該文介紹了我廠循環(huán)水泵軸封填料在運行過程中出現(xiàn)的一系列問題，并針對出現(xiàn)的問題，提出了采用新型注射式膠泥狀填料進行技術(shù)改造，闡述了注射式膠泥狀填料的產(chǎn)品特性、工作原理和改造工藝；通過改造，解決了影響設(shè)備長周期、穩(wěn)定運行的因素，減輕了檢修勞動強度，取得了較好的經(jīng)濟效益。

　　引言

　　循環(huán)水泵是電廠的重要設(shè)備，它的作用是將大量的循環(huán)冷卻水輸送到凝汽器中冷卻汽輪機排氣。而軸封作為循環(huán)水泵的主要組成部分，在設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時起著重要的作用。我廠現(xiàn)有單級雙吸離心式循環(huán)水泵4臺，水泵轉(zhuǎn)速可調(diào)(高轉(zhuǎn)速為485r/min，低轉(zhuǎn)速為420r/min)，水泵軸端密封原先采用盤根填料密封形式(如圖1所示)，填料腔內(nèi)裝有6道25mm×25mm浸漬碳纖維聚四氟乙烯編織盤根。在盤根之間有一水分環(huán)與泵殼體相通，用于通入密封冷卻水。密封冷卻水其作用有：一是冷卻盤根和軸套，防止盤根因摩擦發(fā)熱而燒損；二是在一定程度上起到以水密封的作用。盤根填料是傳統(tǒng)上被普遍采用的一種密封填料，通過對泵軸的壓緊力實現(xiàn)密封，具有耐熱性好、柔軟性好、強度較高等優(yōu)點。當擰緊填料壓蓋的螺栓時使盤根受到軸向壓縮，由于盤根填料是彈塑性體，會同時產(chǎn)生徑向壓緊使填料緊貼于泵軸表面而阻止介質(zhì)外漏。

圖1 盤根填料密封結(jié)構(gòu)

1、問題描述

　　盡管傳統(tǒng)的盤根填料具有一些優(yōu)點，但是它的缺點卻是顯而易見的。我廠循環(huán)水泵軸封在使用盤根填料的過程中，主要出現(xiàn)了以下幾個方面的問題：

　　(1)使用壽命短，漏水頻繁。由于盤根與水泵軸套直接接觸并相對轉(zhuǎn)動，使用一段時間后，隨著盤根中的潤滑劑逐漸流失，盤根的磨損是不可避免的。所以經(jīng)常出現(xiàn)這樣的狀況：檢修期間更換了水泵盤根，開始運行時密封狀況良好，但用不了多久，泄漏量便不斷增加，于是調(diào)整壓蓋壓緊程度的工作也逐漸頻繁，以便補償因盤根體積損耗所造成的徑向壓緊力松弛，不過這種做法也僅能暫時改善靠近壓蓋的填料與軸套之間的貼緊程度，而分水環(huán)后面填料的磨損無法得到有效補償。隨著盤根的不斷損耗，不到一個運行周期，盤根接近失效，漏水量已經(jīng)很大了。更嚴重的是，軸封裝置離軸承箱較近，當漏水量很大時，水會進入軸承箱內(nèi)，使內(nèi)部的潤滑油變質(zhì)，威脅到水泵的安全。

　　(2)軸套磨損嚴重，形成溝狀痕跡，必要時要進行修復(fù)。由于盤根與軸套之間存在著較大徑向緊貼壓力，長時間使用的盤根被擠壓得很硬實，而且內(nèi)部的潤滑劑不斷流失，這些情況造成填料與軸套之間相對運動時存在著較大的摩擦，最終導(dǎo)致了軸套的磨損(如圖2所示)。

圖2 盤根密封的徑向壓力分布和對軸的磨損

　　(3)現(xiàn)場更換盤根的工作較復(fù)雜，勞動強度較大。填料腔中的盤根是里面三道，中間是一個分水環(huán)，外面再加三道。如更換外面三道盤根，可不用揭開泵蓋實施；如更換里面三道，由于分水環(huán)很難取出，需要揭開泵蓋才能實施，工藝復(fù)雜且費時費力，每次需2天以上時間。并且由于盤根已被壓得非常硬實，很難從填料腔取出。

