浅谈循环水泵填料密封的改进
随着石油化工和密封技术的发展，对流体动密封的密封性和可靠性要求更高、更严，而水泵的填料（盘根）密封系统存在着泄漏、磨损轴套，使用寿命短和能耗大等问题，水泵的密封对整个设备运转来说起着重要的作用，如水泵的密封系统泄漏将会严重影响到设备的正常运转。如何选择合适的水泵填料，减少泄漏率，降低成本呢？我车间有循环水泵8台，均采用普通盘根密封，经常出现泄漏，每年维护成本较大，我们利用5#，6# 循环水泵做试验，采用一种新型软填料（CMS-2000 ），通过多年来运行，确实做到了无泄漏，低维护量，并且能耗明显降低，取得了显著成效，现在我们在进一步探讨如何将此软填料推广运用到所有循环水泵上。
一、填料密封的工作机理
在机械行业中填料密封主要用作动密封，常用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机的转轴密封。在填料密封的设计选择上，我们主要以机械设备的工作条件作为主要考虑因素。选择填料时我们主要看是否具备这几个条件：有一定的塑性，在压紧力作用下能否产生一定的径向力并与紧密轴接触；是否有足够的化学稳定性，不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面；填料是否自润滑性能良好，耐磨，摩擦系数小；轴存在少量偏移时，填料是否有足够的浮动弹性；制造是否简单、填装方便。
因此，我们需要经常对填料的压紧程度进行调节，使填料中的润滑剂在运行一段时间而有所流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。当然这样经常挤压填料，最后将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。
二、盘根填料在水泵使用中存在的问题
水泵的轴封一般采用油浸石棉盘根或油浸棉纱盘根。油浸石棉盘根具有耐热性、柔软性好、强度高等优点，但它也有致命的缺点：编结后表面粗糙、摩擦系数大、有渗漏现象，另外使用久了浸入的润滑剂容易流失。浸油棉纱盘根在水中长期浸泡会变得很硬，而且由于膨胀系数大，摩擦力较大。在实际生产中，经常出现这样的状况：新修好的设备，开始运行时轴封状况良好，但用不了多久，泄漏量便不断增加，调整压盖和更换填料的工作也逐渐频繁，运转不到一个周期，轴套就已磨损成花瓶状，严重时还会出现轴套磨断，并且水封环后面更换不到的盘根均已腐烂，无法起到密封作用。
我们在用盘根填料，发现其具有3个缺点：
1、盘根填料与轴直接接触，且相对转动，造成轴与轴套的磨损，所以必须定期或不定期更换轴套。
2、为了使盘根与轴或轴套间产生的摩擦热及时散掉，盘根密封必须保持一定量的泄漏，而且不易控制。
3、盘根与轴或轴套间的摩擦，造成电机有效功率降低，消耗电能，有时甚至达到5％－10％的惊人比例。也就是说：从填料密封的原理来看，流体在密封腔内可泄漏的通道有三处：其一是流体穿透纤维材料造成泄漏；其二是从填料与填料箱体之间泄漏；其三是从填料与轴表面之间泄漏。因此防止水泵泄漏最为关键的措施是：合理选择密封填料，设计合理的密封腔体，调整适当的密封压紧力。
三、组合软填料密封的设计
CMS2000填料填补了这些缺点，有着盘根无法比拟的优势，填料腔体内填充的是一种优良的密封软材料，它耐热－18℃－200℃，最大压力0.7Mpa，最大线速度8m/s，耐腐蚀性强，适用介质PH值范围4－13，主要适用于水介质。这种软填料状态为胶泥状，摩擦系数低、混合体之间分子吸引力小。
1、材料组成
黑色CMS2000由纯合成的KEVLAR纤维、高纯度的石墨、PTFE、有机密封剂四种不同的材料混合组成。其中，KEVLAR纤维是美国杜邦公司的产品，主要用于生产防弹衣的一种人工合成的特种纤维材料，这种材料的最大特点是具有极高的抗冲击强度和抗拉强度；高纯度的石墨是美国赤士盾公司在特殊的生产条件下，如真空状态下，生产出来的产品，能减小其内部的摩擦，其含有的高分子硅脂主要是为了增加CMS2000的抗磨蚀能力；PTFE为聚四氟乙烯的英文缩写;而有机密封剂是由美国赤士盾公司的专业工程技术人员研制的，专门用于CMS2000的一种获得专利的纯合成液体，能有效保证CMS2000良好的密封性能。
