高压热水泵的密封结构设计

2016-03-12杜志强朱云龙苏璟琛

大科技 2016年33期

杜志强朱云龙苏璟琛

高压热水泵的密封结构设计

杜志强朱云龙苏璟琛

（沈阳鼓风机集团有限公司辽宁沈阳 110869）

高压力热水泵的密封在国内应用较为广泛，是确保热水泵可靠性的关键。本文通过分析高压热水泵密封的设计过程以及密封结构，针对普通机械密封存在的问题提出了几点技术改造措施。在高温、高压的条件下，为促进热水泵的技术发展与提升高压热水泵的密封提供理论参考。

高压；热水泵；密封；结构

在常温、常压状态时对密封性能要求不高，传统的水泵密封是使用软填料作为密封材料的。但是在高温、高压的条件下，其结构在使用的过程中存在着易磨损、密封稳定性差等问题。加上其本身容易气化并且在密封端面之间的压力和摩擦热的作用下，极度影响供水效率。在机械密封的滑动端面难以维持稳定的液体膜使得密封端面处于干摩擦状态，经常损坏。本文着重针对这些问题进行分析，从而解决此类密封的设计问题。

1 高压热水泵的机械密封特点

过去经常使用的水泵填料是普通浸油麻丝软盘根，为了满足工艺上的需要即在一定的温度之上，需要采取高效的改进措施。较高的压力使端面摩擦力增大，使用寿命不到600h并且需要经常维修和更换。尤其是泵启动的瞬间对密封各部件结构的强度要求很高，压盖通过压盖螺栓轴向预紧力的作用使盘根产生轴向压缩变形。对温度变化极为敏感，引起盘根产生径向膨胀的趋势。

（1）密封正常运转时，盘根密封装在盘根仓内。此类介质容易气化且温度越高其饱和蒸汽压就越高，间隙被填塞而达到密封。但是介质输送压力是一定的，盘根的膨胀受到盘根仓内壁与轴表面的阻碍作用。如果密封产生的热量不能及时散发就会使密封腔的温度过高，使其难免存在微小间隙而造成泄漏。饱和蒸汽压力超过输送压力，使其与两表面之间产生紧贴。介质气化使密封失效，此间隙即为主要泄漏通道。当拧紧压盖螺栓时，端面变形的控制难度也大大增加。

（2）整体型结构在保证强度时需要较大的端面，软填料密封由于结构简单且拆装方便而且能适应各种旋转运动、往复运动、螺旋运动及静止元件的密封仍被广泛使用。但端面变形难以控制，盘根是在变形时依靠合适的径向力紧贴轴和盘根仓内壁表以保证可靠的密封。密封尺寸受泵体尺寸所限，与轴紧密接触。需在有限空间内满足压力变形的影响，减少柔性盘根受压盖的轴向压紧力作用产生弹塑性变形而沿径向扩展。高温高压的热水对密封的尺寸和形状都有极为严格的要求，需减少摩擦磨损，提高使用寿命。

2 针对高压热水泵的密封结构设计

现在随着计算机技术的应用，对各类结构进行有限元分析的软件较多。所以，可以采用这些软件对此设计的密封进行分析，得到最佳的设计，并加工出样件，在实验中加以验证．从而确定最后的方案。根据以上的理论分析，在密封设计中进行应用：

（1）密封设计的结构必须具有较高的机械强度，采用由纯合成纤维、高纯度石墨或高分子硅脂、聚四氟乙烯、有机密封剂进行混合的新型密封填料。由于本身结构的原因镶嵌应力在运转过程中平衡系数和端面比压必须在要求的范围内，需针对传统的软填料密封存在的不足进行改良。传动顶丝、传动凹槽和传动螺钉等结构的大小和数量必须考虑端面干摩擦时的极限状态，可以紧紧缠绕在轴上并随轴同步旋转。所有石墨环等易损件的结构必须满足在高压下和较大的扭矩下不能损坏，当有一定压力的流体介质通过轴表面时起到节流降压作用。在不同的压力下。其形状和压力参数的微小变化，都能是端面的变形产生较大的变化。延长轴和填料的使用寿命，节省了大量的资金。在同样的密封条件下保证了设备安全稳定地运行。

（2）换热器的应用充分降低密封腔的温度使端面摩擦热能快速的散发出去，流体沿轴向流动受阻而达到密封。密封端面附近的空间必须加大，形成一个“旋转层”的直径逐步增大。以便促进热量的流动和减少端面摩擦热对密封腔温度的影响，使适当的压紧力使轴与填料之间保持必要的润滑膜。密封动静环必须进行优化和时效处理，对轴产生压紧力。密封动静环的形状和尺寸在轴的运转过程中对端面在压力下的变形具有决定性的作用，如果密封面呈干磨擦状态且磨损严重，密封寿命将大大缩短。密封产生的摩擦热与端面宽度成正比，使其从结构上以及材质方面得以全面改善。产生的热量大使密封面的温升增高，为公司节约了不少成本从而提高了效益。

（3）高压热水泵影响着全厂的正常生产，需改进密封结构。自动补偿径向压紧软填料密封结构的设计参数要求很高，径向和间隙中介质的压力需在数值上接近。采用单密封对密封的可靠性要求极高，符合软填料密封机理。针对此类介质本身容易气化的特性在密封的动环端面增加流体动压槽的设计，保证有效密封。和传统软填料密封结构相比，液态介质可以充分对端面进行润滑。摩擦功耗低，提高机械密封使用性能和增加机械密封使用寿命。调整尺寸改进得出最佳的形状和尺寸，始终紧压轴表面。对动静环端面进行时效处理，自动补偿机构可连续补偿径压力。在实验室进行实验验证各项性能以消除应力的影响，提高密封的可靠性。为用户节省了大量的人力物力进行维修的基础上，减轻了轴与填料的磨损。

（4）高压热水泵应采用合适的辅助系统，使其具有很强的可塑性。泥状混合填料密封结构使密封环形状强度与抗变形能力增强，与轴缠绕的填料则与填料箱保轴表面总有一定的表面粗糙度。保持密封正常工作时端面只承受压力变形的影响，在相同的压盖压力下抵抗介质压力的能力增强。封端面平直的接触对密封性能的影响是至关重要的，封端面平直后密封效果明显改善。因此大规格密封中既要保证端面具有一定的强度，使变形减少。又要保证端面形状在温度和压力的共同作用下保证端面的平直，介质泄漏的阻力增大。