摘要：离心泵的轴封腔设计质量直接关系到离心泵整体工作性能，因此需对其轴封腔设计及轴封的选型设计工作给予足够重视。本文在对离心泵基本构造及原理充分理解的基础上，对于离心泵的轴封腔设计进行了系统化研究，并对离心泵的轴封选型提出相关见解，以期有效指导工程实践。
关键词：离心泵；轴封腔；选型；设计
离心泵的结构组成见下图1所示，主要零部件有泵壳、泵盖、泵体、叶轮、密封环、泵轴、密封装置、联轴器、轴承等。叶轮是离心泵的核心部件，它是唯一的做功部件，泵通过叶轮对介质做功。泵壳是离心泵的主体。泵壳承受全部的工作压力和介质的热负荷，同时它还起到支撑固定作用。密封环又称口环，其作用是防止泵的内泄漏与外泄漏，由耐磨材料制成。泵轴一端固定叶轮，一端装联轴器。密封部件能够防止泵体内部介质外泄，同时可避免外来杂质的污染。
1离心泵的轴封腔设计
1.1轴封腔设计要求
在轴封腔设计时，根据运行工况、轴封腔内侧介质类别、压力等，合理设计配套装置，如冷却系统和加热系统。同时还要考虑适用性广、互换性强的结构。规范产品型谱，增加在铸造时模具的通用性，降低开发设计成本。
1.2轴封腔的结构形式
图2示出了较为典型的离心泵机械密封结构示意图，从图中可以发现，离心泵密封结构主要包括叶轮及其组件、轴套及其组件、弹簧底座组件、动静环密封圈组件、密封垫圈以及泵轴等，离心泵后端密封主要靠六处密封部件实现，如动静环密封圈及端面密封、压盖密封圈、密封垫圈（叶轮及其螺母间、轴套及叶轮间）等，泵体主要密封部位为动静环端面密封，依靠动密封作用（环间端面的贴合机相对旋转作用）防止液体径向泄漏，辅助密封多通过静密封方式完成。
1.3轴封腔过流零件的选材
轴封腔过流零件的选材设计可以保障轴封腔的实际应用效能。轴封腔过流零件的选材设计主要从以下几方面展开：第一，考虑轴封腔内流体的压力、温度等特性，保证过流部件的材料强度；第二，轴封腔材料与腔内介质物理、化学性质相适应，如腐蚀性、固体颗粒含量和大小、密度、粘度等。
2离心泵的轴封选型
2.1常用轴封类型
离心泵轴封类型主要有接触式密封、非接触式密封和组合式密封等。接触式密封包括填料密封、机械密封等，其中填料密封结构简单，但密封性较差；机械密封工作可靠，但结构复杂，用于强腐蚀性和含磨蚀性固体颗粒的介质。
非接触式密封包括螺旋密封、浮动环密封、干气密封等，其中螺旋密封适用于压力较小、线速度较小的高粘度介质，浮动环密封适用于压力搞、转速高的水泵，干气密封高寿命，低磨损，但价格昂贵。组合式密封即机械密封与机械密封组合，既可用于高压场合，也可用于低压但是密封要求严格的场合。
2.2机械密封选择
单密封：结构简单，只有一对摩擦副，安装及维护方便。通常不需要外供封液系统，但需要设置自冲洗系统，以延长使用寿命。单密封应用广泛，适合于一般液体场合，如油品等。与其它负责装置合用时，可用于带悬浮颗粒、高温、高压液体等场合。
有压双密封：又称双端面机械密封，用两对背靠背摩擦副，结构复杂，需外供封液系统，轴封腔内隔离液压力需高于介质压力（至少0.15MPa），以满足封堵及润滑密封面的要求。因为密封液压力高，泵送介质无法进入密封腔。内侧密封可以有效阻止隔离液进入泵腔；外侧密封可使得隔离液不泄漏到大气中，污染环境，适用于腐蚀、高温、液化气带固体颗粒及纤维、润滑性差介质，以及易挥发、易燃、易爆、易结晶、有毒或贵重的介质。
无压双密封：又称串联式机械密封，有两对摩擦副，结构复杂，需要外供封液系统，但不对密封腔内的隔离液加压。无压双密封的内存密封是主密封（第一道密封），用工艺介质润滑。密封腔内的隔离液起隔离、缓冲的作用。当主密封泄漏后，密封腔内的压力会提高，这时外部的压力报警设备会启动。同时外侧密封可以在维修前起到密封的作用。无压双密封长用于氯乙烯、一氧化碳、轻烃等有毒、易挥发、危险的介质。
2.3轴封冲洗
冲洗就是指从密封的高压侧直接注入液体，使冲洗液从高压侧流向低压侧，从而起到起到密封、冷却和润滑的作用。一般泵均应进行冲洗，尤其是输送有毒有害、易燃介质的泵。
冲洗一般可分为自冲洗和外冲洗。自冲洗是以泵送介质为冲洗液，由泵的出口侧引出一小部分液体，向密封端面的高压侧直接注入，进行冲洗。常用于泵送介质相对清洁的液体，并且密封腔内压力应小于泵出口压力，大于入口压力。外冲洗是在泵的外部引一股清洁的介质进行冲洗。用于泵送介质温度较高，易汽化以及杂质含量较高的场合。
外冲洗对冲洗液的要求较高。冲洗液应具备以下几种性能：（1）清洁，不含固体颗粒，无腐蚀，且温度较低；（2）具有一定的润滑性，与泵送介质不会反应；（3）在操作条件下不易汽化的；（4）冲洗液压力一般要比密封腔内介质压力高0.1～0.2MPa。
结语
离心泵的轴封腔设计是设计过程的关键，且考虑到离心泵轴封腔应用介质的差异，在开展轴封腔设计时需重视轴封腔结构及过流零件耗材的选型设计。在轴封形式的选用方面，应依据输送介质种类及具体应用工况进行合理选型，以不断提升离心泵使用效益。
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论文作者:李涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
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