螺旋密封性能的试验研究
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＋Ｑ 相 等 时 ， 到 泄 漏平 衡 。故 螺 旋 密封 条 件 ） 达 为 Ｑ ＝Ｑ ＝Ｑ 。 。 ，＋Ｑ
３ 试验 设备 设计及 工 作流程
Ｂ Ｏ Ｋ ＩＬ Ｖ —Ｉ ＋分 别 测 定 不 同浓 度 流体 Ｒ Ｏ ＦＥ Ｄ Ｄ Ｉ
的粘 度 。测 定结 果见 表 １ 。
表 １ 流 体 粘 度数 据
旋 密 封 属 于非 接 触 密 封 ， 的功 率 消 耗 小 ， 维 它 且 护更加 简 单 ， 使 多种 设 备 节 约 电耗 ２ ％ 一 可 ０
３ ０％ ＿－ ］ ２３
。
因此 研 究 新 型 螺 旋 密 封 应 用 于 工 业
生 产 设 备 中 ， 以 提 高 流 体 机 械 运 行 的 可 靠 性 可
行 了研 究 。其 中 ， 与 ７号 螺 旋 基 本 参 数 与 ３ ５号
等 主 要 部 件 组 成 ， 件 有 电 柜 和 加 压 用 氧 气 瓶 配
号螺 旋相 同 ， 螺 旋 在 螺 旋 套 高 压 端 有 ６ 。 ５号 ０ 倒
角 ， 螺 旋在 高 压端 有 ３ 。 角 。６号 螺旋 基 本 ７号 ０倒
有 人 把水 力 碎 浆 机 的 填 料 密 封 装 置 取 消 ， 搅 将
国外从 １ １ ９ ６年开 始在 水 泵 中采用 螺旋 密 封 ，
后来 成 功地 推 广 到 许 多苛 刻 条 件 ， 高 温 、 冷 、 如 深
腐蚀 和 带颗 粒等 的液 体介 质 密封 领 域 中 。 近
几 十年 来 ， 国内首先 在核 动 力 、 间装置 等尖 端技 空 术 领域 内 ， 以及 在 高 速 离 心 式 压 缩 机 上成 功 地 应
加工 数套 螺旋 【 ｌ 。对流 体 的性 能进行 分 析 ， 对 并 流体 做为 密封介 质 的密封 能力进 行理论 计算 。 试验过 程 中螺 旋套 安 装 调 试好 后 ， 碎 解 好 将
粘性 流体 粘性 力 的基 础 之 上 ， 以螺旋 密 封 又称 所
为“ 粘液 密封 ” 。
时转动 ２台电机 在 相 同 的密 封 压 力及 转 速 下 ， 比 较 填料 密封 和螺旋 密封 的功耗 情况 。试验 时螺旋
螺旋 密封 的 间隙 内充 满 粘 性 流体 ， 当轴 转 动 时 ， 旋 侧 壁 对 粘 性 流 体 施 加 推 力 ， 行 能 量 交 螺 进 换 ， 轴 的旋 转 动能变 为粘 性流体 的压 力能 ， 使 获得
Ｖｏ ． ９， ． ２ １ １ ３ Ｎｏ ８， ０１
并获 得 了 良好 的密封 效果 ｌ 。 ６ ２ 螺旋密 封 的工作原 理
的螺旋 密封 ， ２台 电 机 同 时 由 １台 电 柜 控 制 。这 样 设计 的思想 是 在试验 初期 只对 螺旋 密封端进 行
研究 ， 当螺旋 密封 试验取 得较 大进 展之后 ， 以同 可
中 图分 类 号 ： Ｔ４ ０６ Ｊ３ ． 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ １０ ．０ ｏ：０ ３ ６ ／． ｓ．０ ５— ３ ９ ２ １ ．８ ０ １ ｓ
Ｅｘ ｒｍ ｅ ａ ｎ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｎ ｈｅ Ｃａ ａｂ ｌｔ ｆ Ｓ ｒ ａ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌＩ ｖｅ ｔｇ ｔｏ ｏ ｔ ｐ ｉｉｙ ｏ ｐｉａｌＳｅ ｌ
