CN103104542A - 水泵浮动密封环装置 - Google Patents

Abstract

一种水泵浮动式密封环装置，包括泵体、泵轴、安装在泵体内的叶轮、安装在泵轴上的轴套，其特殊之处是：在叶轮端口环形密封面上或叶轮端口和轴套环形密封面上套装有压环、浮动环、密封座，其中浮动环位于和压环密封座之间，密封座与压环内径相同，所述浮动环内孔表面凸出密封座和压环内表面且凸出距离大于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量且小于等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量的1.05倍，浮动环内孔表面具有径向位移量且最大径向位移量等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量。该装置可以使水泵级间无泄漏或基本无泄漏，从而大大提高了水泵的运行效率，延长水泵的运行时间，达到节能减排、降低运行成本的目的。

Description

水泵浮动密封环装置

技术领域

本发明涉及水泵浮动密封环装置，可解决各种水泵级间泄漏问题，该装置可以做到无泄漏或基本无泄漏并提高水泵效率。

背景技术

水泵在国民经济中应用广泛，是所有用电设备中耗电量最大的设备，它的耗电量占全国用电量的21%，现有的水泵运行效率普遍不高，平均为75%。水泵运行效率低的原因，除了设计、制造上的差距外，主要原因是水泵级间流体的泄漏问题。水泵由泵体、叶轮、泵轴、轴套和密封环（多级泵为导叶套和密封环）等组成。由于水泵运行时，泵轴存在一定量的径向跳动，因此轴套与密封环之间存在一定量的间隙，该间隙一般在0.5-0.7mm范围之内，这个间隙是水泵运行的安全间隙，可防止泵轴与密封环刮擦而使水泵抱死。但是由于存在这个间隙，造成流体的回流，使水泵效率大大降低，也就是说从水泵进口进入的流量没有全部从出口排出，有一部分流体通过密封环在水泵的内部循环，随着水泵使用时间的延长、通过流体日积月累的冲刷，使该间隙越来越大，回流量也越来越大，该间隙使水泵效率降低5-20%，这一问题也是世界性难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水泵浮动式密封环装置，该装置可以使水泵级间无泄漏或基本无泄漏，从而大大提高了水泵的运行效率，延长水泵的运行时间，达到节能减排、降低运行成本的目的。

本发明是这样实现的：

一种水泵浮动密封环装置，包括泵体、泵轴、安装在泵体内的叶轮、安装在泵轴上的轴套，其特殊之处是：在叶轮端口环形密封面或叶轮端口和轴套环形密封面上套装有压环、浮动环、密封座，其中浮动环位于和压环密封座之间，密封座与压环内径相同，所述浮动环内孔表面凸出密封座和压环内表面且凸出距离大于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量且小于等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量的1.05倍，浮动环内孔表面具有径向位移量且最大径向位移量等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量。

所述浮动环材质为弹性软质材料，所述浮动环内孔和与其对应的叶轮端口环形密封面或与其对应的叶轮端口和轴套环形密封面之间过间隙配合，密封座、压环内表面设有容纳浮动环的弹性变形量的释放槽。

所述浮动环为耐磨硬质材料，且浮动环外圆周面与密封座之间具有径向滑动间隙且所述径向滑动间隙大于泵轴旋转时产生的最大径向跳动量，浮动环与密封座、压环之间具有轴向滑动间隙且所述轴向滑动间隙为0.10-0.25mm。

