CN103306969B - 一种柱塞泵用组合密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于固体输送泵领域，具体涉及一种用于泵送焦油渣等高粘度介质的柱塞泵用组合密封装置。本发明至少包括具备柱塞孔的泵缸体以及用于与前述柱塞孔间构成插接式配合的柱塞部，柱塞部可沿柱塞孔作往复直线动作且其柱塞部的前端与柱塞孔孔壁围合而成的空腔形成用于容纳及排挤物料的泵送腔，柱塞部外周壁与柱塞孔孔壁间夹设有用于填充两者配合间隙的密封单元，柱塞泵用组合密封装置还包括用于刮除柱塞部外周壁和/或柱塞孔孔壁上粘滞物料的刮料环，刮料环嵌设于柱塞孔孔壁和/或环套于柱塞部外周壁处并隔离密封单元与泵送腔设置；其可在实现对于其内固体物料的高密封输送效果的同时，有效确保柱塞泵内各密封部位的高使用寿命。

Description

一种柱塞泵用组合密封装置

技术领域

本发明属于固体输送泵领域，具体涉及一种用于泵送焦油渣等高粘度介质的柱塞泵用组合密封装置。

背景技术

随着社会对节能环保的要求的提高，对钢厂所排除的污染物的低害乃至无害化处理已经越来越人们所看重。目前钢厂中所使用的固体输送泵，可以将焦油渣槽内的固体焦油渣泵送至远端的燃烧炉内充分燃烧，从而以其高压远距离焦油渣固体输送性能来实现全自动化闭式废物回收利用目的，进而也就避免了生产废物对环境的污染。固体输送泵往往采用可输送“苛刻”物料的液压驱动往复式柱塞泵，利用柱塞在泵缸体内往复运动，使柱塞与泵缸体间形成容积改变，从而达到输送物料的目的；其较传统机械驱动，具有重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快，很容易实现直线运动的优点；而采用电液联合控制后，不仅实现了更高程度的自动控制过程，而且可通过遥控实现便捷操作。在石油工业、化学工程和水处理工程中最常见也是最重要的单元设备之一。

固体输送泵作为高粘度流体输送与投加的理想设备，在石油化工工艺流程中担负着强腐蚀性、毒害性、高粘性和高压介质的输送添加任务，因此提高其工作可靠性、密封性能和流量稳定性变得更重要；目前的固体输送泵的工作性能和密封性显然难以满足其实际工作需要，主要表现在：作为固体输送泵主流的柱塞泵，主要依靠于其用作往复运动的柱塞在泵缸体内的往复动作来实现，如若想达到有效的泵送目的，对于前述两者间的活动密封操作必不可少，目前的柱塞外周壁与泵腔内壁间的密封方式，大都以填料密封结构来实现；然而，由于焦油渣自身高粘度、小颗粒和具备一定硬化及粘滞性的特性，常出现或高粘度的焦油渣在巨大泵送压力的作用下沿柱塞在泵缸体的配合间隙向内压迫乃至侵蚀直接暴露在外的相对较软的填料密封结构，或在柱塞往复动作的过程中，粘附于柱塞外周壁而无法剥离的高粘度的焦油渣直接随柱塞的回程动作而刮擦填料密封结构并致其产生严重磨损，从而降低了填料密封圈的实际密封效果，这些都对其实际使用寿命造成极大影响。如何研发出一种合适的泵用组合式密封构造，以切实有效的解决上述现有技术的缺陷，为本领域近十年来所亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的为解决上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的柱塞泵用组合密封装置，可在实现对于其内固体物料的高密封输送效果的同时，有效确保柱塞泵内各密封部位的高使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种柱塞泵用组合密封装置，至少包括具备柱塞孔的泵缸体以及用于与前述柱塞孔间构成插接式配合的柱塞部，所述柱塞部可沿柱塞孔作往复直线动作且其柱塞部的前端与柱塞孔孔壁围合而成的空腔形成用于容纳及排挤物料的泵送腔，柱塞部外周壁与柱塞孔孔壁间夹设有用于填充两者配合间隙的密封单元，所述柱塞泵用组合密封装置还包括用于刮除柱塞部外周壁和/或柱塞孔孔壁上粘滞物料的刮料环，所述刮料环嵌设于柱塞孔孔壁和/或环套于柱塞部外周壁处并隔离密封单元与泵送腔设置。