Ａｂｓｒ ｔ Ｓ ｉａ ｓａ ｔｐｅｏ ｏ ｃ ｎｔｃ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｓ ａ ． ｎ ｔ ｅ ｐ ｐｅ ｗｅ ｄ ｉｎｅ ｎ ａ ｆ ｃｕ ｅ ｑ ｐｍｅ ｔａ ｔ ｄｉｄ ｔａｃ ： ｐ ｒｌｉ ｙ ｆｎ ｎ—ｏ ａ ｔｅ ｅ ｇ ｓ ｖ ｎ ｅ １ Ｉ ｈ ａ ｒ， ｅｓｇ ｄ ａ ｄ ｍ ｎｕ ａ ｔ ｒ ｄ ｅ ｕｉ ｙ ｎ ｎｄ ｓｕ ｅ
同浓度 流 体 进 行试 验 。根 据 第 一 次试 验 结果 ， 确
定较 好 的螺旋 参数 ， 重新 设计制 作 ， 验 。经反 复 试 试 验 ， 出适 合流体 密封 的螺旋 参数 。 选
图 １ 螺旋 密 封 的原 理
３ ２ 试 验 内容 ．
螺旋 密封 是 对 回流 原 理 的简 单 应 用 ， 图 １ 如 所示 Ｊ 。根 据 克里斯 “ 流量 平 衡 ” 理论 ， 在螺 旋 密
封效 果 有 着 相 当 大 的 影 响 ，因 此 本 试 验 用
（） ２ 高压端的流体沿螺旋轴与壳体之间的环 形 问隙 向外 泄 漏 ， 流量用 Ｑ 表示 ； 其 （） ３ 外端 的 流体 被转 轴 上螺 旋槽 向 高压端 泵 送 回去 。其 泵送量 用 Ｑ 表示 。
当泵送 量 与 前 两 项 泄 漏 量 之 和 （ Ｑ ＝Ｑ。 即 ， ，
ｓ ｉ ｂ ｕ ｈ ｆ ｃ ｆｓ ｉ ｌｐ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ｈ ａ ａ ｉ ｔ ｆｓ ｉ ｅ ． ｈ ａ ａ ｉ ｔ ｓ ｂ ｔ ｒｗｈ ｎ ｓ ｉ ｌａ ｇ ｅ ｉ １ ． 。 ｎ ｕ ｔ ａ ｏ ｔ ｅ ｅｆ ｔｏ ｐ ｒ ａ ａ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｏ ｐｒ ｓ ａ Ｔ ｅ ｃ ｐ ｂｌ ｙ ｉ ｅｔ ｅ ｐ ｒ ｎ ｌ ｓ ５ ４ ａ ｄ ｓ ｔ ｅ ａ ｉ ｌ ａ １ ｉ ｅ ａ ｓ ｉ ｌｇ ｏ ｖ ｄ ｈ ｉ １ ｍｍ，ｈ ａ ａ ｉ ｔ ｅｔ ｒｔ ａ ｍｍ ｎ ｐ ｒ ｏ ｅ ｗｉｔ ｓ ２ ａ ｒ ｔｅｃｐ ｂｌｙｉ ｂ ｔ ｎ８ ｉ ｓ ｅ ｈ ａ ｄ４ｍｍ． ｈ ｌ ｈ ａ ａ ｉ ｔ ｓｗ ｒ ｅ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｔｐ ｃｅ ｒ ｎ ｅ ｏ Ｗ ｉ ｔ ｅ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｉ ｏ ｓ ， ｅ ｈ ｏ ｌａ ａ ｃ ｆ ｅ ｉ
摘
要 ： 螺旋密封是一种非 接触式节能密封 。采用 自主设计加 工 的试 验装置 ， 对螺 旋密封 的螺旋 升角 、 螺旋 槽宽 等不
同的螺旋结构参 数做 了对 比研究 。通过试 验分析得 出各螺 旋参数对螺旋密封性 能的影响情况 ： 螺旋升角在 １ ． 。 ５４ 时密封
性能较好 ； 螺旋 槽宽度在 １ｍｍ时密封性能较好 ， 宽在 ８ ｍ和 ４ ｍ时密封性能 都较差 ； ２ 槽 ｍ ｍ 齿顶 问隙增 大为 ０ ３ ｍ， 旋 ．ｍ 螺 密封的密封能力 大大降低 。 关键词 ： 螺旋密封 ；螺旋 参数 ；密封能力
一
套 固定 在转轴 上 ， 流体 注入 流体箱 中 ， 端盖封 将 加
好 。随 着转速 的提 高 ， 断增加 压力 ， 不 观察 泄漏端 的泄漏情 况并 记 录相关数 据 。试验结 束后 流体 由 流体 箱下 方 的排 浆 口排 出。
３ １ 试 验 设 计 ．
个 泵 送 压 头 ， 就 是 螺 旋 密 封 的 “ 送 效 这 泵
ＢＯ ａ ｇ ｆ ｎ ， Ｕ ， Ｘｉ ｎ －ｅ ｇ ＬＩ Ｂｏ ＨＯＵ ｈ ｎ．ｉ Ｓｕ １