浮动环与密封座的轴向滑动间隙为0.10-0.15mm。

浮动环外缘设有环形凸台且卡在压环和密封环之间，以增大过流阻力，降低泄漏量。

所述密封座、压环的内孔表面面设有环形槽，使泄漏量进一步降低。

与浮动环内孔表面对应的叶轮端口环形密封面或与浮动环对应的叶轮端口和轴套环形密封面的摩擦系数小于等于0.1。

所述浮动环内孔表面及其与压环和密封座的接触面的摩擦系数小于等于0.1。

所述最大径向跳动量为0.05mm-0.5mm。

水泵运行时，流体从水泵的进口进入泵体、由水泵的出口排出，由于密封座与压环内径相同，所述浮动环内表面凸出密封座或压环内表面且凸出距离大于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量，浮动环内孔表面具有径向位移量且最大径向位移量等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量，泵轴径向跳动时，浮动环也有等量的径向窜动，其窜动量使浮动环和密封座、压环之间不发生刮擦；流体回流部分在浮动环和与其对应的叶轮端口环形密封面或叶轮端口环形密封面和轴套环形密封面之间基本无泄漏，或者有很少的泄漏量，大大提高了水泵的效率。经过计算和实际检测，浮动环耗能大约在1-2%之间（水泵后期也不会超过2%），而水泵节能前期可以达到3%左右，水泵后期节能可以达到10-15%。

附图说明

图1是本发明的结构示意图（对应双吸泵）：

图2是本发明的结构示意图（对应多级泵）：

图3是图1中密封座、浮动环和压环的结构示意图（对应实施例1、实施例2）；

图4是图1中密封座、浮动环和压环的结构示意图的结构示意图（对应实施例3、实施例4）；

图5是本发明的结构示意图（对应单级泵）；

图中：连轴器1、泵轴2、泵体3、浮动环4、叶轮5、轴套6、泵盖7、压环8、密封座9，释放槽10、螺栓11、轴承体部件12、导叶13、进水段301、中段302、出水段 303、环形凸台401、环形槽801、环形槽901。

具体实施方式

实施例1

如图1、图3所示，该水泵浮动密封环装置有一个双吸泵的泵体3、泵盖7、泵轴2、叶轮5，泵轴2上设有轴套6、轴承体部件12和连轴器1，在叶轮5的两个端口的环形密封面套装有压环8、浮动环4和密封座9，压环8和密封座9之间通过螺纹（或压钉）连接，所述浮动环4材质为弹性软质材料 (本实例采用硬橡胶)并通过螺纹连接的压环8、密封座9紧定，压环8与密封座9内径相同，所述浮动环4内表面凸出密封座9和压环8内表面，凸出距离大于泵轴2旋转时产生的径向最大跳动量（本实例为0.2mm）且小于等于径向最大跳动量的1.05倍，本实例为1.02倍。由于浮动环4采用弹性软质材料其内表面具有径向位移量且最大径向位移量等于泵轴2旋转时产生的径向最大跳动量，所述浮动环4和与其对应的叶轮5两个端口的环形密封面之间过间隙配合，即浮动环4的内径小于对应的叶轮5端口外径，压环8、密封座9内表面设有台阶形成容纳浮动环4的弹性变形量的释放槽10。与浮动环4内孔对应的叶轮5两个端口环形密封面的摩擦系数小于等于0.1，本实例为0.08。

在泵轴2旋转时，浮动环4即和泵轴2相对的抱紧，保证回流流体不能在此处有泄漏量；虽然浮动环4和泵轴2相对的抱紧，但浮动环4内孔表面的摩擦系数小，因此径向力非常小，与节省的能源相比可以忽略不计。

水泵运行过程中，由于泵轴2存在一定的径向跳动，径向跳动凸出的一面将浮动环4挤压，它可能弯曲或变形，如果变形量再大它还可以被挤压到释放槽10内；泵轴2径向跳动凹出的一面，由于浮动环4和叶轮5两端的环形密封接触面之间过间隙配合，刚好完全伸直。由于和浮动环4有弹性变形，它既可以与泵轴2相对抱紧，又不会产生很大的摩擦阻力而消耗更多的能量，从而达到了防止流体回流的目的。

