机械密封在电厂锅炉给水泵中的应用及故障分析.pdf

第 3 2卷 第4期 2 0 1 1年 4月 华 电技 术 Hua di a n Te c h n o l o g y V0 1 ． 3 3 No ． 4 Ap r ． 201 1 机械 密封在 电厂锅炉 给水泵 中的 应用及故 障分析 鄢传武， 王章生 ( 华电 电力科学研究院 ， 浙江 杭州3 1 0 0 3 0 ) 摘要： 介绍了印度某热力发电厂锅炉给水泵机械密封的结构及其密封循环液管路的布置， 论述了机械密封的工作原理 以及机械密封液温度过高对机械密封性能的影响， 结合工程实际， 分析了密封液泄漏引起其温度过高的原因， 提出了相 应的解决措施。 关键词： 机械密封； 液体膜； 泄漏 中图分类号 ： T H 1 3 6 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 4—1 9 5 1 ( 2 0 1 1 ) o 4— 0 0 5 5— 0 2 O 引言 印度某热 力发 电厂 1机组 配备 3台容 量 为 5 0 ％的电动锅炉给水泵组 ， 主泵的轴端均采用机械 密封。机械密封具有泄漏小、 可靠性高、 摩擦功耗低 和使用寿命长等特点 ， 广泛应用于泵 、 压缩机等旋转 设备。在机组运行过程 中， 因机械密封液温度过高 频繁发生跳泵事故 ， 影响机组安全运行 。 1 给水泵机械密 封装置及 其辅助冷 却系统 机械密封是指 由至少 1 对垂直于旋转轴线的端 面， 在流体压力和补偿机构弹力的作用下 以及辅助 密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流 体泄漏的装置 ， 其结构如图 1 所示。 1 ． 静 环0形 ；2静 环 座 ；3 ． 静 环 ；4 ．动 环 ；5 ．动 环 0形 圈 ； 6 ． 动环座 ；7 ． 推环 ；8 ． 弹簧：9弹簧座 图 1 锅炉给水泵机械 密封结构 图 2为机械密封液的冷却系统简图 ， 由图 2可 以看出 ， 机械密封液循环 回路上设置了磁性过滤器 ， 以防止含有杂质的密封液返 回机械密封装置 ， 损坏 机械密封装置。密封液回路 中还设计了放 空气点 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 0— 0 9—1 0 以便排出回路 中的空气 ， 防止管路振动。图 2中的 温度元件的作用是监视密封液温度 ， 在锅炉给水泵 运行 时 ， 如 果该 温 度 过 高， 则分 散 控 制 系统 D C S ( D i s t r i b u t e d C o n t r o l S y s t e m) 会产生一个脉冲信号使 锅炉给水泵跳闸。 磁 性 滤 网 冷却水入 口 机械密封液温度 机械密封液入口 图 2机械 密封循环液及其辅助冷却管路布置图 2 机 械密 封原理 及密封 液温 度对 密封性 能 的影 响 如图 1 所示 ， 机械密封工作时 ， 主要是借助弹簧 8来推动推环 ， 而推环推动动环向静环靠 近， 动环旋 转后对动 、 静环 间的液体施加一个 周 向作用力 ； 同 时， 由于弹簧的作用 ， 动、 静环之间的液体还承受一 个轴向作用力。于是 ， 动 、 静环之间的液体介质在上 述 2种作用力的作用下形成具有 一定压力 的液体 膜 ， 压力液体膜实现对轴端 的密封。 根据机械密封结构可知， 给水泵运行时 ， 机械密 封将与泵同转速运转 ， 旋 转的动环与液体膜之 间发 生强烈的摩擦 ， 从而产生大量的摩擦热 ， 使液体膜温 度不断升高。当工作介质温度较高时， 局部液体膜 温度可能超过其沸点 ， 使液体膜发生汽化 ， 液体膜被 破坏后导致动 、 静环之间产生干摩擦 ， 从而使机械密 封 失效 。 5 6 华 电技 术 第 3 3卷 锅炉 给水 泵正常 工作 时， 由于给水温 度高 达 1 7 0 o C左右， 所 以， 锅炉给水泵 的机械密封必须配置 相应 的辅助冷却系统 ， 以实现对密封液 的冷却 。基 于机械密封液体膜压力差的特点 ， 可实现机械密封 液的循环流动 ， 并且在循环流动过程 中实现密封液 的冷却。 