離心泵軸封腔設(shè)計及機械密封選型研究

楊宇宸，葉林，劉益弘

（中國寰球工程有限公司，北京 100012）

離心泵軸封腔設(shè)計及機械密封選型研究

楊宇宸，葉林，劉益弘

（中國寰球工程有限公司，北京 100012）

離心泵的軸封腔設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系到離心泵整體工作性能，因此需對其軸封腔設(shè)計及軸封的選型設(shè)計工作給予足夠重視。本文在對離心泵基本構(gòu)造及原理充分理解的基礎(chǔ)上，對于離心泵的軸封腔設(shè)計進行了系統(tǒng)化研究，并對離心泵的軸封選型提出相關(guān)見解，以期有效指導(dǎo)工程實踐。

離心泵；軸封腔；選型；設(shè)計

1 離心泵結(jié)構(gòu)

離心泵的結(jié)構(gòu)組成見下圖1所示，主要零部件有泵殼、泵蓋、泵體、葉輪、密封環(huán)、泵軸、密封裝置、聯(lián)軸器、軸承等。

葉輪是離心泵的核心部件，它是唯一的做功部件，泵通過葉輪對介質(zhì)做功。

泵殼是離心泵的主體。泵殼承受全部的工作壓力和介質(zhì)的熱負(fù)荷，同時它還起到支撐固定作用。

密封環(huán)又稱口環(huán)，其作用是防止泵的內(nèi)泄漏與外泄漏，由耐磨材料制成。

泵軸一端固定葉輪，一端裝聯(lián)軸器。密封部件能夠防止泵體內(nèi)部介質(zhì)外泄，同時可避免外來雜質(zhì)的污染。

圖1 離心泵基本結(jié)構(gòu)圖

2 離心泵的軸封腔設(shè)計

2.1 軸封腔設(shè)計要求

在軸封腔設(shè)計時，根據(jù)運行工況、軸封腔內(nèi)側(cè)介質(zhì)類別、壓力等，合理設(shè)計配套裝置，如冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。同時還要考慮適用性廣、互換性強的結(jié)構(gòu)。規(guī)范產(chǎn)品型譜，增加在鑄造時模具的通用性，降低開發(fā)設(shè)計成本。

2.2 軸封腔的結(jié)構(gòu)形式

圖2示出了較為典型的離心泵機械密封結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，離心泵密封結(jié)構(gòu)主要包括葉輪及其組件、軸套及其組件、彈簧底座組件、動靜環(huán)密封圈組件、密封墊圈以及泵軸等，離心泵后端密封主要靠六處密封部件實現(xiàn)，如動靜環(huán)密封圈及端面密封、壓蓋密封圈、密封墊圈（葉輪及其螺母間、軸套及葉輪間）等，泵體主要密封部位為動靜環(huán)端面密封，依靠動密封作用（環(huán)間端面的貼合機相對旋轉(zhuǎn)作用）防止液體徑向泄漏，輔助密封多通過靜密封方式完成。

圖2 典型離心泵密封結(jié)構(gòu)

2.3 軸封腔過流零件的選材

軸封腔過流零件的選材設(shè)計可以保障軸封腔的實際應(yīng)用效能。軸封腔過流零件的選材設(shè)計主要從以下幾方面展開：第一，考慮軸封腔內(nèi)流體的壓力、溫度等特性，保證過流部件的材料強度；第二，軸封腔材料與腔內(nèi)介質(zhì)物理、化學(xué)性質(zhì)相適應(yīng)，如腐蝕性、固體顆粒含量和大小、密度、粘度等。

3 離心泵的軸封選型

3.1 常用軸封類型

離心泵軸封類型主要有接觸式密封、非接觸式密封和組合式密封等。接觸式密封包括填料密封、機械密封等，其中填料密封結(jié)構(gòu)簡單，但密封性較差；機械密封工作可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于強腐蝕性和含磨蝕性固體顆粒的介質(zhì)。

