大型潛水軸流泵機械密封安裝調(diào)試的探討

2019-10-03 田磊磊 江蘇省江都水利工程管理處

  機械密封的安裝與調(diào)試直接影響到水泵的安裝質(zhì)量與運行質(zhì)量。筆者以潛水泵安裝檢修的實踐經(jīng)驗,通過嚴格控制機械密封靜環(huán)端面與軸垂直度的方法來提高泵軸封氣密性試驗的合格率,從而保障電機絕緣及油腔密封的可靠,省工省時,方便快捷,對相關(guān)泵型的檢修具有一定的參考價值和實踐意義。

一、引言

  機械密封也叫端面密封。它是靠彈簧和密封介質(zhì)的壓力在隨軸旋轉(zhuǎn)的動環(huán)和相對靜止的靜環(huán)的接觸表面上產(chǎn)生適當?shù)膲壕o力,使兩個端面緊密貼合,并相對滑動。端面間保持一層極薄的油膜或水膜,介質(zhì)通過時阻力很大,阻止液體泄漏,從而達到密封的目的。機械密封安裝質(zhì)量的好壞直接影響到水泵的安裝質(zhì)量和運行安全,因此必須把握幾點關(guān)鍵工序的操作,才能確保密封的可靠性。為便于闡述,以一則潛水軸流泵故障檢修實例來分析探討。

二、主要問題

  上海楊浦區(qū)新江灣城清水河泵站配10kv ,1300QZ-100-355 型高壓潛水軸流泵,每臺水泵單機流量5m3/s,葉輪直徑1.3m。隨著運用時間的推移,運用頻率的增加,逐漸暴露出軸承運行溫度同比升高,配套電動機絕

  緣下降等問題。經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn):

  (1)測量電動機定子繞組對機殼的冷態(tài)絕緣電阻。實測三相對地絕緣電阻<10MΩ(要求>50MΩ),吸收比<1.1(要求>1.3),即電動機內(nèi)部有受潮現(xiàn)象。

  (2)檢查軸承腔中32 號機械油,出現(xiàn)乳化沉淀現(xiàn)象。

  (3)機械密封金屬結(jié)構(gòu)有銹斑,彈簧銹蝕,動、靜環(huán)摩擦面有偏磨,機械密封的動環(huán)輔助密封(即O 型橡膠圈)已變形、磨損。

三、分析

  經(jīng)解體檢查分析:油封(即電機腔的機械密封)的補償環(huán)壓得過死,動環(huán)不能在泵軸上靈活移動造成動、靜環(huán)磨損較大,且磨損后得不到補償位移。油腔內(nèi)的油已乳化變質(zhì),造成油封動、靜環(huán)之間的摩擦副滲入雜質(zhì)顆粒,潤滑條件惡劣,運行時溫度升高,加劇磨損,密封逐漸失效。水封(即油腔外與水接觸的機械密封)密封性能下降。由于水泵起動、停止瞬間以及上海黃浦江潮位漲落變化較快時,運行工況變化劇烈,造成壓力波動大,含有大量泥砂的江水在壓力作用下滲透水封,進入油腔,加上油封磨損產(chǎn)生的溫度,加速油質(zhì)劣化,產(chǎn)生雜質(zhì)和水份,進一步促成油腔內(nèi)油封性能的下降,造成電機腔內(nèi)定子繞組受潮,絕緣電阻下降。

四、機械密封的結(jié)構(gòu)及功能

  該機械密封由靜環(huán)、動環(huán)、補償環(huán)、卡環(huán)、輔助密封組成(見圖1)。靜環(huán)為合金材料,工作端面經(jīng)過精加工,外壁及端面包一圈L 型橡膠襯套,安裝在電機軸伸端的靜環(huán)座內(nèi)。動環(huán)是石墨或合金材料,動環(huán)內(nèi)圈安裝輔助軸向密封為O 型氟橡膠圈。補償環(huán)為不銹鋼材料,周向均布多彈簧,對動環(huán)的軸向位移進行彈性補償,補償環(huán)的周向設(shè)有一圈緊定螺釘,在調(diào)整機械密封時起到軸向定位與防轉(zhuǎn)作用?ōh(huán)對補償環(huán)起軸向定位加固作用。

單面多彈簧機械密封結(jié)構(gòu)

圖1 單面多彈簧機械密封結(jié)構(gòu)

  清水河泵站潛水軸流泵所使用的機械密封共有兩道(見圖2),第一道俗稱水封,防止水泵油腔的油液向腔體外泄漏,同時又要防止腔體外的水向潛水泵油腔內(nèi)滲漏。第二道俗稱油封,防止油腔內(nèi)的油液向電機內(nèi)部滲漏。兩套機械密封為單面多彈簧機械密封,水封摩擦副材料由碳化鎢(靜環(huán))與碳化鎢(動環(huán))材料配對。油封摩擦副材料由碳化鎢(靜環(huán))與石墨(動環(huán))材料配對。

1300QZ-100-355 型潛水軸流泵剖面圖

圖2 1300QZ-100-355 型潛水軸流泵剖面圖

五、機械密封的安裝調(diào)試

  1.安裝前的檢查與測量

  (1)檢查機械密封表面無氣孔、麻點、裂紋、劃痕、偏磨及飛邊等缺陷,以避免早期泄漏。動、靜環(huán)密封膠圈的表面不得有殘損、厚薄不均及軟硬不均現(xiàn)象。

  (2)動環(huán)內(nèi)徑與軸徑的間隙應(yīng)在0.2~0.40mm,以避免密封圈浮動性差。測量靜環(huán)厚度與靜環(huán)座的深度,以保證靜環(huán)安裝到位。動環(huán)的凸臺高度≥lmm,以免影響散熱。

