离心泵应用广泛，是石油、化工及动力工程中必不可少的关键设备。密封环是离心泵中主要的密封、摩擦件之一。密封环的摩擦特性及寿命直接影响离心泵的经济性与可靠性。目前，一般工艺用离心泵的密封普遍采用铸铁或其他金属材质密封环。由于密封环的材质直接影响密封环的摩擦特性和使用寿命，特别是大型工艺用离心泵的在实际运行工况中存在介质腐蚀及汽蚀等诸多因素。为此，有必要对密封环的有关材质进行摩擦特性、使用寿命等方面的探讨。
1.密封环材质的性能
目前工艺用离心泵密封环的材质普遍采用铸铁HT200，其材质有较好的机械性能和摩擦特性。但工艺用离心泵往往存在介质腐蚀及汽蚀的问题。为此，综合考虑选择尼龙做密封环的材质。并在尼龙中填充30%的玻璃纤维，10%的二硫化钼、石墨等，使其综合性能提高，其材质的机械性能对比如下：
表1 机械性能
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材料名称 |
抗拉强度MPa |
抗压强度MPa |
抗剪强度MPa |
硬度HB |
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铸 铁 填充尼龙 |
24.5 156 |
73.5 90 |
24.3 80 |
190 34 |
2.摩擦特性
为了比较以上两种材质与常用材质铸铁、填充尼龙对磨的摩擦特性及滑动摩擦系数，在M―200型磨损试验机上进行了实验测定。为保证下试样的直径不因磨损发生变化而影响滑动摩擦系数的计算，分别将铸铁作为摩擦副的下试样，将填充尼龙作为上试样，并与上、下试件均为铸铁和均为填充尼龙的进行了对比。试验分为油润滑和无润滑方式进行,滑动摩擦系数如表2所示。
表2 滑动摩擦系数
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对磨材料 µ |
铸铁―铸铁 |
填充尼龙–铸铁 |
填充尼龙–填充尼龙 |
|||
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油润滑 |
无润滑 |
油润滑 |
无润滑 |
油润滑 |
无润滑 |
|
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滑动摩擦系数 |
0.08 |
0.15 |
0.10 |
0.26 |
0.06 |
0.09 |
测试结果及摩擦特性曲线表明，填充尼龙与其它材质相比摩擦特性优异，所消耗的摩擦功率少。是在一定条件下，制做密封环较理想的材料。
3.应用效果及结论
根据上述试验结果，采用填充尼龙做密封环材质，对某化工厂生产系统中使用的大型工艺用离心泵的密封环进行了改造应用。，
3.1 离心泵的有关参数为：
介 质：水 温 度：5~30℃
出口压力：3.6~4.2 Mpa 结构形式：对置叶轮四级
进口压力：0.20~0.23 Mpa 转 速：1485 r/min
流 量：750~900 m3/h
3.2 结论
密封环采用填充尼龙材质后，离心泵运行稳定，延长了机器的运行周期，没有再发生因密封环失效而停车的事故。使用效果及结论如下：
(1)填充尼龙密封环使用寿命高。原机器的铸铁密封环平均使用寿命仅2000h，而采用填充尼龙的密封环，使用寿命达8000h以上。
(2)填充尼龙密封环摩擦特性好。有一定的自润滑性，摩擦系数小、摩擦功率低。
(3)填充尼龙密封环耐磨性好。经过运行一年后拆检，磨损正常，磨损量甚微，尺寸及摩擦表面基本无明显改变。
(4)填充尼龙密封环抗汽蚀性好。在原失效的铸铁密封环上可明显地看到金属表面的麻点及直径不等的蜂窝状的麻坑和许多轴向沟槽等典型的汽蚀特征，而采用填充尼龙做密封环的材质有效的避免了汽蚀。
(5)填充尼龙做离心泵的密封环，它的机械强度较高，成本低，加工成型方便。
