电厂前置泵机封冷却腔室密封优化改造

电厂前置泵机封冷却腔室密封优化改造

张天硕

河北大唐国际王滩发电有限责任公司，河北省唐山市，063000

摘要：前置泵泵轴需要完全密封以防止液体泄漏，轴套伸入密封区，两侧密封各有一个机封腔室，通过机封密封轴端。由水泵的设计可知，运行时当介质温度超过机械密封尤其是内部“O”型圈承受范围，该泵设计与其配套的冷却腔室便通入闭式冷却水来冷却机封工作环境。

关键词：电厂；前置泵机；冷却腔室；密封；分析

1导言

引言：电厂前置泵作为锅炉给水的重要辅助设备，设备的健康运行是机组安全稳定的重要保障。前置泵的主要作用是提高给水泵入口的压力，防止给水泵发生汽蚀。由于前置泵的转速较低(1490r/min)，并且采用双吸式结构，因此具有良好的抗汽蚀能力。前置泵为双吸单排闭式单级离心泵，其外壳为水平中开式结构，泵的出口与入口均在泵壳的下部，有利于前置泵的检修。但中开式前置泵机封冷却腔室密封漏水时有发生，通过现场实践并结合该泵设计特点，找准泄漏原因，提出优化密封形式改造方案，确保水泵冷却腔室密封不泄漏。

2前置泵结构

2.1前置泵外壳

前置泵外壳为优质碳钢铸件，壳体的中分结合面上有一层石棉纸垫，为了减少法兰盘在压力载荷与热冲击联合作用下的变形，采用了高强度螺栓连接。泵脚与泵壳整体铸造，支撑在泵座上，泵壳和泵座的结合面接近轴的中心线，滑键的配置可以保持纵向与横向对中，并适应热膨胀的需要。

2.2叶轮

双吸式离心叶轮为不锈钢铸件，双吸式结构可确保叶轮的轴向推力基本平衡，剩余的轴向推力很小，不需要专门的轴向推力平衡装置，泵启停过程的轴向推力由自由端的双向推力轴承承担。叶轮由键固定在轴上，轴向位置由叶轮两端轮毂的螺母固定，使得叶轮定位在泵壳的中心线上。

2.3轴

泵轴是由不锈钢锻制而成，在淬火和回火前先粗加工，经切削加工至径向留有3mm的余量，然后将轴置于一垂直炉中消除应力，再进行最后磨削加工。

2.4叶轮密封环

为了减少叶轮入口的容积损失，在叶轮两侧的入口处装有叶轮密封环。叶轮密封环由两部分组成，一部分装在泵壳上，另一部分用螺钉固定在叶轮上，这样既可以起到密封作用，又能防止叶轮与泵壳的磨损。

2.5轴封

由于泵轴与泵壳之间有相对运动，为了防止泵内的水沿转轴流出，在前置泵的两侧均采用了机械密封。密封的动环与轴-一起转动，静环用防转销固定在泵壳上，动环在弹簧的作用下紧压在静环上，使动环与静环沿轴向紧密接触，从而达到密封的目的。在密封的端面上通有来源于凝结水的冷却水，冷却水兼有冷却和润滑作用。另外，机械密封的冷却套也通有冷却

2.6轴承

前置泵的端侧(远离联轴器)有两个单列圆锥滚子轴承，该轴承除了可以承担转子运行中的径向力外，还可以承担一定的双向轴向推力。在前置泵的腰侧(靠近联轴器)有一个仅能承受径向力的单列向心短圆柱滚子轴承。为使这些轴承具有良好的润滑条件而采用强制润滑方式，润滑油来自耦合器的油系统。

3冷却腔室密封泄漏的原因分析

3.1密封面加工工艺粗糙

通过现场解体机封冷却腔室发现，腔室和水泵壳体密封面非常粗糙，加工精度较差，光洁度不好，容易泄漏。

3.2紧固件设计不合理

冷却腔室通过5颗螺栓紧固，存在受力不均情况，且由于泵体设计原因，下面螺栓紧固空间有限，存在紧固力矩不足情况。

3.3密封结构设计不合理

一是密封结构设计问题。密封面与紧固螺栓设计距离太近，导致密封面较窄，有效面积较小，选用的密封件受限。该泵正常运行时入口压力达到0.8MPa,存在泄漏隐患。二是密封件选型问题。该处选用“O”型圈密封，将冷却腔室拆卸后发现，“O”型圈有硬化现象，且压缩严重，不能形成有效密封。