（ ． ｏ ｈ ｅｔ ｎＰ ｌ ｅｈ ｉａ Ｕ ｉ ｒｉ ， ｉ ｎ７０ ７ ，ｈｎ ； １ Ｎ ｒ ｗ ｓ ｒ ｏ ｔｃｎｃｌ ｎｖ ｓｙ Ｘ １０ ２ Ｃ ｉａ ｔ ｅ ｙ ｅ ｔ ａ ２ Ｓ ａｎｉ ｎ ｅｓｙｏ ｃ ｎｅ＆ Ｔ ｃｎ ｌ ｙＸ ｎ７ ０ ２ ， ｈｎ ） ． ｈａｘ Ｕ ｉ ｒｉ ｆ ｉ ｃ ｖ ｔ Ｓｅ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉ １０ １ Ｃ ｉａ ｏ ａ
２ １ 年第 ３ 卷第 ８ ０１ ９ 期
文 章 编 号 ： １０ ０ ２ （０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ５— ３９ ２ １ ） ８— ０ １— ５
流
体
机
械
螺 旋 密 封 性 能 的 试 验 研 究
薄相 峰 刘 波 侯顺 利 。 ，
（． １ 西北工业大学 ， 陕西西安 ７ ０ ７ ２ 陕西科技 大学 ， １０ ２ ． 陕西 西安 ７０２ ） １０ １
ｔｏｈ Ｓ０． ｍ ｍ ． ｏ ｔ ｉ ３
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｉ ｌｓ ａ ； ｐｒ ｌｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｏ ｐ ｒ ｌｓ ａ ｙ ｗｏ ｄ ： ｐｒ ｅ ｌ ｓ ｉ ａ ａ ｔ ｒ ； ａ ａ ｉ ｔ ｆｓ ｉ ｅ ｌ ａ ａ ｉ ａ
１ 前 言 工 业 生 产 过程 中使 用 的机器 设 备 ， 凡是 与流 体 接触 的 可 拆 卸 的 设 备 及 机 器 ， 两 个 流 体 空 将
流体浓度 （ ％）
１ ２ ３
４
流体粘度 （ Ｐ ｓ ｍ ａ・ ）
３８． ５ ７０ １０ １
３５ ２
３ ２ ２ 试 验 螺旋参 数 ．． 试验 共对 ９套 不 同结构参 数 （ ２ 的螺旋 进 表 ）
试验 设备 由底座 、 体箱 、 流 电机 、 转轴 、 螺旋 套
反 向螺旋
的流 体注入 流体 箱 加 端 盖 密封 ， 动 电机带 动 转 启 轴旋 转螺旋 套 开始 工 作 ， 流体 箱 中的 流体 不 断 对
加 压 的同时提 高转 轴 的转速 ， 观察 泄漏端 的情 况 ，
大
气
压
Ｐ。
记 录数 据 。由低 到高改 变流体 的浓 度继 续进行试 验 ， 录数据 。一 套 螺 旋 套在 不 同浓 度 流体 下试 记 验完 成后 ， 换不 同参数 的螺旋 密 封装置 ， 更 再对 不
拌 轴 由下 方 改 到 上 方 ， 果 虽 然 操 作 不 方 便 ， 结 但
所用 电机 功率 由 ４ ｋ 降到 ２ ｋ ５Ｗ ２ Ｗ 。若 采 用
端 面 密封 成 本 较 高 ， 一 旦 密 封 流 体 中 的 纤 维 且 或 固体 颗 粒 进 入 摩 擦 面 ， 造 成 快 速 磨 损 。螺 会
３ ２ １ 流体 性 能分析 ．． 试验 主要 采用 浓度 分 别 为 １ 、％ 、 ％ 、 ％ ％ ２ ３ ４
封装 置 中 ， 存在 ３种 流动 ： （） １ 高压 端 的液 体 沿 轴 上 的 螺 旋 槽 向外 泄 漏， 其流量 用 Ｑ ， 表示 ；
的纤 维质 粘性 流体做 为试 验介 质 。基 于 螺旋密封 （ 即粘 液密 封 ） 的工作 原 理 ， 封介 质 的粘 度 对密 密
３ 试验 设备 设计及 工 作流程
Ｂ Ｏ Ｋ ＩＬ Ｖ —Ｉ ＋分 别 测 定 不 同浓 度 流体 Ｒ Ｏ ＦＥ Ｄ Ｄ Ｉ
的粘 度 。测 定结 果见 表 １ 。
表 １ 流 体 粘 度数 据
旋 密 封 属 于非 接 触 密 封 ， 的功 率 消 耗 小 ， 维 它 且 护更加 简 单 ， 使 多种 设 备 节 约 电耗 ２ ％ 一 可 ０
３ ０％ ＿－ ］ ２３
。
因此 研 究 新 型 螺 旋 密 封 应 用 于 工 业
