高壓熱水泵的密封結構設計分析

王 靖（廣州市昕恒泵業制造有限公司，510000）

高壓熱水泵的密封結構設計分析

王 靖
（廣州市昕恒泵業制造有限公司，510000）

目前，我國使用的高壓熱水泵，其內部結構大多數是采用密封性的設計。但由于密封的方式過多，并且不同方式所表現出來的作用也存在差異性，這就增加了高壓熱水泵的密封結構設計的難度。本篇文章對該設計做出了相應的研究討論，并提出了在進行密封設計時加以運用一些輔助系統會有更好的作用效果。

高壓熱水泵；密封結構；設計分析

1　高壓熱水泵的密封材料及機械密封的選擇

1.1密封材料的選擇

首先，密封表面的材料要把石墨和固體SiC結合使用，并且表面不宜鍍層。現今，研究制成了一種新穎的材料，它是把石墨注入SiC中。這種材料的熱傳導性能較好，受到大多數設計人員的喜愛；其次，密封材料具有彈性的物質，如：-［CH2-CH（CH3CH2CH3）］-n，這種物質不僅具有較好的彈性，而且它能承受的最高溫度為140攝氏度。在使用該材料需要注意的是，千萬不能在其表面涂抹石油等潤滑物質，因為該類物質會對-［CH2-CH（CH3CH2CH3）］-n造成損壞。如若可承受溫度要更高，那就可以采用全氟醚橡膠等物質。通常來說，最好采用冷卻的水來進行密封，這可以增長密封面的使用年限；最后，是金屬配件的選擇。最好的材料應當是316級不銹鋼，但考慮到不銹鋼物質會被氯化物質腐蝕損壞，所以盡量不要使用不銹鋼類的材料。

1.2機械密封的選擇

一，如若密封的環境處于正負壓之間，則需采用具有較好的穩定性能的O性圈，這類密封方法可以兼顧到多方面；二，考慮到安裝以及使用的便捷，并且在運行時會隨著溫度的改變而改變，則采用桶式密封裝置。如若沒有安裝自行調整地裝置，其筒裝部分就不要采用靜密封的安裝方法；三，若高壓熱水泵的內部裝有襯套，則需使用定制的活動型密封法。該類方法一般是用在鍋爐等較為復雜的熱水泵中；四，若內部的壓強大于3.1MPa，則需采用高壓法。這種方法能讓密封構造更具穩定性，有助于保持密封面的形狀以及固定彈性物質。如圖一所示；五，若內部的壓強會隨著正負壓的變化而變化時，需采用分離法，并且將軸襯放置于密封口的附近有利于葉輪的轉動。其放置地若是負壓，就可進行反向安裝。通常來說，在高溫水的環境下需進行雙向密封；六，不能采用靜金屬密封的方法，因為該類方法在進行沖洗流動時所產生的溫度變化會造成密封表面的損壞。

2　高壓熱水泵的密封結構理論設計分析

高壓水泵的制造工藝要求較高，主要體現在對介質的溫度和壓力方面。需要介質的溫度和壓力達到一定條件之后才能夠滿足高壓熱水泵的工藝需要，通常需要介質的溫度穩定在200℃到280℃之間，在此溫度上介質的液體形態所承受的壓力需要穩定在2MPa到5MPa之間。另外，在較高的壓力會使得端面的摩擦力大幅增加，特別是在熱水泵啟動瞬間，這期間摩擦力達到最大，所以在進行水泵的內部部件承受摩擦力強度也有較高要求。

高壓熱水泵的密封結構很容易受溫度變化而影響。在高壓熱水泵的正常運行過程中，端面會發出熱量，其熱量的產生隨端口的規格增大而增多，然而這種介質非常容易氣化，當溫度升高時，介質的飽和飽和蒸氣壓也會隨之增高，但由于介質所能承受的輸送壓力只有一定數值，如若熱能沒有能夠散發出去，會導致密封內部整體溫度增高，然后使介質飽和蒸汽壓力超過所能承受數值，最終介質老化，密封失效，密封面的變形程度很難操控。由于密封大小受限于熱水泵的大小，其尺寸不能有偏差，因此只能在較小的范圍內把握變形的尺度。而且密封面的變形程度會在多個方面受到影響，例如：大小、形態以及溫度等。許多細小的密封面的變形都會造成水類物質的流失，進而導致高壓熱水泵受到損壞。這就需要在進行密封設計時充分考慮其大小與形態。

