該文介紹了我廠循環(huán)水泵軸封填料在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的一系列問題，并針對(duì)出現(xiàn)的問題，提出了采用新型注射式膠泥狀填料進(jìn)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(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行的因素，減輕了檢修勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)起著重要的作用。我廠現(xiàn)有單級(jí)雙吸離心式循環(huán)水泵4臺(tái)，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(duì)泵軸的壓緊力實(shí)現(xiàn)密封，具有耐熱性好、柔軟性好、強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)擰緊填料壓蓋的螺栓時(shí)使盤根受到軸向壓縮，由于盤根填料是彈塑性體，會(huì)同時(shí)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(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)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(gè)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使用一段時(shí)間后，隨著盤根中的潤(rùn)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(yùn)行時(shí)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(bǔ)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(shí)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(bǔ)償。隨著盤根的不斷損耗，不到一個(gè)運(yùn)行周期，盤根接近失效，漏水量已經(jīng)很大了。更嚴(yán)重的是，軸封裝置離軸承箱較近，當(dāng)漏水量很大時(shí)，水會(huì)進(jìn)入軸承箱內(nèi)，使內(nèi)部的潤(rùn)滑油變質(zhì)，威脅到水泵的安全。

　　(2)軸套磨損嚴(yán)重，形成溝狀痕跡，必要時(shí)要進(jìn)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(zhǎng)時(shí)間使用的盤根被擠壓得很硬實(shí)，而且內(nèi)部的潤(rùn)滑劑不斷流失，這些情況造成填料與軸套之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(duì)軸的磨損

　　(3)現(xiàn)場(chǎng)更換盤根的工作較復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。填料腔中的盤根是里面三道，中間是一個(gè)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(shí)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(shí)施，工藝復(fù)雜且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，每次需2天以上時(shí)間。并且由于盤根已被壓得非常硬實(shí)，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(jī)械損失，使得水泵電機(jī)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(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性以及降低日常維修工作量和維護(hù)成本，必須對(duì)我廠原有的盤根密封方式進(jìn)行技術(shù)改造。

2、技術(shù)改造

　　目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種新型的水泵密封方式，經(jīng)詳細(xì)調(diào)研，根據(jù)其他電廠改造經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我廠設(shè)備的實(shí)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(jiǎn)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(guó)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(jī)密封劑四種材料按嚴(yán)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(rùn)滑性。其最低工作溫度為-18℃，最高工作溫度可達(dá)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(shí)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軟密封填料中的纖維纏繞在軸桿上，隨著軸桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，連同與軸桿接觸的一部分填料形成一個(gè)“旋轉(zhuǎn)層”，此“旋轉(zhuǎn)層”對(duì)軸起到了一定的保護(hù)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(duì)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(gè)“不動(dòng)層”。這樣泵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使處在中間的填料形成一個(gè)作剪切運(yùn)動(dòng)的“剪切層”，此時(shí)相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(dāng)帶壓介質(zhì)進(jìn)入填料腔后，將被無數(shù)次節(jié)流，憑借“迷宮效應(yīng)”達(dá)到無泄漏密封的目的。其密封機(jī)理如圖3所示。

圖3 泥狀填料密封機(jī)理

　　2.3、泥狀填料的優(yōu)勢(shì)

　　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(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

　　(1)實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(dá)到基本無泄漏的效果，且使用壽命較長(zhǎng)；

　　(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(duì)靜止，對(duì)軸套起到了保護(hù)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(huì)對(duì)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(rùn)滑作用，所以只存在細(xì)小分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(jī)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(jiǎn)化了系統(tǒng)；

　　(5)可實(shí)現(xiàn)在線檢修，當(dāng)存在泄漏時(shí)，可在不停泵的情況下從注入口注入新的填料，重新實(shí)現(xiàn)密封，保證水泵長(zhǎng)周期運(yùn)行，節(jié)約了維修費(fèi)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(shí)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(yán)重的軸套，對(duì)軸套進(jìn)行表面修復(fù)處理，達(dá)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(gè)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(gè)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(jìn)水口處安裝快速接頭和球閥，通過此閥門接口可連接手動(dòng)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(shí)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(jìn)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(dòng)盤車感覺轉(zhuǎn)動(dòng)靈活后，便可進(jìn)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(gè)問題：

　　(1)循環(huán)水泵剛啟動(dòng)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(shí)存在的少量間隙造成的，這時(shí)需要用手動(dòng)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(dá)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(shí)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(shí)應(yīng)采用間歇式加注方式，加注時(shí)注意觀察注入槍的壓力表，表壓打到20MPa時(shí)停止加壓，等到表壓降到一個(gè)較低數(shù)值后再進(jìn)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(jìn)行沖淋的方法進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行幾個(gè)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(rùn)滑油再未出現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象，未進(jìn)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(duì)其他3臺(tái)循環(huán)水泵進(jìn)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(zhǎng)、價(jià)格低廉、節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了備件損耗和檢修勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)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。