生 产 设 备 中 ， 以 提 高 流 体 机 械 运 行 的 可 靠 性 可
行 了研 究 。其 中 ， 与 ７号 螺 旋 基 本 参 数 与 ３ ５号
等 主 要 部 件 组 成 ， 件 有 电 柜 和 加 压 用 氧 气 瓶 配
号螺 旋相 同 ， 螺 旋 在 螺 旋 套 高 压 端 有 ６ 。 ５号 ０ 倒
角 ， 螺 旋在 高 压端 有 ３ 。 角 。６号 螺旋 基 本 ７号 ０倒
有 人 把水 力 碎 浆 机 的 填 料 密 封 装 置 取 消 ， 搅 将
国外从 １ １ ９ ６年开 始在 水 泵 中采用 螺旋 密 封 ，
后来 成 功地 推 广 到 许 多苛 刻 条 件 ， 高 温 、 冷 、 如 深
腐蚀 和 带颗 粒等 的液 体介 质 密封 领 域 中 。 近
几 十年 来 ， 国内首先 在核 动 力 、 间装置 等尖 端技 空 术 领域 内 ， 以及 在 高 速 离 心 式 压 缩 机 上成 功 地 应
加工 数套 螺旋 【 ｌ 。对流 体 的性 能进行 分 析 ， 对 并 流体 做为 密封介 质 的密封 能力进 行理论 计算 。 试验过 程 中螺 旋套 安 装 调 试好 后 ， 碎 解 好 将
粘性 流体 粘性 力 的基 础 之 上 ， 以螺旋 密 封 又称 所
为“ 粘液 密封 ” 。
时转动 ２台电机 在 相 同 的密 封 压 力及 转 速 下 ， 比 较 填料 密封 和螺旋 密封 的功耗 情况 。试验 时螺旋
螺旋 密封 的 间隙 内充 满 粘 性 流体 ， 当轴 转 动 时 ， 旋 侧 壁 对 粘 性 流 体 施 加 推 力 ， 行 能 量 交 螺 进 换 ， 轴 的旋 转 动能变 为粘 性流体 的压 力能 ， 使 获得
Ｖｏ ． ９， ． ２ １ １ ３ Ｎｏ ８， ０１
并获 得 了 良好 的密封 效果 ｌ 。 ６ ２ 螺旋密 封 的工作原 理
的螺旋 密封 ， ２台 电 机 同 时 由 １台 电 柜 控 制 。这 样 设计 的思想 是 在试验 初期 只对 螺旋 密封端进 行
研究 ， 当螺旋 密封 试验取 得较 大进 展之后 ， 以同 可
中 图分 类 号 ： Ｔ４ ０６ Ｊ３ ． 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ １０ ．０ ｏ：０ ３ ６ ／． ｓ．０ ５— ３ ９ ２ １ ．８ ０ １ ｓ
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定较 好 的螺旋 参数 ， 重新 设计制 作 ， 验 。经反 复 试 试 验 ， 出适 合流体 密封 的螺旋 参数 。 选
图 １ 螺旋 密 封 的原 理
３ ２ 试 验 内容 ．
螺旋 密封 是 对 回流 原 理 的简 单 应 用 ， 图 １ 如 所示 Ｊ 。根 据 克里斯 “ 流量 平 衡 ” 理论 ， 在螺 旋 密
封效 果 有 着 相 当 大 的 影 响 ，因 此 本 试 验 用
（） ２ 高压端的流体沿螺旋轴与壳体之间的环 形 问隙 向外 泄 漏 ， 流量用 Ｑ 表示 ； 其 （） ３ 外端 的 流体 被转 轴 上螺 旋槽 向 高压端 泵 送 回去 。其 泵送量 用 Ｑ 表示 。
当泵送 量 与 前 两 项 泄 漏 量 之 和 （ Ｑ ＝Ｑ。 即 ， ，
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摘
要 ： 螺旋密封是一种非 接触式节能密封 。采用 自主设计加 工 的试 验装置 ， 对螺 旋密封 的螺旋 升角 、 螺旋 槽宽 等不
同的螺旋结构参 数做 了对 比研究 。通过试 验分析得 出各螺 旋参数对螺旋密封性 能的影响情况 ： 螺旋升角在 １ ． 。 ５４ 时密封
