高壓熱水泵的密封結構設計

杜志強 朱云龍 蘇璟琛

高壓熱水泵的密封結構設計

杜志強 朱云龍 蘇璟琛

（沈陽鼓風機集團有限公司 遼寧沈陽 110869）

高壓力熱水泵的密封在國內應用較為廣泛，是確保熱水泵可靠性的關鍵。本文通過分析高壓熱水泵密封的設計過程以及密封結構，針對普通機械密封存在的問題提出了幾點技術改造措施。在高溫、高壓的條件下，為促進熱水泵的技術發展與提升高壓熱水泵的密封提供理論參考。

高壓；熱水泵；密封；結構

在常溫、常壓狀態時對密封性能要求不高，傳統的水泵密封是使用軟填料作為密封材料的。但是在高溫、高壓的條件下，其結構在使用的過程中存在著易磨損、密封穩定性差等問題。加上其本身容易氣化并且在密封端面之間的壓力和摩擦熱的作用下，極度影響供水效率。在機械密封的滑動端面難以維持穩定的液體膜使得密封端面處于干摩擦狀態，經常損壞。本文著重針對這些問題進行分析，從而解決此類密封的設計問題。

1 高壓熱水泵的機械密封特點

過去經常使用的水泵填料是普通浸油麻絲軟盤根，為了滿足工藝上的需要即在一定的溫度之上，需要采取高效的改進措施。較高的壓力使端面摩擦力增大，使用壽命不到600h并且需要經常維修和更換。尤其是泵啟動的瞬間對密封各部件結構的強度要求很高，壓蓋通過壓蓋螺栓軸向預緊力的作用使盤根產生軸向壓縮變形。對溫度變化極為敏感，引起盤根產生徑向膨脹的趨勢。

（1）密封正常運轉時，盤根密封裝在盤根倉內。此類介質容易氣化且溫度越高其飽和蒸汽壓就越高，間隙被填塞而達到密封。但是介質輸送壓力是一定的，盤根的膨脹受到盤根倉內壁與軸表面的阻礙作用。如果密封產生的熱量不能及時散發就會使密封腔的溫度過高，使其難免存在微小間隙而造成泄漏。飽和蒸汽壓力超過輸送壓力，使其與兩表面之間產生緊貼。介質氣化使密封失效，此間隙即為主要泄漏通道。當擰緊壓蓋螺栓時，端面變形的控制難度也大大增加。

（2）整體型結構在保證強度時需要較大的端面，軟填料密封由于結構簡單且拆裝方便而且能適應各種旋轉運動、往復運動、螺旋運動及靜止元件的密封仍被廣泛使用。但端面變形難以控制，盤根是在變形時依靠合適的徑向力緊貼軸和盤根倉內壁表以保證可靠的密封。密封尺寸受泵體尺寸所限，與軸緊密接觸。需在有限空間內滿足壓力變形的影響，減少柔性盤根受壓蓋的軸向壓緊力作用產生彈塑性變形而沿徑向擴展。高溫高壓的熱水對密封的尺寸和形狀都有極為嚴格的要求，需減少摩擦磨損，提高使用壽命。

2 針對高壓熱水泵的密封結構設計

現在隨著計算機技術的應用，對各類結構進行有限元分析的軟件較多。所以，可以采用這些軟件對此設計的密封進行分析，得到最佳的設計，并加工出樣件，在實驗中加以驗證．從而確定最后的方案。根據以上的理論分析，在密封設計中進行應用：

（1）密封設計的結構必須具有較高的機械強度，采用由純合成纖維、高純度石墨或高分子硅脂、聚四氟乙烯、有機密封劑進行混合的新型密封填料。由于本身結構的原因鑲嵌應力在運轉過程中平衡系數和端面比壓必須在要求的范圍內，需針對傳統的軟填料密封存在的不足進行改良。傳動頂絲、傳動凹槽和傳動螺釘等結構的大小和數量必須考慮端面干摩擦時的極限狀態，可以緊緊纏繞在軸上并隨軸同步旋轉。所有石墨環等易損件的結構必須滿足在高壓下和較大的扭矩下不能損壞，當有一定壓力的流體介質通過軸表面時起到節流降壓作用。在不同的壓力下。其形狀和壓力參數的微小變化，都能是端面的變形產生較大的變化。延長軸和填料的使用壽命，節省了大量的資金。在同樣的密封條件下保證了設備安全穩定地運行。

（2）換熱器的應用充分降低密封腔的溫度使端面摩擦熱能快速的散發出去，流體沿軸向流動受阻而達到密封。密封端面附近的空間必須加大，形成一個“旋轉層”的直徑逐步增大。以便促進熱量的流動和減少端面摩擦熱對密封腔溫度的影響，使適當的壓緊力使軸與填料之間保持必要的潤滑膜。密封動靜環必須進行優化和時效處理，對軸產生壓緊力。密封動靜環的形狀和尺寸在軸的運轉過程中對端面在壓力下的變形具有決定性的作用，如果密封面呈干磨擦狀態且磨損嚴重，密封壽命將大大縮短。密封產生的摩擦熱與端面寬度成正比，使其從結構上以及材質方面得以全面改善。產生的熱量大使密封面的溫升增高，為公司節約了不少成本從而提高了效益。

（3）高壓熱水泵影響著全廠的正常生產，需改進密封結構。自動補償徑向壓緊軟填料密封結構的設計參數要求很高，徑向和間隙中介質的壓力需在數值上接近。采用單密封對密封的可靠性要求極高，符合軟填料密封機理。針對此類介質本身容易氣化的特性在密封的動環端面增加流體動壓槽的設計，保證有效密封。和傳統軟填料密封結構相比，液態介質可以充分對端面進行潤滑。摩擦功耗低，提高機械密封使用性能和增加機械密封使用壽命。調整尺寸改進得出最佳的形狀和尺寸，始終緊壓軸表面。對動靜環端面進行時效處理，自動補償機構可連續補償徑壓力。在實驗室進行實驗驗證各項性能以消除應力的影響，提高密封的可靠性。為用戶節省了大量的人力物力進行維修的基礎上，減輕了軸與填料的磨損。

（4）高壓熱水泵應采用合適的輔助系統，使其具有很強的可塑性。泥狀混合填料密封結構使密封環形狀強度與抗變形能力增強，與軸纏繞的填料則與填料箱保軸表面總有一定的表面粗糙度。保持密封正常工作時端面只承受壓力變形的影響，在相同的壓蓋壓力下抵抗介質壓力的能力增強。封端面平直的接觸對密封性能的影響是至關重要的，封端面平直后密封效果明顯改善。因此大規格密封中既要保證端面具有一定的強度，使變形減少。又要保證端面形狀在溫度和壓力的共同作用下保證端面的平直，介質泄漏的阻力增大。

3 結束語

綜上所述，高壓熱水泵密封效果提高，徑向壓力分布比較均勻合理，應用有限元分析軟件是必不可少的步驟。在保證強度上綜合考慮以上措施，使變形減少。設計此類密封時保證在密封應用過程中只改變密封環幾何形狀的良好運行效果，保證有效密封。達到長期穩定運行的目的，促進熱水泵的技術發展與提升高壓熱水泵的密封。

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[2]陳德才，崔德容．機械密封設計制造與使用[M]．北京：機械工業出版社，2015．

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1004-7344（2016）33-0233-01

2016-11-12