮端静环及其座；20.密封圈；21.轴套；22.叶轮端动环及其座
图1左端的塑料套2，在原结构中是没有的。改造前，叶轮和机械密封之间有一个很大的空腔A，造成大量矿浆冲击机械密封。为了减少矿浆对机械密封的损坏，改进后增加了一个酚醛塑料套2。因为酚醛塑料用水润滑时，摩擦系数极低(0.01～0.03)，PV值很高(0.53W/mm2，注：W为功的单位)，有良好的抵抗酸碱侵蚀能力，不易因温度和湿度的变化而变形。
2 冲洗结构
原机械密封采用外冲洗结构，外冲洗的目的是起冷却、润滑作用。现改为内、外冲洗相结合的结构。内冲洗的目的是进行“封堵”，减少颗粒对机械密封的破坏。根据流体力学理论，封堵液压力应比密封介质压力大0.05～0.1MPa，同时，又根据酚醛塑料需要用水润滑以及在工艺上有少量的水对矿浆相混是允许的原则，所以压力可以取较大值。
3 密封副材料
机械密封的高浓度含固量介质中使用寿命之所以短，其主要因为固体颗粒进入摩擦副端面起研磨作用，使密封面发生剧烈磨损而失效。如果颗粒沉积于动环处，动环就失去活动性。所以密封副材应该硬对硬。靠叶轮端的密封副材料改进前为碳化硅对碳化钨，改进后为碳化钨对碳化钨。靠电机端的改进前为石墨对不锈钢，现采用不锈钢对不锈钢，这样即使有少量的固体粒子进入摩擦副间，也会被坚硬的表面所磨细，不致破坏密封性能，两摩擦副宽度应相等，以免磨出沟槽，摩擦副边缘不应倒角，使颗粒无滞留之处。叶轮端的机械密封与电机端的机械密封是串联的，当叶轮端的机械密封没有损坏之前，电机端的机械密封是起密封水的作用，故电机端的机械密封比叶轮端的机械寿命长。在叶轮端密封面损坏之后，矿浆通过研磨使矿石磨得更细，电机端密封面仍然起密封作用。
4 弹簧的改变
原机械密封采用多个小弹簧，两个密封面共用一个弹簧座17，从损坏的机械密封可以看出：靠近电机端端面比压比靠近叶轮端端面的大，机械密封的端面压力由弹簧压力和密封介质压力所决定的，所以端面压力主要取决于弹簧压力，我们对弹簧作了一些改进，增加了一组弹簧18（钢丝直径为0.8mm，有效圈数12圈）并将原来的弹簧钢丝直径由1mm加大到1.5mm，有效圈数为15圈（改造前为12圈），使每个密封端面各有一组弹簧。
该机械密封改进后，经运行约5600h时，还未发现泄漏现象。实践证明，该机械密封在高浓度含固量介质中使用是可行的。
来源：《设备管理&维修》 1999年第5期