实施例2

如图2、图3所示，该水泵浮动密封环装置有一个由进水段301、中段302和出水段 303构成的多级泵的泵体3，中段302为多级且每级内设有叶轮5和导叶13，泵体3上安装有泵盖7，泵体3内穿过泵轴2，在泵轴2上位于相邻的叶轮5之间套有轴套6，泵轴2上设有轴承体部件12和连轴器1，在叶轮5前端入口的环形密封面上和轴套6的环形密封面上套装有压环8、浮动环4和密封座9，所述浮动环4材质为弹性软质材料(本实例采用硬橡胶)且压环8和密封座9之间通过螺纹（或压钉）连接将浮动环4紧定，压环8与密封座9内径相同，所述浮动环4内表面凸出压环8和密封座9内表面，凸出距离大于泵轴2旋转时产生的径向最大跳动量（本实例为0.3mm）且小于所述径向最大跳动量的1.05倍，本实例为1.04倍。由于浮动环4采用弹性软质材料其内孔表面具有径向位移量且最大径向位移量等于泵轴2转时产生的径向最大跳动量，所述浮动环4内孔和与其对应的叶轮5前端入口环形密封面和轴套6环形密封面之间过间隙配合，即相应浮动环4的内径小于对应的叶轮5端口外径和轴套6外径，压环8、密封座9内表面设有台阶形成容纳浮动环4的弹性变形量的释放槽10。与浮动环4内孔对应的叶轮5前端入口环形密封面和轴套6环形密封面的摩擦系数小于等于0.1，本实例为0.05。

实施例3

如图1、图4所示，该水泵浮动密封环装置有一个双吸泵的泵体3、泵轴2、叶轮5，泵体3上安装有泵盖7，泵轴2上设有轴套6、轴承体部件12和连轴器1，在叶轮5两个端口的环形密封面上套装有压环8、浮动环4和密封座9，压环8、密封座9之间通过螺栓11连接且浮动环4设置在其间，所述浮动环4材质为耐磨硬质材料，采用铜、钢、环四氟乙烯等，压环8与密封座9内径相同，所述浮动环4内表面凸出压环8和密封座9内表面，所述凸出距离大于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量（本实例为0.25mm）且小于等于所述径向最大跳动量的1.05倍，本实例为1.05倍。所述浮动环4外圆周面与密封座之间具有径向滑动间隙且所述径向滑动间隙大于泵轴旋转时产生的最大径向跳动量，使浮动环内孔表面具有径向位移量且最大径向位移量等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量。浮动环与密封座、压环之间具有轴向滑动间隙且所述轴向滑动间隙为0.10-0.25mm，本实例为0.15mm。

浮动环4外缘设有环形凸台401且卡在压环8和密封环9之间，所述密封座9、压环8内孔表面设有环形槽901、801，以增大过流阻力，降低泄漏量。所述浮动环4内孔表面及浮动环4与密封座9和压环8的接触面的摩擦系数小于等于0.1，本实例为0.06。

水泵运行时，流体从水泵的进口进入泵体3、由水泵的出口排出，泵轴2径向跳动时，浮动环4也有等量的径向窜动，使它们之间不发生刮擦；浮动环4随着压力的变化能在轴向自由窜动。也就是说，浮动环4是一个相对自由的滑动部件，它可以在径向有微量的自由移动，也可以轴向自由移动。由于浮动环4上设有环形凸台401，增大了过流阻力，即使水泵出口的压力很大，流体回流部分在浮动环4与叶轮4的环形密封面之间基本无泄漏，或者有很少的泄漏量，由于轴向回流流体的压力将浮动环4与压环8压在了一起，在浮动环4轴向部分也是基本无泄漏，即使有少量的泄漏流体，经过环形凸台401和环形槽901、801产生紊流和改变流体压力，也使泄漏量大大降低，大大提高了水泵的效率。经过计算和实际检测，浮动环耗能大约在1-2%之间（水泵后期也不会超过2%），而水泵节能前期可以达到3%左右，水泵后期节能可以达到10-15%。

