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矩形螺纹的螺旋密封计算

矩形螺纹的螺旋密封计算

矩形螺纹的螺旋密封计算

B10D3D74

表1

项 目

符号

计 算 公 式

说  明

螺纹导程/mm

S

S=πdtanα

d—— 密封轴径,m

α—— 螺旋角,(°)

w—— 螺纹槽形状比

u—— 相对螺纹槽宽,mm

υ—— 相对螺纹槽深,mm

c—— 密封间隙,mm

μ—— 密封液动力粘度,Pa·s

ω—— 轴的角速度,s-1

n—— 轴的转速,r/min

Δ p—— 密封压差,MPa

Δ p=p1-p2

p1—— 密封腔压力,MPa

p2—— 密封腔外部压力,或大气压力,MPa

U—— 密封轴线速度,m/s

λ—— 密封油导热系数,W/(m·℃)

ρ—— 密封油密封,kg/m3

螺纹槽深/mm

h

h=(υ-1)c

螺纹头数

i

浸油长度短,需要螺纹头数多,反之,需要螺纹头数少。通常,根据轴径按表 螺旋密封设计要点选取

螺纹槽宽/mm

a

螺纹齿宽/mm

b

螺纹槽形状比

w

密封系数

CΔp

或查表2,得出1/CΔp

单位压差的浸油长度

/mm·MPa-1

l/Δp

密封螺纹浸油长度/mm

l

螺纹结构长度/mm

L

L=l+a

功率消耗系数

CP

或查表3

消耗功率/kW

P

螺纹工作温度/℃

T

雷诺数

Re

临界雷诺数

Rec

表2                密封系数CΔp与螺旋参数(tanα、u、v)的关系

v

α

tanα

u

2°33′

3°17′

4°22′

5°6′

6°32′

8°41′

10°7′

15°39′

19°37′

21°17′

0.04456

0.0573

0.07639

0.08913

0.1146

0.1528

0 .1783

0.2801

0.3565

0.5157

2

0.5

103.1

80.44

60.73

52.32

41.22

31.99

27.70

19.56

16.95

14.83

0.7

122.7

95.69

72.19

62.17

48.91

37.52

32. 74

22.91

19.70

16.97

0.8

106.7

125.5

94.59

81.40

63.95

48.91

42.58

29.46

25.03

21.14

0.9

285.9

222.7

174.2

144.2

111.6

86.11

74.73

50.85

42.64

34.78

3

0.5

46.21

37.11

28.34

24.65

19.85

15.90

14.34

11.64

11.20

11.80

0.7

56.20

44.04

33.55

29.12

23.35

18.53

16.63

13.16

12.45

12.77

0.8

73.55

57.57

43.72

37.86

30.18

23.72

21.10

16.14

14.89

14.07

0.9

130.3

101.8

76.96

66.40

52.49

40.62

35.70

25.85

22.87

20.87

4

0.5

30.39

24.92

19.44

17.19

14.38

12.28

11.58

11.10

11.77

14 .15

0.7

37.20

29.44

22.84

20.11

16.66

14.01

13.08

12.09

12.58

14.79

0.8

48.53

38.26

29.41

25.81

21.12

17.38

15.99

14.03

14.18

16.03

0.9

85.53

67.08

51.15

44.42

35.67

28.41

25.52

20.37

19.38

20.07

6

0.5

19.99

16.54

13.87

12.92

12 .03

11.95

12.32

15.14

17.87

22 .18

0.7

24.18

19.22

15.88

14.65

13.39

12.98

13.20

15.73

18.35

24.52

0.8

30.15

24.45

19.82

18.03

16.03

14.98

14.93

16.88

19.30

25.26

0.9

51.12

41.55

32.68

29.08

24.66

21.52

20.59

20.64

22.39

27.66

8

0.5

16.13

14.21

13.16

22.98

13.43

14.99

16.33

22.65

27.83

39.05

0.7

18.53

16.12

14.55

14.21

14.39

15.72

16. 96

23.07

28.18

39.32

0.8

23.37

19.85

17.36

16.62

16.27

17.15

18.19

23.89

28.85

39.84

0.9

39.01

32.03

26.52

24.49

22.43

21.81

22.22

26.57

31.05

41.55

10

0.5

14.95

14.15

14.34

14.92

16.65

19.94

22.37

32.8

40.98

 

