李宏斌，郝波亮，袁換香，張文利

（武安市宏泰機(jī)械泵業(yè)有限公司，河北武安056300）

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機(jī)械密封型導(dǎo)熱油泵的設(shè)計(jì)與研制

李宏斌，郝波亮，袁換香，張文利

（武安市宏泰機(jī)械泵業(yè)有限公司，河北武安056300）

近年來，聚酯、煤化工等行業(yè)用戶采用機(jī)械密封型泵的要求不斷增加，有必要對機(jī)械密封型導(dǎo)熱油泵的設(shè)計(jì)過程、研制過程、安裝使用方法進(jìn)行總結(jié)，以便提高工程技術(shù)人員和其他相關(guān)人員的的設(shè)計(jì)、使用技術(shù)水平。

機(jī)械密封型；導(dǎo)熱油泵；設(shè)計(jì)；研制

山西某集團(tuán)公司丁二醇生產(chǎn)車間使用美國高質(zhì)公司生產(chǎn)的耐高溫離心泵，結(jié)構(gòu)型式為懸臂式單級離心泵，密封方案采用了API610標(biāo)準(zhǔn)中的21方案，為單端面機(jī)械密封，軸承箱部位下半部位另加了一個冷卻腔體，通過水冷的方式對軸承腔體冷卻，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)該泵機(jī)械密封維修頻繁，漏油嚴(yán)重，可靠性差，給生產(chǎn)及設(shè)備管理帶來很大不便。由我公司為其設(shè)計(jì)一臺機(jī)械密封型的離心泵。

工藝參數(shù)為：Q=125 m3/h，H=85 m，T=265℃，T55導(dǎo)熱油，介質(zhì)密度ρ=0.727 kg/m3，配45 kW電機(jī)。

公司現(xiàn)有的型號為125-80-250泵的基本參數(shù)是：流量Q=160 m3/h，揚(yáng)程H=80 m，使用溫度≤350℃，密封形式為軟填料密封形式，配55 kW電機(jī)。用戶實(shí)際工況參數(shù)與公司現(xiàn)有的泵參數(shù)相比較，在其工作范圍內(nèi)，考慮到其長期在小流量工作范圍內(nèi)工作會降低效率和增加泵的軸向力，影響泵的可靠性，為此，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對泵的葉輪進(jìn)行了改進(jìn)。

1　水力設(shè)計(jì)

RY125-80-250泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)：葉輪進(jìn)口直徑D0為105 mm，葉輪出口寬度b2為17 mm，出口直徑D2為255 mm，比轉(zhuǎn)數(shù)ns為83.4，效率η為73%，轉(zhuǎn)速n為2 900 r/min。

按用戶工藝要求計(jì)算新泵的比轉(zhuǎn)速ns是73，依據(jù)相似理論進(jìn)行計(jì)算：

（1）葉輪寬度計(jì)算

（2）葉輪直徑計(jì)算

設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了水泵葉輪的制作，并進(jìn)行了兩次水力試驗(yàn)，在出口寬度b為13 mm時(shí)，出口直徑第一次為270 mm，試驗(yàn)結(jié)果為高效點(diǎn)在150 m3/ h，效率為67.9%；出口直徑第二次為262 mm，高效點(diǎn)在125 m3/h，效率為79.3%。兩次試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了葉輪是泵的心臟，但與泵體的配套關(guān)系也非常重要，第一次大直徑時(shí)，由于與泵體隔舌的間隙為1.018倍，過小，不僅造成高效點(diǎn)的偏移，而且效率也達(dá)不到GB/T 13007的要求；通過切割葉輪直徑，增大與泵體隔舌的間隙為1.045倍，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

綜合考慮，在不更換原有泵體的情況下，對原葉輪出口寬度變窄改造，出口直徑加大，最終尺寸取葉輪出口寬度b為13 mm，出口直徑D為262 mm。

2　密封設(shè)計(jì)

用戶提出的單機(jī)機(jī)封要求，按照通常的設(shè)計(jì)思路，泵分為水力腔體、密封腔體和支撐腔體，API610標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范提供了多個單端面機(jī)械密封的沖洗方案，均不能滿足現(xiàn)場工況需求。結(jié)合公司原有RY125-80-250型泵的設(shè)計(jì)方案，將密封部分設(shè)在了兩軸承的中間部位（如圖1所示），此處的運(yùn)行溫度一般為60℃左右，腔體內(nèi)部壓力為0.1 MPa以下，為了提高機(jī)械密封的可靠性，選用多彈簧內(nèi)裝式機(jī)械密封，摩擦副材料采用SiC-WC。