3.4机械密封表面腐蚀严重

异种金属在介质中往往会发生电化学腐蚀，机械密封动、静环座于固定螺栓以及弹簧所采用不同的材料制成，发生电化学腐蚀的可能性最大。再加上输送介质温度较高，电化学反应速度较快，虽然没有发现大的晶间腐蚀和区域性穿孔，但一般认为，如果运行时间更长，必然出现上述现象。

3.5机械密封动静环接触面出现磨损现象

机械密封又称为端面密封，它使依靠弹簧的弹力和泵输送液体的压力在旋转的动环和静环的接触表面产生适当的压紧力，使这两个端面紧密结合。正常情况下，机械密封端面会产生一层极薄的油膜（水膜），介质通过时，产生很大的阻力，从而阻止液体的泄漏，达到密封的目的。该前置泵机械密封拆卸后发现，端面干燥。一般认为，不可能是因为拆卸时间过长原因引起油膜或者水膜的干涸，而是在运行过程中就已经出现了油膜（水膜）破坏的情况，具体原因如下：一是热裂：密封面处于干摩擦、冷却水突然中断、抽空等，会导致密封面出现径向裂纹，从而使对偶环加剧磨损。因为前置泵输送介质的温度较高，机械密封的冷却水壶进、出水管路较细，如果出现冷却水质较差的情况，有可能引发冷却水中断，造成热裂情况的发生，加剧了动、静环密封面的磨损。二是使用中，如果石墨环超过了需用温度则其表面会析出树脂，摩擦面附近树脂会发生炭化，当有粘结剂时，有会发泡软化，使密封面泄漏量增加。拆卸机械密封时，发现动、静环表面有少许粘稠物质，可以怀疑该密封面出现了发泡现象。

4冷却腔室密封优化改造

4.1更换原有密封

鉴于原有密封面与紧固件螺栓孔存在1～2mm空隙，将原有密封面凹台向外加宽。这样不仅能够增加密封的有效接触面积，而且将原“O”型圈尺寸提高一个等级，增加了密封强度和接触面积。该位置若选用金属缠绕或者石墨等型材垫片效果更好，但由于宽度在4～5 mm的此类垫片加工工艺较高，短期内未能找到可靠的垫片加工制作单位，于是选用耐高温较好的氟橡胶“O”型圈密封。另外，将密封面进行精加工处理，提高密封面的光洁度，增强密封效果。

4.2增加新密封

根据水泵设计特点，若在冷却腔室的外圈增加一道新的径向密封，需对腔室进行开槽，对该位置机封腔室进行测厚得知，该位置冷却腔室平均厚度在9.0 mm左右，考虑腔室与水泵径向的配合间隙及冷却腔室外径，并结合“O”型圈标准尺寸（170 mm×2.65 mm），在该位置加工深度为2.4 mm，宽度2.7 mm凹型密封槽，密封件仍选用氟橡胶“O”型圈。

4.3注意事项

由于水泵运行内部介质与冷却水温差较大（介质温度约180℃，冷却水约30℃），除动静环密封外，整个冷却腔密封均为“O”型圈密封，考虑到橡胶材料的耐热温度，在设备试运转或启动时，一定要确保冷却水开启后才能进水。

4结语

总而言之，给水泵前置泵为主泵提供适当的压头以满足主泵在不同运行工况下对净吸入压头的需要，并留有一定裕度。前置泵在最小流量工况和系统降负荷工况下运行时不会被汽蚀。前置泵的主要部件使用抗汽蚀材料制成，同时在结构上考虑了热膨胀的影响。经过对水泵冷却腔室密封的优化改造，前置泵机封冷却腔室密封面未再出现泄漏情况，为同类型设备解决类似问题提供了参考方案。

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