影响机车螺杆泵密封性能的直接因素分析

影响机车螺杆泵密封性能的直接因素分析

闫磊

呼和浩特局集团有限公司集宁机务段 内蒙古呼和浩特 010010

摘要：机车风源系统的主要作用是为机车车辆提供清洁、干燥的压缩空气，由于压缩空气主要用于制动系统、受电弓、撒砂、风笛、空气弹簧等安全设备，因此，机车风源系统的稳定运行至关重要。然而，每年入夏以后，我国南方的诸多机务段均会出现风源系统故障，常见的是空气压缩机机风乳化，降低空气压缩机机风的降温、密封、润滑、降噪功能。此外，干燥器中装用的干燥剂失效后，导致压缩空气湿度、含风量、颗粒度不达标，进而导致空气管路锈蚀、橡胶密封件失效、阀类部件堵塞等问题，也严重影响机车车辆空气管路系统用风安全及行车安全。本文为研究其密封问题，结合螺杆泵机车风源系统运行情况合理选择密封技术，从而使整个螺杆泵机车风源系统的通用性和润滑性得到有效提升。

关键词：风源系统；螺杆泵；密封

近年来，随着机车牵引车辆数量的增多，供风与用风的矛盾越来越突出，出现了空气压缩机频繁启动的现象，这不仅影响了空气压缩机的寿命，也对机车的整体供风能力造成了不良影响。因此，机车智能化风源系统研究势在必行，已成为下一代风源系统的发展方向。随着风源系统的不断发展进步，螺杆泵因为占用的面积较少，运行噪音小以及节能等方面的优势，已经成为国内很多机车车辆采用的重要设备之一。

一、风源系统组成

风源系统包括:供风设备、监控主机和人机交互界面三大部分。其中，监控主机是风源系统的核心部分，主要包括监测单元、数据分析处理单元、控制单元、电源转换模块、各种接口模块;供风设备是风源系统的监控对象，主要包括空气压缩机、微风过滤器、干燥器、总风缸、连接管路等部件;人机交互界面包括显示屏、按键和各种声光报警提示设备，便于司乘人员和检修维护人员操作维护。

二、螺杆泵密封性能影响因素

1、压力因素。在使用螺杆泵的过程中，其内部的转子与周围的橡胶轴套之间一般都存在过盈问题，这样可以有效的避免原风的流动损失，但是，该问题也会导致螺杆泵的内部与密封腔之间存在一定的压差，压差的存在会使得其整体的密封性能下降，甚至可能会导致泄露问题。一般来说，该过盈量产生变化时，设备内部的转子与定子之间所受的压力将会产生直接变化，该变化将间接对设备的工作效率产生影响。要实现提高设备工作效率的目的，就必须提高设备的过盈量，进而使得设备的密封性得到提升。

2、应力因素。一般情况下，当螺杆泵受到外界应力的影响时，其内部的内衬结构将会产生变形，同时，内部的密封位置也将产生变化，在两者的配合下，从而使得设备的密封性能不受影响。但是，如果外界施加的应力输于剪切应力，且超过了橡胶的抗剪切强度，则会使得设备的内衬遭受破坏，进而导致密封性能失效。

3、设备材料因素。一般情况下，任何设备的抗变形性能都是由其组成材料所决定的，设备产生变形主要是因为组成材料的弹性模量受到一定的影响所引起的，该弹性模量的数值与设备的大小及形状无关，仅与设备的组成材料有关，当材料的弹性模量相对较大时，设备的抗变形能力就越强。但是，弹性模型相对较大的材料其硬度就相对较小。对于螺杆泵而言，如果过度追求其抗变形能力，提高材料的弹性模量，则会导致其材料硬度较低，当设备受到外界压力时，设备内部定子与转子之间的接触应力将会降低，从而使得设备的密封性能降低。

4、缺乏良好的检修技术

目前我国在用泵设备的机械密封泄漏检测工作领域中，已经研究出先进的技术，通过传感器设备与DCS控制系统，能够及时发现设备运行状态的问题和缺陷之处，合理地应对处理，但是目前部分企业在工作中未能积极引进先进的检修技术，没有结合设备的运行特点和状态，针对性使用有效的检修技术措施执行任务，无法及时借助技术措施发现设备的机械密封泄漏问题，对检修工作的有效开展造成不利影响。日常的螺杆泵运行的过程中没有按照整体设备和系统的运作特点规律制定提前性预防的检修技术方案，不能提前预防发生化学腐蚀问题、受力磨损问题等，只能在出现问题之后进行维修，导致泄漏的现象加重，不利于螺杆泵质量的维护、性能的管护。

