螺旋密封在導熱油泵中的使用設計

葛成清 魏勝利 朱曉棟

摘要：在甲乙酮生產裝置中，由于導熱油供熱系統具有良好的熱穩定性和較高的熱能利用率，故用其做為裝置的熱源。導熱油在熱媒爐加熱后，為加熱器和反應器供熱，然后經過濾器和油氣分離器返回到熱媒泵入口。熱媒泵工作狀況對供熱能力影響很大，而密封無泄漏是評價其性能優劣的重要因素之一。本文以甲乙酮裝置p-2402為例介紹RY型熱油泵結構特點，故障分析，填料密封改為螺旋密封的依據及優點。

關鍵詞：導熱油泵;螺旋密封;密封能力

1.概述

1.1RY導熱油泵結構簡介

RY型熱油泵為單級懸臂式結構分為腳支撐，泵的進口為軸向吸入，出口為中心垂直向上。泵和驅動電機通過彈性聯軸器合裝于同一底座上。整個機組無需加冷系統。RY系列導熱油泵主要由殼體、轉子、軸承、密封等部分組成，采用填料密封結構，附加耐溫油封，起輔助密封的作用。

1.2設備基本情況：

甲乙酮裝置導熱油泵P-2402型號：RY125-100-250D，介質：導熱油，溫度：260～300℃，流量：143/h，出口壓力：0.7MPa，轉速：2900r/min。

2.故障現象及原因分析

2.1故障現象

在2020年6月-10月期間，先后發生了三起軸承失效故障，拆檢后均發現填料、鋼包骨架圈與泵軸接觸部位有磨損現象，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，葉輪側填料安裝在葉輪側填料箱內，利用孔用彈性擋圈固定，非驅動端軸承處密封采用鋼包骨架圈密封;驅動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下表面非常的不平整，與盤根部分貼合，而部分未接觸，所以在盤根和軸之間著微小的間隙，像迷宮一樣，帶壓介質在間隙中多次被節流，從而達到密封的作用。機泵運行過程中，填料與泵軸、鋼包骨架圈與泵軸貼合部分產生摩擦，導致填料、鋼包骨架圈、泵軸磨損。

2.2.3機泵軸承座中設置有兩個球軸承，每個球軸承在運行3000h之后，必需拆下清潔干凈后，檢測接觸面是否破壞，如有損壞，必需換新的軸承?？勘萌~輪側的一個球軸承用所輸送的導熱油潤滑，開機前注入導熱油潤滑，靠聯軸器側的一個球軸承則用高溫潤滑脂潤滑，填料、鋼包骨架圈、泵軸磨損后高溫導熱油夾帶磨損雜質進入軸承，使軸承加速損壞。

3.螺旋密封在導熱油泵使用設計

3.1螺旋密封的原理

螺旋密封的軸表面開有螺旋槽，而孔為光表面，這同迷宮密封的開槽情況是一致的，所以可以把螺旋密封看成是迷宮密封的一種特殊型式，稱為螺旋迷宮。但是，螺旋迷宮的齒是連續的，不象前述的各種迷宮的齒是連續的齒。由于齒的連續性，通過齒的介質的流動狀態發生變化。螺旋槽不再作為膨脹室產生旋渦來消耗流動能量，而是作為推進裝置與介質發生能量交換，產生所謂的“泵送作用”，并產生泵送壓頭，與被密封介質的壓力相平衡，即壓力差 p=0，從而阻止泄露。所以在密封機理上與迷宮密封略有不同。但是，介質在通過間隙時會有一部分越過齒頂留過，而不沿槽向流動，即有透氣效應，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推趕回去，以實現密封。螺旋的趕油方向需與油的泄露方向相反，否則，不但不能實現密封，反而會導致泄露量急劇增加

3.2螺旋密封的特點

螺旋密封中轉子與定子部件之間為非接觸式密封，不存在兩者的磨損現象，壽命較長，而且加工方便，結構簡單，要求安裝精度低，功率消耗低，發熱量小。

3.3螺旋密封在導熱油泵選用分析

3.3.1通過分析甲乙酮裝置導熱油泵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，通過分析比較各種密封方式的優缺點，泵蓋端密封采用螺旋密封和鋼包骨架圈相結合。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，在軸承箱內加注用潤滑油L-HV-46潤滑軸承。在泵運行時，起密封作用的主要是螺旋密封結構，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沒有接觸，鋼包骨架圈的使用壽命較長。在泵停機時，轉子與定子無相對轉動，鋼包骨架圈密封發揮作用，封住了軸封處的外泄導熱油。這種方法只需在原導熱油封體的基礎上稍加改造即可，結構簡單、穩定可靠、維護方便、成本較低。

3.3.2螺旋密封設計要點

①趕油方向

對于螺旋密封的趕油方向要特別注意，著把方向搞錯，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。設軸的旋轉方向n從右向左看為順時針方向，如欲使趕油方向向左，當螺絞加工于軸1上時，則應為左螺紋;當螺紋加工于殼體2的孔內時，則螺紋方向應與前者相反.為右螺蚊。

②選用螺旋密封時應根據軸的轉速，合理地選擇螺旋段長度及頭數。

③螺旋密封為動態方能實現密封，停泵時不起作用，因此必須設計輔助停車密封。

④密封間隙

根據軸跳動量、偏心量選擇合理的密封間隙，以保證運行時密封偶件間不產生摩擦為宜，密封間隙越小，密封效果越佳。如果間隙大，則液體介質不能同時附著于軸與孔的表面上。若液體介質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熱油泵P-2402的密封形式。

①確定螺紋導程S

根據表1選用螺旋角α=15o39′并根據已知條件計算螺紋導程

②相對螺紋槽v

根據表1取v=4

③螺紋槽深h

根據表1取，為了防止由于加工誤差及安裝誤差，與軸發生摩擦，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計算螺紋槽寬a、齒寬b

根據表1，選用相對螺紋槽寬u=0.5，螺紋頭數i=4。為了縮短螺紋浸油長度，現取i=6，則

⑤核算螺紋槽形狀比w

w>4，符合要求

⑥計算密封系數CΔP

得l/CΔP=11.1

⑦計算單位壓差的浸油長度l/CΔP

軸角速度 （rad/s）

⑧密封螺紋浸油長度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，則密封螺紋浸油長度

l=（l/Δp）×Δp=447.8×0.122=54.6（mm）

3.3.4通過計算，對于導熱油泵P-2402，可加工內徑為40mm與泵軸配合、直徑為d=50mm、螺旋密封長度L=55mm、螺紋頭數i=6、螺紋槽寬a=2.85mm、齒寬b=2.85mm、螺紋導程S=34.24mm、螺紋槽深h=0.60mm的左旋螺旋密封套來替代葉輪側盤根密封能夠滿足密封要求，延長軸承使用壽命，使設備達到長周期運行。

4結論

螺旋密封由于其獨特的優點，巳越來越得到廣泛的應用，通過對導熱油泵故障分析以及螺旋密封在導熱油泵選用的分析計算，在一些實際設計中，螺旋參數的確定可參考以上分析計算選擇.但還必須綜合考慮被密封介質的粘度、工作時的速度等一系列影響因求。

參考文獻：

1顧永泉.流體動密封，北京，石油大學出版，1990，P417-P437

2成大先，機械設計手冊第五版第三卷，北京，化學工業出版社，2008，P319-P325