  (3)測量彈簧的自由度應(yīng)一致,彈簧兩端面應(yīng)保持平行,避免因彈簧力不平衡造成端面單邊磨損。彈簧的外表面清潔無銹蝕。彈簧自由長度允差<0.5mm,壓縮量要求誤差<±2mm。

  2.機械密封安裝的關(guān)鍵工序

  (1)靜環(huán)端面與軸垂直度

  在靜環(huán)表面涂一層清潔的機油或透平油,把L 型橡膠襯套套在靜環(huán)上,因靜環(huán)與靜環(huán)座為過盈配合,為便于安裝,可在L 型橡膠襯套外面涂點黃油,輕按入靜環(huán)座中,若按不下去,可墊上軟木條輕輕敲入,敲擊時用力要輕,對角180°輪流點擊,不可僅對局部點擊,以免造成靜環(huán)偏斜卡住,安裝不到位,局部翹曲變形等影響下一步安裝。主要控制措施是通過靜環(huán)端面與軸垂直度的測量與調(diào)整來保證。

靜環(huán)端面與軸垂直度測量

圖3 靜環(huán)端面與軸垂直度測量

表1 靜環(huán)端面與軸垂直度測量記錄

靜環(huán)端面與軸垂直度測量記錄

  泵用機械密封在軸徑>50~120mm 時,要求垂直度≤0.06mm。在軸合適位置架設(shè)百分表表座,將百分表測頭垂直于靜環(huán)端面壓下1~2mm,調(diào)節(jié)百分表盤面對零,通過盤車測量靜環(huán)端面均分8 個點與軸的垂直度,經(jīng)測量最高點在2 方位。用軟木塊墊在2 方位,輕輕點擊,用百分表監(jiān)視變化量,依次調(diào)整各測量值偏大方位,再盤車一圈后,至1 方位將百分表重新對零,再次測量8 個方位的端面垂直度,直至每個方位測量值達到0.01~0.02mm。調(diào)整靜環(huán)端面與軸垂直度可按:

  計算,LX—調(diào)整方位的端面垂直度調(diào)整值(X 為1~8 各個點的方位);L0—調(diào)整方位端面垂直度測量值;L180—調(diào)整方位對角180°端面垂直度測量值。

  盤車測量調(diào)整靜環(huán)端面與軸的垂直度不是一次就能成功的,往往需要重復(fù)幾次,逐漸使垂直度調(diào)整到合格范圍。實踐經(jīng)驗,嚴格控制垂直度在 0.01~0.02mm 范圍,可使機械密封安裝后的氣密性試驗的合格率得到顯著提高。

  (2)端面比壓

  垂直度調(diào)整合格后,在軸上套裝動環(huán),在動環(huán)內(nèi)槽裝入O 型橡膠密封圈,再壓上補償環(huán)。對補償環(huán)的軸向位置確定,涉及端面比壓調(diào)整。端面比壓是彈性力作用在密封端面上產(chǎn)生的單位面積上的壓力,其主要作用是保證主機在啟動、停車或介質(zhì)壓力波動時,使密封面能緊密貼合;同時用以克服動環(huán)輔助密封圈與軸表面間的摩擦阻力,使動環(huán)能追隨密封面的磨損沿軸向移動。端面比壓過大將加速摩擦副磨損;比壓過小則易泄漏。調(diào)整比壓其實就是調(diào)整彈簧的壓縮尺寸,對補償環(huán)的軸向定位。該潛水泵可根據(jù)原始標記(水泵解體時原補償環(huán)的軸向位置標記),結(jié)合水泵圖紙上標注的機械密封軸向位置尺寸,兼顧經(jīng)長時間運行彈簧會疲動松動,向內(nèi)調(diào)整1mm。并且彈簧座不能偏斜,可測量補償環(huán)端面周向各點與軸身止口距離誤差來保證。合格后對角擰緊補償環(huán)緊定螺釘,此時用手推動環(huán)作軸向壓縮,松手后動環(huán)應(yīng)能自動彈回,無卡滯。

  3.氣密性試驗

  采用在密封部位涂抹肥皂液進行靜壓試驗結(jié)合人工盤車的方法檢測各腔體氣密性情況。

  (1)泄漏分析及判斷

  泄漏量較小,多為動環(huán)或靜環(huán)密封圈存在問題;泄漏量較大時,則表明動、靜環(huán)摩擦副間存在問題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎(chǔ)上,再人工盤車觀察,若泄漏量無明顯變化則靜、動環(huán)密封圈有問題;如盤車時泄漏量有明顯變化則可斷定是動、靜環(huán)摩擦副存在問題;如泄漏介質(zhì)沿軸向噴射,則動環(huán)密封圈存在問題居多,泄漏介質(zhì)向四周漏出,則多為靜環(huán)密封圈失效。

  (2)氣密性試驗

  安裝后對電機腔、油腔內(nèi)用空壓機打壓至0.2MPa,關(guān)閉相關(guān)氣路閘閥進行腔體保壓。在靜環(huán)與靜環(huán)座配合處、動環(huán)與靜環(huán)貼合處、補償環(huán)與軸之間涂沫肥皂液,盤車檢查是否有翻泡現(xiàn)象,同時監(jiān)視內(nèi)腔壓力表數(shù)值是否有變化。

六、結(jié)語

  清水河泵閘10KV 潛水軸流泵結(jié)構(gòu)中的機械密封在安裝調(diào)整中采用盤車測量,控制靜環(huán)端面與軸垂直度≤0.02mm的做法,經(jīng)6 臺相同型號水泵的安裝實踐驗證,均只需一至兩次調(diào)整即可達到密封腔保壓0.2MPa,12h 無明顯滲漏(≤0.01MPa),符合要求,提高效率,節(jié)省工時。