　　(4)盤根與軸套之間過大的摩擦力造成了過大的機械損失，使得水泵電機有效功率降低，消耗過多電能。大約需要損耗5%～10% 的軸功率來克服軸套與填料之間的摩擦力。鑒于上述情況，為了消除盤根填料使用過程中出現(xiàn)的種種弊端，進一步提高設(shè)備運行的可靠性以及降低日常維修工作量和維護成本，必須對我廠原有的盤根密封方式進行技術(shù)改造。

2、技術(shù)改造

　　目前，市場上出現(xiàn)了多種新型的水泵密封方式，經(jīng)詳細調(diào)研，根據(jù)其他電廠改造經(jīng)驗，結(jié)合我廠設(shè)備的實際情況，決定將我廠循環(huán)水泵原有的盤根填料拆除，采用注入式泥狀填料代替。

　　2.1、新型填料簡介

　　注射式泥狀填料是一種具有黏性的黑色膠泥狀密封材料，最早由一家美國公司開發(fā)研制，它由高純度石墨、純合成纖維、聚四氟乙烯和有機密封劑四種材料按嚴格工藝混合而成(見表1)，具有良好的導(dǎo)熱性、彈塑性、耐磨性及自潤滑性。其最低工作溫度為-18℃，最高工作溫度可達200℃，最大工作壓力為0.8MPa，最大軸線速度為8m/s，PH值范圍為4～13，主要適用于水基介質(zhì)的密封。注射式泥狀填料在使用時需要在原軸封填料腔體前后分別裝入擋圈后形成一空腔，利用專用油壓填充槍將泥狀填料注滿空腔形成密封。

表1 泥狀填料中各組分的作用

　　2.2、密封機理

　　軟密封填料具有良好的可塑性，可均勻填滿填料腔室內(nèi)的空隙，使填料與填料腔和軸套表面完全貼合，不容易產(chǎn)生滲漏途徑。在泵運轉(zhuǎn)時，軟密封填料中的纖維纏繞在軸桿上，隨著軸桿進行旋轉(zhuǎn)，連同與軸桿接觸的一部分填料形成一個“旋轉(zhuǎn)層”，此“旋轉(zhuǎn)層”對軸起到了一定的保護作用，避免了填料與軸桿的直接磨損。隨著“旋轉(zhuǎn)層”的直徑逐步增大，軸對纖維的纏繞能力將逐步減弱，于是部分泥狀填料黏附在填料腔內(nèi)壁上，形成一個“不動層”。這樣泵軸的轉(zhuǎn)動使處在中間的填料形成一個作剪切運動的“剪切層”，此時相對旋轉(zhuǎn)運動的摩擦存在于填料“剪切層”之中而不是存在于填料與軸之間。填料中的纖維使“剪切層”中形成無數(shù)微小縫隙，類似于迷宮密封中流道，當帶壓介質(zhì)進入填料腔后，將被無數(shù)次節(jié)流，憑借“迷宮效應(yīng)”達到無泄漏密封的目的。其密封機理如圖3所示。

圖3 泥狀填料密封機理

　　2.3、泥狀填料的優(yōu)勢

　　泥狀填料密封作為一種新型的密封方式，相比于盤根式密封，主要體現(xiàn)出以下幾個方面的優(yōu)勢：

　　(1)實現(xiàn)運行中極小的泄漏量。填料內(nèi)外層分別粘附在軸和填料函腔，泵送介質(zhì)必須擊穿填料才可能外漏，在填料的許用范圍內(nèi)達到基本無泄漏的效果，且使用壽命較長；

　　(2)大大降低軸套等易損件的消耗。填料的“旋轉(zhuǎn)層”能始終與軸套保持相對靜止，對軸套起到了保護作用，摩擦只發(fā)生在填料剪切層內(nèi)部，填料與軸套之間基本無摩擦，所以不會對軸套產(chǎn)生磨損[5]；

　　(3)由于填料混合體內(nèi)的分子吸引力小，加上填料中石墨良好的潤滑作用，所以只存在細小分子間相對運動產(chǎn)生的輕微摩擦，克服摩擦所消耗的軸功率很小，提高了泵的機械效率，節(jié)約了電能；

