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離心泵油封結構的改进及应

2018-04-30 23:42

by結構

  油泵,原轴承箱压盖和转轴之间的密封結構为迷宫密封,在迷宫密封外加一防尘环,密封性能较差。由于泵的转速较高,在离心力的作用下,轴承箱内的润滑油沿轴从端盖甩出,漏油现象非常普遍,造成轴承箱、联轴器及周围地面沾满油污,给安全韩国女主播带来隐患,同时造成不必要的润滑油浪费,又严重污染了韩国女主播环境,影响文明韩国女主播和企业的达标升级。如果操作员不能及时发现,还有可能造成机泵的损坏。因此,改进原油封結構,研制一种密封性能优良、使用寿命长的新型油封結構以取代原油封是非常必要的。

  2 原密封結構存在的问题

  机泵运行中由于油位限制,螺母下端浸入油池中,把润滑油搅起,沿压盖内表面淌下,直接滴到旋转轴上,轴上积油很多,被旋转轴带动,油沿轴爬行,进入压盖与轴迷宫密封间隙,由于迷宫密封间隙较大,而且密封阻力较小,油一旦进入迷宫难以打回,因而不断沿轴外甩出,在轴端处形成积油,使迷宫和防尘环起不到密封作用,即发生漏油。从以上分析可以看出原油封結構存在的主要问题是轴承锁紧螺母太大和迷宫密封间隙太大起不到有效的密封作用。

  3 改進方案的論證及初步選擇

  新型防漏油結構应满足以下要求:首先要保证结合部分的密闭性。同时,結構紧凑、系统简单、制造维修使用方便、成品低廉、工作可靠,使用寿命长。针对漏油的主要原因,应从以下两个方面入手进行改进,阻止漏油。

  (1)、減少甩油量

  軸承鎖緊螺母浸油深度(液面與鎖緊螺母的相對距離)是影響甩油量大小的一個重要因素。減小螺母直徑,可以減小浸油深度,減小攪油,從而減少落到軸上的油量,間接減少漏油量。

  (2)、改进原油封結構

  对其結構分析,从密封原理角度讲可考虑填塞或阻塞、分隔、引出或注入和流阻、反输,以及这些方案组合等方法。首先对分隔,可采取机械密封。根据机械密封性能、适用范围、寿命来看,机械密封都能适用,但机械密封价格高,結構复杂,所需空间较大,拆装不便,不适于这种小空间結構。其次考虑采用引出或注入方法,能够达到密封要求,但需要辅助装置,結構复杂,因而也不可取。再有考虑采用填塞和阻塞的方法,由于要求较长的寿命,一些接触型密封如毡圈、档圈、密封圈、油封等与轴接触磨损,寿命有限,不适合高速长周期运转,而且易发生抱轴,因而排除。最后考虑采用流阻或反输,或采用综合方案。流阻是利用密封件狭窄间隙或曲折途径造成密封所需要的流体阻力。反输是利用密封件对泄漏流体造成反压,使之部分平衡或完全平衡,将流体反输到上游,以达到密封的目的。其特点是无机械摩擦,結構紧凑。流体反输(也称动压)包括迷宫螺旋密封、动密封、螺旋密封等。考虑空间狭小、寿命长、功耗小、結構简单、拆卸方便、价格低等要求,采用流阻或反输及其综合方案最优。在流阻或反输方案中,螺旋密封最能综合满足上述要求,因此优先考虑螺旋密封。鉴于离心密封可与其它密封配合使用,为保证密效果,选定螺旋密封与离心密封组合形式。如图-1所示:

  4對于100Y泵的設計計算:

  根据理论分析,螺旋密封螺旋角α其在5°6′时功率最小,而15°39′时取同样长度密封压力最大,结合一些资料给出实际经验,兼顾密封压力、功率消耗及結構长度,并留一定安全裕度,设计如下:[1]、[2]

  4.1螺旋密封參數的設計計算

  (1)、螺旋角α

  對于100Y泵,軸端直徑爲d=65mm,外伸軸段可用螺旋密封長度L0=56.5mm,其軸端與聯軸器相聯,留7mm間隔,故取密封長度L=39.5mm。由于長度和直徑都較小,由密封壓力公式(見後面)[1],密封壓力較小,故螺旋角選的較大,取爲α=5°49′。那麽α的正切值t=tanα=0.1019(此值由後面計算得出)。

  (2)、相對槽寬u一般取u=0.5~1.0,這裏u=a/(a+b)=0.75。

  (3)、相對槽深υ一般取υ=2~10,取爲υ=(c+h)/c=5。

  (4)、密封間隙c推薦c=(0.6~2.6)/10000m取c=0.26mm,由于螺旋密封前有離心密封,可保證密封性能,取大間隙是爲了防止由于加工誤差及安裝誤差,與軸發生摩擦。