3 机械密封液温度过高的原因分析 根据锅炉给水泵机械密封循环回路及其辅助冷 却系统的设置 ， 密封冷却液的冷却效果和密封冷却 液的流量决定了机械密封液温度是否超标。锅炉给 水泵机械密封液冷却器采用表面式换热器 ， 由表面 式换热器的特性可知 ， 影响换热器换热效果 的主要 因素是冷却介质 和被冷却介 质的流量 、 进 口温 度。 锅炉给水泵正常工作时 ， 泵端的机械密封循环液的 冷却水参数是稳定的。所以， 锅炉给水泵的机械密 封液温度是否能够稳定在要求 的范围内， 取决于机 械密封液的流量和温度。 印度某热力发 电厂 1 机组 的 3台锅炉给水泵 运行时均出现机械密封液温度过高现象 ， 就地检查 发现 ， 机械密封液的放空气阀出现泄漏 ， 采取更换放 气阀门的措施后 ， 机械密封液温度可 以稳定在要求 的范围内。图 3为该厂锅炉给水泵机械密封液流动 示意图， 图中： P 为截面 i 处的压力 ； q 为截面 i 处 的质量 流量 。 Pn ， q m o 密封液 冷却器 图 3 给水泵机械 密封液流动示意 图 从 图 3可 以得 出 q 1 q m 2+ g 棚 ， 式中： q ， 为机械密封液抽 出质量流量 ； q 为机械密 封液输入质量流量 ； q 神为机械密封泄漏量 。 由流量平衡公式可知 ， 当密封液回路 的放气 阀 处不发生泄漏时 ， q 与 q 是相等的， 当放气 阀处 发生泄漏时 ， 根据机械密封液膜压力分布规律可知 ， P ， 与 P 恒定。 所 以， 当放气 阀发生泄漏时 ， 将使 q 增大 ， 而 q 减小。由此可知 ， 当机械密封放空气点 发生泄漏时， 一方面增加了密封液抽出量 ， 更多的高 温给水不停地补充到机械密封腔中， 使密封液升温 ； 另一方面减少了冷却后 的密封液输入量 ， 经过冷却 器的机械密封液流量相对减少 ， 减弱对机械密封断 面的冷却效果 ， 最终导致机械密封液温度不断升高。 4 防止机械密封液温度过高的措施 机械密封液温度升高 ， 一方面是 由于冷却器冷 却效果没有满足要求， 另一面是 由于密封液循环 回 路发生泄漏 ， 使有效 的循环密封液流量减少 ， 所 以， 可以采取以下措施 防止机械密封液温度过高。 ( 1 ) 设计机械密封液冷却水系统时 ， 预 留足够 的冷却水余量 ， 或者将冷却水量设计成可调节的， 以 便满足密封液循环量的变化需要。 ( 2 ) 采用质量可靠 的放气 阀， 确保 管路的焊接 质量 ， 防止 因阀门不可靠 、 关闭不严或管道存在焊缝 而发生泄漏， 从而导致密封液流量增加 。 5 结论 ( 1 )机械密封装置密封性能稳定 、 可靠 ， 但动、 静环间机械密封液在动环旋转摩擦作用下会 因为密 封液温度过高而汽化 ， 使密封液膜破坏， 从而导致机 械密封失效 ， 甚至损坏。应用于高温介质密封 的机 械密封必须设置辅助冷却 系统 ， 将机械密封液温度 稳定在一定范 围内， 以保 证机械密液膜稳定 ， 密封 可靠。 ( 2 )机械密封液外漏使密封液循环流量增加， 在设计的冷却水流量下 ， 会引起 机械密封液温度急 剧升高。所以， 锅炉给水泵正常运行时 ， 应加强监视 密封液循环 回路的泄漏情况。 参考文献 ： [ 1 ] 徐世君． 温度对机械密封的影响及分析方法[ J ] ． 机械制 造与研究 ， 2 0 0 7， 3 6 ( 5 ) ： 8 2— 8 3 ， 8 8 ． 『 2 1 王顺学． 机械密封的失效原因分析与对策[ J ] ． 陕西国防 工业职业技术学院学报 ， 2 0 0 8 ， 1 8 ( 2 ) ： 2 0— 2 2 ， 2 8 ． [ 3 ] 张坚． 机械密封的工作原理[ J ] ． 农机使用与维修， 2 0 0 7 ( 4 )： 2 7 ． ( 编辑 ： 刘芳) 作者简 介： 鄢传武 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 江西 南 昌人 ， 工程 师 ， 工 学硕 士 ， 从事 电厂汽轮机热力 系统优化及 机组启 动指导方 面 的工 作 ( E — m a i l ： c h u a n w u — y a n @e h d e r ． c o m) 。