鄭州電力機(jī)械廠 翁 凱

給水泵軸封漏水的原因分析及防治措施

鄭州電力機(jī)械廠 翁 凱

武鋼CCPP工程余熱鍋爐所使用的4臺(tái)主給水泵是鄭州電力機(jī)械廠DG250-80型鍋爐給水泵，該泵為單殼體、分段式、多級(jí)離心泵。這種給水泵轉(zhuǎn)子由兩個(gè)徑向軸承支承，軸承采用強(qiáng)制潤(rùn)滑；平衡結(jié)構(gòu)由平衡盤(pán)、平衡套及推力軸承組成，用以平衡軸向推力；軸封采用雙填料環(huán)密封結(jié)構(gòu)形式，冷卻方式為外部冷卻水冷卻。

2010年6月，根據(jù)客戶(hù)反饋和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查情況發(fā)現(xiàn)，在武鋼CCPP工程余熱鍋爐使用過(guò)程中，該泵高壓端和低壓端軸封填料均無(wú)法實(shí)現(xiàn)密封，其中1＃爐1＃泵低壓端軸封漏水嚴(yán)重，1＃爐2＃泵高壓端軸封填料每更換一次僅能有效使用5天甚至更短的時(shí)間，完全不能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；泵的填料密封冷卻水無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷卻，冷卻水管發(fā)熱燙手，填料和軸瓦處溫度升高，影響了整個(gè)機(jī)組設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

一、料密封

料密封是指將軟填料裝于填料函內(nèi)，用壓蓋壓緊，靠軸或軸外表面與填料內(nèi)表面的柱面來(lái)形成密封。由于軸外表面粗糙不平，與填料只能部分貼合，由此會(huì)形成無(wú)數(shù)個(gè)“迷宮”，將通過(guò)軸表面的帶壓介質(zhì)節(jié)流，憑借產(chǎn)生的迷宮效應(yīng)而達(dá)到密封效果。填料與軸表面的貼合、摩擦，也類(lèi)似于滑動(dòng)軸承，應(yīng)有足夠的液體進(jìn)行潤(rùn)滑，以保證密封的壽命，即所謂的軸承效應(yīng)。由此可見(jiàn)，良好的填料密封是迷宮效應(yīng)和軸承效應(yīng)的綜合。填料對(duì)軸的壓緊力通過(guò)擰緊壓蓋螺栓產(chǎn)生。由于填料是彈塑性體，當(dāng)受到軸向壓緊后，產(chǎn)生的摩擦力致使壓緊力沿軸向逐漸減少，同時(shí)所產(chǎn)生的徑向壓緊力使填料緊貼于軸外表面而阻止介質(zhì)外漏。徑向壓緊力的分布由外端（壓蓋）向內(nèi)端先是急劇遞減，后趨于平緩；介質(zhì)壓力的分布由內(nèi)端向外端逐漸遞減；當(dāng)外端介質(zhì)壓力為零時(shí)，則泄漏情況得到較大改善。

二、DG250-80型鍋爐給水泵軸封漏水原因分析

借鑒以往處理給水泵泄漏事故的經(jīng)驗(yàn)可知，導(dǎo)致給水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸封泄漏的原因，大致應(yīng)從填料、軸套和振動(dòng)等方面考慮。

1.填料方面。填料在使用一段時(shí)間后就會(huì)失去彈性及潤(rùn)滑作用。若填料的材質(zhì)不符合要求、安裝填料不正確，或填料、壓蓋、填料套、填料環(huán)等零件損壞，都會(huì)導(dǎo)致軸封泄漏。

DG250-80型鍋爐給水泵采用雙填料環(huán)式結(jié)構(gòu)，填料選用油浸石棉盤(pán)根（采用穿心編結(jié)方式，其適用溫度為200 ℃，壓力為15 MPa，線速度為10 m/s，適用于油和水等介質(zhì)），填料的材質(zhì)符合相關(guān)規(guī)定。

