迷宫螺旋泵的结构示图与实验装置

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京联合大学 作者:韩国军

符 号 说 明
bg ———螺旋槽宽,    mm z ———螺纹头数

bl———螺旋棱宽,     mm ρ———介质密度,kg/m3

c———径向间隙,     mmA ———介质轴向过流面积,

m2t———螺旋槽深,      mmv ———圆周速度,m/s

α ———螺旋角,        (°)k ———压头系数

r ———螺旋轴半径,   mm Δp ———压差,Pa

d ———螺旋轴直径,  mm qV ———体积流量,m3/s

     迷宫螺旋泵和密封的主体部件是一对加工有相反螺纹的转子和套筒,见图1 。工作时,转子随轴转动,套筒不动,介质在蜂窝状的间隙内因处于强烈紊流状态而产生了较大的摩擦力,该摩擦力在迷宫螺旋体的两端产生较大的压差,该压差与体积流量之间有如下关系:

 迷宫螺旋体结构示图

1. 螺旋套筒 2. 螺旋转子 3. 介质

图1迷宫螺旋体结构示图

      用迷宫螺旋体的这一工作特性为液体加压,便产生了迷宫螺旋泵。由于介质的体积流量主要取决于螺纹深度,而螺纹深度一般较小,因此,迷宫螺旋泵属于高扬程小流量的特种泵,在石油、化工等领域具有重要作用。式(1)中的k 受多种因素影响,很难通过理论分析方式得到,一般是根据经验或借助实验得到。

       将迷宫螺旋体反装,即让其内介质的轴向流动方向与机械中的介质泄漏方向相反,便形成了迷宫螺旋密封。由于压差与转速平方成正比,随转速的提高,密封能力显著增加,因此,迷宫螺旋密封是一种适于在高速下使用的非接触型动力密封,且使用时需配备停车或低速密封装置。一般是将其与端面密封组合,用一段迷宫螺旋体在端面密封的端部产生一个反向压差,使动、静环在一定转速下打开。这样在低速下端面密封起主要作用,高速下迷宫螺旋密封起主要作用。动、静环开启时的转速即为两个密封交替的临界转速,该转速值对于分析整个装置的可靠性及使用寿命等起着重要作用。

       迷宫螺旋泵和迷宫螺旋密封的设计目前还停留在初级阶段,这不可避免使得设计工况与实际工况间有一定偏差。真空技术网介绍了一种测定迷宫螺旋泵和密封实际性能的实验方法,采用该方法除了可以得到迷宫螺旋泵的泵送特性曲线、迷宫螺旋端面组合密封交替工作时的临界转速以及迷宫螺旋密封的最大密封压力外,还可间接得到压头系数k。

实验装置和设备

       实验在卧式实验台上进行。迷宫螺旋泵与密封实验器结构见图2 ,其主要部件包括1个主螺旋体、1个控制端面密封端面比压的反螺旋体和1个端面密封装置。实验时将实验器装入实验台前部的实验头腔体内。

 

图2  迷宫螺旋泵与密封实验器结构

       实验器动环采用石墨渗渍酚醛树脂,其余部件均采用普通碳钢。实验用介质为30#机,所用的迷宫螺旋体几何参数见表1 。

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