面對這些問題，對其進行研究探討，提出了以下幾條建議：一，在進行密封設計時，其結構的強度一定要足夠穩定。并且傳動頂絲等構造的尺寸以及數目要結合密封面來進行設計，要確保在高壓情況下，構件組成不會被損壞；二，密封面在進行摩擦時，要盡快把熱氣散發出去。水類物質的沖洗方法一般為API23，可以使用熱換器進而使水泵內部的溫度下降，并且其內部空間要增大，以促進散熱；三，不可移動面需經常檢驗與改進。由于不可移動面的形態與尺寸都會影響到密封面的形變，而當今的技術水平得到提升，對該類結構進行改進的程序增多。所以，采用這些程序對不可移動面進行改進，設計出最佳方案。

3　高壓熱水泵的密閉結構的實際應用

本次研究選用的是型號為P-8102A/B/S的高壓熱水泵，它采用的介質為高溫水，水的溫度為237攝氏度。并且轉軸的直徑為65厘米，進入時的壓強為1.25MPa，流出時的壓強為1.85MPa，轉數為2875r/min。

這種熱水泵是某個石化公司的先進設備，作用效果較好。它關系到公司的產品生產，所以在進行熱水泵的安裝設計時，一定要嚴格把關。該類水泵使用的密封方法為單向密封，其密封工作要確保安全可靠。它原先使用的密封裝置是原配的裝置，其效果不太好，并且售貨的商家服務態度不好，不會讓買方試用，價格又高，交貨時間偏長，時間在六個月以上。公司對這一問題也很頭疼。在進行研究分析之后，對水泵的設計進行了更改，設計圖如下：

圖1　：密封設計方案圖

該種方式采用的可移動面的材料是優良的浸碮石墨，不可移動面的材料為SiC，起輔助作用的O形圈的材料為-［CF2=CF2-］n-（聚四氟乙烯），它是根據水這種容易蒸發的物質研發出來的，其平衡度較大。除此之外，考慮到水類物質具有較為容易氣化的性質，在密封的可移動面增設了流體動壓槽設備。該類設備有助于水類物質能有效的對密封面起到潤滑作用，進而提升機械密封的作用效果以及延長其使用年限。由此再對密封面進行適當的改進，做出最后的調整之后，其形態與大小達到最佳狀態。

最后，在進行產品的制作時，在有效時間內對可移動面進行處理，從而解除應力的不良作用。同時在運行使用前對各種功能進行檢驗，確保沒有問題之后，再大量推廣運行。而在運行之后，其作用效果顯著。性能有所提高，使用年限也增加了兩年，并且節省了大量資源。如若有故障出現，對其進行修護的時間減少、成本有所降低，確保設施的安全使用。

4　結語

文章先詳細介紹了高壓熱水泵的密封材料以及機械密封的方式，接著對其設計理念以及實際運用進行了闡述。進而了解到目前高壓熱水泵的密封結構設計還存在一些問題，例如：效果不太好，并且售貨的商家服務態度不好，不會讓買方試用，價格又高等。所以，對密封設計進行適當的改進是很有必要的。

［1］陳德才，崔德容.機械密封設計制造與使用［J］.機械工業出版社.2014.03.（21）：34-38

［2］顧永泉.流體動密封［J］.石油大學出版社.2014.06（02）：325-327

［3］成大先.機械設計手冊（第2卷）［J］.化學工業出版社.2013.05（43）：16-19

（王靖、1970年6月）、性別（男）、民族（漢），籍貫（山西省太原市萬栢林區）、郵編（510530）、現供職單位全稱（廣州市昕恒泵業制造有限公司）、職稱（工程師）、研究方向（水泵設計）

Design and analysis of sealing structure of high pressure hot water pump

Wong Jing
（Guangzhou City Xin Heng Pump Manufacturing Co.， Ltd. 510000）

At present，the use of high pressure hot water pump，the internal structure of most of the design is the use of sealing. However，due to the sealing way too much，and different ways to show the role of differences，which increased the pressure of the high pressure hot water pump seal structural design of the difficulty.In this paper， the design of the corresponding research and discussion，and put forward in the design of the use of a number of auxiliary system will have a better effect.

high pressure hot water pump；sealing structure；design and analysis