CN102705515A - 用于机械密封的隔离液循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机械密封的隔离液循环系统，它包括储液罐，所述的储液罐包括罐体（1），罐体（1）上设有补液口、出液口（9）和进液口（15），其特征在于：所述的罐体（1）内还设有将罐体（1）分隔成内外两个腔室的管状的夹层壁（4），位外层的腔室为夹层腔（3），位于内层的主腔室（21）内安装有活塞（13），所述的活塞（13）通过密封圈（26）将主腔室（21）分隔成位于上面的第一部分和位于下面的第二部分，第二部分通过压力源接口（12）与用于容纳密封介质的腔室连通，所述的活塞（13）的上端面还连接有活塞杆（14）。本发明提供了一种稳定性更高的用于机械密封的隔离液循环系统。

Description

用于机械密封的隔离液循环系统

技术领域

本发明涉及机械密封技术领域，具体是指一种用于机械密封的隔离液循环系统。

背景技术

机械密封是一种旋转机械的轴封装置。比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备中传动轴贯穿于设备内外，这样，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质会通过该间隙向外泄漏，因此必须有一个阻止泄漏的轴封装置。轴封装置的种类很多，由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，所以当今世界上机械密封是用在这些设备上的最主要的轴密封方式。机械密封又叫端面密封，现有技术中为了适应医药、食品、生物、基因技术等无菌领域的反应釜上转动机构的高要求轴封，普遍使用的是双端面密封结构的机械密封。双端面密封，即两套密封组件同时安装在一台需要轴封的设备上，所述的两套密封组件包括内侧密封和外侧密封，内侧密封与密封介质相接触又称介质侧密封，外侧密封不接触介质又称大气侧密封。在内侧密封和外侧密封之间有一个机械密封腔，机械密封腔内必须有隔离液且隔离液的压力要始终高于反应釜内的密封介质的压力（此压力需要保持在一个范围内，一般是0.2MPa左右，如果太高了，则会增加密封面的摩擦，影响设备正常工作），以避免密封介质向机械密封腔内泄漏，同时隔离液需要在机械密封腔内循环流动，以便更好的润滑密封端面并带走密封端面产生的热量。为了能实现上述的隔离液的循环流动，现有技术中普遍采用带有储液罐的隔离液循环系统。现有技术中的隔离液循环系统包括储液罐、隔离液推动机构、补液泵、冷却盘管、压力表和压力开关，储液罐的两端通过管路与所述的机械密封腔形成循环回路，冷却盘管缠绕在储液罐上，补液泵上的出液口与储液罐连通，隔离液推动机构串接在所述的回路上，压力表和压力开关均安装在储液罐上，实际使用过程中发现这种结构的隔离液循环系统存在以下不足之处：储液罐就是一个单纯用来储液的罐体，无法应对反应釜在反应过程中的复杂工况，也就是说当反应釜内的密封介质的压力（本文中提到的介质的压力实质上对应的是物理概念中的压强，单位常用MPa，属于业内技术人员的常识，后面不再一一解释）波动较大时，机械密封腔内的压力无法做出相应的调整，容易引起密封介质向机械密封腔中泄漏，甚至会导致密封端面完全打开而出现严重泄漏。然而在医药、食品、生物、基因技术等无菌领域中反应釜内需要无菌环境，绝不允许与外界接触，同时反应釜在运行时，常会碰到搅拌液不均匀、液面太低或有涡流、进料不均匀或反应没控制好等情况，这些情况都会导致反应釜内部压力剧烈变化，此时机械密封腔的压力不做相应的调整的话就会低于密封介质的压力，容易引起密封介质向机械密封腔中泄漏，甚至会导致密封端面完全打开而出现严重泄漏。综上所述现有技术中的用于机械密封的隔离液循环系统存在不能随着密封介质压力的变化随时调整机械密封腔中的压力的缺点，从而稳定性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能随着密封介质压力的变化随时调整机械密封腔中压力的稳定性更高的用于机械密封的隔离液循环系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用于机械密封的隔离液循环系统，它包括储液罐，所述的储液罐包括罐体，罐体上设有补液口、出液口和进液口，出液口和进液口通过管道与机械密封上的用于容纳隔离液的机械密封腔构成循环回路，所述的罐体为两端密封的空心结构，罐体内还设有将罐体分隔成内外两个腔室的管状的夹层壁，位外层的腔室为夹层腔，位于内层的主腔室内安装有活塞，所述的活塞通过密封圈将主腔室分隔成位于上面的第一部分和位于下面的第二部分，所述的第一部分与夹层腔互相连通且内部均容纳有隔离液，所述的第二部分上设有压力源接口，第二部分通过压力源接口与用于容纳密封介质的腔室（本文中所述的密封介质是指用机械密封来密封的介质，以反应釜为例，所述的密封介质即反应釜内的介质）连通，所述的活塞的上端面还连接有活塞杆，活塞杆与罐体的顶面密封连接，所述的补液口、出液口和进液口均只与罐体内用于容纳隔离液的腔室连通。

