200MW汽輪機(jī)組凝結(jié)水泵機(jī)械密封改造

韓 濤

（阜新發(fā)電有限責(zé)任公司汽機(jī)分場(chǎng)，遼寧阜新 123000）

1 密封泄漏易造成的危害

1.1 縮短設(shè)備使用壽命

為提高機(jī)組的循環(huán)效率采用回?zé)嵫h(huán)，當(dāng)含氧量較高的凝結(jié)水通過(guò)回?zé)崞髟O(shè)備及其他附屬管道時(shí)，會(huì)對(duì)這些設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕。因?yàn)檠跖c金屬可以形成原電池，使金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致輔助設(shè)備的使用壽命受到影響，降低機(jī)組運(yùn)行可靠性。

1.2 降低回?zé)嵩O(shè)備的換熱率

在汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)中，高、低加熱器采用表面式換熱器，設(shè)備的腐蝕產(chǎn)生物附著在換熱面上，形成疏松的附著層。同時(shí)凝結(jié)水中的含氧量過(guò)多，會(huì)使換熱面形成一層薄膜，均使換熱熱阻增大，降低循環(huán)熱效率。

1.3 影響機(jī)組的真空

為了保證機(jī)組穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，凝汽器必須處于高真空狀態(tài)下，過(guò)多的氧氣漏入凝汽器，一方面會(huì)影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時(shí)降低機(jī)組出力；另一方面，也使得抽氣系統(tǒng)負(fù)荷加大，增加廠用電量，造成能源浪費(fèi)。因此對(duì)水泵采取相應(yīng)措施，保證凝結(jié)水泵在運(yùn)行和備用種狀態(tài)下都不發(fā)生不可控的向外或向內(nèi)泄漏。在凝結(jié)水泵各處密封中，軸端密封做為動(dòng)密封形式，密封難度較大，是凝結(jié)水泵泄漏重點(diǎn)部位，也是本文討論的重點(diǎn)。

2 機(jī)械密封的優(yōu)點(diǎn)

機(jī)械密封優(yōu)點(diǎn)是密封可靠，在使用運(yùn)行周期中，密封效果良好并且穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)、摩擦力小、消耗功率小、線膨脹系數(shù)小。軸或軸套上基本不受磨損，在轉(zhuǎn)數(shù)較高情況下也能安全可靠運(yùn)行。同時(shí)機(jī)械密封的維修周期長(zhǎng)，抗振性能好，對(duì)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，偏心較小及密封腔的偏斜要求較小。

3 凝泵機(jī)封改造前存在缺陷

阜新發(fā)電廠01 號(hào)機(jī)組的凝結(jié)水泵由沈陽(yáng)水泵廠生產(chǎn)，流量350 m3/h、轉(zhuǎn)數(shù)1480 r/min，泵軸為主輔兩根軸，上下兩部組成，中間連接采用對(duì)稱(chēng)兩卡塊，套筒連接而成。泵軸較長(zhǎng)且軸徑較細(xì)，水泵自身無(wú)軸承支撐，整個(gè)轉(zhuǎn)子全由剛性聯(lián)軸器連接提起，由電機(jī)推力軸承全部擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)子的重量和轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的軸向推力。軸的圓周固定支撐由末級(jí)導(dǎo)向軸承支撐和中間及上部填料部分各有關(guān)導(dǎo)向軸承支撐，填料部分有導(dǎo)向軸承套和軸保護(hù)套兩部分。軸端密封形式是填料形式密封，由于水泵軸較長(zhǎng)，采用填料形式密封，運(yùn)行軸系極易產(chǎn)生一定撓度，即對(duì)軸套磨損較大，又易在軸套和填料間產(chǎn)生較大間隙。加之填料由于長(zhǎng)時(shí)間磨損易老化變硬，產(chǎn)生的間隙不易恢復(fù)，在運(yùn)行狀態(tài)下向外泄漏量越來(lái)越大。而且備用狀態(tài)下，外部空氣向負(fù)壓的泵內(nèi)泄漏，導(dǎo)致水泵不能在經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行和備用，影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，通常情況多采用更換填料和經(jīng)常性緊鎖填料壓蓋螺栓方式進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，問(wèn)題頻發(fā)，不僅繁瑣而且周期太短不易處理。