0.7

16.85

15.63

15.45

15.88

17.40

20.51

22.86

33.13

41.25

 

0.8

20.58

18.53

17.63

17.75

18.87

21.62

23.81

33.77

41.77

 

0.9

32.73

28.00

24.75

23.87

23.64

25.24

26.94

35.85

43.48

 

12

0.5

15.18

15.37

16.78

18.11

21.21

26.43

30.10

45.37

55.43

 

0.7

16.73

16.58

17.70

18.89

21.82

26.89

30.50

45.64

55.91

 

0.8

19.78

18.95

19.48

20.42

23.02

27.80

31.28

46.16

57.77

 

0.9

29.70

26.69

25.30

25.42

26.93

30.76

33.84

47.87

59.17

 

14

0.5

16.32

17.48

20.15

22.29

26.90

34.30

39.40

60.29

76.14

 

0.7

17.64

18.50

20.94

22.95

27.42

34.69

39.74

60.51

76.38

 

0.8

20.21

20.51

22.45

24.24

28.43

35.46

40.40

60.95

76.74

 

0.9

28.59

27.06

27.37

28.47

31.74

37.97

42.57

62.39

77.92

 

注:表中的α是按α=arctant求得的近似值(以下类推)。

表3                         功率消耗系数CP

v

α

tanα

u

2°33′

3°17′

4°22′

5°6′

6°32′

8°41′

10°7′

15°39′

19°37′

27°17′

0.04456

0.05730

0.07639

0.08913

0.1146

0.1528

0.1783

0.2801

0.3565

0.5157

2

0.5

0.7508

0.7514

0.7524

0.7533

0.7554

0.7593

0.7624

0.7776

0.7906

0.8171

0.7

0.6509

0.6515

0.6527

0.6536

0.6559

0.6603

0.6638

0.6809

0.6958

0.7268

0.8

0.6008

0.6013

0.6023

0.6031

0.6051

0.6088

0.6118

0.6269

0.6402

0.6690

0.9

0.5505

0.5508

0.5514

0.5519

0.5532

0.5556

0.5575

0.5672

0.5762

0.5964

3

0.5

0.6700

0.6720

0.6757

0.6787

0.6857

0.6981

0.7149

0.7448

0.7698

0.8082

0.7

0.5368

0.5391

0.5436

0.5469

0.5530

0.5698

0.5808

0.6276

0.6602

0.7122

0.8

0.4697

0.4717

0.4755

0.4785

0.4858

0.4991

0.5092

0.5540

0.5871

0.6435

0.9

0.4019

0.4032

0.4056

0.4076

0.4123

0.4211

0.4281

0.4610

0.4878

0.5392

4

0.5

0.6316

0.6357

0.6432

0.6491

0.6620

0.6828

0.6965

0.7422

0.755 6

0.7942

0.7

0.4827

0.4875

0.4966

0.5038

0.5193

0.5453

0.5629

0.6243

0.6575

0.6997

0.8

0.4067

0.6410

0.4190

0.4254

0.4398

0.4645

0.4815

0.5466

0.5846

0.6325

0.9

0.3293

0.3320

0.3370

0.3415

0.3515

0.3693

0.3826

0.4384

0.4766

0.5368

6

0.5

0.6002

0.6095

0.6250

0.6355

0.6554

0.6797

0.6929

0.7234

0.7343

0.7450

0.7

0.4368

0.4482

0.4675

0.4810

0.5072

0.5411

0.5594

0.6049

0.6220

0.6625

0.8

0.3511

0.3616

0.3798

0.3929

0.4196

0.4564

0.4774

0.5336

0.5562

0.5797

0.9

0.2616

0.2687

0.2817

0.2916

0.3130

0.3463

0.3675

0.4341

0.4661

0.5030

8

0.5

0.5916

0.6050

0.6239

0.6349

0.6525

0.6699

0.6776

0.6928

0.697 5

0.7017

0.7

0.4228

0.4399

0.4649

0.4799

0.5049

0.5308

0.5425

0.5660

0.5740

0.5808

0.8

0.3321

0.3486

0.3741

0.3903

0.4186

0.4501

0.4651

0.4976

0.5081

0.5180

0.9

0.2341

0.2464

0.2659

0.2814

0.3093

0.3405

0.3645

0.4128

0.4300

0.4476

10

0.5

0.5903

0.6048

0.6221

0.6308

0.6431

0.6537

0.6578

0.6655

0.6677

 

