CN112651095A - 一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法，在多级双支撑泵的转子与壳体之间设置可与转子联动配合的衬套，在衬套上设置螺旋槽式油封结构，经设计的油封结构的螺旋槽的反输流量Q₁大于泄漏流量Q，其中反输流量Q₁=u₁cos²α×ahi/2，并针对该要求对螺旋槽进行设计。利用上述螺旋槽衬套的设计方法，通过螺旋密封与静止的壳体之间狭小的螺旋槽，在转子运行过程中，带动螺旋衬套一起工作，使螺旋槽对液体形成一个沿轴反向推动力。

Description

一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法

技术领域

本发明涉及一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法。

背景技术

储运油品装置中石脑油长输泵是一台双支撑的多级离心泵，该机泵安装在露天场所，境受自然影响较大，尤其是夏季高温加之太阳直晒，会使机泵外壳、轴承箱等裸露部件产生较大的温升，最终影响机泵的使用寿命，增加检修频次。

目前石化行业对生产装置周围的环境甚为重视，而渗油、漏油又是较为常见的缺陷。该泵为了防止轴承箱中的润滑油顺轴流出，采用较为原始的挡油、回油的结构形式。在户外高温状态中运行导致前后轴承振值加大，油档处配合间隙增加。现场周围大量油污的渗漏、滴落，导致每天需要安排人员进行清理、打扫。

该泵考虑到户外工作环境，在靠近轴头部位设置了散热风扇，风扇以开式叶轮的形式带动周围空气强制流动的情况下，往往容易形成区域内低压状态，压差致使润滑油容易以窜漏、渗漏、飞溅扩散等形式顺轴泄露出轴承箱。

为了防止润滑油泄露，分别采用接触型或者非接触型的方式进行油档的试验，以判定消缺效果。因此根据润滑油密封机理方式可以采取以下方式：①填塞或者阻塞；②分隔或者间隔；③引出或者注入；④疏通或者阻流。

根据该泵设计结构，在其轴头处存在一个风扇以增加空气的流动，强制进行散热会使风扇运动区域产生压降，导致轴承箱内压力(常压)略高于外侧，以防止最终依旧存在的泄漏量顺轴流出，保留了使用羊毛毡进行轴端接触式密封。使用节流和迷宫密封的形式，还是会有微量的泄露存在，通过设置羊毛毡以及回油孔，可以从理论上消除这部分微量泄露，但长期工作过程中的工况因素以及羊毛毡吸油饱和，使润滑油继续外泄，影响环境。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法，在多级双支撑泵的转子与壳体之间设置可与转子联动配合的衬套，在衬套上设置螺旋槽式油封结构，经设计的油封结构的螺旋槽的反输流量Q₁大于泄漏流量Q，其中反输流量Q₁＝u₁cos²α×ahi/2，其中u₁为螺旋的圆周速度，该螺旋槽的设计方法如下：

第一步、确定相对槽宽u、相对槽深v以及密封间隙s；

第二步、根据密封间隙s以及相对槽深v获取槽深h，h＝s(v-1)；

第三步、确定螺旋头数i以及螺旋导程S；

第四步、根据S＝πdtanα获取螺旋角α，其中d为密封直径；

第五步、根据a＝πudtanα/i获取螺旋槽宽a；

第六步、根据b＝π(1-u)dtanα/i获取齿宽b。

泄漏流量Q通过

获取，其中Δp为储油侧与空气侧压差，μ为流体粘度，c＝h+s，L为密封长度。

泄漏流量Q的获取如下，首先获取轴的角速度ω＝2πn/60，然后获取螺旋的圆周速度u₁＝πdn/60，再获取螺旋密封压力p，且获取Δp＝3μωdLC_P/S²，其中C_p为密封系数，

最后获取螺旋密封功率消耗N，N＝πμω²d³LC_N/4h，C_N为功耗系数，

本发明的有益效果：利用上述螺旋槽衬套的设计方法，通过螺旋密封与静止的壳体之间狭小的螺旋槽，在转子运行过程中，带动螺旋衬套一起工作，使螺旋槽对液体形成一个沿轴反向推动力。从而使得现场卫生可按运行周期进行清理，避免了人力资源的浪费现象，减轻了操作人员的劳动频次和强度，加油次数的减少，有效地提高了企业的管理水平和检修质量，高效地解决了前期由于漏油造成的一系列问题。

具体实施方式

本发明公开了一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法，在多级双支撑泵的转子与壳体之间设置可与转子联动配合的衬套，在衬套上设置螺旋槽式油封结构，其中螺旋槽结构形式的油封，在拆装上更加方便，维修简便，不易损坏重要转动部件，且又能达到良好的密封效果。

