改造3.6.6D型输油泵的螺旋密封方案

1.问题的提出

D型输油泵是输油行业的主要设备。传统D型泵的密封多采用填料密封，这种密封方式轴封十分困难，填料及轴套磨损快，更换频繁，维修工作量大，影响安全生产。轴封泄漏的主要原因有以下几点；

1）轴封几何尺寸不合理。

2）轴封压力高。

3）轴封液体内有颗粒物，颗粒物在叶轮流道内分布不均匀，使转子产生振动。

4）填料的回弹性差。

5）起动频繁。

影响密封的因素有的是由生产工艺条件决定的，有的是由操作条件而产生的。为了解决这一难题，对D型输油泵进行了螺旋密封改造，经过多次试验及生产实践，收到了良好的效果。

2.螺旋密封的结构及原理

螺旋密封是一种非接触型流体动力密封，其形式是在密封部位的轴或孔的表面（或同时在两者上）切出螺旋槽。若螺旋槽开在转动轴上，则为螺杆式螺旋密封；若螺旋槽开在孔上，刚为螺套式螺旋密封。这两种形式的螺旋密封，都能消除引起介质泄漏的压差，使轴封无泄漏，而且工作时无磨损、寿命长，特别适用于含颗粒等条件苛刻的介质密封。

螺旋密封的工作原理是当泵轴转动时，密封螺纹对充满在密封间隙内的黏性流体产生泵送压头，与被密封的介质压力相平衡，从而阻止流体泄漏。螺旋密封由以下三种流体状态相平衡；一是高压端的液体沿着轴上的螺旋槽向外端泄漏，二是高压端的液体沿转动轴与固定套间的环形间隙向外泄漏，三是外端（低压端）的液体，由于螺旋槽的转动带动向高压端反输运动。在密封装置中，螺旋槽的反输能力在阻止介质沿螺旋槽外泄流动之后，还能把沿环形间隙泄漏的液体泵回高压端，使介质不产生外泄漏而达到密封的目的。

3.密封改造

（1）结构改造为了保证250D输油泵的性能完好，只在250D输油泵输入、输出端填料密封内的泵轴上进行螺旋密封改造，螺旋密封结构如图3-52所示。

图3-52 螺旋密封结构

1—轴套 2—油封压盖 3—油封 4—密封压盖 5—垫片 6—O形密封圈 7—石墨密封环 8—泵体 9—螺旋套 10—泵轴

由于250D输油泵填料密封箱处泵轴设有轴套，所以只把输油泵输入、输出端轴套9切成了矩形螺旋槽。根据螺旋密封的原理，输入端轴套螺旋槽为左旋，输出端轴套螺旋槽为右旋。为了保证密封效果，将输油泵原输入、输出端轴套改造成螺旋密封套和普通轴套。输入端螺旋密封长度为170mm，输出端螺旋密封长度为190mm。原填料箱间隙用特制的石墨密封环7（φ160mm×20mm×20mm）密封，填料压盖的厚度由原来的45mm增加到70mm。为了防止输油泵停运时压力液体介质从螺旋密封套与轴套间隙处渗出，在填料压盖末端增加了一道油封3，在螺旋密封轴套一端面上增加了O形密封圈6加以密封。此结构改造既可防止泵体内进气又可防止轴封处渗漏。

（2）几何参数的选取 螺旋密封结构改造的参数主要包括密封长度、螺旋头数、螺旋槽深、螺旋槽宽、密封螺距及密封间隙等。经过数次试验，确定其几何参数见表3-11。

表3-11 密封几何参数

4.螺旋密封封液能力的核算(www.xing528.com)

螺旋密封的封液能力是指螺旋槽对黏性液体的泵送作用所产生的密封压头，该压头若能与密封流体的泄漏压头相平衡，便能阻止泄漏。螺旋密封内的介质流体状态直接影响密封的压差，长输管道输油泵密封箱内的介质流态一般为层流状态，故在密封液体所浸润的螺旋长度（L）上能承受的封液压差（p）的计算如下

式中，p是封液压差（Pa）；C_p是增压系数，无量纲，在层流的条件下只与螺旋几何参数有关；C是密封间隙，取0.125×10^-3m；μ是液体黏度，查原油黏温曲线（输油泵内原油温度一般在30～40℃），取μ=5.6×10N·s/m²；L是螺旋工作长度，取0.17或0.19m；V是螺旋轴的圆周速度（m/s），输油泵转速n=1480r/min。

式中，D是螺旋直径，取0.12m；n是泵的转速（r/min）。

式中，μ是螺旋槽深系数，；ω是螺旋槽宽系数，；tanα是螺旋角正切函数，，α=2.43°。

将tanα、ω、μ值代入式（3-12）整理得

C_P=0.8423

将C_p、μ、V、L、C值代入式（3-10）整理得

p<subscript>X</subscript>=4.8×10⁶N/m²

p<subscript>r</subscript>=5.3×10⁶N/m²

一般输油泵起动时出口压力为5.0～5.3MPa，正常工作时出口压力为3.0～4.5MPa。输油泵经过螺旋密封改造后，螺旋密封的封液压差满足输油泵起动、运行时产生的泄漏阻力。

5.改造效果

1）原输油泵为填料密封，运行过程中常出现泄漏。改造后采用螺旋密封实现了点滴不漏，有利于安全生产。

2）螺旋密封固定套一次安装，一般不用再拆卸，延长了检修周期，减少了维修工作量。

3）螺旋密封装置属于无固体接触，摩擦功率小，与填料密封相比可节电25～30kW·h。

4）螺旋密封结构合理，摩擦发热小，便于选材，安装方便。

实践证明，D型输油泵螺旋密封改造在技术上是可行的。螺旋密封是一种效果较好的“非接触型”密封装置，在D型输油泵上具有广泛的推广应用价值。