螺旋密封在導(dǎo)熱油泵中的使用設(shè)計(jì)

葛成清 魏勝利 朱曉棟

摘要：在甲乙酮生產(chǎn)裝置中，由于導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)具有良好的熱穩(wěn)定性和較高的熱能利用率，故用其做為裝置的熱源。導(dǎo)熱油在熱媒爐加熱后，為加熱器和反應(yīng)器供熱，然后經(jīng)過(guò)濾器和油氣分離器返回到熱媒泵入口。熱媒泵工作狀況對(duì)供熱能力影響很大，而密封無(wú)泄漏是評(píng)價(jià)其性能優(yōu)劣的重要因素之一。本文以甲乙酮裝置p-2402為例介紹RY型熱油泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，故障分析，填料密封改為螺旋密封的依據(jù)及優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱油泵;螺旋密封;密封能力

1.概述

1.1RY導(dǎo)熱油泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

RY型熱油泵為單級(jí)懸臂式結(jié)構(gòu)分為腳支撐，泵的進(jìn)口為軸向吸入，出口為中心垂直向上。泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器合裝于同一底座上。整個(gè)機(jī)組無(wú)需加冷系統(tǒng)。RY系列導(dǎo)熱油泵主要由殼體、轉(zhuǎn)子、軸承、密封等部分組成，采用填料密封結(jié)構(gòu)，附加耐溫油封，起輔助密封的作用。

1.2設(shè)備基本情況：

甲乙酮裝置導(dǎo)熱油泵P-2402型號(hào)：RY125-100-250D，介質(zhì)：導(dǎo)熱油，溫度：260～300℃，流量：143/h，出口壓力：0.7MPa，轉(zhuǎn)速：2900r/min。

2.故障現(xiàn)象及原因分析

2.1故障現(xiàn)象

在2020年6月-10月期間，先后發(fā)生了三起軸承失效故障，拆檢后均發(fā)現(xiàn)填料、鋼包骨架圈與泵軸接觸部位有磨損現(xiàn)象，軸承滾道，滾珠表面脫層。

2.2原因分析

2.2.1該泵為全殼體封裝熱油泵，采用柔性石墨填料密封和鋼包骨架圈，葉輪側(cè)填料安裝在葉輪側(cè)填料箱內(nèi)，利用孔用彈性擋圈固定，非驅(qū)動(dòng)端軸承處密封采用鋼包骨架圈密封;驅(qū)動(dòng)端軸承密封采用鋼包骨架圈密封利用孔用彈性擋圈固定。

2.2.2填料密封原理是泵軸在微觀(guān)下表面非常的不平整，與盤(pán)根部分貼合，而部分未接觸，所以在盤(pán)根和軸之間著微小的間隙，像迷宮一樣，帶壓介質(zhì)在間隙中多次被節(jié)流，從而達(dá)到密封的作用。機(jī)泵運(yùn)行過(guò)程中，填料與泵軸、鋼包骨架圈與泵軸貼合部分產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致填料、鋼包骨架圈、泵軸磨損。

2.2.3機(jī)泵軸承座中設(shè)置有兩個(gè)球軸承，每個(gè)球軸承在運(yùn)行3000h之后，必需拆下清潔干凈后，檢測(cè)接觸面是否破壞，如有損壞，必需換新的軸承。靠泵葉輪側(cè)的一個(gè)球軸承用所輸送的導(dǎo)熱油潤(rùn)滑，開(kāi)機(jī)前注入導(dǎo)熱油潤(rùn)滑，靠聯(lián)軸器側(cè)的一個(gè)球軸承則用高溫潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，填料、鋼包骨架圈、泵軸磨損后高溫導(dǎo)熱油夾帶磨損雜質(zhì)進(jìn)入軸承，使軸承加速損壞。

3.螺旋密封在導(dǎo)熱油泵使用設(shè)計(jì)

3.1螺旋密封的原理

螺旋密封的軸表面開(kāi)有螺旋槽，而孔為光表面，這同迷宮密封的開(kāi)槽情況是一致的，所以可以把螺旋密封看成是迷宮密封的一種特殊型式，稱(chēng)為螺旋迷宮。但是，螺旋迷宮的齒是連續(xù)的，不象前述的各種迷宮的齒是連續(xù)的齒。由于齒的連續(xù)性，通過(guò)齒的介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。螺旋槽不再作為膨脹室產(chǎn)生旋渦來(lái)消耗流動(dòng)能量，而是作為推進(jìn)裝置與介質(zhì)發(fā)生能量交換，產(chǎn)生所謂的“泵送作用”，并產(chǎn)生泵送壓頭，與被密封介質(zhì)的壓力相平衡，即壓力差 p=0，從而阻止泄露。所以在密封機(jī)理上與迷宮密封略有不同。但是，介質(zhì)在通過(guò)間隙時(shí)會(huì)有一部分越過(guò)齒頂留過(guò)，而不沿槽向流動(dòng)，即有透氣效應(yīng)，這和迷宮密封中的情況是一樣的。

單段螺旋，它利用螺旋桿泵原理，利用螺旋的泵送作用，把沿泄露間隙的介質(zhì)推趕回去，以實(shí)現(xiàn)密封。螺旋的趕油方向需與油的泄露方向相反，否則，不但不能實(shí)現(xiàn)密封，反而會(huì)導(dǎo)致泄露量急劇增加

3.2螺旋密封的特點(diǎn)

螺旋密封中轉(zhuǎn)子與定子部件之間為非接觸式密封，不存在兩者的磨損現(xiàn)象，壽命較長(zhǎng)，而且加工方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，要求安裝精度低，功率消耗低，發(fā)熱量小。

