談電廠(chǎng)循環(huán)水泵軸封裝置的改造

　　該文介紹了我廠(chǎng)循環(huán)水泵軸封填料在運行過(guò)程中出現的一系列問(wèn)題，并針對出現的問(wèn)題，提出了采用新型注射式膠泥狀填料進(jìn)行技術(shù)改造，闡述了注射式膠泥狀填料的產(chǎn)品特性、工作原理和改造工藝；通過(guò)改造，解決了影響設備長(cháng)周期、穩定運行的因素，減輕了檢修勞動(dòng)強度，取得了較好的經(jīng)濟效益。

　　引言

　　循環(huán)水泵是電廠(chǎng)的重要設備，它的作用是將大量的循環(huán)冷卻水輸送到凝汽器中冷卻汽輪機排氣。而軸封作為循環(huán)水泵的主要組成部分，在設備正常運轉時(shí)起著(zhù)重要的作用。我廠(chǎng)現有單級雙吸離心式循環(huán)水泵4臺，水泵轉速可調(高轉速為485r/min，低轉速為420r/min)，水泵軸端密封原先采用盤(pán)根填料密封形式(如圖1所示)，填料腔內裝有6道25mm×25mm浸漬碳纖維聚四氟乙烯編織盤(pán)根。在盤(pán)根之間有一水分環(huán)與泵殼體相通，用于通入密封冷卻水。密封冷卻水其作用有：一是冷卻盤(pán)根和軸套，防止盤(pán)根因摩擦發(fā)熱而燒損；二是在一定程度上起到以水密封的作用。盤(pán)根填料是傳統上被普遍采用的一種密封填料，通過(guò)對泵軸的壓緊力實(shí)現密封，具有耐熱性好、柔軟性好、強度較高等優(yōu)點(diǎn)。當擰緊填料壓蓋的螺栓時(shí)使盤(pán)根受到軸向壓縮，由于盤(pán)根填料是彈塑性體，會(huì )同時(shí)產(chǎn)生徑向壓緊使填料緊貼于泵軸表面而阻止介質(zhì)外漏。

圖1 盤(pán)根填料密封結構

1、問(wèn)題描述

　　盡管傳統的盤(pán)根填料具有一些優(yōu)點(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)卻是顯而易見(jiàn)的。我廠(chǎng)循環(huán)水泵軸封在使用盤(pán)根填料的過(guò)程中，主要出現了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

　　(1)使用壽命短，漏水頻繁。由于盤(pán)根與水泵軸套直接接觸并相對轉動(dòng)，使用一段時(shí)間后，隨著(zhù)盤(pán)根中的潤滑劑逐漸流失，盤(pán)根的磨損是不可避免的。所以經(jīng)常出現這樣的狀況：檢修期間更換了水泵盤(pán)根，開(kāi)始運行時(shí)密封狀況良好，但用不了多久，泄漏量便不斷增加，于是調整壓蓋壓緊程度的工作也逐漸頻繁，以便補償因盤(pán)根體積損耗所造成的徑向壓緊力松弛，不過(guò)這種做法也僅能暫時(shí)改善靠近壓蓋的填料與軸套之間的貼緊程度，而分水環(huán)后面填料的磨損無(wú)法得到有效補償。隨著(zhù)盤(pán)根的不斷損耗，不到一個(gè)運行周期，盤(pán)根接近失效，漏水量已經(jīng)很大了。更嚴重的是，軸封裝置離軸承箱較近，當漏水量很大時(shí)，水會(huì )進(jìn)入軸承箱內，使內部的潤滑油變質(zhì)，威脅到水泵的安全。

　　(2)軸套磨損嚴重，形成溝狀痕跡，必要時(shí)要進(jìn)行修復。由于盤(pán)根與軸套之間存在著(zhù)較大徑向緊貼壓力，長(cháng)時(shí)間使用的盤(pán)根被擠壓得很硬實(shí)，而且內部的潤滑劑不斷流失，這些情況造成填料與軸套之間相對運動(dòng)時(shí)存在著(zhù)較大的摩擦，最終導致了軸套的磨損(如圖2所示)。

圖2 盤(pán)根密封的徑向壓力分布和對軸的磨損

　　(3)現場(chǎng)更換盤(pán)根的工作較復雜，勞動(dòng)強度較大。填料腔中的盤(pán)根是里面三道，中間是一個(gè)分水環(huán)，外面再加三道。如更換外面三道盤(pán)根，可不用揭開(kāi)泵蓋實(shí)施；如更換里面三道，由于分水環(huán)很難取出，需要揭開(kāi)泵蓋才能實(shí)施，工藝復雜且費時(shí)費力，每次需2天以上時(shí)間。并且由于盤(pán)根已被壓得非常硬實(shí)，很難從填料腔取出。

