1.技术分析
如图1所示,设计要求泵筒体与吸入侧泵盖合装进行10MPa以下的水压试验即A区;吐出侧泵盖与泵筒体合装进行60MPa以上的水压试验即B区;而抽头接管部位要求做20MPa左右的水压试验即C区。在传统的水压试验中,如图2采用水压试验压板封住端面,用O型圈进行密封;由于抽头部位的中压腔体积比较小,且密封困难,无法进行圆周上孔的密封,为减小试压工装密封难度,将其与高压腔连成一体,整体为B腔,因此进行的是高压腔的水压试验,这种方式抽头所承受的实际压力值是预期承受压力值的3倍,极大增加了抽头接管部位所受的压力,直接增加了抽头由于水压试验产生的变形甚至破坏的风险。且中间止口配合平面如图2X处详图在吕间配合止口处采用端面密封,因在线经常发生变形及压痕,并且由于压力大,主螺栓与筒体的螺纹孔经常发生研磨现象。因此根据此典型结构,分析此种泵型的安全可靠的水压试验方法。
2.三个区采用的水压试验密封方法
经过多年的水压试验方法,对此工件的结构进行研究,对实现三个区分别进行水压试验的目的,并减少中间止口配合平面的变形,螺栓孔的研磨,经过多方论证,根据压力的不同,综合应用传统的和先进的水压试验及密封方法。如图3所示,A区(低压区)采用传统的密封方式,B区(高压区)采用填充式密封方式,C区(中压区)采用自紧式密封方式。在图3中用中间填充体将抽头的中压腔C腔与泵筒体的高压腔B腔通过径向密封进行分隔,对抽头的C腔单独进行水压试验,试验压力为20MPa以上,大大降低了抽头部分的水压试验压力值,可以有效地减少变形及破坏的可能性,方案更加合理。并且高压腔减少面积,减少主螺栓与泵体主螺纹孔的研磨。
经过实验应用,此方法切实可行,减小了中间止口的变形,减少了主螺栓的与筒体之间的研磨现象。下面对此试压方案进行详细分析:
(1)低压区A区的密封方法
如图2和图3所示,A区由于是低压区,因此做用于各试压压板的压力小,靠压板上螺栓的预紧力即能保证密封性良好,因此采用传统的水压试验方式。其优点操作简单,缺点为对于高压力的水压试验无法良好密封。
(2)自紧式密封方法
如图4所示,如果试压压力大,向上的力P1和向下的力P2也相应大,平衡掉一部分紧固力,这样在两面接合处的密封圈位置就会产生一定间隙,间隙足够大时,密封效果就会减低或消除,就会产生泄露现象,无法进行正常水压试验,针对此种情况,根据专利技术《一种高压锅炉给水泵的试压方法》,采用自紧式密封方法,在抽头接管与试压压板之间放置一活动板,并在活动板的外圆和与工件端面之间设计两道密封槽,一处为端面密封1,一处产径向密封2,δ为试压压板与活动板之间的间隙,此间充满液体,即径向密封处产生向下的力,其与螺栓预紧力一起产生向下的密封力,以压紧端面密封1。
这种试压方法,当螺栓由于上、下两方向力作用而拉长时,它并不影响密封面的的压紧,反而起到增大密封作用。当试验压力>150kgf/cm2,密封面直径>180mm时,一般应用此种试压方式。
(3)填充式水压试验方法
对于压力在55a至80MPa之间的水压试验,由于其压强太大,对于大的腔体,其压力就大,随之把合主螺栓受力大,极易产生研磨现象,同时中间配合止口平面造成极大的损坏。由于压力为压强乘以面积,因此在此上集思广益,设计出填充式密封的方法。如图2件中间填充体所示。利用填充体隔开高、中、低压水压试验,通过各处止口处的密封形式如图3X详图填充体的外圆采用径向密封,形成不同的腔体,保证抽头接管处不再跟高压区进行相同的水压试验。中间填充体的体积占据试压体积的75%,减少液体体积及受力面积,从而大大的减少了给承件件的压力,从而减少中间止口平面的变形,减少主螺栓的研磨数量;
(4)中间配合端面处的密封
如图2X处详图,传统方法采用端面密封,仅有密封圈与中间配合止口相接触,受力面积特别小,而在试压过程中由于高压腔的压力特别大,每次试压均产生变形及压痕,试压合格后重新上大型立车将此密封面重新加工。经过改进后,如图3Y部放大详图,采用径向密封,中间配合止口所有面积均与工装接触,因此受大面积扩大了,有力的减少了变形的可能性。
3.结论
(1)对于低压力的水压试验,直接采用端面密封,结构简单,成本低,操作简单。
(2)对于15-55MPa的水压试验,可采用自紧式密封。其优点在于:①由活动板内部压力形成造成自身的紧固力;②由内力造成自身的密封力;③不须要外力做功,确保试压质量;④水压强度(在一定范围内)越大,其自身密封效果越显著;⑤因活动板具有浮动特点,所以对试压压板和被试压件的密封面不需要有平等度和垂直度的要求。
(3)填充式密封。①通过改变密封形式,减小零部件的局部受力;②通过填充补偿的形式,减少泵盖受力,间接减小水压试验时泵体主螺栓的受力;③降低水压试验风险,提高安全性。缺点是填充体体积大,制造成本高。
(4)中间配合止口部位尽量采用径向密封,避免使用端面密封,以免止口端面变形。
传统的水压试验方法容易造成产品零部件局部塑性变形;泵体主螺栓承受大大超过设计额定值的拉力,容易发生螺纹损伤;试压工装结构形式容易发生变形导致密封失效,风险性高,安全性低等缺点。通过这些改进,创新的水压试验方法,保证了超超临界给水泵的水压试验的可靠性,安全性,从而保证了超超临界机组的可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命,从而进一步提高蒸汽参数,从而获得更高的效率和环保性能。基于以上优点,目前在生产制造中均综合采用自紧式密封或填充式密封进行水压试验,使超临界给水泵和超超临界给水泵的制造质量得到强有力保证。
摘要：超超临界火电机组(60万千瓦和100万千瓦)具有煤耗低、环保性能好、技术含量高、机组热效率高的特点得到广泛应用。做为机组的核心动力设备--锅炉给水泵的工作压力达到65MPA,随着压力的增加,其密封性,安全性的要求也越来越高。作为给水泵的关键安全承压部件—泵筒体、泵盖的承压性能要求极高,在如此高的压力下进行水压试验,一旦泄露,是十分危险的。本文阐述了在传统水压试验方法的基础上,对高压力水压试验方法的自紧式密封和填充式密封的应用,从而提高工件的制造质量,保证水压试验操作者和检查者的安全性。
关键词：高压力水压试验,自紧式密封,填充式水压试验
参考文献
[1] 董琨,靖长财.浅谈国华电力1000MW超超临界机组经济性指标和节能降耗措施[J].华北电力技术,2013-12-25.
[2] 齐学义.超临界、超超临界水泵的结构分析[J].水泵技术,2005-10-30.
[3] 王芳.一种高压锅炉给水泵的水压试验方法,中国,ZL201 310383104.0.
[4] 胡军.一种高温高压锅炉给水泵水压试验的填充式隔板及方法,中国,CN110925185A.