在該系列給水泵軸封漏水事件中，從填料函中取出的盤(pán)根已經(jīng)完全破碎，成細(xì)條狀，軸面上有摩擦痕跡。由此可以判定盤(pán)根因工況溫度較高，未能形成油膜，抱死軸面旋轉(zhuǎn)，發(fā)燒以致撕裂變形。重新更換含金屬線的石棉盤(pán)根并開(kāi)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，依然出現(xiàn)軸封泄漏現(xiàn)象。打開(kāi)冷卻水閥門(mén)后，填料部分的熱水回流，水封環(huán)無(wú)法起到冷卻盤(pán)根的作用。

2.軸套方面。軸套的同軸度不符合要求，裝填料的軸套等零件磨損嚴(yán)重或填料函與軸套等零件的徑向間隙過(guò)大也會(huì)造成泄漏。該系列給水泵軸封漏水事件中，檢查軸套表面磨損情況發(fā)現(xiàn)，其外圓跳動(dòng)公差仍然在0.05 mm范圍內(nèi)，說(shuō)明軸套沒(méi)有問(wèn)題。

3振動(dòng)方面。因漏裝或少裝填料、軸彎曲、轉(zhuǎn)子不平衡而引起的泵較長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致填料密封的嚴(yán)重泄漏。

該系列給水泵軸封漏水事件中，利用測(cè)振儀來(lái)測(cè)定漏水鍋爐給水泵運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)情況發(fā)現(xiàn)，其振動(dòng)值在允許范圍內(nèi)。

三、DG250-80型鍋爐給水泵軸封漏水防治方案

DG250-80型鍋爐給水泵流量大，揚(yáng)程高，運(yùn)行工況點(diǎn)（溫度161 ℃）和進(jìn)口壓力（0.8 MPa）參數(shù)均較高。根據(jù)對(duì)該泵的填料密封泄露原因分析，可考慮以下幾種方案進(jìn)行修復(fù)。

1.填料選用高水基盤(pán)根（適用溫度為–20～200℃，壓力為15 MPa，線速度為10 m/s，pH值為3～13）。使用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)高模量碳纖維，浸進(jìn)準(zhǔn)納米級(jí)石墨粉，可以阻止氣體/液體的滲漏。同時(shí)，加入特殊潤(rùn)滑劑，具有自潤(rùn)滑、高強(qiáng)度、耐高低溫、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)異性能，可以在有效防治軸封漏水的同時(shí)不影響其正常工作。

2.軸封形式改用機(jī)械密封。改用機(jī)械密封形式可以很好地保證密封效果，但是如此一來(lái)，泵水封體的結(jié)構(gòu)也需要改動(dòng)，需返廠重新設(shè)計(jì)加工。并且機(jī)械密封價(jià)格昂貴，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，而機(jī)組無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間等待。

3.去除水封環(huán)，添加兩道盤(pán)根。在原水封環(huán)位置添加兩道盤(pán)根，這樣，八道盤(pán)根的密封能力可以暫時(shí)解決軸封泄漏問(wèn)題，但是否能保證機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行則很難判定。

4.將軸封冷卻水更換為凝結(jié)水（其壓力比水泵進(jìn)口壓力高0.2～0.3 MPa）。重新恢復(fù)水封環(huán)的作用，使其輔助填料降溫。開(kāi)機(jī)運(yùn)行檢測(cè)，如果給水泵正常運(yùn)行，冷卻水管未出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)場(chǎng)，說(shuō)明冷卻水已經(jīng)正常工作。

綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件和方案的經(jīng)濟(jì)性等因素，可將軸封冷卻水更換為凝結(jié)水，填料材質(zhì)選用高水基盤(pán)根，盤(pán)根截取后，搭口成45°，并要在安裝前根據(jù)軸的尺寸將盤(pán)根放在特制的模具中頂壓整形；同時(shí)注意將盤(pán)根放入填料函內(nèi)，使每圈盤(pán)根的搭接處錯(cuò)開(kāi)；在開(kāi)車(chē)前需將填料壓蓋松開(kāi)，待其轉(zhuǎn)動(dòng)后再逐漸壓緊。

四、結(jié)論

按上述方案改造，泵啟動(dòng)后，工作人員對(duì)泵兩側(cè)軸封進(jìn)行檢測(cè)，軸封泄漏量為20～30 m L/h，兩側(cè)軸承溫度比較穩(wěn)定，運(yùn)行一個(gè)月后無(wú)任何異?，F(xiàn)象，修復(fù)獲得了成功。