螺旋密封在流體機(jī)械中的應(yīng)用

袁超

【摘要】螺旋密封在流體機(jī)械中的應(yīng)用關(guān)系到機(jī)械生產(chǎn)的質(zhì)量，所以在流體機(jī)械中要對(duì)螺旋密封工程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題進(jìn)行重視，只有這樣才能夠保證流體機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證工程的穩(wěn)步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)備，安裝過程，質(zhì)量控制

一、前言

螺旋密封在流體機(jī)械的應(yīng)用中起到了很大的作用，只有在施工加強(qiáng)管理，分析其出現(xiàn)的問題并制定解決措施，對(duì)螺旋密封進(jìn)行分析，才能夠使螺旋密封在流體機(jī)械中的應(yīng)用得到更大的發(fā)揮。

二、螺旋密封的基本結(jié)構(gòu)

1、螺桿式螺旋密封

軸表面開有螺旋槽，而孔為光表面。由于動(dòng)靜部份的間隙（E和C）存在泄漏量。但同時(shí)，通過螺旋槽的介質(zhì)在軸的旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生泵送效應(yīng)，利用螺旋的泵送作用，把沿泄漏間隙泄漏的介質(zhì)推回去，實(shí)現(xiàn)密封。

2、迷宮螺旋密封

迷宮螺旋密封的工作原理是在螺桿與螺套之間的工作空間內(nèi)，液體位于螺套兩齒面和螺桿兩齒面所圍成的若干個(gè)蜂窩狀的空間內(nèi)。螺桿與螺套表面間的縫隙呈帶凹槽的環(huán)形柱面。液體通過這些螺紋時(shí)形成旋渦，方向與流出方向相反。由于螺桿繞流液體的動(dòng)量交換結(jié)果，螺桿將能量傳給液體。

三、螺旋槽機(jī)械密封的控制方法

1、在螺旋槽機(jī)械中對(duì)液體膜的摩擦扭矩以及它的薄厚進(jìn)行定位

這是一件十分有難度的事情，并且動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)速并不能隨意的進(jìn)行調(diào)整。所以，我們?cè)谘芯康倪^程中，只需要把密封環(huán)的溫度以及泄露情況作為機(jī)械控制的一個(gè)參考。

2、在螺旋槽機(jī)械中，元件以及密封環(huán)的溫度等多種系統(tǒng)都是相互關(guān)聯(lián)的

液體膜的摩擦?xí)沟脵C(jī)械端部的界面產(chǎn)生形變，與此同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致液體膜的溫度以及液體膜的粘度發(fā)生變化。端部的變化以及液體膜粘度的變化會(huì)使得摩擦過程中液體的密度產(chǎn)生變化。所以，在螺旋槽機(jī)械中，各種系統(tǒng)之間是存在一定聯(lián)系的。在進(jìn)行螺旋槽機(jī)械密封性的計(jì)算時(shí)，首先要進(jìn)行定位，然后把初始狀態(tài)的各種值輸入，從而計(jì)算液體膜流體的密度以及端部的變形情況。假使計(jì)算的結(jié)果與給定的有誤差，并且誤差較大，那么需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)之后重新進(jìn)行計(jì)算。一直計(jì)算到結(jié)果符合一定的要求之后，才停止計(jì)算。在計(jì)算的過程中，要考慮液體膜的承載力以及閉合力，它們之間存在著平衡的關(guān)系，怎樣才可以使得閉合力以及液體膜的尺寸相適應(yīng)，從而確定出泄露情況和密封的溫度。

3、靜環(huán)的溫度以及泄露情況時(shí)根據(jù)閉合力的不同而變化的

他們之間是一種單調(diào)的變化曲線，這就得出了通過閉合力的大小來控制密封環(huán)的溫度是可行的，與此同時(shí)，閉合力還可以控制泄露情況。假使機(jī)械中的介質(zhì)沒有毒害，那么在一些轉(zhuǎn)速較高的機(jī)械中，密封環(huán)的溫度是會(huì)隨著轉(zhuǎn)數(shù)的變大逐漸升高的，我們可以針對(duì)一些參數(shù)對(duì)機(jī)械進(jìn)行監(jiān)控。假如機(jī)械中的介質(zhì)是有害物質(zhì)，那么對(duì)于泄露情況要嚴(yán)格的進(jìn)行控制，這時(shí)，泄露率就作為了主要的控制參數(shù)。

4、在螺旋槽機(jī)械中，對(duì)于閉合力的控制主要有兩種方法

第一種就是不需要對(duì)于理論上的結(jié)果進(jìn)行參考，直接根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)對(duì)閉合力進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)閉合力在控制系統(tǒng)中的參數(shù)。運(yùn)用這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)就是遇到較大的參數(shù)變化時(shí)，不可以迅速的轉(zhuǎn)變回到正常的狀態(tài)中。第二種方式就是根據(jù)理論中的參數(shù)，首先確定出閉合力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的目標(biāo)力，事先制定調(diào)節(jié)方法，通過對(duì)計(jì)算機(jī)的命令實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。但是，這種方法的一個(gè)局限就是由于理論和實(shí)踐存在差別，僅僅把理論作為參考依據(jù)會(huì)使得最終的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而達(dá)不到理論的目的。但由于理論計(jì)算與實(shí)際工況之間存在一定誤差，僅以理論計(jì)算結(jié)果作為調(diào)節(jié)依據(jù)，往往達(dá)不到預(yù)期效果。