所述刮料环嵌设于柱塞孔孔壁内以构成限定刮料环的轴向位移的定位配合，刮料环上的朝向泵送腔的一侧面构成用于刮除柱塞部外周壁处粘滞物料的刮料面，刮料环上的朝向柱塞部外周壁的内环面与柱塞部外周壁间构成紧密面贴合配合。

所述刮料环上的刮料面处布置有角状或弯弧状内凹环槽，内凹环槽槽长方向沿刮料环环面周向环绕布置，所述角状的内凹环槽上的临近刮料环内环面的一侧环形槽壁或弧状的内凹环槽槽面上的弧形槽壁与刮料环内环面相交以构成用于刮除柱塞部外周壁处物料的刮料刀口。

所述刮料环为逐段的环绕柱塞部周壁设置的刚性瓣环式构造，刮料环还包括用于控制各瓣环沿柱塞部径向作收紧动作的弹性收紧部，所述弹性收紧部为收紧弹簧。

所述刮料环为三瓣环，刮料环的外环面处布置有用于容纳弹性收紧部的容纳槽，所述容纳槽外形呈周向方向环绕刮料环外环面设置的凹形环槽状结构，弹性收紧部嵌设于容纳槽内并环绕收紧刮料环布置。

所述柱塞孔上沿柱塞部插入方向内凹设置有台阶孔，由台阶孔的台肩部向其孔端面方向依次布置刮料环、密封单元以及用于与台阶孔的台肩部间配合以协同紧固刮料环及密封单元的压紧端盖，所述压紧端盖与台阶孔孔端面间螺栓固接。

所述密封单元包括由台阶孔的台肩部向其孔端面方向依次布置的密封环、液封环以及填料密封环，所述泵缸体上设置有贯穿台阶孔孔壁及外部供油环境的贯穿孔，所述贯穿孔连通液封环上的进液口布置。

所述密封单元在液封环和填料密封环之间还设置有迷宫密封环。

所述泵缸体壁体内设置有周向环绕台阶孔布置的冷却腔，所述冷却腔外形呈中空套筒状并与贯穿孔连通布置。

所述密封环上还设置有用于保持其环体结构的保持架，所述保持架的径向截面呈“L”字状且其“L”字状保持架的两内侧壁围合构成用于放置密封环的容纳空间；所述台阶孔为三段式的由泵送腔方向向压紧端盖处口径渐增的台阶孔状结构，包括最小孔径段与中段孔径段间构成的第一台肩部和中段孔径段与最大孔径段间构成的第二台肩部，第一台肩部与“L”字状保持架的临近泵送腔的一侧架体间形成用于定位刮料环轴向动作的限位组件，第二台肩部与压紧端盖间亦构成定位密封单元轴向串动的限位部件。