三、提高螺杆泵密封性能的措施

1、适当增加过盈量。螺杆泵的过盈量也就是内部金属材料的转子与橡胶内衬相互间的过盈量配合间隙的尺寸，该尺寸是否合理决定着螺杆泵橡胶定子和金属转子之间的过盈量情况。只有合理的过盈量数值才能使密闭的泵体腔室相互间密封及单级承压性能，所以，对于螺杆泵具备的性能有着直接的影响。如果螺杆泵级数保持不变，过盈量会决定着定、转子相互间的密闭腔体承压，从而对举升性能产生很大影响，如果过盈量变大，那么定转子相互间的密封能力就会提升，举升压力则会相应提高。有科研人员对于最高接触压力情况对于螺杆泵体的密封圈性能的影响方面作了深入的分析和研究，把最高接触压力来对密封能力进行评价，可以得到过盈量对螺杆泵体可以达到的举升能力的影响。

2、选择硬度较高的材料。材料的变形能力主要受到材料硬度的影响，材料的弹性值和材料的变形程度成正比，正常情况下弹性模量和硬度之间理论上是具有一定联系的，弹性模量会随着材料硬度的增加而增加，所以该因素也会对螺杆泵的密封性能产生一定的影响。工作人员需要对螺杆泵摩擦副应面进行选择，要尽量选择碳化硅然作为首要材料，碳化硅可以在一定程度上提高并改善螺杆泵机械密封性能，让其更加稳定可靠，最主要是因为碳化硅密度较小，具有很强耐腐蚀性，并且其隔热效果好，可以耐高温，因此大多数工作人员都会将碳化硅作为首要材料。

3. 合理优化螺杆泵结构参数。螺杆泵的结构是影响橡胶衬套密封性的主要因素，我们采用力学对橡胶结构件进行分析的时候，为了研究中不受到不确定因素的影响，一般将橡胶材料作为不可压缩材料，螺杆泵整体就会因为极为微小的橡胶压缩从而发生改变，导致螺杆泵的整体性能会受到参数的改变而产生影响。想要提高螺杆泵的密封性能，就要对螺杆泵的整体结构进行科学合理的优化，利用现代科技信息技术，研究和开发一套螺杆泵整体机构参数调整的软件，实现对螺杆泵生产运行的实时监督，各种参数的匹配，达到螺杆泵架构参数优化的目的。

4. 严格使用先进的检修技术

检修技术的应用对螺杆泵的机械密封泄漏问题检修工作质量的提升、效果的增强起着重要的作用，因此具体工作中应结合检修工作的特点与实际情况引进先进的技术措施。使用传感器设备、DCS控制系统执行检修工作，动态化、全面性收集设备的状态数据信息，便于检修人员准确排除密封泄漏的故障问题与风险问题，及时掌握发生问题的原因与位置，尤其是在进料工作效率降低、泵体压力不足、泵体颤动问题的情况下，使用先进技术可以全面检测具体掌控，针对性地维修处理，降低密封泄漏问题的发生率。按照机械密封泄漏问题的发生特点、规律等，使用计算机技术、智能化技术等，预防用泵损坏问题，有效规避机械密封泄漏现象。

综上所述，螺杆泵实际运行的过程中受到应力因素等影响经常会出现损坏的现象，引发机械密封泄漏的问题，对整体设备的安全稳定运作产生不利的影响，因此，企业应针对性使用先进的检修方式和技术，完善日常检修工作方案内容，增强专业化程度，健全制度模式，使得检修工作向着规范化、标准性的方向进步。

参考文献：

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[2] 叶卫东, 杜秀华, 宋玉杰, 韩道权. 橡胶材料力学参数对螺杆泵密封性能的影响[J]. 润滑与密封,2018，(10):72.

[3] 李晓芳, 高建平, 周智勇. 结构参数对单螺杆泵密封性能的影响[J]. 石风机械,2019(10):77.