圖1　密封設(shè)計(jì)示意圖

高溫油泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，受熱傳導(dǎo)及熱輻射的影響，會形成從泵體到聯(lián)軸器端的溫度梯度，葉輪的懸臂越長，梯度越小，懸臂越短，梯度越大。因此，就造成了靠近葉輪端面的前軸承工作溫度的差異。溫度越高，軸承壽命越短。

通常情況下，在使用溫度為280℃時(shí)，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的軸承溫度在70～80℃之間，盡管為提高軸承的作用壽命，采取了一定的技術(shù)措施，也只能將軸承處的溫度控制到65℃左右，造成了軸承在較高的工況下工作，因此對軸承的潤滑也提出了嚴(yán)格的要求，基于此，本次設(shè)計(jì)時(shí)將泵體與軸承體的連接部位，即在泵蓋的后半部分增加了一個冷卻水套，形成了一個溫度上的隔斷（見圖2），通過水循環(huán)冷卻，使軸承處的工作溫度下降了10～15℃，保證軸承的運(yùn)行工況溫度為50～55℃，提高了軸承的可靠性。

圖2　增加冷卻水套的結(jié)構(gòu)示意圖

3　安裝運(yùn)行

該泵設(shè)計(jì)加工完成后，泵在水泵測試站的檢測數(shù)據(jù)為：Q=124.8 m3/h，H=85.1 m，效率η=72.1%，軸功率40.06 kW。用戶現(xiàn)場驗(yàn)收后，提出考慮到實(shí)際工況的溫度及介質(zhì)黏度要求，改配為37 kW電機(jī)，泵與電機(jī)采用膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，對泵進(jìn)行冷態(tài)同心度調(diào)整，其同心度滿足要求。泵升溫后進(jìn)行二次熱調(diào)整。松開聯(lián)軸器螺栓和泵軸承下方的支撐螺栓，打開泵的進(jìn)口閥門，讓熱油進(jìn)入泵體，打開出口排氣孔使泵充滿熱油，由于沒有參加循環(huán)，泵體升至100℃時(shí)，達(dá)到熱平衡，此時(shí)稍開泵出口閥門，并以不發(fā)生倒轉(zhuǎn)為限，原溫度沒有明顯上升，測聯(lián)軸器同心度，此時(shí)徑向誤差為2.3 mm，對泵及電機(jī)進(jìn)行重新調(diào)整。

2012年9月，對原泵進(jìn)行了現(xiàn)場跟蹤，系統(tǒng)流量、壓力等參數(shù)同6個月之前的基本一致，密封可靠、運(yùn)行平穩(wěn)。為此，2012年9月份又供給用戶一臺同型號的產(chǎn)品，安裝調(diào)試后，泵運(yùn)行情況良好。

4　結(jié)語

（1）該型式泵的正常運(yùn)行，驗(yàn)證了熱油泵采用單端面機(jī)械密封的可行性，為熱油泵又增加了新的結(jié)構(gòu)型式，為該型式泵的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化打下了基礎(chǔ)。

（2）泵設(shè)計(jì)中，可通過一個泵體與多個葉輪的組合來滿足用戶的使用要求，但一定要注意葉輪與泵體之間的相互匹配，才能達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）熱油泵在冷態(tài)啟動運(yùn)行與熱態(tài)正常運(yùn)行兩個環(huán)節(jié)，一定要做好泵與電機(jī)之間同心度的調(diào)整。這是泵長期可靠運(yùn)行的保證。

Design and Development of Mechanical Seal Type Heat Conduction Oil Pump

LI Hongbin，HAO Boliang，YUAN Huanxiang，ZHANG Wenli
（Wuan Hongtai Mechanical Pump Co.，Ltd，Wuan 056300，China）

In recent years，the requirement of using mechanical seal type pump in the polyester and coal chemical industriesis increasing.It is necessary to summarize the design process，development process and install and use method of the mechanical seal typeheat conduction oil pump，in order to improve the design and use technology level of engineering and technical personnel and other relevant personnel.

mechanical seal type；heat conduction oil pump；design；development

TH38；TH136

B

1001-6988（2016）02-0045-02

2015-12-08

李宏斌（1965—），男，高級工程師，主要研究方向?yàn)殡x心泵設(shè)計(jì)、制造和質(zhì)量控制.