锅炉给水泵轴端机械密封的应用研究

摘要

锅炉给水泵是热电厂的重要设备,担负着向锅炉供应合格的高温高压除氧水,是整个工艺流程的心脏。给水泵的轴端密封装置是给水泵乃至整个工艺流程发生故障最频繁的关键部位,目前其采用的主要密封型式是机械密封,对机械密封进行应用研究对于保证给水泵可靠运行、技术改造具有重要意义。
　　本文介绍了给水泵目前常用的应用型式：填料密封、螺旋密封、浮动环密封、机械密封,比较了它们各自应用上的优缺点；机械密封具有泄漏量小、功耗小、性能参数高等优点,随着给水泵向高速、高温、高压发展,将逐渐取代其它密封型式。
　　机械密封,确切地说,旋转机械端面密封是一种靠弹性元件对静、动环端面摩擦副的预紧和介质压力与弹性元件的压紧达到密封的轴向密封装置。本文从泄漏量、膜压分布、磨损方面,分析了密封端面的流槽形状对密封性能的影响,认为密封端面保持径向平行最优；端面摩擦状态是决定机械密封寿命和性能的关键,普通机械密封一般处于混合摩擦状态,通过分析影响磨擦特性的重要因素,如摩擦系数和密封准数,流体膜承载比可作为判断摩擦相态的具体方法。
　　热水泵输送介质温度高,导致轴封箱温度过高,容易出现密封端面热裂、端面液膜汽化、辅助元件老化、磨损加剧等问题,保持端面温度在合适水平成为热水泵用机械密封可靠工作的必要条件；研究端面温度是一个重要课题,理论上可通过计算求得端面温度,但温度场的计算复杂且与实际测量数值有一定偏差,所以重要的是端面温度的测量。
　　降低轴封箱温度、带走密封环摩擦产生的热量的有效措施是冷却和冲洗,热水工况下机械密封的冲洗方案有多种。结合热电厂的热力系统工艺流程,我认为API plan32,引用凝结水冲洗密封端面非常适合锅炉给水泵。热流体动压机械密封属于非接触机械密封,摩擦系数小、PV值高、必将在给水泵轴端密封上得到广泛应用,应大力研究开发此类机械密封。
　　机械密封的故障形式多种多样,如何判断故障原因、改进结构设计和维修操作是工程技术人员的必要技能。本文提出了故障和故障分析的定义,根据出现的故障现象,按照正确的步骤分析故障的原因、机理。动静环上的磨损图像是故障分析最有力的判断依据,本文详细描述了密封端面具体的故障现象及原因,针对高温水泵输送介质温度高的特点,特别阐述了高温水泵机械密封端面出现的故障现象及解决措施；泄露是机械密封最常见、最直观的失效症状,如何判断泄漏原因是解决故障的必要手段,本文分析了机械密封几种泄漏症状和可能原因。
　　DG270-140型锅炉给水泵是目前在用的大型旋转设备,本文分析了填料密封存在的问题,轴端密封改造为机械密封后,经过端面比压的校验和实际运行,证明改造是成功的。机械密封装置是一个相当精密的部件,维修安装技术对使用寿命有很大影响,本文讨论了安装机械密封对零部件的技术要求、操作和使用等事项,重点给出了动环的轴向定位方法,进一步研究了机械密封在给水泵上的应用。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究泵轴密封的背景和意义

1.2 机械密封应用与研究现状

1.3 问题的提出

1.4 研究内容

第二章 给水泵轴端密封型式分析对比

2.1 填料密封

2.2 浮动环密封

2.3 螺旋密封

2.4 机械密封

2.4.1 机械密封的基本构成及作用原理

2.4.2 机械密封基本元件的作用

2.4.3 机械密封的可能泄露途径

2.4.4 泵用机械密封的基本型式

2.5 给水泵轴端密封型式比较

2.5.1 软填料密封的优缺点

2.5.2 螺旋密封的优缺点

2.5.3 浮动环密封的优缺点

2.5.4 机械密封的应用优势

2.6 本章小结

第三章 热水泵机械密封端面工况

3.1 机械密封端面摩擦状态

3.1.1 端面摩擦原理

3.1.2 摩擦状态的特征参数与判断

3.2 密封端面的性能

3.2.1 密封端面的流槽形状

3.2.2 径向平行端面密封的参数及计算

3.3 端面温度的计算与测量

3.3.1 温度过高产生的问题

3.3.2 机械密封端面温度计算

3.3.3 端面温度特点

3.3.4 端面温度的测量

3.4 热水泵机械密封的冷却和冲洗

3.4.1 冲洗

3.4.2 冷却

3.4.3 锅炉给水泵机械密封温控措施

3.5 锅炉给水泵机械密封的发展趋势

3.6 本章小结

第四章 给水泵用机械密封故障分析

4.1 故障分析

4.1.1 故障分析定义

4.1.2 故障分析步骤

4.2 磨损图像分析方法

4.3 高温水泵常见故障及症状

4.4 机械密封泄露分析

4.5 本章小结

第五章 锅炉给水泵轴端密封改造与应用

5.1 DG270-140型锅炉给水泵轴端密封的改造

5.1.1 存在的问题

5.1.2 填料密封使用分析

5.1.3 轴封结构的改造

5.1.4 密封端面比压的校验

5.1.5 冷却系统

5.1.6 改造体会

5.2 安装技术和维修对策

5.2.1 机械密封主要零件的技术要求

5.2.2 给水泵零件技术要求

5.2.3 机械密封的安装

5.2.4 设备的操作和使用

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