经设计的油封结构的螺旋槽的反输流量Q₁大于泄漏流量Q，其中反输流量Q₁＝u₁cos²α×ahi/2，其中u₁为螺旋的圆周速度，该螺旋槽的设计方法如下：

第一步、确定相对槽宽u、相对槽深v以及密封间隙s；

其中相对槽宽一般取u＝0.5-1.0mm，优选的u＝0.75；

相对槽深v，一般取v＝2-10mm，优选的v＝6；

密封间隙S，按通用标准中的经验公式S＝0.2+(0.3-0.6)d/1000

其中密封间隙的大小直接影响泄漏量，为了减少泄漏量同时保证高效的密封性，取系数0.6为计算数值，d＝85mm，得到S≈0.25mm，结合润滑的粘度及加工精度将数值乘以安全系数2，使密封间隙 S＝0.50mm，符合检修经验所采用的间隙数值。

第二步、根据密封间隙s以及相对槽深v获取槽深h，h＝s*(v-1)；将上述数据代入可以获得h＝0.5*(6-1)＝2.5mm；

第三步、确定螺旋头数i以及螺旋导程S；螺旋头数i设定为4，螺旋导程S设定为24；

第四步、根据S＝πdtanα获取螺旋角α，其中d为密封直径，其中其中d＝85mm，代入公式得tanα＝0.0899，即α＝5.13°；

第五步、根据a＝πudtanα/i获取螺旋槽宽a，其中 a＝π×0.75×85×0.0899÷4≈4.5mm；

第六步、根据b＝π(1-u)dtanα/i获取齿宽b，其中 b＝π×(1-0.75)×85×0.0899÷4≈1.5mm。

泄漏流量Q通过

获取，其中Δp为储油侧与空气侧压差，μ为流体粘度，c＝h+s，L为密封长度。

泄漏流量Q的获取如下，首先获取轴的角速度ω＝2πn/60＝308.9rad/s，然后获取螺旋的圆周速度 u₁＝πdn/60＝π×0.085×2950/60＝13.13m/s，再获取螺旋密封压力p，且获取Δp＝3μωdLC_P/S²，其中C_p为密封系数，

其中u＝0.75，t＝tanα＝0.0895，v＝6，代入公式得到

μ＝0.0059pa.s，ω＝308.9rad/s，d＝0.085m，L＝0.050m，s＝0.0005m，得Δp＝3×0.0059×308.9×0.085×0.05×0.0630/0.0005²＝5855.73pa

最后获取螺旋密封功率消耗N，N＝πμω²d³LC_N/4h，C_N为功耗系数，

将已知数值代入公式：N＝πμω²d³LC_N/4h≈2.28w。

最后泄漏流量Q≈7.16×10^-5+2.13×10^-4＝2.846×10^-4。

而经过设计的螺旋槽式油封结构的反输流量Q₁＝u₁cos²α× ahi/2≈2.93×10^{- 4}m³/S，由于Q₁＞Q，所以按此参数设计，轴承箱内的润滑油将不会沿轴渗漏，符合设计要求。

通过螺旋密封与静止的壳体之间狭小的螺旋槽，在转子运行过程中，带动螺旋衬套一起工作，使螺旋槽对液体形成一个沿轴反向推动力。

同时为了防止轴与螺旋衬套相对静止部件之间的相对位移与渗漏，在螺旋衬套内孔增设了里外两道O型圈密封并采用顶丝进行周向定位。对于轴承压盖仍保留了低点回油的设计，开设了3个回油孔，使润滑油堆积后能及时回流至轴承箱内。

采用本发明设计的螺旋槽式油封结构，现场卫生可按运行周期进行清理，避免了人力资源的浪费现象，减轻了操作人员的劳动频次和强度。加油次数的减少，有效地提高了企业的管理水平和检修质量。高效地解决了前期由于漏油造成的一系列问题。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法，其特征在于：在多级双支撑泵的转子与壳体之间设置可与转子联动配合的衬套，在衬套上设置螺旋槽式油封结构，经设计的油封结构的螺旋槽的反输流量Q₁大于泄漏流量Q，其中反输流量Q₁＝u₁cos²α×ahi/2，其中u₁为螺旋的圆周速度，该螺旋槽的设计方法如下：

第一步、确定相对槽宽u、相对槽深v以及密封间隙s；

第二步、根据密封间隙s以及相对槽深v获取槽深h，h＝s*(v-1)；

第三步、确定螺旋头数i以及螺旋导程S；

第四步、根据S＝πdtanα获取螺旋角α，其中d为密封直径；

第五步、根据a＝πudtanα/i获取螺旋槽宽a；

第六步、根据b＝π(1-u)dtanα/i获取齿宽b。

2.根据权利要求1所述的一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法，其特征在于：泄漏流量Q通过

获取，其中Δp为储油侧与空气侧压差，μ为流体粘度，c＝h+s，L为密封长度。

3.根据权利要求2所述的一种用于多级双支撑泵的油封结构设计方法，其特征在于：泄漏流量Q的获取如下，首先获取轴的角速度ω＝2πn/60，然后获取螺旋的圆周速度u₁＝πdn/60，再获取螺旋密封压力p，且获取Δp＝3μωdLC_P/S²，其中C_p为密封系数，

最后获取螺旋密封功率消耗N，N＝πμω²d³LC_N/4h，C_N为功耗系数，