　　(4)盤(pán)根與軸套之間過(guò)大的摩擦力造成了過(guò)大的機械損失，使得水泵電機有效功率降低，消耗過(guò)多電能。大約需要損耗5%～10% 的軸功率來(lái)克服軸套與填料之間的摩擦力。鑒于上述情況，為了消除盤(pán)根填料使用過(guò)程中出現的種種弊端，進(jìn)一步提高設備運行的可靠性以及降低日常維修工作量和維護成本，必須對我廠(chǎng)原有的盤(pán)根密封方式進(jìn)行技術(shù)改造。

2、技術(shù)改造

　　目前，市場(chǎng)上出現了多種新型的水泵密封方式，經(jīng)詳細調研，根據其他電廠(chǎng)改造經(jīng)驗，結合我廠(chǎng)設備的實(shí)際情況，決定將我廠(chǎng)循環(huán)水泵原有的盤(pán)根填料拆除，采用注入式泥狀填料代替。

　　2.1、新型填料簡(jiǎn)介

　　注射式泥狀填料是一種具有黏性的黑色膠泥狀密封材料，最早由一家美國公司開(kāi)發(fā)研制，它由高純度石墨、純合成纖維、聚四氟乙烯和有機密封劑四種材料按嚴格工藝混合而成(見(jiàn)表1)，具有良好的導熱性、彈塑性、耐磨性及自潤滑性。其最低工作溫度為-18℃，最高工作溫度可達200℃，最大工作壓力為0.8MPa，最大軸線(xiàn)速度為8m/s，PH值范圍為4～13，主要適用于水基介質(zhì)的密封。注射式泥狀填料在使用時(shí)需要在原軸封填料腔體前后分別裝入擋圈后形成一空腔，利用專(zhuān)用油壓填充槍將泥狀填料注滿(mǎn)空腔形成密封。

表1 泥狀填料中各組分的作用

　　2.2、密封機理

　　軟密封填料具有良好的可塑性，可均勻填滿(mǎn)填料腔室內的空隙，使填料與填料腔和軸套表面完全貼合，不容易產(chǎn)生滲漏途徑。在泵運轉時(shí)，軟密封填料中的纖維纏繞在軸桿上，隨著(zhù)軸桿進(jìn)行旋轉，連同與軸桿接觸的一部分填料形成一個(gè)“旋轉層”，此“旋轉層”對軸起到了一定的保護作用，避免了填料與軸桿的直接磨損。隨著(zhù)“旋轉層”的直徑逐步增大，軸對纖維的纏繞能力將逐步減弱，于是部分泥狀填料黏附在填料腔內壁上，形成一個(gè)“不動(dòng)層”。這樣泵軸的轉動(dòng)使處在中間的填料形成一個(gè)作剪切運動(dòng)的“剪切層”，此時(shí)相對旋轉運動(dòng)的摩擦存在于填料“剪切層”之中而不是存在于填料與軸之間。填料中的纖維使“剪切層”中形成無(wú)數微小縫隙，類(lèi)似于迷宮密封中流道，當帶壓介質(zhì)進(jìn)入填料腔后，將被無(wú)數次節流，憑借“迷宮效應”達到無(wú)泄漏密封的目的。其密封機理如圖3所示。

圖3 泥狀填料密封機理

　　2.3、泥狀填料的優(yōu)勢

　　泥狀填料密封作為一種新型的密封方式，相比于盤(pán)根式密封，主要體現出以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢：

　　(1)實(shí)現運行中極小的泄漏量。填料內外層分別粘附在軸和填料函腔，泵送介質(zhì)必須擊穿填料才可能外漏，在填料的許用范圍內達到基本無(wú)泄漏的效果，且使用壽命較長(cháng)；

　　(2)大大降低軸套等易損件的消耗。填料的“旋轉層”能始終與軸套保持相對靜止，對軸套起到了保護作用，摩擦只發(fā)生在填料剪切層內部，填料與軸套之間基本無(wú)摩擦，所以不會(huì )對軸套產(chǎn)生磨損[5]；

　　(3)由于填料混合體內的分子吸引力小，加上填料中石墨良好的潤滑作用，所以只存在細小分子間相對運動(dòng)產(chǎn)生的輕微摩擦，克服摩擦所消耗的軸功率很小，提高了泵的機械效率，節約了電能；

　　(4)由于軟填料的特殊材料的作用，摩擦系數很小，產(chǎn)生的摩擦熱量接近于零，不需要為散熱配備專(zhuān)門(mén)的軸封冷卻水，簡(jiǎn)化了系統；

　　(5)可實(shí)現在線(xiàn)檢修，當存在泄漏時(shí)，可在不停泵的情況下從注入口注入新的填料，重新實(shí)現密封，保證水泵長(cháng)周期運行，節約了維修費用。

