王澤兵

（廣州市昕恒泵業(yè)制造有限公司，廣東 廣州 510530）

近年來，由于國產(chǎn)機(jī)械密封生產(chǎn)制造技術(shù)水平的不斷提升，越來越多國產(chǎn)泵中也應(yīng)用了機(jī)械密封技術(shù)，無論是在經(jīng)濟(jì)性方面，還是在可靠性和使用壽命方面，均已經(jīng)達(dá)到了進(jìn)口水平，而且有效地降低了人們對進(jìn)口機(jī)械密封的依賴性，但是，在鍋爐給水泵中仍然存在一定的密封失效問題，為此本文就鍋爐給水泵密封失效的原因進(jìn)行分析并提出合理的改造策略。

1 給水泵的密封結(jié)構(gòu)

本文所研究的鍋爐給水泵，為中國石油吉林石化分公司煉油廠芳烴裝置熱水泵，設(shè)備編號：GA-207A/B，離心泵為意大利IDP公司所生產(chǎn)的單級懸臂式離心泵。在該鍋爐給水泵中主要傳送的物料為鍋爐水，其溫度高達(dá)240℃，流速為163m3/h，入口壓力為3.8MPa，出口壓力則為4.2MPa。

由杜拉公司生產(chǎn)的給水泵的密封，具體型號：2.25in，具體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 給水泵的密封結(jié)構(gòu)圖

2 鍋爐給水泵常見的密封失效現(xiàn)象

根據(jù)相關(guān)的資料結(jié)果顯示，鍋爐給水泵常見的密封失效現(xiàn)象見表1。

3 典型密封失效現(xiàn)象分析

（1）密封面破損后發(fā)生泄漏。在對大量已經(jīng)破損的密封面進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)動態(tài)化密封面均會出現(xiàn)環(huán)形狀的溝紋，同時，還有一部分密封面會出現(xiàn)局部變亮的情況，靜態(tài)化密封面則大多數(shù)表現(xiàn)出環(huán)狀溝紋式的里環(huán)，這些溝紋會表現(xiàn)出明顯的不均勻狀況，另外，有部分密封面會表現(xiàn)出凹坑的情況，并出現(xiàn)掃帚形狀的痕跡。有相關(guān)的研究結(jié)果表明，導(dǎo)致密封面發(fā)生磨損的原因是內(nèi)部進(jìn)入異物造成，但是，通過后續(xù)對密封面的磨損痕跡進(jìn)行分析，密封面尚未表現(xiàn)出比較大的溝痕，并且以冷凝水為介質(zhì)，非常干凈，這樣也就表明，密封面內(nèi)部進(jìn)入異物這一原因可以排除，并推測導(dǎo)致泄漏發(fā)生的主要原因，是因?yàn)槊芊饷鎯?nèi)出現(xiàn)了氣化而造成。

表1 鍋爐給水泵常見的密封失效現(xiàn)象

在對密封腔介質(zhì)高溫水中的性質(zhì)進(jìn)行深入分析后，可以發(fā)現(xiàn)，其特性如下：在常壓的狀態(tài)下，其呈現(xiàn)為氣態(tài)，只有當(dāng)壓力加大到臨界的情況下，壓力高于0.1MPa時，切溫度處于臨界的狀態(tài)下，才能以液態(tài)的形式存在，同時，溫度和壓力也是兩個不可缺少的條件，除此之外，即使處于臨界壓力以上，且溫度高于臨界溫度時，也可能會導(dǎo)致介質(zhì)出現(xiàn)氣化的情況。

（2）動環(huán)斷裂。在本次研究的鍋爐給水泵中，主要使用動環(huán)作為密封的總WC結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的構(gòu)成材料以YG6為主，當(dāng)密封表面出現(xiàn)環(huán)狀溝紋時，密封面也有可能會發(fā)生氣化的情況，在這種情況下，密封腔中的介質(zhì)狀態(tài)則為液太。當(dāng)密封腔內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)一步細(xì)化或水泵保持在抽空狀態(tài)下，密封也會保持在干摩擦的狀態(tài)，同時，因?yàn)榻o水泵的轉(zhuǎn)速比較高，也會受到摩擦的影響，而增加密封面表面的溫度，從而造成摩擦過熱情況的發(fā)生。在這種情況下，當(dāng)重新出現(xiàn)液體時，也會使摩擦副快速被冷卻，這樣就會造成過強(qiáng)的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致動環(huán)材料承受的強(qiáng)度達(dá)到最大，最終造成裂紋，形成斷裂情況。