性能较好 ； 螺旋 槽宽度在 １ｍｍ时密封性能较好 ， 宽在 ８ ｍ和 ４ ｍ时密封性能 都较差 ； ２ 槽 ｍ ｍ 齿顶 问隙增 大为 ０ ３ ｍ， 旋 ．ｍ 螺 密封的密封能力 大大降低 。 关键词 ： 螺旋密封 ；螺旋 参数 ；密封能力
一
套 固定 在转轴 上 ， 流体 注入 流体箱 中 ， 端盖封 将 加
好 。随 着转速 的提 高 ， 断增加 压力 ， 不 观察 泄漏端 的泄漏情 况并 记 录相关数 据 。试验结 束后 流体 由 流体 箱下 方 的排 浆 口排 出。
３ １ 试 验 设 计 ．
个 泵 送 压 头 ， 就 是 螺 旋 密 封 的 “ 送 效 这 泵
ＢＯ ａ ｇ ｆ ｎ ， Ｕ ， Ｘｉ ｎ －ｅ ｇ ＬＩ Ｂｏ ＨＯＵ ｈ ｎ．ｉ Ｓｕ １
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２ １ 年第 ３ 卷第 ８ ０１ ９ 期
文 章 编 号 ： １０ ０ ２ （０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ５— ３９ ２ １ ） ８— ０ １— ５
流
体
机
械
螺 旋 密 封 性 能 的 试 验 研 究
薄相 峰 刘 波 侯顺 利 。 ，
（． １ 西北工业大学 ， 陕西西安 ７ ０ ７ ２ 陕西科技 大学 ， １０ ２ ． 陕西 西安 ７０２ ） １０ １
ｔｏｈ Ｓ０． ｍ ｍ ． ｏ ｔ ｉ ３
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｉ ｌｓ ａ ； ｐｒ ｌｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｏ ｐ ｒ ｌｓ ａ ｙ ｗｏ ｄ ： ｐｒ ｅ ｌ ｓ ｉ ａ ａ ｔ ｒ ； ａ ａ ｉ ｔ ｆｓ ｉ ｅ ｌ ａ ａ ｉ ａ
１ 前 言 工 业 生 产 过程 中使 用 的机器 设 备 ， 凡是 与流 体 接触 的 可 拆 卸 的 设 备 及 机 器 ， 两 个 流 体 空 将
流体浓度 （ ％）
１ ２ ３
４
流体粘度 （ Ｐ ｓ ｍ ａ・ ）
３８． ５ ７０ １０ １
３５ ２
３ ２ ２ 试 验 螺旋参 数 ．． 试验 共对 ９套 不 同结构参 数 （ ２ 的螺旋 进 表 ）
试验 设备 由底座 、 体箱 、 流 电机 、 转轴 、 螺旋 套
反 向螺旋
的流 体注入 流体 箱 加 端 盖 密封 ， 动 电机带 动 转 启 轴旋 转螺旋 套 开始 工 作 ， 流体 箱 中的 流体 不 断 对
加 压 的同时提 高转 轴 的转速 ， 观察 泄漏端 的情 况 ，
大
气
压
Ｐ。
记 录数 据 。由低 到高改 变流体 的浓 度继 续进行试 验 ， 录数据 。一 套 螺 旋 套在 不 同浓 度 流体 下试 记 验完 成后 ， 换不 同参数 的螺旋 密 封装置 ， 更 再对 不
拌 轴 由下 方 改 到 上 方 ， 果 虽 然 操 作 不 方 便 ， 结 但
所用 电机 功率 由 ４ ｋ 降到 ２ ｋ ５Ｗ ２ Ｗ 。若 采 用
端 面 密封 成 本 较 高 ， 一 旦 密 封 流 体 中 的 纤 维 且 或 固体 颗 粒 进 入 摩 擦 面 ， 造 成 快 速 磨 损 。螺 会
３ ２ １ 流体 性 能分析 ．． 试验 主要 采用 浓度 分 别 为 １ 、％ 、 ％ 、 ％ ％ ２ ３ ４
封装 置 中 ， 存在 ３种 流动 ： （） １ 高压 端 的液 体 沿 轴 上 的 螺 旋 槽 向外 泄 漏， 其流量 用 Ｑ ， 表示 ；
的纤 维质 粘性 流体做 为试 验介 质 。基 于 螺旋密封 （ 即粘 液密 封 ） 的工作 原 理 ， 封介 质 的粘 度 对密 密