实施例4

如图2、图4所示，该水泵浮动密封环装置有一个由进水段301、中段302和出水段 303构成的多级泵的泵体3，中段302为多级且每级内设有叶轮5和导叶13，泵体3上安装泵盖7，泵体3内穿过泵轴2，在泵轴2上位于相邻的叶轮5之间套有轴套6，泵轴2上设有轴承体部件12和连轴器1，在叶轮5前端入口的环形密封面上和轴套6的环形密封面上套装有压环8、浮动环4和密封座9，压环8、密封座9之间通过螺栓11连接且浮动环4设置在其间，所述浮动环4材质为耐磨硬质材料，采用铜、铁、环四氟乙烯等，压环8与密封座9内径相同，所述浮动环4内表面凸出压环8和密封座9内表面，所述凸出距离大于泵轴2旋转时产生的径向最大跳动量（本实例为0.35mm）且小于等于所述径向最大跳动量的1.05倍，本实施为1.01倍。所述浮动环4外圆周面与密封座9之间具有径向滑动间隙且所述径向滑动间隙大于泵轴2旋转时产生的最大径向跳动量，使浮动环4内孔表面具有径向位移量且最大径向位移量等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量。浮动环4与压环8、密封座9之间具有轴向滑动间隙且所述轴向滑动间隙为0.10-0.25mm，本实例为0.10mm。

浮动环4外缘设有环形凸台401且卡在压环8和密封环9之间，所述密封座9、压环8内孔表面设有环形槽901、801，以增大过流阻力，降低泄漏量。所述浮动环4内孔表面及浮动环4与密封座9和压环8的接触面的摩擦系数小于等于0.1，本实例为0.09。

实施例5

如图5，该水泵浮动密封环装置有一个单级泵的泵体3、泵轴2、叶轮5，泵轴2上设有轴套6、轴承体部件12和连轴器1，在叶轮5前端入口的环形密封面上套装有压环8、浮动环4、密封座9，所述压环8、浮动环4、密封座9的结构如实施例1、实施例3。

Claims (9)

1.一种水泵浮动密封环装置，包括泵体、泵轴、安装在泵体内的叶轮、安装在泵轴上的轴套，其特征是：在叶轮端口环形密封面上或叶轮端口和轴套环形密封面上套装有压环、浮动环、密封座，其中浮动环位于和压环密封座之间，密封座与压环内径相同，所述浮动环内孔表面凸出密封座和压环内表面且凸出距离大于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量且小于等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量的1.05倍，浮动环内孔表面具有径向位移量且最大径向位移量等于泵轴旋转时产生的径向最大跳动量。

2.根据权利要求1所述的水泵浮动式密封环装置，其特征是：所述浮动环材质为弹性软质材料，所述浮动环内孔和与其对应的叶轮端口环形密封面或与其对应的叶轮端口和轴套环形密封面之间过间隙配合，密封座、压环内表面设有容纳浮动环的弹性变形量的释放槽。

3.根据权利要求1所述的水泵浮动式密封环装置，其特征是：所述浮动环为耐磨硬质材料，且浮动环外圆周面与密封座之间具有径向滑动间隙且所述径向滑动间隙大于泵轴旋转时产生的最大径向跳动量，浮动环与密封座、压环之间具有轴向滑动间隙且所述轴向滑动间隙为0.10-0.25mm。

4.根据权利要求3所述的水泵浮动式密封环装置，其特征是：浮动环与密封座的轴向滑动间隙为0.10-0.15mm。

5.根据权利要求3所述的水泵进口及级间节能浮动密封环装置，其特征是：浮动环外缘设有环形凸台且卡在压环和密封环之间。

6.根据权利要求3所述的水泵进口及级间节能浮动密封环装置，其特征是：所述密封座、压环的内孔表面面设有环形槽。

7.根据权利要求2所述的水泵进口及级间节能浮动密封环装置，其特征是：与浮动环内孔表面对应的叶轮端口环形密封面或与浮动环对应的叶轮端口和轴套环形密封面的摩擦系数小于等于0.1。

8.根据权利要求3所述的水泵进口及级间节能浮动密封环装置，其特征是：所述浮动环内孔表面及其与压环和密封座的接触面的摩擦系数小于等于0.1。

9.根据权利要求1所述的水泵进口及级间节能浮动密封环装置，其特征是：所述最大径向跳动量为0.05mm-0.5mm。

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