4 機(jī)封選取的計(jì)算過(guò)程

為了提高設(shè)備的安全與可靠性，以及減少設(shè)備泄漏，對(duì)該泵軸系密封形式進(jìn)行改造，由填料形式密封改換為機(jī)械密封形式。根據(jù)該泵的運(yùn)行條件和工作狀況，決定選取浮動(dòng)環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)形式的機(jī)械密封。預(yù)選沈陽(yáng)博克曼機(jī)械密封制造有限公司產(chǎn)品，動(dòng)環(huán)是高硬度碳化鎢合金，靜環(huán)是浸金屬石墨，這種摩擦副組耐高溫，磨擦系數(shù)小，耐磨損，線膨脹系數(shù)小，機(jī)封底座為奧氏體不銹鋼。2009 年01 號(hào)機(jī)組A 檢過(guò)程中，通過(guò)對(duì)設(shè)備分解后進(jìn)行測(cè)繪得知，原填料室結(jié)構(gòu)及外型尺寸的測(cè)量如圖1 所示，軸保護(hù)套內(nèi)徑為Φ65 mm，外徑為Φ85 mm，導(dǎo)向軸套內(nèi)徑為Φ65 mm，外徑為Φ85 mm，填料室內(nèi)徑為Φ105 mm，深度為110 mm。根據(jù)結(jié)構(gòu)和外型空間尺寸，選取機(jī)械密封總程一套，初步采取的機(jī)械密封型號(hào)為NLT500-570×55 型。該機(jī)械密封的外型尺寸空間比較接近，且機(jī)械密封的條件和要求都可達(dá)到凝結(jié)水泵要求。但填料室內(nèi)徑較小，而與之配合處機(jī)械密封外徑尺寸為Φ107 mm。

采用非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械密封，與機(jī)封廠家協(xié)商不能進(jìn)行改造，因此需要對(duì)填料室進(jìn)行小的改動(dòng)，增加其腔室的內(nèi)徑與之進(jìn)行配合。根據(jù)結(jié)構(gòu)和部件材料狀況對(duì)腔室內(nèi)徑進(jìn)行車(chē)削加大，即能保證滿足改動(dòng)安裝的要求，又不會(huì)造成部件強(qiáng)度下降，將腔室的內(nèi)徑擴(kuò)大到Φ115 mm，機(jī)械密封座的安裝與固定，應(yīng)由4 根M12×110 螺栓固定在原填腔室外緣壁上。與原填料壓蓋螺栓孔中心相符，但原填料螺栓底孔只有對(duì)稱(chēng)分部在外緣壁上2 個(gè)，只有2根螺栓緊固，還需要按照機(jī)械密封設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在填料腔室外緣壁上按同心圓的圓周上再對(duì)稱(chēng)增加2 個(gè)與原有底孔尺寸一致的螺栓底孔。用4 根螺栓與機(jī)械密封進(jìn)行安裝固定配套使用，原泵的軸填料保護(hù)套和導(dǎo)軸承是分體的兩個(gè)部件，由于兩個(gè)軸套軸向間距較小，改裝的機(jī)械密封套又較長(zhǎng)，安裝空間不足。使得機(jī)械密封安裝達(dá)不到預(yù)定位置，為解決這一問(wèn)題，經(jīng)測(cè)量?jī)商變?nèi)外徑完全相同，又重新設(shè)計(jì)加工一個(gè)同體兩用的機(jī)械密封和導(dǎo)軸承套加以解決，解決了裝配過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題。

在機(jī)械密封選型中，經(jīng)查閱各種機(jī)密封使用說(shuō)明和技術(shù)規(guī)范，決定選用MLT500-570×55 型機(jī)械密封，性能如下。

（1）典型的靜止型結(jié)構(gòu)。能夠很好克服泵偏擺對(duì)密封的不良影響。

（2）串聯(lián)式設(shè)計(jì)。能使泵密封得到雙重安全保證。二次封液壓力可以低于一線密封壓力。二級(jí)密封高壓型結(jié)構(gòu)，一級(jí)密封故障時(shí)二級(jí)能正常使用。

（3）變平衡比設(shè)計(jì)。保證密封背側(cè)出現(xiàn)高于正側(cè)壓力時(shí)，密封不出現(xiàn)通用密封故障。密封端面不會(huì)打不開(kāi)，密封圈不會(huì)被擠出，密封防轉(zhuǎn)銷(xiāo)不會(huì)脫位失效。此類(lèi)密封抗受負(fù)壓能力尤為突出，特別適用于凝泵使用。

（4）夾緊式聯(lián)合設(shè)計(jì)。保證了密封傳動(dòng)部件定位與傳動(dòng)的可靠，且在不傷損泵軸表面條件下的任意定位。密封安裝時(shí)不再測(cè)量調(diào)整，簡(jiǎn)便可靠。