0.7

0.4200

0.4394

0.4636

0.4760

0.4946

0.5110

0.5176

0.5300

0.5336

 

0.8

0.3268

0.3469

0.3737

0.3885

0.4114

0.4329

0.4419

0.4594

0.4646

 

0.9

0.2231

0.2398

0.2651

0.2808

0.3079

0.3373

0.3510

0.3801

0.3895

 

12

0.5

0.5902

0.6033

0.6169

0.6230

0.6310

0.6372

0.6391

0.6437

0.6448

 

0.7

0.4198

0.4382

0.4581

0.4674

0.4797

0.4897

0.4935

0.5002

0.5020

 

0.8

0.3262

0.3466

0.3703

0.3820

0.3982

0.4119

0.4173

0.4270

0.4297

 

0.9

0.2195

0.2388

0.2647

0.2792

0.3014

0.3226

0.3316

0.3489

0.3541

 

14

0.5

0.5890

0.5997

0.6696

0.6137

0.6188

0.6226

0.6240

0.6264

0.6270

 

0.7

0.4190

0.4346

0.4496

0.4561

0.4642

0.4703

0.4725

0.4764

0.4775

 

0.8

0.3259

0.3443

0.3633

0.3718

0.3829

0.3916

0.3948

0.4005

0.4021

 

0.9

0.2189

0.2386

0.2623

0.2742

0.2911

0.3056

0.3114

0.3216

0.3249

 

例 一台离心泵,转速n=1450r/min,密封腔压力p1=0.2MPa,密封轴径d=130mm(0.13m,即螺纹直径),输送介质为原油,温度T1=40℃,黏度μ=0.02041Pa·s,热导率λ=0.1373W/(m·℃),密度ρ=855kg/m3。

(1) 确定螺纹导程S

考虑加工方便,确定采用矩形螺纹槽螺旋密封。根据表螺旋密封设计要点选用螺旋角α=15°39′(tanα=0.2801),并根据已知条件计算螺纹导程:

S=πdtanα=3.1416×130×0.2801=114.4(mm)

(2) 相对螺纹槽深v

根据表螺旋密封设计要点,取v=4。

(3) 螺纹槽深h

根据表螺旋密封设计要点,取密封间隙c=0.2mm,则螺纹深度:

h=(v-1)c=(4-1)×0.2=0.6(mm)

(4) 计算螺纹槽宽a、齿宽b

根据表螺旋密封设计要点,选用相对螺纹槽宽u=0.5,螺纹头数i=4。为了缩短螺纹浸油长度,现取i=6,则

(5) 核算螺纹槽形状比w

w>4,符合要求。

(6) 计算密封系数CΔp

或查表2,得1/CΔp=11.1。

(7) 计算单位压差的浸油长度l/Δp

(8) 密封螺纹浸油长度l

密封腔外的压力为大气压,即p2=0,所以密封压差Δp=p1-p2=0.2-0=0.2MPa,则密封螺纹浸油长度

l=(l/Δp)×Δp=367.5×0.2=73.5(mm)

(9) 螺纹结构长度L

L=l1+a=73.5+9.53=83.03(mm)

取螺纹结构长度L=90mm。

(10) 核算螺纹头数

现取i=6,符合要求。

(11) 功率消耗系数CP

(12) 消耗功率P

(13) 螺旋密封工作温度T

密封轴的圆周速度

(14) 流态判别

螺纹段流体的雷诺数

螺纹段流体由层流转向紊流的平均雷诺数:

因Re<Rec,所以螺纹段流体处于层流工况,说明上述计算均适用。

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