　　2.4、改造的具體過(guò)程

　　循環(huán)水泵軸封的技術(shù)改造的實(shí)施步驟如下：

　　(1)先打開(kāi)循環(huán)水泵上半殼體，取出轉子，拆除原先的編制盤(pán)根，并去除原軸封結構中的水分環(huán)；

　　(2)拆除循環(huán)水泵兩側磨損較嚴重的軸套，對軸套進(jìn)行表面修復處理，達到要求的光潔度后復裝回轉子；

　　(3)將填料腔內壁清理干凈，在轉子兩端的軸套上各安裝兩個(gè)專(zhuān)用V形高分子復合材料密封端環(huán)組件，將轉子安裝回原位，調整密封端環(huán)位置，使水泵兩個(gè)填料腔的內、外兩側各分布一道密封端環(huán)，內側的密封端環(huán)緊貼填料腔的根部，兩道密封端環(huán)之間預留好足夠的填料空間(見(jiàn)圖4)，為防止填料的流失，密封端環(huán)接口處應吻合良好；

圖4 軸封裝置端環(huán)的布置

　　(4)將水泵原有的密封冷卻水管路拆除，在原來(lái)填料腔密封水進(jìn)水口處安裝快速接頭和球閥，通過(guò)此閥門(mén)接口可連接手動(dòng)填料注入槍?zhuān)�往填料腔中加注填料�?/p>

　　(5)將加工成條狀的泥狀填料均勻地裝入內、外密封端環(huán)之間的下半空腔中，然后按下半腔的形狀將填料堆放在上半軸上，裝填泥狀填料時(shí)盡量做到不留空隙，使泥狀填料能盡可能充滿(mǎn)填料腔空間；

　　(6)恢復水泵上半殼體，將原填料壓蓋調整平齊壓入填料腔，旋緊壓蓋螺母，使壓蓋抵住外側密封端環(huán)并有一定的壓入感，壓蓋進(jìn)入填料腔內5㎜為宜，注意不要過(guò)分壓緊；

　　(7)經(jīng)過(guò)檢查一切正常，手動(dòng)盤(pán)車(chē)感覺(jué)轉動(dòng)靈活后，便可進(jìn)行試車(chē)。

　　下面要說(shuō)一下新裝置在調試過(guò)程中出現的幾個(gè)問(wèn)題：

　　(1)循環(huán)水泵剛啟動(dòng)后出現軸端漏水現象，這主要是由于在填料腔內裝填泥狀填料時(shí)存在的少量間隙造成的，這時(shí)需要用手動(dòng)高壓注入槍通過(guò)接口向填料腔內加注泥狀填料，加注泥狀填料的速度不宜過(guò)快，以便于填料在填料腔內達到均質(zhì)狀態(tài)，并且能夠使填料中的纖維成分摩擦產(chǎn)生的熱量及時(shí)散失；

　　(2)泥狀填料在加注過(guò)程中有被甩出的情況，這說(shuō)明泥狀填料加注量過(guò)多，造成局部壓力過(guò)大，使填料被擠出，加注填料時(shí)應采用間歇式加注方式，加注時(shí)注意觀(guān)察注入槍的壓力表，表壓打到20MPa時(shí)停止加壓，等到表壓降到一個(gè)較低數值后再進(jìn)行打壓加注，觀(guān)察漏水量減小到不大于60滴/min后，便可停止加注填料；

　　(3)試車(chē)過(guò)程中出現了軸套和填料腔外殼發(fā)熱現象，可能是由于填料加注過(guò)多過(guò)快而造成的，為防止溫度繼續增高，采取軟管接入冷卻水進(jìn)行沖淋的方法進(jìn)行外部降溫，填料磨合好后溫度降為正常。

3、結論

　　#1循環(huán)水泵調試結束后一直處在運行狀態(tài)，運行幾個(gè)月以來(lái)，水泵兩側填料密封處基本上無(wú)漏水現象，水泵軸承潤滑油再未出現進(jìn)水現象，未進(jìn)行過(guò)一次檢修，技改取得了較好的效果。在此次技改成功的基礎上電廠(chǎng)又陸續對其他3臺循環(huán)水泵進(jìn)行了軸封的技術(shù)改造�？梢哉f(shuō)，注射式泥狀填料作為一種新型的密封填料，與傳統的盤(pán)根填料相比具有不可替代的優(yōu)越性，具有密封效果好、使用壽命長(cháng)、價(jià)格低廉、節能降耗等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了備件損耗和檢修勞動(dòng)強度，提高了電廠(chǎng)的經(jīng)濟效益。鑒于這種新型填料在電廠(chǎng)中的優(yōu)良表現，希望它能在電力行業(yè)中得到推廣和應用。