于健 吳曉睿 李啟玉 劉豐 金渝博 1 夏國龍

摘 要：根據(jù)葉輪槽密封口環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種新型葉輪密封口環(huán)結(jié)構(gòu)，利用葉輪前密封出口處蝸殼壁面開槽的方式，利用槽內(nèi)流體的漩渦阻力降低葉輪前密封泄漏量，同時(shí)通過槽將流體流向逆轉(zhuǎn)，降低從葉輪前密封流出的高速泄漏流體與葉輪進(jìn)口低速流體的沖擊夾角，提高離心泵水力效率。

關(guān)鍵詞：前密封口環(huán)；葉輪；泄漏量；離心泵；槽密封口環(huán)

離心泵轉(zhuǎn)子在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)存在一定的偏心量，因此葉輪實(shí)際需要的前密封口環(huán)間隙需要大于理論密封間隙，但葉輪前密封口環(huán)間隙過大則會(huì)增加葉輪前密封泄漏量，葉輪前密封間隙過小則會(huì)導(dǎo)致密封堵塞、密封處葉輪和蝸殼出現(xiàn)摩擦等情況發(fā)生。因此需要設(shè)計(jì)一種密封口環(huán)結(jié)構(gòu)，在保證葉輪前密封口環(huán)密封間隙有一定余量的前提下，通過密封自身結(jié)構(gòu)降低葉輪前密封泄漏量。

傳統(tǒng)葉輪槽密封需要三個(gè)槽，會(huì)使葉輪軸向長(zhǎng)度增加，同時(shí)葉輪槽密封和其他型式密封如平直密封等都存在同樣的結(jié)構(gòu)缺陷，即從葉輪前密封泄漏出的高速流體徑向流入葉輪進(jìn)口流道，對(duì)葉輪進(jìn)口流道的低速流體造成一定的沖擊，形成葉輪進(jìn)口渦流損失，降低水泵效率。

1 新型葉輪前密封設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的離心泵葉輪前密封口環(huán)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）葉輪前密封對(duì)應(yīng)的蝸殼壁面開槽；

2）葉輪進(jìn)口邊內(nèi)側(cè)有一定角度的倒角；

3）葉輪前密封結(jié)構(gòu)采用兩齒槽型密封。

離心泵葉輪前密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 仿真數(shù)值計(jì)算分析

2.1 計(jì)算方法

本文以某離心泵為研究對(duì)象，開展離心泵葉輪前密封與普通平直密封效果比對(duì)，分析新型密封對(duì)密封泄漏量的影響。

2.2 求解方法

數(shù)值計(jì)算過程使用二階離散迎風(fēng)格式，壓力與速度耦合使用SIMPLE算法，計(jì)算方式選擇定常流動(dòng)計(jì)算，湍流模型選擇kε模型，數(shù)值模擬計(jì)算收斂精度設(shè)定為104。

2.3 計(jì)算邊界條件設(shè)置

進(jìn)水段、葉輪、蝸殼、前泵腔和后泵腔壁面采用無滑移壁面。進(jìn)口采用速度進(jìn)口邊界條件，出口采用自由流動(dòng)出口，葉輪流道區(qū)域采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)速為2900r/min，進(jìn)水段、蝸殼、前泵腔和后泵腔為靜止系。

2.4 軸向力計(jì)算結(jié)果分析

圖2為采用傳統(tǒng)齒形密封環(huán)（三齒）時(shí)葉輪前密封附近流體的流態(tài)，圖3為采用本設(shè)計(jì)的新型槽密封結(jié)構(gòu)（兩齒，以葉輪進(jìn)口倒角45°為例）葉輪前密封處流體的流態(tài)。圖2和圖3中密封口環(huán)出口處流體流速分別約為11m/s和8m/s，說明采用新型密封結(jié)構(gòu)能有效降低葉輪前密封泄漏量。新型密封結(jié)構(gòu)水泵效率比傳統(tǒng)齒形密封高1%。說明采用新型密封后水泵進(jìn)口流態(tài)得到改善，水力效率得到提高。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種新型槽型密封，相對(duì)傳統(tǒng)槽型密封，該密封縮短了槽型密封長(zhǎng)度，優(yōu)化了葉輪進(jìn)口處流體流態(tài)，利用葉輪前密封出口流體回流阻擋密封泄漏流體的原理降低密封泄漏量，降低了密封口環(huán)對(duì)間隙的依賴性。

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