四、螺旋密封在流體機(jī)械中的應(yīng)用

1、螺旋密封在水輪機(jī)中的應(yīng)用

（一）、巴家嘴電站螺旋密封的設(shè)計(jì)

甘肅慶陽地區(qū)巴家嘴電站2#水輪機(jī)（型號(hào)：HLA4302WJ250）參數(shù)：額定容量：N=302kW；額定轉(zhuǎn)速：nH=750r/min；設(shè)計(jì)水頭：Hp=33m；設(shè)計(jì)流量：Qp=1.051m3/s；飛逸轉(zhuǎn)速：np=1425r/min。

（二）、螺旋密封的能耗分析

根據(jù)Boow和Tal計(jì)算法中功率消耗公式：P=（CL/Cη1）πηω2D3L/（2C）（13）可知，P=178W。即螺旋密封僅耗能178W，若沒有采用螺旋密封，容積損失rQH=5.0kW。可見密封能耗僅占容積損失的3%，同時(shí)這部分容積損失又被轉(zhuǎn)輪所利用產(chǎn)生有用功率。所以水輪機(jī)HLA430250轉(zhuǎn)輪下環(huán)采用螺旋密封有利于轉(zhuǎn)輪效率的提高。

（三）、螺旋密封的真機(jī)磨蝕試驗(yàn)

巴家嘴電站是哈爾濱大電機(jī)研究所中間試驗(yàn)電站，它位于黃河含沙較大的支流蒲河上，蒲河最大含沙量Pmax=1190～1200kg/m3，泥沙中數(shù)粒徑d50=0.034，略大于三門峽電站d50=0.03，泥沙礦物成分主要為石英、長石。其中石英占90%以上（同三門峽電站），進(jìn)入水輪機(jī)泥沙基本上是集中在汛期7～9三個(gè)月。

螺旋密封轉(zhuǎn)輪從1992年9月16日開始運(yùn)行，2#機(jī)在清水期運(yùn)行3000h后停機(jī)檢測(cè)，轉(zhuǎn)輪完好如初，螺旋槽加工時(shí)毛刺還在。渾水期運(yùn)行528h后第二次停機(jī)檢測(cè)，其間負(fù)荷為278kW，平均含沙量為16.32kg/m3，轉(zhuǎn)輪葉片及螺旋密封未發(fā)現(xiàn)磨蝕痕跡。渾水運(yùn)行748h后第三次停機(jī)，其間負(fù)荷為274kW，平均含沙量為37.4kg/m3，檢測(cè)結(jié)果與第二次相同。渾水期進(jìn)行964h后第四次停機(jī)，其間負(fù)荷為268kW，平均含沙量為43.56kg/m3，最大含沙量338kg/m3，檢測(cè)結(jié)果與上兩次相同。1994年9月第五次停機(jī)檢查，又經(jīng)過一個(gè)渾水期運(yùn)行，轉(zhuǎn)輪葉片及螺旋密封未見磨蝕破壞。

2、螺旋密封在泵中的應(yīng)用

（一）、螺旋密封在泵的吸入口環(huán)和化工泵中的應(yīng)用螺旋密封在泵吸入口環(huán)中應(yīng)用得較早，代表性的是20世紀(jì)80年代末陳秉二教授用螺旋密封代替迷宮密封，并成功地用于甘肅黃河提灌工程水泵吸入口環(huán)密封中。文獻(xiàn)[4]報(bào)道了螺旋密封應(yīng)用于糠醛原料泵取得明顯的效果。螺旋密封在化工泵中有廣泛的應(yīng)用前景，尤其對(duì)粘性大的泵送介質(zhì)密封效果顯著。

（二）、螺旋密封在屏蔽泵滑動(dòng)軸承中的應(yīng)用

在屏蔽泵中石墨滑動(dòng)軸承往往設(shè)計(jì)成帶螺旋槽結(jié)構(gòu)（如圖所示），這樣可以在軸套與滑動(dòng)軸承之間形成泵送流動(dòng)，該結(jié)構(gòu)有利于石墨滑動(dòng)軸承的潤滑和冷卻，同時(shí)也有利于泵送含有顆粒的介質(zhì)微粒的疏導(dǎo)。

3、螺旋密封在高壓螺旋泵（HPS）中的應(yīng)用

近年來國外文獻(xiàn)報(bào)道的高壓螺旋泵，這種泵流量為1～2m3/h，揚(yáng)程為10～20m，泵入口壓力為10～20MPa。實(shí)際上它是一種磁力泵，旋轉(zhuǎn)軸套和泵體均開螺旋槽，旋轉(zhuǎn)軸套固定在內(nèi)磁鋼上，由外磁鋼帶動(dòng)隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，用于高壓系統(tǒng)，輸送粘性介質(zhì)。

五、結(jié)束語

螺旋密封在流體機(jī)械中的應(yīng)用是一項(xiàng)全面系統(tǒng)復(fù)雜的綜合性標(biāo)準(zhǔn)，尤其要加強(qiáng)工程中常見問題的認(rèn)識(shí)與研究，結(jié)合實(shí)際情況，加強(qiáng)螺旋密封在流體機(jī)械中的應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

[1]宋鵬云，陳匡民，董宗玉，液體潤滑螺旋槽機(jī)械密封性能的數(shù)值計(jì)算分析，昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010

[2]董長善，旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)和泵用螺旋槽端面密封，化工設(shè)備與管道，2011

[3]郝木明，胡丹梅，楊寶亮，零逸出上游泵送密封特性分析及設(shè)計(jì)，潤滑與密封，2011