采用以上结构后，本发明具有如下优点：罐体通过夹层壁和活塞由一个腔室变成了三个腔室，其中夹层腔与主腔室的第一部分用于容纳隔离液，主腔室的第二部分用于与容纳密封介质的腔室连通，主腔室的第一部和第二部分之间设有活塞，活塞上设有活塞杆，该结构在使用时活塞会上下活动直到受力平衡，然而活塞的上端面与下端面的受力面积不相同，因为上端面上设有活塞杆，活塞杆是伸出于隔离液之外的活塞杆套中，所以当活塞受力平衡状态下，主腔室的第一部分内的隔离液压力（实际对应的是该腔室中的压强）是大于主腔室的第二部分内的密封介质压力的，主腔室的第一部分是与机械密封腔相连通的，主腔室的第二部分是与用于容纳密封介质的腔室相连通的，也就是说机械密封腔中的压力是大于密封介质的压力的，这样可以保证密封介质不会向机械密封腔中泄漏。当用于容纳密封介质的腔室中出现搅拌液不均匀、液面太低或有涡流、进料不均匀或反应没控制好等情况而引起压力发生变化时，主腔室的第二部分处的压力也会同步变化，从而活塞下端面的受力也会变化，因力的作用是相互的，活塞需继续保持受力平衡，活塞上端隔离液压力迅速变化，因为活塞杆的存在，活塞上端面的压强始终是高于下端面的压强的。换句话说就是机械密封腔中的压力始终是大于密封介质的压力的。还有就是夹层腔的引入，可以使罐体上的进液口出液口分别安装罐体上下两端，而不受活塞上下运动的影响，因为位于下端的出液口可以从夹层腔中引出，而不从主腔室的第一部分引出，该结构进一步优化了隔离液的循环路径。综上所述，本发明提供了一种能随着密封介质压力的变化随时调整机械密封腔中的压力的稳定性更高的用于机械密封的隔离液循环系统。

作为改进，所述的夹层腔内缠绕有冷却盘管，冷却盘管的盘管进口和盘管出口伸出在所述的罐体之外。该结构巧妙的通过夹层将冷却盘管直接设置到了隔离液中，冷却效率得到大幅度提升。

作为改进，所述的活塞杆伸出于罐体的部分上套有活塞杆套，所述的活塞杆套由透明材料制成，采用该结构后用户可以通过活塞杆在透明的杆套中的位置判断出罐体内隔离液是否充足。

作为改进，所述的活塞杆套上设有用于显示活塞杆的顶面的高度的刻度。刻度可以让用户添加隔离液时更加好把握。

作为改进，所述的补液口处连接有补液泵。通过补液泵可以随时补充隔离液。

作为改进，所述的循环回路中连接有循环泵。循环泵加快隔离液的循环速度，优化冷却效果。

作为改进，所述的罐体上的主进液口处安装有温度表。温度表可以实时显示隔离液的温度以便用户进一步了解隔离液循环系统的工作状态。

作为改进，所述的罐体上的主进液口处安装有压力表。压力表可以实时显示隔离液中的压力以便用户进一步了解隔离液循环系统的工作状态。

作为改进，所述的罐体上的主进液口处安装有压力开关，压力开关的信号输出端连接有监控装置。压力开关起远程监控储液罐内压力作用。当介质压力产生集中力，与开关内的弹簧压力比较产生力矩差时引起压力开关内的微动开关产生开与关的切换，由此控制电路开关状态，使监控装置收到信号发出报警，从而达到压力监控的目的。

