机械密封型导热油泵的设计与研制

李宏斌，郝波亮，袁换香，张文利

（武安市宏泰机械泵业有限公司，河北武安056300）



机械密封型导热油泵的设计与研制

李宏斌，郝波亮，袁换香，张文利

（武安市宏泰机械泵业有限公司，河北武安056300）

近年来，聚酯、煤化工等行业用户采用机械密封型泵的要求不断增加，有必要对机械密封型导热油泵的设计过程、研制过程、安装使用方法进行总结，以便提高工程技术人员和其他相关人员的的设计、使用技术水平。

机械密封型；导热油泵；设计；研制

山西某集团公司丁二醇生产车间使用美国高质公司生产的耐高温离心泵，结构型式为悬臂式单级离心泵，密封方案采用了API610标准中的21方案，为单端面机械密封，轴承箱部位下半部位另加了一个冷却腔体，通过水冷的方式对轴承腔体冷却，运行中发现该泵机械密封维修频繁，漏油严重，可靠性差，给生产及设备管理带来很大不便。由我公司为其设计一台机械密封型的离心泵。

工艺参数为：Q=125 m3/h，H=85 m，T=265℃，T55导热油，介质密度ρ=0.727 kg/m3，配45 kW电机。

公司现有的型号为125-80-250泵的基本参数是：流量Q=160 m3/h，扬程H=80 m，使用温度≤350℃，密封形式为软填料密封形式，配55 kW电机。用户实际工况参数与公司现有的泵参数相比较，在其工作范围内，考虑到其长期在小流量工作范围内工作会降低效率和增加泵的轴向力，影响泵的可靠性，为此，在原设计基础上对泵的叶轮进行了改进。

1　水力设计

RY125-80-250泵的结构参数：叶轮进口直径D0为105 mm，叶轮出口宽度b2为17 mm，出口直径D2为255 mm，比转数ns为83.4，效率η为73%，转速n为2 900 r/min。

按用户工艺要求计算新泵的比转速ns是73，依据相似理论进行计算：

（1）叶轮宽度计算

（2）叶轮直径计算

设计完成后，进行了水泵叶轮的制作，并进行了两次水力试验，在出口宽度b为13 mm时，出口直径第一次为270 mm，试验结果为高效点在150 m3/ h，效率为67.9%；出口直径第二次为262 mm，高效点在125 m3/h，效率为79.3%。两次试验进一步验证了叶轮是泵的心脏，但与泵体的配套关系也非常重要，第一次大直径时，由于与泵体隔舌的间隙为1.018倍，过小，不仅造成高效点的偏移，而且效率也达不到GB/T 13007的要求；通过切割叶轮直径，增大与泵体隔舌的间隙为1.045倍，达到了设计要求。

综合考虑，在不更换原有泵体的情况下，对原叶轮出口宽度变窄改造，出口直径加大，最终尺寸取叶轮出口宽度b为13 mm，出口直径D为262 mm。

2　密封设计

用户提出的单机机封要求，按照通常的设计思路，泵分为水力腔体、密封腔体和支撑腔体，API610标准的规范提供了多个单端面机械密封的冲洗方案，均不能满足现场工况需求。结合公司原有RY125-80-250型泵的设计方案，将密封部分设在了两轴承的中间部位（如图1所示），此处的运行温度一般为60℃左右，腔体内部压力为0.1 MPa以下，为了提高机械密封的可靠性，选用多弹簧内装式机械密封，摩擦副材料采用SiC-WC。

图1　密封设计示意图

高温油泵在实际运转中，受热传导及热辐射的影响，会形成从泵体到联轴器端的温度梯度，叶轮的悬臂越长，梯度越小，悬臂越短，梯度越大。因此，就造成了靠近叶轮端面的前轴承工作温度的差异。温度越高，轴承寿命越短。

通常情况下，在使用温度为280℃时，现有结构的轴承温度在70～80℃之间，尽管为提高轴承的作用寿命，采取了一定的技术措施，也只能将轴承处的温度控制到65℃左右，造成了轴承在较高的工况下工作，因此对轴承的润滑也提出了严格的要求，基于此，本次设计时将泵体与轴承体的连接部位，即在泵盖的后半部分增加了一个冷却水套，形成了一个温度上的隔断（见图2），通过水循环冷却，使轴承处的工作温度下降了10～15℃，保证轴承的运行工况温度为50～55℃，提高了轴承的可靠性。

图2　增加冷却水套的结构示意图

3　安装运行

该泵设计加工完成后，泵在水泵测试站的检测数据为：Q=124.8 m3/h，H=85.1 m，效率η=72.1%，轴功率40.06 kW。用户现场验收后，提出考虑到实际工况的温度及介质黏度要求，改配为37 kW电机，泵与电机采用膜片联轴器联接，对泵进行冷态同心度调整，其同心度满足要求。泵升温后进行二次热调整。松开联轴器螺栓和泵轴承下方的支撑螺栓，打开泵的进口阀门，让热油进入泵体，打开出口排气孔使泵充满热油，由于没有参加循环，泵体升至100℃时，达到热平衡，此时稍开泵出口阀门，并以不发生倒转为限，原温度没有明显上升，测联轴器同心度，此时径向误差为2.3 mm，对泵及电机进行重新调整。

2012年9月，对原泵进行了现场跟踪，系统流量、压力等参数同6个月之前的基本一致，密封可靠、运行平稳。为此，2012年9月份又供给用户一台同型号的产品，安装调试后，泵运行情况良好。

4　结语

（1）该型式泵的正常运行，验证了热油泵采用单端面机械密封的可行性，为热油泵又增加了新的结构型式，为该型式泵的系列化、标准化打下了基础。

（2）泵设计中，可通过一个泵体与多个叶轮的组合来满足用户的使用要求，但一定要注意叶轮与泵体之间的相互匹配，才能达到节能的目的。

（3）热油泵在冷态启动运行与热态正常运行两个环节，一定要做好泵与电机之间同心度的调整。这是泵长期可靠运行的保证。

Design and Development of Mechanical Seal Type Heat Conduction Oil Pump

LI Hongbin，HAO Boliang，YUAN Huanxiang，ZHANG Wenli
（Wuan Hongtai Mechanical Pump Co.，Ltd，Wuan 056300，China）

In recent years，the requirement of using mechanical seal type pump in the polyester and coal chemical industriesis increasing.It is necessary to summarize the design process，development process and install and use method of the mechanical seal typeheat conduction oil pump，in order to improve the design and use technology level of engineering and technical personnel and other relevant personnel.

mechanical seal type；heat conduction oil pump；design；development

TH38；TH136

B

1001-6988（2016）02-0045-02

2015-12-08

李宏斌（1965—），男，高级工程师，主要研究方向为离心泵设计、制造和质量控制.