離心泵應用廣泛，是石油、化工及動力工程中必不可少的關鍵設備。密封環(huán)是離心泵中主要的密封、摩擦件之一。密封環(huán)的摩擦特性及壽命直接影響離心泵的經(jīng)濟性與可靠性。目前，一般工藝用離心泵的密封普遍采用鑄鐵或其他金屬材質密封環(huán)。由于密封環(huán)的材質直接影響密封環(huán)的摩擦特性和使用壽命，特別是大型工藝用離心泵的在實際運行工況中存在介質腐蝕及汽蝕等諸多因素。為此，有必要對密封環(huán)的有關材質進行摩擦特性、使用壽命等方面的探討。
1.密封環(huán)材質的性能
目前工藝用離心泵密封環(huán)的材質普遍采用鑄鐵HT200，其材質有較好的機械性能和摩擦特性。但工藝用離心泵往往存在介質腐蝕及汽蝕的問題。為此，綜合考慮選擇尼龍做密封環(huán)的材質。并在尼龍中填充30%的玻璃纖維，10%的二硫化鉬、石墨等，使其綜合性能提高，其材質的機械性能對比如下：
表1 機械性能
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材料名稱 |
抗拉強度MPa |
抗壓強度MPa |
抗剪強度MPa |
硬度HB |
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鑄 鐵 填充尼龍 |
24.5 156 |
73.5 90 |
24.3 80 |
190 34 |
2.摩擦特性
為了比較以上兩種材質與常用材質鑄鐵、填充尼龍對磨的摩擦特性及滑動摩擦系數(shù)，在M―200型磨損試驗機上進行了實驗測定。為保證下試樣的直徑不因磨損發(fā)生變化而影響滑動摩擦系數(shù)的計算，分別將鑄鐵作為摩擦副的下試樣，將填充尼龍作為上試樣，并與上、下試件均為鑄鐵和均為填充尼龍的進行了對比。試驗分為油潤滑和無潤滑方式進行,滑動摩擦系數(shù)如表2所示。
表2 滑動摩擦系數(shù)
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對磨材料 µ |
鑄鐵―鑄鐵 |
填充尼龍–鑄鐵 |
填充尼龍–填充尼龍 |
|||
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油潤滑 |
無潤滑 |
油潤滑 |
無潤滑 |
油潤滑 |
無潤滑 |
|
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滑動摩擦系數(shù) |
0.08 |
0.15 |
0.10 |
0.26 |
0.06 |
0.09 |
測試結果及摩擦特性曲線表明，填充尼龍與其它材質相比摩擦特性優(yōu)異，所消耗的摩擦功率少。是在一定條件下，制做密封環(huán)較理想的材料。
3.應用效果及結論
根據(jù)上述試驗結果，采用填充尼龍做密封環(huán)材質，對某化工廠生產(chǎn)系統(tǒng)中使用的大型工藝用離心泵的密封環(huán)進行了改造應用。，
3.1 離心泵的有關參數(shù)為：
介 質：水 溫 度：5~30℃
出口壓力：3.6~4.2 Mpa 結構形式：對置葉輪四級
進口壓力：0.20~0.23 Mpa 轉 速：1485 r/min
流 量：750~900 m3/h
3.2 結論
密封環(huán)采用填充尼龍材質后，離心泵運行穩(wěn)定，延長了機器的運行周期，沒有再發(fā)生因密封環(huán)失效而停車的事故。使用效果及結論如下：
(1)填充尼龍密封環(huán)使用壽命高。原機器的鑄鐵密封環(huán)平均使用壽命僅2000h，而采用填充尼龍的密封環(huán)，使用壽命達8000h以上。
(2)填充尼龍密封環(huán)摩擦特性好。有一定的自潤滑性，摩擦系數(shù)小、摩擦功率低。
(3)填充尼龍密封環(huán)耐磨性好。經(jīng)過運行一年后拆檢，磨損正常，磨損量甚微，尺寸及摩擦表面基本無明顯改變。
(4)填充尼龍密封環(huán)抗汽蝕性好。在原失效的鑄鐵密封環(huán)上可明顯地看到金屬表面的麻點及直徑不等的蜂窩狀的麻坑和許多軸向溝槽等典型的汽蝕特征，而采用填充尼龍做密封環(huán)的材質有效的避免了汽蝕。
(5)填充尼龍做離心泵的密封環(huán)，它的機械強度較高，成本低，加工成型方便。
