[发明专利]一种泵用增效减漏密封环设计方法

说明书

本发明公开了一种泵用增效减漏密封环设计方法，首先，利用密封环内流体的轴向和周向速度方程，即二维流线方程，设计出微沟槽的型线；然后，确定微沟槽横截面形状，设计微沟槽横截面高度和弧长，选取微沟槽数量；最后，在密封环上加工出微沟槽，在带微沟槽的密封环上喷涂弹性材料，保证涂层不淹没微沟槽。本发明的一种泵用增效减漏密封环设计方法，在密封环壁面上开设微沟槽并喷涂弹性材料，达到增加泵效率、减小泄漏的目的。

技术领域

本发明涉及泵性能优化领域，尤其是用于泵用增效减漏密封环设计方法。

背景技术

泵被广泛应用于农业、自来水工程、火力发电厂、矿山、化工和食品等行业，为了使叶轮与泵体之间达到密封效果，一般在叶轮上设置密封环，也称口环。前密封环一般用于隔开泵内高压区和低压区，防止液体大量地从高压区流向低压区，后密封环一般与平衡孔配合减小轴向力、降低密封环压力。在叶轮旋转时，动环与密封腔内的流体会有摩擦，摩擦产生的功率属于能量损失，会降低心泵效率，并且在密封环中发生泄漏也是不可避免的。

泵中设置的密封环，叶轮在旋转时，由于其存在摩擦能量损失以及会发生液体泄漏，所以减小摩擦损失、增加泵效率和减小泄漏量一直是我们关注的问题，采用传统工业技术，对于密封环增效减漏的效果并不显著。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种泵用增效减漏密封环设计方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种泵用增效减漏密封环设计方法，首先，代入密封环工作参数，计算微沟槽型线控制方程，得到微沟槽的型线数据。然后，确定微沟槽横截面形状，设计微沟槽横截面高度和弧长，选取微沟槽数量；最后，在密封环上加工出微沟槽，在带微沟槽的密封环上喷涂弹性材料，保证涂层不淹没微沟槽，具体包括以下步骤：

步骤S1，利用密封环内流体的轴向和周向速度方程，即二维流线方程，设计出微沟槽的型线，设计原理是：用密封环内的流线来描述微沟槽的型线；

对泵做全流场模拟计算出密封环泄漏量q，密封环内流体轴向速度：

其中，v_z是密封环内流体轴向速度；q是密封环泄漏量；A是密封环横截面面积；r₁是密封环内圆半径；r₂是密封环外圆半径；

密封环内流体周向速度：

其中，ω是密封环内流体周向速度，单位rad/s，随着径向坐标r变化；r为径向坐标，单位m；ω₁为内径流体周向速度；ω₂为密封环外径流体周向速度。径向坐标r的取值范围是r₁≤r≤r₂；

选取径向坐标r₃，将r＝r₃代入式(3)，得到径向坐标r₃处的流体周向速度ω₃，r₃的取值范围是r₁≤r₃≤r₂，ω₃用来构造微沟槽的型线；

选取时间步Δt，选取原则是使得微沟槽型线光顺。微沟槽型线计算公式如下：

θⁿ＝θ^n-1+ω₃·Δt (4)

zⁿ＝z^n-1+v_z·Δt (5)