螺旋密封在导热油泵中的使用设计

葛成清 魏胜利 朱晓栋

摘要：在甲乙酮生产装置中，由于导热油供热系统具有良好的热稳定性和较高的热能利用率，故用其做为装置的热源。导热油在热媒炉加热后，为加热器和反应器供热，然后经过滤器和油气分离器返回到热媒泵入口。热媒泵工作状况对供热能力影响很大，而密封无泄漏是评价其性能优劣的重要因素之一。本文以甲乙酮装置p-2402为例介绍RY型热油泵结构特点，故障分析，填料密封改为螺旋密封的依据及优点。

关键词：导热油泵;螺旋密封;密封能力

1.概述

1.1RY导热油泵结构简介

RY型热油泵为单级悬臂式结构分为脚支撑，泵的进口为轴向吸入，出口为中心垂直向上。泵和驱动电机通过弹性联轴器合装于同一底座上。整个机组无需加冷系统。RY系列导热油泵主要由壳体、转子、轴承、密封等部分组成，采用填料密封结构，附加耐温油封，起辅助密封的作用。

1.2设备基本情况：

甲乙酮装置导热油泵P-2402型号：RY125-100-250D，介质：导热油，温度：260～300℃，流量：143/h，出口压力：0.7MPa，转速：2900r/min。

2.故障现象及原因分析

2.1故障现象

在2020年6月-10月期间，先后发生了三起轴承失效故障，拆检后均发现填料、钢包骨架圈与泵轴接触部位有磨损现象，轴承滚道，滚珠表面脱层。

2.2原因分析

2.2.1该泵为全壳体封装热油泵，采用柔性石墨填料密封和钢包骨架圈，叶轮侧填料安装在叶轮侧填料箱内，利用孔用弹性挡圈固定，非驱动端轴承处密封采用钢包骨架圈密封;驱动端轴承密封采用钢包骨架圈密封利用孔用弹性挡圈固定。

2.2.2填料密封原理是泵轴在微观下表面非常的不平整，与盘根部分贴合，而部分未接触，所以在盘根和轴之间着微小的间隙，像迷宫一样，带压介质在间隙中多次被节流，从而达到密封的作用。机泵运行过程中，填料与泵轴、钢包骨架圈与泵轴贴合部分产生摩擦，导致填料、钢包骨架圈、泵轴磨损。

2.2.3机泵轴承座中设置有两个球轴承，每个球轴承在运行3000h之后，必需拆下清洁干净后，检测接触面是否破坏，如有损坏，必需换新的轴承。靠泵叶轮侧的一个球轴承用所输送的导热油润滑，开机前注入导热油润滑，靠联轴器侧的一个球轴承则用高温润滑脂润滑，填料、钢包骨架圈、泵轴磨损后高温导热油夹带磨损杂质进入轴承，使轴承加速损坏。

3.螺旋密封在导热油泵使用设计

3.1螺旋密封的原理

螺旋密封的轴表面开有螺旋槽，而孔为光表面，这同迷宫密封的开槽情况是一致的，所以可以把螺旋密封看成是迷宫密封的一种特殊型式，称为螺旋迷宫。但是，螺旋迷宫的齿是连续的，不象前述的各种迷宫的齿是连续的齿。由于齿的连续性，通过齿的介质的流动状态发生变化。螺旋槽不再作为膨胀室产生旋涡来消耗流动能量，而是作为推进装置与介质发生能量交换，产生所谓的“泵送作用”，并产生泵送压头，与被密封介质的压力相平衡，即压力差 p=0，从而阻止泄露。所以在密封机理上与迷宫密封略有不同。但是，介质在通过间隙时会有一部分越过齿顶留过，而不沿槽向流动，即有透气效应，这和迷宫密封中的情况是一样的。

单段螺旋，它利用螺旋杆泵原理，利用螺旋的泵送作用，把沿泄露间隙的介质推赶回去，以实现密封。螺旋的赶油方向需与油的泄露方向相反，否则，不但不能实现密封，反而会导致泄露量急剧增加

