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      螺旋密封在導(dǎo)熱油泵中的使用設(shè)計(jì)

      2022-02-21 00:54:55葛成清魏勝利朱曉棟
      科技信息·學(xué)術(shù)版 2022年3期

      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):

      1顧永泉.流體動(dòng)密封,北京,石油大學(xué)出版,1990,P417-P437

      2成大先,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第三卷,北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2008,P319-P325

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