2、工作原理
CMS2000利用该产品分子之间极小的吸引力和产品与轴或填料腔内壁的磨擦力形成剪切分层面。在轴的运动过程中，其中部分产品中的纤维缠绕在轴上并随轴同步旋转，形成一个“旋转层”，随着旋转层的逐步增大，轴对纤维的缠绕能力逐步减小，没有与轴缠绕的部分材料将与填料内壁保持相对静止，从而形成一个“不动层”，这样就形成了动密封的两个基本组成部分。密封面形成在材料之间，而不在材料与轴之间，从而达到消除轴套磨损及节能的效果。
3、与传统密封形式比较
1）不会对轴套造成磨损，不需要更换轴套。普通的填料密封,因为轴套与填料之间有相对运动产生，所以轴套会被磨损， 需要我们经常更换轴套，同时填料也因为磨损造成泄漏，也需要更换，一般来说填料被磨损了10%-15%就需我们进行更换了。以5＃泵为例，该泵以前使用盘根，由于轴套磨损严重，每年大修两次，维护工作量较大,使用该填料一年后，检修时发现轴套无明显磨损。同时，由于取消冷却水管，无冷却水泄露。使用该填料多年来，未发现明显泄露。减少检修工作次数。
2）不需要对设备进行更改即可安装。我们可以利用原设备上原有的压盖、原有的轴套（已磨损的轴套亦可）、原有的冲洗或不冷却水注入通道即可。安装简单，不需要对维修人员进行复杂的技术培训。
3）可在线修复，维修劳动强度低。普通的填料密封在失效时，需要维修人员将设备停机，将填料取出后再进行安装, 这样会造成停机损失。CMS2000在维修时可在设备的运动状态下，将注入口打开，接上注入系统后，将材料注入即可重新实现有效的密封，避免了停机损失的产生。
4）避免电力的无谓损耗。普通的填料密封的密封力的来源于压盖将填料的轴向压力而造成的填料的径向扩张力（即填料对轴的抱紧力），这就使得轴必须要克服这种密封力（抱紧力）才能进行运动，轴就必须消耗较大的功率，造成无谓的电力消耗。CMS2000材料的组成为摩擦系数极低的非金属和液体，再加上材料为混合体，分子之间的吸引力很小，轴在运动时不需要克服较大的密封力即可，这就意味着轴功率不会有无谓的消耗。
5）不需要冲洗或冷却。普通的填料密封因为填料与轴套之间产生较大的磨擦热，所以需要采用冷却水来冷却,这样就造成了冷却水的消耗。CMS2000因为磨损区域在材料之间，可以产生的磨擦热较小，不需要采用冷却水系统来冷却，避免了冷却水的流失，也减少了污水处理装置的工作压力。
6）无规格的限制，可大大减少库存。CMS2000为胶泥状物，可根据填料腔容积的大小来决定CMS2000的装填量，作为维修备件库存量可以大大地降低,节约了企业的备件库存，即降低了资金的占用量。
四、经济性分析
以5号泵6sh-9型为例
轴套外径ф60，盘根规格10mm*10mm，填料腔长度L=75mm，原用碳纤维盘根，每年检修两次，原因为轴套磨损（有时伴有轴磨损），每年大概更换盘根四次。
1、从节省能耗考虑
以5号泵为例，该泵为6SH-9型。运行参数为：电机额定功率37KW，运行电流203A~204A。改造后运行电流为198A~200A，下降幅度约为2.5%。
每月节电费用：37*2.5%*720*0.5=333元 则一年为3996元。
而一年所用填料金额为（该填料设计寿命为5年，可反复使用）
CMS2000价格：3.00元/ml
密封腔容积为：π/4 *（802-602）*(0.075-0.02)=120ml
故一次安装CMS2000的价值为:120ml*3 元/ml*2=720元
考虑使用CMS2000填料对电能的节约，安装成本较为经济。
2、从降低检修成本考虑
每年由于轴套磨损检修两次，其中轴套，盘根更换及人工费用约为400元/次，则一年费用为800元。
从以上成本经济性分析可以看出,长期使用CMS2000，在无泄漏的基础上，将能起到良好的密封效果，更能降低生产成本，提高生产的综合效益。