非接觸式密封包括螺旋密封、浮動環(huán)密封、干氣密封等，其中螺旋密封適用于壓力較小、線速度較小的高粘度介質(zhì)，浮動環(huán)密封適用于壓力搞、轉(zhuǎn)速高的水泵，干氣密封高壽命，低磨損，但價格昂貴。組合式密封即機械密封與機械密封組合，既可用于高壓場合，也可用于低壓但是密封要求嚴(yán)格的場合。

3.2 機械密封選擇

單密封：結(jié)構(gòu)簡單，只有一對摩擦副，安裝及維護方便。通常不需要外供封液系統(tǒng)，但需要設(shè)置自沖洗系統(tǒng)，以延長使用壽命。單密封應(yīng)用廣泛，適合于一般液體場合，如油品等。與其它負(fù)責(zé)裝置合用時，可用于帶懸浮顆粒、高溫、高壓液體等場合。

有壓雙密封：又稱雙端面機械密封，用兩對背靠背摩擦副，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需外供封液系統(tǒng)，軸封腔內(nèi)隔離液壓力需高于介質(zhì)壓力（至少0.15MPa），以滿足封堵及潤滑密封面的要求。因為密封液壓力高，泵送介質(zhì)無法進入密封腔。內(nèi)側(cè)密封可以有效阻止隔離液進入泵腔；外側(cè)密封可使得隔離液不泄漏到大氣中，污染環(huán)境，適用于腐蝕、高溫、液化氣帶固體顆粒及纖維、潤滑性差介質(zhì)，以及易揮發(fā)、易燃、易爆、易結(jié)晶、有毒或貴重的介質(zhì)。

無壓雙密封：又稱串聯(lián)式機械密封，有兩對摩擦副，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要外供封液系統(tǒng)，但不對密封腔內(nèi)的隔離液加壓。無壓雙密封的內(nèi)存密封是主密封（第一道密封），用工藝介質(zhì)潤滑。密封腔內(nèi)的隔離液起隔離、緩沖的作用。當(dāng)主密封泄漏后，密封腔內(nèi)的壓力會提高，這時外部的壓力報警設(shè)備會啟動。同時外側(cè)密封可以在維修前起到密封的作用。無壓雙密封長用于氯乙烯、一氧化碳、輕烴等有毒、易揮發(fā)、危險的介質(zhì)。

3.3 軸封沖洗

沖洗就是指從密封的高壓側(cè)直接注入液體，使沖洗液從高壓側(cè)流向低壓側(cè)，從而起到起到密封、冷卻和潤滑的作用。一般泵均應(yīng)進行沖洗，尤其是輸送有毒有害、易燃介質(zhì)的泵（圖3）。

沖洗一般可分為自沖洗和外沖洗。自沖洗是以泵送介質(zhì)為沖洗液，由泵的出口側(cè)引出一小部分液體，向密封端面的高壓側(cè)直接注入，進行沖洗。常用于泵送介質(zhì)相對清潔的液體，并且密封腔內(nèi)壓力應(yīng)小于泵出口壓力，大于入口壓力。外沖洗是在泵的外部引一股清潔的介質(zhì)進行沖洗。用于泵送介質(zhì)溫度較高，易汽化以及雜質(zhì)含量較高的場合。

外沖洗對沖洗液的要求較高。沖洗液應(yīng)具備以下幾種性能：（1）清潔，不含固體顆粒，無腐蝕，且溫度較低；（2）具有一定的潤滑性，與泵送介質(zhì)不會反應(yīng)；（3）在操作條件下不易汽化的；（4）沖洗液壓力一般要比密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力高0.1～0.2MPa。

圖3 機械密封典型結(jié)構(gòu)及管線接口

4 結(jié)語

離心泵的軸封腔設(shè)計是設(shè)計過程的關(guān)鍵，且考慮到離心泵軸封腔應(yīng)用介質(zhì)的差異，在開展軸封腔設(shè)計時需重視軸封腔結(jié)構(gòu)及過流零件耗材的選型設(shè)計。在軸封形式的選用方面，應(yīng)依據(jù)輸送介質(zhì)種類及具體應(yīng)用工況進行合理選型，以不斷提升離心泵使用效益。

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B 文章編號：1671-0711（2017）06（下）-0088-02