钛液泵轴封的失效原因及改进设计

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:4

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论文摘要：在对钛液泵原有轴封的失效原因进行分析和实验研究的基础上，筛选出适合的摩擦副材料，并提出了两种结构的改进设计方案，经生产运行试验结果证明，改进后的轴封比原有轴封寿命提高4～6倍，在保证内冲洗的条件下，其寿命还可进一步提高。

Reasons for Failure and Improve Design of Rotating Axial Seal in Titanium Dioxide Processing Pump
Dong Zongyu et al
Reasons for failure of original axial seal in titanium dioxide processing pump were analyzed.On the experimental investigation basis，suitable materials of a pair of friction components were selected，two improved design constuctions were used for industrial test，the result indicates that operating life of improved rotating axial seal is 4～6 times longer than original one.Operating life will be much longer.
Keywords：titanium dioxide processing pump，seal，reasons for failure，improve design

1前言

攀钢钛白粉厂采用浓硫酸分解钛铁矿粉的工艺路线生产二氧化钛，在其生产流程中有一系列钛液泵，由于钛液具有强烈的腐蚀性，且含有固体微粒［1］，致使泵的过流部件和密封元件受到腐蚀和磨损的双重作用而极易损坏或出现异常故障，密封元件频繁更换，并且严重污染环境。几年来，该厂钛液泵轴封的平均寿命都只有50h左右。显然，无论从降低生产成本或减少环境污染来说，这都是急待解决的问题。

2原有轴密封存在的问题

该厂各工序用钛液泵均采用FSP型耐腐蚀泵，原配置的轴密封结构如图1所示。该轴封为单端面外装、外装式机械密封。氮化硅(Si3N4)静环用压盖固装于泵体法兰上，填充聚四氟乙烯动环以过盈方式镶嵌于纯聚四氟乙烯波纹管的环形端面凹槽中。由压紧环通过弹簧座内端面将波纹管底面固定于叶轮轴上，使其随轴旋转并同时压缩弹簧，对密封端面加载。静环压盖背面上方开有径向沟槽与外接自来水管相通，以冲洗、冷却密封面外周。

图1FSP泵原用密封结构

这种机械密封虽具有结构紧凑和耐腐蚀的优点，但对于间歇操作的钛液泵，由于停车、启动频繁，停车后钛液温度降低，粘度增大，并析出硫酸钛、氧化钛等微细结晶颗粒，往往会出现以下问题而造成密封迅速失效。

(1)密封面磨损和变形严重当停车后再次起动时，钛液中析出的结晶颗粒和其它固体杂质会引起密封面的磨粒磨损，而原密封端面采用氮化硅/填充聚四氟乙烯的材料组对，二者在钛液中虽然都有较好的耐蚀性，但其摩擦磨损特性不佳，尤其是填充聚四氟乙烯，其减摩性好，但不耐磨，当密封间存在硬粒时，硬粒易嵌入材料表面，在相对滑动过程中对材料表面起切削作用，致使光洁平直的密封面出现多道沟槽状磨痕。再者，聚四氟乙烯在外力作用下极易产生“冷流”而变形［2］，特别是外流式结构，为了补偿密封环端面磨损后仍保持贴合所需的密封力，往往在初装机械密封时，有意增大弹簧压紧力，致使端面比压过大造成填充聚四氟乙烯密封环严重变形和过度磨损，这是导致密封过早失效的重要原因。

(2)波纹管的补偿性能丧失原有密封采用的聚四氟乙烯波纹管结构，其波纹断面形状为矩形且波数多，波间距小，虽然加工方便，轴向补偿性能也较好，但对于含固体结晶微粒的介质，一旦微粒沉入波纹管凹槽中就很难排出，将严重影响波纹管的轴向弹性补偿性能而导致密封失效。

(3)辅助密封功能降低外装外流弹簧旋转式机械密封结构，当采用聚四氟乙烯或橡胶波纹管做动环辅助密封时，通常依靠外加压紧力或过盈配合使波纹管尾部紧贴轴套台肩上或周向箍紧在轴套上以达到阻止流体沿轴向泄漏的目的。而动环或安装动环的波纹和头部最小内周直径与轴套之间应有一定间隙，以保证动环端面磨损后能沿轴向浮动，同时有压力的密封流体通过这一间隙进入动环密封面背部对密封端面可起自紧作用。但原有钛液泵机械密封结构上没有考虑这些问题，而且与叶轮制成一体的塑料轴套的外圆及波纹管内周的尺寸和形状精度都较差，既不能作轴向补偿，又不能使流体进入密封面背部，因此大大降低甚至完全丧失了波纹管辅助密封的功能。

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