  (5)、槽深h,h由公式h=c*(υ-1)求得:h=0.26*(5-1)=1.04,取爲h=1.0mm。

  (6)、頭數i,頭數i由前面所討論的按螺旋頭數的選擇原則:高轉速(n>5000r/min),選單頭;低轉速(n<5000rmin)選多頭。由于本泵n=2950r/min,根據有關資料推薦,取i=4。

  (7)、螺旋導程s,取s=16(取整便于加工);則由

  s=πd*tanα,α=5°49′。

  (8)、螺旋槽寬a,齒寬b

  由公式得a=πu*d*tanα/i=3.00mm

  b=π*(1-u)*d*tanα/i=1.0mm

  (9)、軸的角速ω及螺旋圓周速度v的計算:

  ω=2πn/60=308.9rad/s

  v=πn/60=7.6m/s

  (10)、螺旋按結構选取长度为L=39.5mm

  (11)、螺旋密封压力Δp ′,Δ p′=rωw d LCp/c2 [1]

  tu(1-u)(υ-1)(υ3-1)

  其中: Cp= -----------------------------------

  (1+t2)υ3+t2u(1-u)(υ3-1)2

  把u=0.75,t=0.1019,υ=5.0代入得:Cp=0.178,按Cp=0.178,稀油潤滑取粘度系數偏小μ=0.00223×9.8Pa/s,ω=308.9rad/s,d=0.065m,L=0.0395m,c=2.6×10-4

  m代入,计算得Δ p`=35800Pa。

  (12)、螺旋密封功耗計算N[1]

  N=πω2d3LCn/4c

  Cn由公式求得: Cn=0.46,

  則N=14瓦

  機泵電機額定功率爲90KW,軸功率75KW,螺旋密封功耗爲14W,可見功耗很小,對原機泵運行不構成影響。

  4.2副葉輪離心密封的計算

  副葉輪離心作用所産生的密封壓力差ΔP″計算公式爲:[1]

  ΔP″=k2ω2(R22-R12)r/ 2

  =0.52×308.92×(0.0352-0.0252)×800/2

  =6403 Pa

  式中:R1、R2--------分別爲葉輪的內徑,氣液相界半徑的外徑

  k------------系數,與光滑圓盤近似,k=0.5

  4.3螺旋密封和離心密封的組合密封總壓力差

  組合密封壓力差ΔP爲螺旋密封壓力差ΔP′和離心密封壓力差ΔP″之和即:ΔP=ΔP′+ΔP″=35800+6403=42203Pa

  由于轴承箱内基本为常压,箱内压力与轴承箱外大气压相近,因此组合密封总压力差ΔP就是防止润滑油外串的密封压力,本密封結構压力为0.04MPa,完全符合应略高于机内压力的要求。

  4.4材料選擇

  由于軸承壓蓋不起承壓作用,可選A3鋼,而甩油副葉輪不但起甩油及阻油作用,而且也是軸承卡環,爲防止多次拆卸造成損壞,可選用45鋼。

  5應用情況

  经过改造的油封,1998年4月,在酮苯车间泵305(型号为100Y-120×2)上进行了试运行,后又在泵430、泵351等机泵上进行了安装,经过四年多的运行,轴承箱压盖密封处无任何泄漏,完全满足设计要求。在此之前,原密封結構由于经常发生泄漏,司泵岗位操作员的工作量很大,在每小时的巡检中都要对机泵润滑油进行补充,而且还发生过两起因漏油造成的设备抱轴事故,造成韩国女主播的波动,由于漏油的普遍性也使现场卫生一直难以解决,给设备现场管理带来了难度。改造后,在换油周期内机泵的润滑油基本不需要大量补充,大大减轻了工人的劳动强度,现场状况明显改观,也为韩国女主播平稳运行创造了有利条件。

  6 結論

  将原轴承箱压盖处迷宫密封改为离心密封与螺旋密封的组合密封結構,利用离心密封作为初步节流阻漏密封,利用螺旋密封作为二次密封,可以保证轴头处无任何泄漏。这种改进方法只需改造轴承锁紧螺母和轴承箱压盖,对原結構改动很小,即能满足密封要求,又能适应原結構可利用空间小的限制。该种密封結構简单,制造、安装方便,消耗动力小。从实际使用效果来看,完全改善了原結構造成的设备及周围环境被油污染的局面,消除了韩国女主播隐患;减轻工人劳动强度,促进了文明韩国女主播。此外,通过调整結構参数,将该結構也成功地应用于65Y、150Y型泵上,同样取得了满意的效果。因此,该結構也可适用于有类似问题的其它机泵,有极大的推广价值。

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