（5）關(guān)鍵部件的材料參數(shù)。施轉(zhuǎn)環(huán)端面——高硬義碳化鎢合金。密封靜卡環(huán)端面——耐熱、耐磨浸金屬石墨。密封0 形圈——耐磨且彈性良好的全氟橡膠。密封結(jié)構(gòu)件——耐磨蝕優(yōu)質(zhì)不銹鋼。密封、彈簧——耐磨且彈性良好的0Cr18NIMO2。

關(guān)鍵部件材料及參數(shù)，具有安裝調(diào)整方式等優(yōu)點(diǎn)，因此決定選用該機(jī)械密封。

圖1 原填料室結(jié)構(gòu)及外型尺寸的測(cè)量

5 凝結(jié)水泵機(jī)械密封改造緊固螺栓的強(qiáng)度校核計(jì)算

在改造過(guò)程中，原有填料密封由于原配合間隙較小，腔室內(nèi)充滿填料不會(huì)對(duì)填料壓蓋產(chǎn)生較大推力，可以保證水泵正常工作，兩根壓蓋螺栓完全可滿足工作條件。但經(jīng)過(guò)改造后，機(jī)械密封總程底部間隙較大，形成一個(gè)內(nèi)徑Φ85 mm，外徑Φ115 mm的環(huán)形面積。在這塊面積下，由于處于凝結(jié)水泵的出口側(cè)，勢(shì)必在出水壓力下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上推力，若產(chǎn)生的推力過(guò)大，會(huì)造成泄漏或拉斷螺栓，損壞設(shè)備。因此需對(duì)4 根螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核，4根螺栓的工作條件為壓力14 MPa，同時(shí)還應(yīng)保證有40%的預(yù)緊力，在Φ115 mm×Φ85 mm 的環(huán)形面積上作14 MPa 的壓力。則產(chǎn)生推力F1=π/4×（D2-d2）×P，P=14 MPa=14×106Pa（N/m2）=1400 N/cm2。因此F1=π/4×（1152-852）×1400=6597.34 kN。則30%的預(yù)緊力應(yīng)為F0=F1+F1×40%，F(xiàn)0=6597.34+6597.34×40%=9236.28 kN，該力作用于4 根M12 的螺栓上，且M12 螺栓有效面積為A=π/4×（d-2δ）2=π/4×（12-2×1.25）2=70.88 m2。每根螺栓上受到的拉應(yīng)力δ=F0/A=9236.28/（4×70.88）=32.58 kN/m2。查閱機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，普通低碳鋼許用應(yīng)力［σ］=60 MPa，因此［σ］＞σ，許用應(yīng)力大于螺栓應(yīng)力，應(yīng)力及強(qiáng)度π 滿足需要，安全可靠。

6 機(jī)封密封水系統(tǒng)改造

根據(jù)機(jī)械密封和水泵的工作條件要求，應(yīng)設(shè)置有一套冷卻、潤(rùn)滑、密封系統(tǒng)，依據(jù)機(jī)械密封生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)機(jī)械密封各接水口，對(duì)原有填料密封水系統(tǒng)進(jìn)行改造，重新安裝一套符合機(jī)械密封工作條件的水封系統(tǒng)來(lái)滿足需要。由原有的填料密封水進(jìn)水管，來(lái)自凝結(jié)水泵出口側(cè)，凝結(jié)水接入機(jī)械密封進(jìn)水口上，再由出水口流出接入抽空氣管倒流至凝汽器。由于凝泵本身在備用和機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，泵內(nèi)沒(méi)有水的條件下啟動(dòng)設(shè)備將造成機(jī)械密封過(guò)熱或磨損，造成損壞。另外再由外界引入一條除鹽水管路并入凝結(jié)水泵機(jī)械密封進(jìn)水水管上，引入的除鹽水壓力不低于0.08 MPa，且要保證除鹽水的順暢、潔凈和無(wú)雜物。對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行沖洗和冷卻，保證隨時(shí)啟動(dòng)設(shè)備。

7 機(jī)封優(yōu)化改造后的效果

改造后經(jīng)過(guò)一年運(yùn)行，在機(jī)組運(yùn)行中，機(jī)械密封在安裝上沒(méi)有發(fā)生較大缺陷，動(dòng)靜各部沒(méi)有發(fā)生摩擦現(xiàn)象，各接觸密封等各面上均無(wú)泄漏現(xiàn)象，機(jī)械動(dòng)靜密封環(huán)間無(wú)泄漏，消除了由于軸系過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生撓度易漏現(xiàn)象，大大降低了凝結(jié)水溶解氧量的指標(biāo)。一年來(lái)，在凝結(jié)水泵的密封中沒(méi)有發(fā)生泄漏和設(shè)備缺陷，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，維修周期大大增加，達(dá)到了原定預(yù)期目的。