3.2螺旋密封的特点

螺旋密封中转子与定子部件之间为非接触式密封，不存在两者的磨损现象，寿命较长，而且加工方便，结构简单，要求安装精度低，功率消耗低，发热量小。

3.3螺旋密封在导热油泵选用分析

3.3.1通过分析甲乙酮裝置导热油泵P-2402故障率高主要是轴承失效，而轴承失效的主要原因是填料密封的磨损与失效，通过分析比较各种密封方式的优缺点，泵盖端密封采用螺旋密封和钢包骨架圈相结合。即在原填料密封轴封部位加装螺旋密封套，保留原钢包骨架圈，在轴承箱内加注用润滑油L-HV-46润滑轴承。在泵运行时，起密封作用的主要是螺旋密封结构，钢包骨架圈只起辅助密封作用。这样，钢包骨架圈与高温介质没有接触，钢包骨架圈的使用寿命较长。在泵停机时，转子与定子无相对转动，钢包骨架圈密封发挥作用，封住了轴封处的外泄导热油。这种方法只需在原导热油封体的基础上稍加改造即可，结构简单、稳定可靠、维护方便、成本较低。

3.3.2螺旋密封设计要点

①赶油方向

对于螺旋密封的赶油方向要特别注意，着把方向搞错，则不但不能密封，相反.却把液体赶向漏出方向，使得泄漏量大为增加。设轴的旋转方向n从右向左看为顺时针方向，如欲使赶油方向向左，当螺绞加工于轴1上时，则应为左螺纹;当螺纹加工于壳体2的孔内时，则螺纹方向应与前者相反.为右螺蚊。

②选用螺旋密封时应根据轴的转速，合理地选择螺旋段长度及头数。

③螺旋密封为动态方能实现密封，停泵时不起作用，因此必须设计辅助停车密封。

④密封间隙

根据轴跳动量、偏心量选择合理的密封间隙，以保证运行时密封偶件间不产生摩擦为宜，密封间隙越小，密封效果越佳。如果间隙大，则液体介质不能同时附着于轴与孔的表面上。若液体介质仅附着于孔壁而与轴分离，则螺旋密封不起赶油作用，即密封无效、通常，间隙c=﹙0.6/1000～2.6/1000﹚d，获取c=0.2mm，d为密封轴径。

3.3.3螺旋密封选用计算

考虑加工方便，我们选用矩形螺纹槽螺旋密封为甲乙酮装置导热油泵P-2402的密封形式。

①确定螺纹导程S

根据表1选用螺旋角α=15º39′并根据已知条件计算螺纹导程

②相对螺纹槽v

根据表1取v=4

③螺纹槽深h

根据表1取，为了防止由于加工误差及安装误差，与轴发生摩擦，取密封间隙c=0.20mm，则螺纹深度：

h=（v-1）c=（4-1）×0.2=0.6（mm）

④计算螺纹槽宽a、齿宽b

根据表1，选用相对螺纹槽宽u=0.5，螺纹头数i=4。为了缩短螺纹浸油长度，现取i=6，则

⑤核算螺纹槽形状比w

w>4，符合要求

⑥计算密封系数CΔP

得l/CΔP=11.1

⑦计算单位压差的浸油长度l/CΔP

轴角速度 （rad/s）

⑧密封螺纹浸油长度l

密封腔压力为，密封腔外压力为大气压，即p2=0，所以密封压差Δp=p1-p2=0.122-0=0.122MPa，则密封螺纹浸油长度

l=（l/Δp）×Δp=447.8×0.122=54.6（mm）

3.3.4通过计算，对于导热油泵P-2402，可加工内径为40mm与泵轴配合、直径为d=50mm、螺旋密封长度L=55mm、螺纹头数i=6、螺纹槽宽a=2.85mm、齿宽b=2.85mm、螺纹导程S=34.24mm、螺纹槽深h=0.60mm的左旋螺旋密封套来替代叶轮侧盘根密封能够满足密封要求，延长轴承使用寿命，使设备达到长周期运行。

4结论

螺旋密封由于其独特的优点，巳越来越得到广泛的应用，通过对导热油泵故障分析以及螺旋密封在导热油泵选用的分析计算，在一些实际设计中，螺旋参数的确定可参考以上分析计算选择.但还必须综合考虑被密封介质的粘度、工作时的速度等一系列影响因求。

参考文献：

1顾永泉.流体动密封，北京，石油大学出版，1990，P417-P437

2成大先，机械设计手册第五版第三卷，北京，化学工业出版社，2008，P319-P325