一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高速高壓離心泵葉輪密封環(huán)，提出了一種新的葉輪密封結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]高速高壓離心泵具有單級揚(yáng)程高、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便及可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天技術(shù)領(lǐng)域和石油、化工等民用領(lǐng)域中。
[0003]密封環(huán)是離心泵中葉輪與泵體(吸水室)之間必不可少的密封、摩擦件。密封環(huán)的摩擦特性及壽命直接影響離心泵的經(jīng)濟(jì)型與可靠性。若密封環(huán)處的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙過大，從葉輪中流出的高壓水就會通過該間隙漏回到葉輪的進(jìn)口，減少泵的出水量，降低泵的效率；但間隙過小時(shí)，雖能減少漏水量，但會引起機(jī)械摩擦，也容易引起泵的不穩(wěn)定運(yùn)行。密封環(huán)的型式有單環(huán)式、雙環(huán)式和迷宮式，見圖1，迷宮式密封環(huán)減漏效果最好。最常用的為單環(huán)式密封環(huán)，可分為平直式和端面式兩種，其結(jié)構(gòu)簡單、制造和安裝方便，見圖2。平直式密封環(huán)主要靠徑向間隙密封，端面式密封環(huán)主要靠軸向間隙密封。
[0004]密封環(huán)處運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的有效控制對泵的效率、運(yùn)行壽命和系統(tǒng)穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。密封環(huán)處運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的確定，應(yīng)考慮抽送溫度、吸入條件、輸送液體的性質(zhì)、材料的熱膨脹和咬合特性、泵的效率及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。間隙應(yīng)足夠大，以保證在所有的規(guī)定工況下可靠運(yùn)轉(zhuǎn)和避免咬合。先進(jìn)的密封設(shè)計(jì)和材料選擇對有效控制間隙起著十分重要的作用。美國石油學(xué)會石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵標(biāo)準(zhǔn)(API610)中建議了金屬材料密封環(huán)需要的最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙。對于有非常低或沒有咬合趨勢的非金屬密封環(huán)材料，可以采用較小的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙。
[0005]目前，一般離心泵的密封環(huán)普遍采用鑄鐵或其他金屬材質(zhì)，為保證運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性和避免咬合，都采用較大的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，會大大降低泵的效率。對于高速高壓離心泵，金屬材料密封環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙要更大，效率降低更加明顯，降低了泵的經(jīng)濟(jì)性。
[0006]密封環(huán)的性能指標(biāo)不僅要求泄漏量控制得更低，還要求密封系統(tǒng)能保證或增強(qiáng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。高速泵的密封在防止流體泄漏的同時(shí)，還會產(chǎn)生重要的流體激振力，從而影響轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是提出一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，多方位控制運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，有效控制泄漏，提高泵的效率，同時(shí)采用阻尼密封技術(shù)提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，所述的葉輪密封結(jié)構(gòu)設(shè)置在泵體和葉輪之間，該葉輪密封結(jié)構(gòu)包括密封環(huán)、調(diào)整墊和內(nèi)六角螺釘；密封環(huán)為單環(huán)式，密封環(huán)的外沿通過內(nèi)六角螺釘和調(diào)整墊與泵體固定；密封環(huán)的密封面采用孔型密封阻尼方式，即在密封面上開設(shè)若干圈圓孔；所述的密封環(huán)與泵體固定后，在徑向與葉輪存平行的兩道間隙，徑向間隙一和徑向間隙二 ；所述的密封環(huán)與泵體固定后，在軸向與葉輪存在平行的三道間隙，軸向間隙一、軸向間隙二和軸向間隙三。
[0009]如上所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其所述的徑向間隙一的間隙al取API610標(biāo)準(zhǔn)中金屬材料最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙建議值的1/2 ;所述的徑向間隙二的間隙a2取API610標(biāo)準(zhǔn)中金屬材料最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的建議值。
[0010]如上所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其所述的徑向間隙一的位置應(yīng)保證葉輪蓋板滿足強(qiáng)度要求，徑向間隙一和徑向間隙二的長度可保持一致，徑向間隙一和徑向間隙二的距離根據(jù)葉輪和泵體之間空間的大小確定。
[0011]如上所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其所述的軸向間隙一、軸向間隙二和軸向間隙三的間隙b根據(jù)軸系的竄量確定，在0.25?0.53mm范圍內(nèi)。
[0012]如上所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其所述的密封環(huán)為非金屬材料聚醚醚酮樹脂。
[0013]如上所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其所述的密封環(huán)為碳纖維增強(qiáng)的聚醚醚酮樹脂。
[0014]如上所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其所述的在密封環(huán)的密封面上開設(shè)的若干圈圓孔，其圓孔的總面積占密封環(huán)的密封面總面積的60%?70%。