　　(4)由于軟填料的特殊材料的作用，摩擦系數(shù)很小，產(chǎn)生的摩擦熱量接近于零，不需要為散熱配備專門的軸封冷卻水，簡化了系統(tǒng)；

　　(5)可實現(xiàn)在線檢修，當存在泄漏時，可在不停泵的情況下從注入口注入新的填料，重新實現(xiàn)密封，保證水泵長周期運行，節(jié)約了維修費用。

　　2.4、改造的具體過程

　　循環(huán)水泵軸封的技術(shù)改造的實施步驟如下：

　　(1)先打開循環(huán)水泵上半殼體，取出轉(zhuǎn)子，拆除原先的編制盤根，并去除原軸封結(jié)構(gòu)中的水分環(huán)；

　　(2)拆除循環(huán)水泵兩側(cè)磨損較嚴重的軸套，對軸套進行表面修復(fù)處理，達到要求的光潔度后復(fù)裝回轉(zhuǎn)子；

　　(3)將填料腔內(nèi)壁清理干凈，在轉(zhuǎn)子兩端的軸套上各安裝兩個專用V形高分子復(fù)合材料密封端環(huán)組件，將轉(zhuǎn)子安裝回原位，調(diào)整密封端環(huán)位置，使水泵兩個填料腔的內(nèi)、外兩側(cè)各分布一道密封端環(huán)，內(nèi)側(cè)的密封端環(huán)緊貼填料腔的根部，兩道密封端環(huán)之間預(yù)留好足夠的填料空間(見圖4)，為防止填料的流失，密封端環(huán)接口處應(yīng)吻合良好；

圖4 軸封裝置端環(huán)的布置

　　(4)將水泵原有的密封冷卻水管路拆除，在原來填料腔密封水進水口處安裝快速接頭和球閥，通過此閥門接口可連接手動填料注入槍，往填料腔中加注填料；

　　(5)將加工成條狀的泥狀填料均勻地裝入內(nèi)、外密封端環(huán)之間的下半空腔中，然后按下半腔的形狀將填料堆放在上半軸上，裝填泥狀填料時盡量做到不留空隙，使泥狀填料能盡可能充滿填料腔空間；

　　(6)恢復(fù)水泵上半殼體，將原填料壓蓋調(diào)整平齊壓入填料腔，旋緊壓蓋螺母，使壓蓋抵住外側(cè)密封端環(huán)并有一定的壓入感，壓蓋進入填料腔內(nèi)5㎜為宜，注意不要過分壓緊；

　　(7)經(jīng)過檢查一切正常，手動盤車感覺轉(zhuǎn)動靈活后，便可進行試車。

　　下面要說一下新裝置在調(diào)試過程中出現(xiàn)的幾個問題：

　　(1)循環(huán)水泵剛啟動后出現(xiàn)軸端漏水現(xiàn)象，這主要是由于在填料腔內(nèi)裝填泥狀填料時存在的少量間隙造成的，這時需要用手動高壓注入槍通過接口向填料腔內(nèi)加注泥狀填料，加注泥狀填料的速度不宜過快，以便于填料在填料腔內(nèi)達到均質(zhì)狀態(tài)，并且能夠使填料中的纖維成分摩擦產(chǎn)生的熱量及時散失；

　　(2)泥狀填料在加注過程中有被甩出的情況，這說明泥狀填料加注量過多，造成局部壓力過大，使填料被擠出，加注填料時應(yīng)采用間歇式加注方式，加注時注意觀察注入槍的壓力表，表壓打到20MPa時停止加壓，等到表壓降到一個較低數(shù)值后再進行打壓加注，觀察漏水量減小到不大于60滴/min后，便可停止加注填料；

　　(3)試車過程中出現(xiàn)了軸套和填料腔外殼發(fā)熱現(xiàn)象，可能是由于填料加注過多過快而造成的，為防止溫度繼續(xù)增高，采取軟管接入冷卻水進行沖淋的方法進行外部降溫，填料磨合好后溫度降為正常。

3、結(jié)論

　　#1循環(huán)水泵調(diào)試結(jié)束后一直處在運行狀態(tài)，運行幾個月以來，水泵兩側(cè)填料密封處基本上無漏水現(xiàn)象，水泵軸承潤滑油再未出現(xiàn)進水現(xiàn)象，未進行過一次檢修，技改取得了較好的效果。在此次技改成功的基礎(chǔ)上電廠又陸續(xù)對其他3臺循環(huán)水泵進行了軸封的技術(shù)改造�？梢哉f，注射式泥狀填料作為一種新型的密封填料，與傳統(tǒng)的盤根填料相比具有不可替代的優(yōu)越性，具有密封效果好、使用壽命長、價格低廉、節(jié)能降耗等優(yōu)點，大大降低了備件損耗和檢修勞動強度，提高了電廠的經(jīng)濟效益。鑒于這種新型填料在電廠中的優(yōu)良表現(xiàn)，希望它能在電力行業(yè)中得到推廣和應(yīng)用。