一种新型离心泵叶轮前密封口环结构

于健 吴晓睿 李启玉 刘丰 金渝博 1 夏国龙

摘 要：根据叶轮槽密封口环结构优化设计出一种新型叶轮密封口环结构，利用叶轮前密封出口处蜗壳壁面开槽的方式，利用槽内流体的漩涡阻力降低叶轮前密封泄漏量，同时通过槽将流体流向逆转，降低从叶轮前密封流出的高速泄漏流体与叶轮进口低速流体的冲击夹角，提高离心泵水力效率。

关键词：前密封口环；叶轮；泄漏量；离心泵；槽密封口环

离心泵转子在实际运转过程中，会存在一定的偏心量，因此叶轮实际需要的前密封口环间隙需要大于理论密封间隙，但叶轮前密封口环间隙过大则会增加叶轮前密封泄漏量，叶轮前密封间隙过小则会导致密封堵塞、密封处叶轮和蜗壳出现摩擦等情况发生。因此需要设计一种密封口环结构，在保证叶轮前密封口环密封间隙有一定余量的前提下，通过密封自身结构降低叶轮前密封泄漏量。

传统叶轮槽密封需要三个槽，会使叶轮轴向长度增加，同时叶轮槽密封和其他型式密封如平直密封等都存在同样的结构缺陷，即从叶轮前密封泄漏出的高速流体径向流入叶轮进口流道，对叶轮进口流道的低速流体造成一定的冲击，形成叶轮进口涡流损失，降低水泵效率。

1 新型叶轮前密封设计

本文设计的离心泵叶轮前密封口环有以下几个特点：

1）叶轮前密封对应的蜗壳壁面开槽；

2）叶轮进口边内侧有一定角度的倒角；

3）叶轮前密封结构采用两齿槽型密封。

离心泵叶轮前密封结构如图1所示。

2 仿真数值计算分析

2.1 计算方法

本文以某离心泵为研究对象，开展离心泵叶轮前密封与普通平直密封效果比对，分析新型密封对密封泄漏量的影响。

2.2 求解方法

数值计算过程使用二阶离散迎风格式，压力与速度耦合使用SIMPLE算法，计算方式选择定常流动计算，湍流模型选择kε模型，数值模拟计算收敛精度设定为104。

2.3 计算边界条件设置

进水段、叶轮、蜗壳、前泵腔和后泵腔壁面采用无滑移壁面。进口采用速度进口边界条件，出口采用自由流动出口，叶轮流道区域采用旋转坐标系，转速为2900r/min，进水段、蜗壳、前泵腔和后泵腔为静止系。

2.4 轴向力计算结果分析

图2为采用传统齿形密封环（三齿）时叶轮前密封附近流体的流态，图3为采用本设计的新型槽密封结构（两齿，以叶轮进口倒角45°为例）叶轮前密封处流体的流态。图2和图3中密封口环出口处流体流速分别约为11m/s和8m/s，说明采用新型密封结构能有效降低叶轮前密封泄漏量。新型密封结构水泵效率比传统齿形密封高1%。说明采用新型密封后水泵进口流态得到改善，水力效率得到提高。

3 结论

本文设计了一种新型槽型密封，相對传统槽型密封，该密封缩短了槽型密封长度，优化了叶轮进口处流体流态，利用叶轮前密封出口流体回流阻挡密封泄漏流体的原理降低密封泄漏量，降低了密封口环对间隙的依赖性。

参考文献：

[1]关醒凡.现代泵理论与设计[M].北京：中国宇航出版社，2011.

[2]GB/T32162005回转动力泵 水力性能验收试验1级和2级[S].北京：中国标准出版社，2006.