本发明的有益效果在于：

1）、摒弃了传统的柱塞泵仅注重密封功能所带来的适应性低的缺陷，通过采用在原本具备密封能力的密封单元前再布置刮料部件的方式，来实现密封单元的前置保护目的；实际操作时，由于刮料环布置位置的隔离特性，如刮料环直接嵌设于柱塞孔上而与柱塞部外周壁间构成刮擦配合时，当柱塞部行进至柱塞孔孔腔内并再次回缩，其柱塞部上所粘附的高粘度介质如焦油渣等首先会经过由刮料环所构成的刮除段处，此时在刮料环的强力刮除作用下，高粘度焦油渣被其环体挂落，柱塞部不断回缩，紧箍其上的刮料环不断刮除柱塞部外周壁处的高粘度焦油渣，之后经过刮渣后的具备洁净外周壁的柱塞部再与密封单元间产生滑套摩擦，也就避免了高粘度焦油渣对于密封单元的侵蚀割裂作用；而当刮料环固接于柱塞部上而与柱塞孔内孔壁间构成刮擦配合时，同样的，刮料环一样可起到对于柱塞孔的某段内孔壁的焦油渣刮除目的，从而为后端的固接于柱塞部上的密封单元提供洁净的可与其紧密面贴合的柱塞孔壁面。其结构简单而便于实现，能够有效避免高粘度、硬颗粒的焦油渣对于柱塞部和/或柱塞孔的粘着效应，从而对后道组合密封的安全使用及使用寿命均起到至关重要作用。

2）、实际上，作为常用的柱塞泵密封结构，通常都为密封单元与柱塞孔间构成轴向方向上的限位乃至全约束的固定配合，而密封单元与柱塞部间则构成动件与不动件间的滑擦配合；本发明通过借鉴现有柱塞泵结构，依靠刮料环上的朝向泵送腔的一侧面构成刮料面，并通过设置刮料刀口的方式进一步的提升对于高粘度的焦油渣的快速刮除作用，从而也就保证了其实际刮渣效率，进而也就为密封单元的正常可靠密封提供更为稳定可靠的先决条件；而内凹环槽的布置，一方面构成了上述刮料刀片的基础，另一方面，其槽型结构，尤其是弯弧状内凹环槽的弧面结构，有效的确保了在快速刮渣的同时对于刮出焦油渣的引导目的，高粘度焦油渣一经刮出，即可沿其槽型曲线被引导回泵送腔，从而避免了焦油渣在刮料环周围的淤积现象，最终为其长久有效使用提供有利保证。

3）、作为刮料环的具体组成，此处采用三瓣环结构，其弹性伸缩性能及部分的密封性能借鉴三瓣环密封方式，在其基础上，通过将其各瓣环制作为刚性结构，以满足对于高粘度和部分硬度的焦油渣的强行刮除目的，同时依靠弹性收紧部的箍紧作用，最终使三瓣环的刮料刀片始终紧密的贴附于柱塞部的待刮料周壁处；本发明在原有的只具备单纯密封功能的三瓣密封环基础上，结合其目前处境而使其同时具备高效刮渣功能，具体实验证明，其刮渣效果极佳，可有效胜任对于后端处密封单元的前置保护功能。

4）、对于密封单元的构成，本发明此处也不再仅限于常用的填料密封方式，由于前置的刮料环对于焦油渣的阻挡作用，其后端布置的密封单元可采用平时所无法使用于该环境的其他更佳密封结构；不但其刮料环可采用沿柱塞部轴向的多道布局方式，以提升其密封特性；以密封环和保持架构成的二级密封方式，可阻止前置的刮料环刮除操作后所可能残留在柱塞表面的细小颗粒和焦油外泄现象；而液封环的作用是通过液封环中的由贯穿孔引入的有压封液，提供密封环在柱塞部往复高压力动作下所产生的抗压性能，保证密封环的密封部位不致产生过大变形，该封液还可以起到降低柱塞部表面的摩擦温度的作用；迷宫密封环的作用则是可以降低封液在填料密封环处的压力，为填料密封环上的封液乃至柱塞部处的动作压力的施加起到缓冲效果；经过迷宫密封环减压后的低压封液，即可通过填料密封环达到最终的使其不致外泄的目的；各密封部间互相依附而又彼此作用互补，最终也就极大的提升了柱塞泵的整体密封性能。

