泵的动力密封和停车密封装置
2013-12-10
副叶轮动力密封和停车密封装置可以克服填料和机械密封的某些不足，具有结构简单、密封可靠、点液不漏的优点，目前已在冶金矿山和石油化工行业中得到较普遍的应用。
副叶轮动力密封:
副叶轮动力密封（又叫离心密封、流体动力密封等）可分为副叶片密封和副叶轮密封。当泵转动时，叶轮就产生压力为P出的液体，再流向出口的同时也压向填料室，使介质往外泄漏。但由于副叶片和副叶轮的作用，它产生了离心力P1′或P2′。其方向与叶轮产生压力P出的方向相反。故能把泄漏出来的液体顶回去。即在密封腔内形成了“等压密封”或“负压密封”，使泵在运转过程中达到滴水不漏。由于有停车密封装置，泵在停车时也能得到密封。
1、副叶片密封的计算
在叶轮后盖板平面上作几条开式径向肋筋，这就是副叶片。它与泵壳保持着很小的间隙中，液体也以叶轮近似的角速度旋转，而不是像没有副叶片时那样为角速度的一半。这样就使得液体作用在填料室处的压力减少了。
在没有副叶片作用时，后盖板上液体的压力分布为ABEF。我们知道当叶轮有副叶片时其产生的压力变化规律也是抛物线。其产生的压力变化值为GKFG的面积。
由此可求出：
KF=EF-EK={[H-（U22-Ub2）/8g]-[H-（U22-Ur2）/8g-（U22-Ub2）/2g]}（1）
由于副叶片与泵壳之间存在一定的间隙。在间隙中液体的角速度小于叶轮的角速度ω，但大于ω/2。
斯捷潘诺夫认为这个角速度可近似取为：ω′=ω(1+t/s)/2
式中：ω′—工作轮后盖板与泵壳间隙中液体的角速度 ω—工作轮的角速度 S—泵壳与叶轮后盖副叶片的距离 t—副叶片的平均高度
由此，可以得到填料室前液体压力EK的计算式即：
HBr=H2-1/285（n/1000）2{D22-DR2+[（s+t）/s]（DR2-Db2）} 式中：HBr—副叶片减压后的压头（米水柱）
H2=H-V32/2g，V3=KV3√2Gh Ｖ３为蜗壳内平均流速
在计算时，可以事先假定它为等压密封，即HBr=0；若是负压密封即取HBr为负值代入公式（2），可求出副叶片的外径DR。 如果求出的DR大于D2值时，则需要考虑副叶轮密封结构。
在计算时，t可事先选定。一般取0.5～1厘米，s-t是副叶片与泵壳的间隙，其值要由加工精度来保证。间隙越小，平衡能力越大，但加工装配要求高。与此间隙有关的零件精度为4～6级时，一般取s-t=0.03～0.3厘米，（小泵取小值）。另外，该计算所得的DR值往往偏大。正确数值还应该经过试验修正后确定。
2、副叶轮动力密封的计算
副叶轮动力密封在石油化工行业，电镀行业输送特殊介质方面有着特定效果。我们由于衬胶泵攻关工作需要，在这方面进行了一些试验研究。在替代填料密封和机械密封方面取得一定效果。在衬胶泵中较好地采用了副叶轮动力密封。继后又在F型耐腐蚀泵中替代机械密封。实践证明，动力密封很有发展前途。
当泵运转时，假定副叶轮腔内间隙δZ中得液体ω液=ψω旋转，由于有间隙的存在显然液体的角速度ω液小于工作轮的角速度W。其比值用ψ表示。那么副叶轮外圆ｒ付任意半径的压力差为：
Ｐ２付=γ/2g（U22付-U2液）=γ/g（ψ2ω2(r22付-r2液)/2(3）
当付导叶与副叶轮间隙Δ较大时，可以认为P2=P高。当间隙Δ较小时，可以认为:
P2=P高ω2/8g（r22付-r12付）
假定低压侧液体所在半径r=r液,这时副叶轮所产生的压差为 ΔPmax=Cγ/8gω2(D22付-D12付) 若用扬程来表示,那么 HP=ΔPmax/γ=C/8g(nπ/30)2*(D22付-D12付) 将g=980厘米/秒2代入,简化可得：HP=C/71.6(n/1000)2(D22付-D12付)
式中C为反压系数,它由叶片高度h、和间隙δZ来决定。精确植尚未能用解析法来求取，而只能由实验给出。通过各种实验的汇总，为了计算的方便，设计时可取为：δZ＞3毫米时取C=0.75-0.8 δZ＜3毫米时取C=0.85-0.9 在副叶轮的光滑面，同样产生一个压力为Hs，其方向与副叶轮压力相反的升压。
Hs=CsHts（6） 式中Hs-副叶轮光滑面升压（米） Cs-光滑面系数，一般取Cs=0.1 Hts-副叶轮光滑面的理论升压（米）
Hts=1/71.6（n/1000）2(D22光付-D12光付)
整个副叶轮动力密封升压能力为：H=HBr+HP-Hs
副叶片和副叶轮密封，都要消耗在一些额外功率（称附加功率）。该功率主要消耗在副叶轮与液体的摩擦损失。我们认为这个功率值不会超过当采用后轮盘上安置密封环时所产生的泄露量所致的消耗功率。此外，它还是一个不同于消耗在流径卸荷孔的泄流上并随磨损间隙值增加而增加的功率常数值。该功率与叶轮外径平方成正比，与叶片的平均宽度成正比。为了达到同样的平衡效果，往往适当地减小叶片外径而增加其宽度。另外附加功率还与升压能力有关。当负压值大，气化分解面就高，副叶轮外径就大，消耗功率就大。为了尽可能减小功率损失，副压值不宜设计的太大。
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