（3）靜環(huán)承磨臺被磨平。石墨環(huán)式密封中的軟環(huán)，其成磨臺的高度，設(shè)計(jì)為：2.8mm，預(yù)期使用壽命為：10000h。但是，在實(shí)際的應(yīng)用過程中磨損速度非?？?，而且經(jīng)常出現(xiàn)被多次磨平的情況，最短的使用時間甚至可以最小化到3d，拆除被抹平后的靜環(huán)可以發(fā)現(xiàn)，與大氣相近的凈環(huán)會表現(xiàn)出碳粉沉積的情況。而造成承磨臺發(fā)生，破損的情況主要分為兩種，第一種是石墨環(huán)的質(zhì)量無法得到保證，從而降低了冷卻效果，如果在比較高的溫度下進(jìn)行密封作業(yè)，也會降低石墨的性能，最終出現(xiàn)異常磨損的情況。第二種是在密封的使用過程中出現(xiàn)汽化的情況，動環(huán)與靜環(huán)斷面中含有的液膜受到了破壞，使兩摩擦副之間處于半干摩擦或干摩擦的狀態(tài)，這樣一來，就會加劇磨損程度。

4 密封設(shè)計(jì)存在的不合理之處以及改造措施

4.1 密封設(shè)計(jì)存在的不合理之處

（1）密封端偏寬：因?yàn)樗a(chǎn)生的摩擦熱和密封端面的寬度成正比，密封端寬面比較寬，從而增加熱量，使封面的溫度升高，最終形成氣濁。（2）平衡系數(shù)較?。浩胶庀禂?shù)B比較小，導(dǎo)致密封工作時的可靠性和穩(wěn)定性比較低，非常有可能會發(fā)生噴漏的情況。（3）靜環(huán)材質(zhì)的可靠性比較低。（4）彈簧座的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)以及彈簧參數(shù)存在問題。（5）換熱器存在問題：假如換熱器的面積比較小，沖洗液的溫度時常高于100℃。（6）冷卻水線的配置不合理：與鍋爐給水泵的冷卻水線來說，經(jīng)常存在配置不合理的情況，這樣一來，不僅會增加工作路的徑長，而且在進(jìn)入冷卻器前，也會增加冷卻水的溫度，導(dǎo)致壓力大量損失，最終降低了冷卻效果。

4.2 改造方法

（1）重新加工凈環(huán)：應(yīng)該將密封面的外徑從65.3mm縮小到64.3mm，內(nèi)徑從52.9mm增加到55.3mm，這樣一來，寬度也會從最初的6.2mm縮減到4.5mm。（2）提高平衡系數(shù)：改造后，應(yīng)將平衡系數(shù)從0.685增加到0.81。（3）改善靜環(huán)材質(zhì)：使用石墨金屬銻，這樣一來，就可以提高極限溫度，并進(jìn)一步提高石墨環(huán)的耐磨性和其他性能，避免出現(xiàn)石墨環(huán)磨平的情況。（4）改造彈簧參數(shù)和彈簧座結(jié)構(gòu)：增加彈簧節(jié)距，改變彈簧做的部分結(jié)構(gòu)尺寸，避免彈簧再次出現(xiàn)被壓死的情況。（5）改進(jìn)輔助系統(tǒng)，提高熱換器的換熱面積。（6）改進(jìn)冷卻水系統(tǒng)，將冷卻水線并聯(lián)，使冷卻水可以先經(jīng)過換熱器，這樣一來，就可以縮短，冷卻路徑減少壓力的損失，從而有效提高冷卻效果。

5 結(jié)語

采用上述方法對鍋爐給水泵進(jìn)行改造后，達(dá)到滿意效果。