5）、冷却腔的布置，使灌输如液封环处的封液额外的起到了保温柱塞泵内介质的作用；这是由于密封单元及刮料环位于泵送腔以外，在其内介质如高粘度焦油渣被高压挤入并粘接在柱塞部上后并最终进入刮料环处时，介质不可避免会产生降温现象，温度下降又使介质粘度急剧增大，反而会极其的不利于刮料环的刮料操作；本发明通过冷却腔的保温作用，促使介质如高粘度焦油渣等保持在设定的温度内，防止高粘度介质的过快硬化而导致刮料困难乃至无法刮料现象的发生。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图；

图2为泵缸体及其上柱塞孔的结构示意图；

图3为刮料环上各瓣环的结构示意图；

图4为刮料环的径向截面剖面图；

图5为弹性收紧部的结构示意图。

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-5对本发明的具体构造及装配流程作以下描述：

参见图1-5所示，本发明的组合密封组件由导渣瓣环（也即构成刮料环30的各瓣环部件）和弹性压紧部32组成的组合导渣刮环、密封环51和保持架51a组成的二道密封结构、液封环52、迷宫密封环54和填料密封环53等部分组合而成，最后由压紧端盖40将整个组合式密封固定在泵缸体10上，从而实现对整个柱塞泵上的柱塞部20与柱塞孔11间隙的密封目的。本发明的特点之处在于：一方面，通过组合导渣瓣环与待刮渣表面的紧密配合，依靠其上刮料面的刚性刮渣作用，从而起到对于待刮渣表面的高效率刮渣和及时排除目的，最终为后续的各道密封结构提供良好密封环境；另一方面，导渣瓣环的内径与柱塞部11的间隙微小，同时弹性压紧部32的预紧力可使导渣瓣环克服上述微小间隙而得以紧密的合抱在柱塞部20上，从而在实现其刮渣导渣目的的同时又保证了柱塞部20与柱塞孔11配合间隙的部分密封作用，根据介质特性，甚至可以采用多道组合导渣刮环连续布置的方式增强其上述密封性能；以密封环51和保持架51a构成的二级密封方式，可阻止前置的组合导渣刮环刮除操作后所可能残留在柱塞表面的细小颗粒和焦油外泄现象；而液封环52的作用是通过液封环52中的由贯穿孔12引入的有压封液，提供密封环51在柱塞部20往复高压力动作下所产生的抗压性能，保证密封环21的密封部位不致产生过大变形，该封液还可以起到降低柱塞部20表面的摩擦温度的作用；迷宫密封环54的作用则是可以降低封液在填料密封环53处的压力，为填料密封环53上的封液乃至柱塞部20处的动作压力的施加起到缓冲效果；经过迷宫密封环54减压后的低压封液，即可通过填料密封环53达到最终的使其不致外泄的目的。

组合导渣刮环中的导渣瓣环是由圆环三等分而成，导渣瓣环围合而成的圆弧内径由柱塞部20直径而定；组合导渣刮环中的导渣瓣环围合成的外圆弧半径与柱塞孔11的内径应根据弹性压紧部的截面直径确定。

迷宫密封环54的内径和柱塞部20的直径间隙应在0.25mm～0.75mm之间，迷宫槽的圈数为5～8圈。

冷却腔13可以对输送的高粘度介质进行保温，其保温温度视介质而定。

阶梯孔11a的布置，起到对于刮料环30及密封单元的轴向定位目的，实际使用时甚至可看作是在原有柱塞孔11的基础上，增设缩颈段而构成，具体如图1-2所示；当然，阶梯孔11a具体是采用缩颈段构造还是直接在柱塞孔11的原有孔径上通过扩孔方式来实现，本领域内人员参照上述构造，均可实现其对于柱塞部20的定位密封乃至刮渣目的，此处就不再一一赘述。

本发明的装配次序如下：先将压紧端盖40、填料密封环53、迷宫密封环54、液封环52依次按柱塞泵组合式密封的装配图沿柱塞部20轴向依次套装在柱塞部20外周壁上，再将密封环51先装入保持架51a内，密封环51的开口朝向泵送腔所在端，然后再按其组装方向套接在柱塞部20外周壁上，最后套接由弹性压紧部32和导渣瓣环构成的组合导渣刮环；通过上述套接装配完成后的柱塞部20，再插接入泵缸体10上的柱塞孔11内，并完成其上压紧端盖50与泵缸体10间螺栓紧固操作，最终完成柱塞泵上的柱塞部20与泵缸体10的密封组件装配目的。