[0015]本發(fā)明的效果在于:本發(fā)明所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，有兩道徑向間隙和輔助的軸向間隙，可以大大降低泄漏量，提高泵的效率。采用非金屬材料聚醚醚酮(PEEK)樹脂的密封環(huán)的徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙可以減小一半，既可以增加運(yùn)行的可靠性，又能減小泄漏量，提高效率。由于密封面上開有圓孔，使密封有較大的阻尼系數(shù)，同時(shí)還能夠削弱密封內(nèi)的周向流動，進(jìn)而減小了密封的交叉剛度，增強(qiáng)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0016]圖1為單環(huán)型(a)、雙環(huán)型(b)和迷宮型(C)密封環(huán)的結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2為平直式(a)和端面式(b)單環(huán)密封環(huán)的結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的密封環(huán)結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的孔型密封面示意圖。
[0020]圖中:1.泵體；2.鑲在泵體上的密封環(huán)；3.葉輪；4.鑲在葉輪上的密封環(huán)；5.內(nèi)六角螺釘；6.調(diào)整墊；7.密封環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述。
[0022]如圖3和圖4所示，本發(fā)明所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)設(shè)置在泵體I和葉輪3之間。該葉輪密封結(jié)構(gòu)包括密封環(huán)7、調(diào)整墊6和內(nèi)六角螺釘5。
[0023]密封環(huán)4為單環(huán)式，密封環(huán)4的外沿通過內(nèi)六角螺釘5和調(diào)整墊6與泵體I固定；密封環(huán)4的密封面采用孔型密封阻尼方式，即在密封面上開設(shè)若干圈圓孔(例如2圈圓孔、3圈圓孔或4圈圓孔)。這些圓孔的總面積占密封環(huán)4的密封面總面積的60%?70%。
[0024]所述的密封環(huán)7與泵體I固定后，在徑向與葉輪3存在兩道間隙，徑向間隙一 I和徑向間隙二 II。徑向間隙一 I的間隙al取API610標(biāo)準(zhǔn)中金屬材料最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙建議值的1/2 ;所述的徑向間隙二 II的間隙a2取API610標(biāo)準(zhǔn)中金屬材料最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的建議值。
[0025]徑向間隙一 I的位置應(yīng)保證葉輪蓋板滿足強(qiáng)度要求，徑向間隙一 I和徑向間隙二II的長度可保持一致，徑向間隙一 I和徑向間隙二 II的距離根據(jù)葉輪和泵體之間空間的大小確定。
[0026]所述的密封環(huán)7與泵體I固定后，在軸向與葉輪3存在三道間隙，軸向間隙一 II1、軸向間隙二 IV和軸向間隙三V。軸向間隙一 II1、軸向間隙二 IV和軸向間隙三V的間隙b根據(jù)軸系的竄量確定，在0.25?0.53mm范圍內(nèi)。
[0027]所述的密封環(huán)4為非金屬材料聚醚醚酮樹脂，例如:碳纖維增強(qiáng)的聚醚醚酮樹脂。
[0028]本發(fā)明中密封環(huán)形式為單環(huán)式，通過兩道徑向間隙和輔助的軸向間隙來減漏，見圖3所示。采用孔型阻尼密封技術(shù)來提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，見圖4所示。對于軸向發(fā)生磨損的密封環(huán)，可以通過增加調(diào)整墊的方式來保證軸向間隙，不必更換密封環(huán)，節(jié)省成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，所述的葉輪密封結(jié)構(gòu)設(shè)置在泵體(I)和葉輪(3)之間，其特征在于:該葉輪密封結(jié)構(gòu)包括密封環(huán)(7)、調(diào)整墊(6)和內(nèi)六角螺釘(5);密封環(huán)(4)為單環(huán)式，密封環(huán)⑷的外沿通過內(nèi)六角螺釘(5)和調(diào)整墊(6)與泵體(I)固定；密封環(huán)(4)的密封面采用孔型密封阻尼方式，即在密封面上開設(shè)若干圈圓孔； 所述的密封環(huán)(7)與泵體⑴固定后，在徑向與葉輪(3)存平行的兩道間隙，徑向間隙一⑴和徑向間隙二(II); 所述的密封環(huán)(7)與泵體(I)固定后，在軸向與葉輪(3)存在平行的三道間隙，軸向間隙一(III)、軸向間隙二(IV)和軸向間隙三(V)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的徑向間隙一(I)的間隙al取API610標(biāo)準(zhǔn)中金屬材料最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙建議值的1/2 ;所述的徑向間隙二(II)的間隙a2取API610標(biāo)準(zhǔn)中金屬材料最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的建議值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的徑向間隙一(I)的位置應(yīng)保證葉輪蓋板滿足強(qiáng)度要求，徑向間隙一(I)和徑向間隙二(II)的長度可保持一致，徑向間隙一(I)和徑向間隙二(II)的距離根據(jù)葉輪和泵體之間空間的大小確定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的軸向間隙一(III)、軸向間隙二(IV)和軸向間隙三(V)的間隙b根據(jù)軸系的竄量確定，在0.25?0.53mm范圍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的密封環(huán)(4)為非金屬材料聚醚醚酮樹脂。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的密封環(huán)(4)為碳纖維增強(qiáng)的聚醚醚酮樹脂。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的在密封環(huán)(4)的密封面上開設(shè)的若干圈圓孔，其圓孔的總面積占密封環(huán)(4)的密封面總面積的60%?70%。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于高速高壓離心泵的葉輪密封結(jié)構(gòu)，所述的葉輪密封結(jié)構(gòu)設(shè)置在泵體和葉輪之間，該葉輪密封結(jié)構(gòu)包括密封環(huán)、調(diào)整墊和內(nèi)六角螺釘；密封環(huán)為單環(huán)式，密封環(huán)的外沿通過內(nèi)六角螺釘和調(diào)整墊與泵體固定；密封環(huán)的密封面采用孔型密封阻尼方式，即在密封面上開設(shè)若干圈圓孔；所述的密封環(huán)與泵體固定后，在徑向與葉輪存平行的兩道間隙，徑向間隙一和徑向間隙二；所述的密封環(huán)與泵體固定后，在軸向與葉輪存在平行的三道間隙，軸向間隙一、軸向間隙二和軸向間隙三。本發(fā)明有兩道徑向間隙和輔助的軸向間隙，可以大大降低泄漏量，提高泵的效率。
【IPC分類】F04D29/08
【公開號】CN104963887
【申請?zhí)枴緾N201510411802
【發(fā)明人】楊敏, 馬光輝, 戴侃, 于海力, 王小華, 鄧晶, 甄禛
【申請人】北京航天動力研究所, 北京航天石化技術(shù)裝備工程公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月14日