離心泵軸封腔設計及機械密封選型研究

楊宇宸，葉林，劉益弘

（中國寰球工程有限公司，北京 100012）

離心泵軸封腔設計及機械密封選型研究

楊宇宸，葉林，劉益弘

（中國寰球工程有限公司，北京 100012）

離心泵的軸封腔設計質量直接關系到離心泵整體工作性能，因此需對其軸封腔設計及軸封的選型設計工作給予足夠重視。本文在對離心泵基本構造及原理充分理解的基礎上，對于離心泵的軸封腔設計進行了系統化研究，并對離心泵的軸封選型提出相關見解，以期有效指導工程實踐。

離心泵；軸封腔；選型；設計

1 離心泵結構

離心泵的結構組成見下圖1所示，主要零部件有泵殼、泵蓋、泵體、葉輪、密封環、泵軸、密封裝置、聯軸器、軸承等。

葉輪是離心泵的核心部件，它是唯一的做功部件，泵通過葉輪對介質做功。

泵殼是離心泵的主體。泵殼承受全部的工作壓力和介質的熱負荷，同時它還起到支撐固定作用。

密封環又稱口環，其作用是防止泵的內泄漏與外泄漏，由耐磨材料制成。

泵軸一端固定葉輪，一端裝聯軸器。密封部件能夠防止泵體內部介質外泄，同時可避免外來雜質的污染。

圖1 離心泵基本結構圖

2 離心泵的軸封腔設計

2.1 軸封腔設計要求

在軸封腔設計時，根據運行工況、軸封腔內側介質類別、壓力等，合理設計配套裝置，如冷卻系統和加熱系統。同時還要考慮適用性廣、互換性強的結構。規范產品型譜，增加在鑄造時模具的通用性，降低開發設計成本。

2.2 軸封腔的結構形式

圖2示出了較為典型的離心泵機械密封結構示意圖，從圖中可以發現，離心泵密封結構主要包括葉輪及其組件、軸套及其組件、彈簧底座組件、動靜環密封圈組件、密封墊圈以及泵軸等，離心泵后端密封主要靠六處密封部件實現，如動靜環密封圈及端面密封、壓蓋密封圈、密封墊圈（葉輪及其螺母間、軸套及葉輪間）等，泵體主要密封部位為動靜環端面密封，依靠動密封作用（環間端面的貼合機相對旋轉作用）防止液體徑向泄漏，輔助密封多通過靜密封方式完成。

圖2 典型離心泵密封結構

2.3 軸封腔過流零件的選材

軸封腔過流零件的選材設計可以保障軸封腔的實際應用效能。軸封腔過流零件的選材設計主要從以下幾方面展開：第一，考慮軸封腔內流體的壓力、溫度等特性，保證過流部件的材料強度；第二，軸封腔材料與腔內介質物理、化學性質相適應，如腐蝕性、固體顆粒含量和大小、密度、粘度等。

3 離心泵的軸封選型

3.1 常用軸封類型

離心泵軸封類型主要有接觸式密封、非接觸式密封和組合式密封等。接觸式密封包括填料密封、機械密封等，其中填料密封結構簡單，但密封性較差；機械密封工作可靠，但結構復雜，用于強腐蝕性和含磨蝕性固體顆粒的介質。

非接觸式密封包括螺旋密封、浮動環密封、干氣密封等，其中螺旋密封適用于壓力較小、線速度較小的高粘度介質，浮動環密封適用于壓力搞、轉速高的水泵，干氣密封高壽命，低磨損，但價格昂貴。組合式密封即機械密封與機械密封組合，既可用于高壓場合，也可用于低壓但是密封要求嚴格的場合。

3.2 機械密封選擇

單密封：結構簡單，只有一對摩擦副，安裝及維護方便。通常不需要外供封液系統，但需要設置自沖洗系統，以延長使用壽命。單密封應用廣泛，適合于一般液體場合，如油品等。與其它負責裝置合用時，可用于帶懸浮顆粒、高溫、高壓液體等場合。

有壓雙密封：又稱雙端面機械密封，用兩對背靠背摩擦副，結構復雜，需外供封液系統，軸封腔內隔離液壓力需高于介質壓力（至少0.15MPa），以滿足封堵及潤滑密封面的要求。因為密封液壓力高，泵送介質無法進入密封腔。內側密封可以有效阻止隔離液進入泵腔；外側密封可使得隔離液不泄漏到大氣中，污染環境，適用于腐蝕、高溫、液化氣帶固體顆粒及纖維、潤滑性差介質，以及易揮發、易燃、易爆、易結晶、有毒或貴重的介質。

無壓雙密封：又稱串聯式機械密封，有兩對摩擦副，結構復雜，需要外供封液系統，但不對密封腔內的隔離液加壓。無壓雙密封的內存密封是主密封（第一道密封），用工藝介質潤滑。密封腔內的隔離液起隔離、緩沖的作用。當主密封泄漏后，密封腔內的壓力會提高，這時外部的壓力報警設備會啟動。同時外側密封可以在維修前起到密封的作用。無壓雙密封長用于氯乙烯、一氧化碳、輕烴等有毒、易揮發、危險的介質。

3.3 軸封沖洗

沖洗就是指從密封的高壓側直接注入液體，使沖洗液從高壓側流向低壓側，從而起到起到密封、冷卻和潤滑的作用。一般泵均應進行沖洗，尤其是輸送有毒有害、易燃介質的泵（圖3）。

沖洗一般可分為自沖洗和外沖洗。自沖洗是以泵送介質為沖洗液，由泵的出口側引出一小部分液體，向密封端面的高壓側直接注入，進行沖洗。常用于泵送介質相對清潔的液體，并且密封腔內壓力應小于泵出口壓力，大于入口壓力。外沖洗是在泵的外部引一股清潔的介質進行沖洗。用于泵送介質溫度較高，易汽化以及雜質含量較高的場合。

外沖洗對沖洗液的要求較高。沖洗液應具備以下幾種性能：（1）清潔，不含固體顆粒，無腐蝕，且溫度較低；（2）具有一定的潤滑性，與泵送介質不會反應；（3）在操作條件下不易汽化的；（4）沖洗液壓力一般要比密封腔內介質壓力高0.1～0.2MPa。

圖3 機械密封典型結構及管線接口

4 結語

離心泵的軸封腔設計是設計過程的關鍵，且考慮到離心泵軸封腔應用介質的差異，在開展軸封腔設計時需重視軸封腔結構及過流零件耗材的選型設計。在軸封形式的選用方面，應依據輸送介質種類及具體應用工況進行合理選型，以不斷提升離心泵使用效益。

[1]土迪，程劍鋒. 高職《離心泵的運行維護與檢修》課程教學改革實踐[J]. 價值工程,2013（09）.

[2]張建民. 離心泵的維護與技術改造探討[J]. 民營科技，2013(07).

[3]李曉旭. 淺析IH型離心泵的維護和改造[J]. 中國新技術新產品，2013(15).

[4]田志偉, 李海權. 化工泵的軸封腔設計及軸封選型[J]. 通用機械, 2004(6):62-64.

TE964

B 文章編號：1671-0711（2017）06（下）-0088-02