作为改进，所述的罐体上的主出液口处通过三通接头连接有闸阀。闸阀一般处于常闭状态，定期打开可排放罐内隔离液及其中的杂质。

附图说明

图1是本发明中用于机械密封的隔离液循环系统主体部分的结构示意图。

图2是本发明中用于机械密封的隔离液循环系统的罐体仰视结构示意图。

图3是本发明中用于机械密封的隔离液循环系统的液压原理图。

如图所示：1、罐体，2、外壁，3、夹层腔，4、夹层壁，5、冷却盘管，6、盘管进口，7、盘管出口，8、补液口，9、出液口，10、闸阀，11、三通出液口，12、压力源接口，13、活塞，14、活塞杆，15、进液口，16、温度表，17、管道进液口，18、压力开关，19、压力表，20、活塞杆套，21、主腔室，22、反应釜，23、补液泵，24、循环泵，25、机械密封腔，26、O型密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1到附图3，一种用于机械密封的隔离液循环系统，它包括储液罐，所述的储液罐包括罐体1，罐体1上设有补液口、出液口9和进液口15，出液口9和进液口15通过管道与机械密封上的用于容纳隔离液的机械密封腔25构成循环回路，所述的罐体1为两端密封的空心结构，罐体1内还设有将罐体1分隔成内外两个腔室的管状的夹层壁4，位外层的腔室为夹层腔3，位于内层的主腔室21内安装有活塞13，所述的活塞13通过密封圈26将主腔室21分隔成位于上面的第一部分和位于下面的第二部分，所述的第一部分与夹层腔3互相连通且内部均容纳有隔离液，所述的第二部分上设有压力源接口12，第二部分通过压力源接口12与用于容纳密封介质的腔室连通，所述的活塞13的上端面还连接有活塞杆14，活塞杆14与罐体1的顶面密封连接，具体实施时罐体1的顶面会设置一个用于活塞杆14穿过的通孔，在通孔的内壁上会嵌入密封圈，活塞杆14通过密封圈与罐体1的顶面密封连接，但活塞杆14还是能正常上下滑动的。所述的补液口、出液口9和进液口15均只与罐体1内用于容纳隔离液的腔室连通。所述的夹层腔3内缠绕有冷却盘管5，冷却盘管5的盘管进口6和盘管出口7伸出在所述的罐体1之外。所述的活塞杆14伸出于罐体1的部分上套有活塞杆套20，活塞杆套20直接套在罐体的顶面上即可，无需做密封处理，因为活塞杆已经与罐体的顶面做了密封处理了。所述的活塞杆套20由透明材料制成。所述的活塞杆套20上设有用于显示活塞杆14的顶面的高度的刻度。

所述的补液口处连接有补液泵23。所述的循环回路中连接有循环泵24。所述的罐体1上的进液口15处安装有温度表16。所述的罐体1上的进液口15处安装有压力表19。所述的罐体1上的进液口15处安装有压力开关18，压力开关18的信号输出端连接有监控装置。所述的罐体1上的出液口9处通过三通接头连接有闸阀10。以上所述的透明材料可以采用有机玻璃。所述的压力开关18有成熟的市售产品，它的作用是当检测到的压力不在设定范围，就控制开关内的电路产生通断变化，从而给监控中心发出报警信号，也可以直接连接并启动声光报警器。所述的主腔室21通过活塞分为第一部分和第二部分，一个在上，一个在下，很显然上下两个部分的体积是会随活塞的运动而发生变化的，但是不管怎样变化，第一部分始终与夹层腔3连通，第二部分始终与用于容纳密封介质的腔室连通。

进一步结合附图1和附图2本发明在具体实施时，作为最佳实施方案，主进液口15通过一个四通管接头分别接有压力开关18、压力表19，其中温度表16是直接焊接于四通管接头上的，四通管接头中的一个接头为管道进液口17，它与机械密封腔相连通，压力开关18和压力表19与四通管之间均接有阀门，一般采用的是闸阀，这属于业内技术人员的常识性问题不再详细说明。出液口9通过三通接有子出液口11和闸阀10，子出液口11通过管道与机械密封腔25相连通，闸阀10是用于维护时放空用的，所以处于常闭状态。所述的冷却介质可以采用冷却水或是冷却气，冷却介质从盘管进口6中进，盘管出口7中出，如果用于机械密封的隔离液循环系统是使用于反应釜上，则压力源接口12可直接通过管道接到反应釜22内。需要说明的是所述的隔离液循环回路上不装循环泵24也是可以实际隔离液的循环的，因为机械密封腔内的隔离液的温度是高于罐体1内的隔离液的温度的，根据热虹吸原理隔离液在温差能的驱动下是可以循环流动的，只是具体实施时为了达到最佳循环效果，一般都会在所述的隔离液循环回路上安装循环泵24。还有就是本发明中提到的机械密封可以是很多种，但用得最多的是碳化硅材料的机械密封。本发明中一般也使用于碳化硅材料的机械密封上。但并不表示其它材料的机密密封不能使用本发明所述的用于机械密封的隔离液循环系统。