3.3螺旋密封在導(dǎo)熱油泵選用分析

3.3.1通過(guò)分析甲乙酮裝置導(dǎo)熱油泵P-2402故障率高主要是軸承失效，而軸承失效的主要原因是填料密封的磨損與失效，通過(guò)分析比較各種密封方式的優(yōu)缺點(diǎn)，泵蓋端密封采用螺旋密封和鋼包骨架圈相結(jié)合。即在原填料密封軸封部位加裝螺旋密封套，保留原鋼包骨架圈，在軸承箱內(nèi)加注用潤(rùn)滑油L-HV-46潤(rùn)滑軸承。在泵運(yùn)行時(shí)，起密封作用的主要是螺旋密封結(jié)構(gòu)，鋼包骨架圈只起輔助密封作用。這樣，鋼包骨架圈與高溫介質(zhì)沒(méi)有接觸，鋼包骨架圈的使用壽命較長(zhǎng)。在泵停機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼包骨架圈密封發(fā)揮作用，封住了軸封處的外泄導(dǎo)熱油。這種方法只需在原導(dǎo)熱油封體的基礎(chǔ)上稍加改造即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便、成本較低。

3.3.2螺旋密封設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①趕油方向

對(duì)于螺旋密封的趕油方向要特別注意，著把方向搞錯(cuò)，則不但不能密封，相反.卻把液體趕向漏出方向，使得泄漏量大為增加。設(shè)軸的旋轉(zhuǎn)方向n從右向左看為順時(shí)針?lè)较?，如欲使趕油方向向左，當(dāng)螺絞加工于軸1上時(shí)，則應(yīng)為左螺紋;當(dāng)螺紋加工于殼體2的孔內(nèi)時(shí)，則螺紋方向應(yīng)與前者相反.為右螺蚊。

②選用螺旋密封時(shí)應(yīng)根據(jù)軸的轉(zhuǎn)速，合理地選擇螺旋段長(zhǎng)度及頭數(shù)。

③螺旋密封為動(dòng)態(tài)方能實(shí)現(xiàn)密封，停泵時(shí)不起作用，因此必須設(shè)計(jì)輔助停車(chē)密封。

④密封間隙

根據(jù)軸跳動(dòng)量、偏心量選擇合理的密封間隙，以保證運(yùn)行時(shí)密封偶件間不產(chǎn)生摩擦為宜，密封間隙越小，密封效果越佳。如果間隙大，則液體介質(zhì)不能同時(shí)附著于軸與孔的表面上。若液體介質(zhì)僅附著于孔壁而與軸分離，則螺旋密封不起趕油作用，即密封無(wú)效、通常，間隙c=﹙0.6/1000～2.6/1000﹚d，獲取c=0.2mm，d為密封軸徑。

3.3.3螺旋密封選用計(jì)算

考慮加工方便，我們選用矩形螺紋槽螺旋密封為甲乙酮裝置導(dǎo)熱油泵P-2402的密封形式。

①確定螺紋導(dǎo)程S

根據(jù)表1選用螺旋角α=15o39′并根據(jù)已知條件計(jì)算螺紋導(dǎo)程

②相對(duì)螺紋槽v

根據(jù)表1取v=4

③螺紋槽深h

根據(jù)表1取，為了防止由于加工誤差及安裝誤差，與軸發(fā)生摩擦，取密封間隙c=0.20mm，則螺紋深度：

h=（v-1）c=（4-1）×0.2=0.6（mm）

④計(jì)算螺紋槽寬a、齒寬b

根據(jù)表1，選用相對(duì)螺紋槽寬u=0.5，螺紋頭數(shù)i=4。為了縮短螺紋浸油長(zhǎng)度，現(xiàn)取i=6，則

⑤核算螺紋槽形狀比w

w>4，符合要求

⑥計(jì)算密封系數(shù)CΔP

得l/CΔP=11.1

⑦計(jì)算單位壓差的浸油長(zhǎng)度l/CΔP

軸角速度 （rad/s）

⑧密封螺紋浸油長(zhǎng)度l

密封腔壓力為，密封腔外壓力為大氣壓，即p2=0，所以密封壓差Δp=p1-p2=0.122-0=0.122MPa，則密封螺紋浸油長(zhǎng)度

l=（l/Δp）×Δp=447.8×0.122=54.6（mm）

3.3.4通過(guò)計(jì)算，對(duì)于導(dǎo)熱油泵P-2402，可加工內(nèi)徑為40mm與泵軸配合、直徑為d=50mm、螺旋密封長(zhǎng)度L=55mm、螺紋頭數(shù)i=6、螺紋槽寬a=2.85mm、齒寬b=2.85mm、螺紋導(dǎo)程S=34.24mm、螺紋槽深h=0.60mm的左旋螺旋密封套來(lái)替代葉輪側(cè)盤(pán)根密封能夠滿(mǎn)足密封要求，延長(zhǎng)軸承使用壽命，使設(shè)備達(dá)到長(zhǎng)周期運(yùn)行。

4結(jié)論

螺旋密封由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，巳越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)導(dǎo)熱油泵故障分析以及螺旋密封在導(dǎo)熱油泵選用的分析計(jì)算，在一些實(shí)際設(shè)計(jì)中，螺旋參數(shù)的確定可參考以上分析計(jì)算選擇.但還必須綜合考慮被密封介質(zhì)的粘度、工作時(shí)的速度等一系列影響因求。

參考文獻(xiàn)：

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