本发明的工作原理与具体运用：进一步结合附图3，为了描述更加简洁，下段中将不再使用附图标记，罐体上部通过管接头接上温度表、压力表和压力开关，罐体上的隔离液进口连接机械密封腔隔离液出口，罐体上的隔离液出口连接机械密封腔隔离液进口，从而形成循环回路，隔离液通过热虹吸原理与密封腔形成循环，也可使用循环泵或泵效应环进行强制循环。这样便可带走机械密封旋转运行时产生的摩擦热，保持机械密封在正常的工作温度运行；安装在罐体上部的压力表可实时监控罐内隔离液压力；储液罐为带夹层罐体，夹层中装有冷却盘管，在冷却盘管上有冷却盘管进口和冷却盘管出口。在冷却盘管中通入冷却液或空气，可以与罐中隔离液形成热交换，将隔离液中热量带走。由于隔离液是封闭循环，长时间的运行会使系统整体温度上升，冷却盘管便很好地解决这一问题。

在反应釜上的运用中，储液罐体上通过管道使隔离液进口和隔离液出口与密封腔循环相接，罐的下部通过压力源接口用管道与釜内连通。罐的上部通过补液排气口加入隔离液，使活塞上部和夹层充满隔离液，下端压力源接口连接到反应釜内，由釜内气体介质提供压力，使釜内的压力通过平衡活塞传递到密封腔。由于活塞上端的承压面积比活塞下端承压面积减少了一根活塞杆的面积，因此封液压力按两端承压面积反比例增加，从而保证了良好的密封条件。活塞用O型圈与缸壁密封，且可沿轴向滑动。活塞既能传递压力，又能起到使封液与釜内气体隔离的作用。设计活塞两端承压面积之比时，应根据所要求的密封腔与釜内的压力差来计算，一般机械密封腔与反应釜内压力差在0.2MPa左右，活塞比（活塞上下端面的有效受力面积之比）一般控制在1:1.1到1:1.5之间。具体实施时根据密封介质压力选用合适的活塞比，具体控制方式就是增大或是减小活塞杆与活塞接触的端面的面积。

以上对本发明具体实施例进行了描述，这种描述针对的是本发明的最佳实施例，它并没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于机械密封的隔离液循环系统，它包括储液罐，所述的储液罐包括罐体（1），罐体（1）上设有补液口、出液口（9）和进液口（15），出液口（9）和进液口（15）通过管道与机械密封上的用于容纳隔离液的机械密封空腔（25）构成循环回路，其特征在于：所述的罐体（1）为两端密封的空心结构，罐体（1）内还设有将罐体（1）分隔成内外两个腔室的管状的夹层壁（4），位外层的腔室为夹层腔（3），位于内层的主腔室（21）内安装有活塞（13），所述的活塞（13）通过密封圈（26）将主腔室（21）分隔成位于上面的第一部分和位于下面的第二部分，所述的第一部分与夹层腔（3）互相连通且内部均容纳有隔离液，所述的第二部分上设有压力源接口（12），第二部分通过压力源接口（12）与用于容纳密封介质的腔室连通，所述的活塞（13）的上端面还连接有活塞杆（14），活塞杆（14）与罐体（1）的顶面密封连接，所述的补液口、出液口（9）和进液口（15）均只与罐体（1）内用于容纳隔离液的腔室连通。

2.根据权利要求1所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的夹层腔（3）内缠绕有冷却盘管（5），冷却盘管（5）的盘管进口（6）和盘管出口（7）伸出在所述的罐体（1）之外。

3.根据权利要求1所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的活塞杆（14）伸出于罐体（1）的部分上套有活塞杆套（20），所述的活塞杆套（20）由透明材料制成。

4.根据权利要求3所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的活塞杆套（20）上设有用于显示活塞杆（14）的顶面的高度的刻度。

5.根据权利要求1所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的补液口处连接有补液泵（23）。

6.根据权利要求1所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的循环回路中连接有循环泵（24）。

7.根据权利要求1所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的罐体（1）上的进液口（15）处安装有温度表（16）。

8.根据权利要求1所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的罐体（1）上的进液口（15）处安装有压力表（19）。

9.根据权利要求1所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的罐体（1）上的进液口（15）处安装有压力开关（18），压力开关（18）的信号输出端连接有监控装置。

10.根据权利要求1所述的用于机械密封的隔离液循环系统，其特征在于：所述的罐体（1）上的出液口（9）处通过三通接头连接有闸阀（10）。

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