Claims (4)

1.一种柱塞泵用组合密封装置，至少包括具备柱塞孔(11)的泵缸体(10)以及用于与前述柱塞孔(11)间构成插接式配合的柱塞部(20)，所述柱塞部(20)可沿柱塞孔(11)作往复直线动作且其柱塞部(20)的前端与柱塞孔(11)孔壁围合而成的空腔形成用于容纳及排挤物料的泵送腔，柱塞部(20)外周壁与柱塞孔(11)孔壁间夹设有用于填充两者配合间隙的密封单元，其特征在于：所述柱塞泵用组合密封装置还包括用于刮除柱塞部(20)外周壁和/或柱塞孔(11)孔壁上粘滞物料的刮料环(30)，所述刮料环(30)嵌设于柱塞孔(11)孔壁和/或环套于柱塞部(20)外周壁处并隔离密封单元与泵送腔设置；

所述刮料环(30)嵌设于柱塞孔(11)孔壁内以构成限定刮料环(30)的轴向位移的定位配合，刮料环(30)上的朝向泵送腔的一侧面构成用于刮除柱塞部(20)外周壁处粘滞物料的刮料面，刮料环(30)上的朝向柱塞部(20)外周壁的内环面与柱塞部(20)外周壁间构成紧密面贴合配合；

所述刮料环(30)上的刮料面处布置有角状或弯弧状内凹环槽(31)，内凹环槽(31)槽长方向沿刮料环(30)环面周向环绕布置，所述角状的内凹环槽(31)上的临近刮料环(30)内环面的一侧环形槽壁或弧状的内凹环槽(31)槽面上的弧形槽壁与刮料环(30)内环面相交以构成用于刮除柱塞部(20)外周壁处物料的刮料刀口；

所述刮料环(30)为逐段的环绕柱塞部(20)周壁设置的刚性瓣环式构造，刮料环(30)还包括用于控制各瓣环沿柱塞部(20)径向作收紧动作的弹性收紧部(32)，所述弹性收紧部(32)为收紧弹簧；

所述刮料环(30)为三瓣环，刮料环(30)的外环面处布置有用于容纳弹性收紧部(32)的容纳槽(33)，所述容纳槽(33)外形呈周向方向环绕刮料环外环面设置的凹形环槽状结构，弹性收紧部(32)嵌设于容纳槽(33)内并环绕收紧刮料环(30)布置；

所述柱塞孔(11)上沿柱塞部(20)插入方向内凹设置有台阶孔(11a)，由台阶孔(11a)的台肩部向其孔端面方向依次布置刮料环(30)、密封单元以及用于与台阶孔(11a)的台肩部间配合以协同紧固刮料环(30)及密封单元的压紧端盖(40)，所述压紧端盖(40)与台阶孔(11a)孔端面间螺栓固接；

所述密封单元包括由台阶孔(11a)的台肩部向其孔端面方向依次布置的密封环(51)、液封环(52)以及填料密封环(53)，所述泵缸体(10)上设置有贯穿台阶孔(11a)孔壁及外部供油环境的贯穿孔(12)，所述贯穿孔(12)连通液封环(52)上的进液口布置。

2.根据权利要求1所述的柱塞泵用组合密封装置，其特征在于：所述密封单元在液封环(52)和填料密封环(53)之间还设置有迷宫密封环(54)。

3.根据权利要求1所述的柱塞泵用组合密封装置，其特征在于：所述泵缸体(10)壁体内设置有周向环绕台阶孔(11a)布置的冷却腔(13)，所述冷却腔(13)外形呈中空套筒状并与贯穿孔(12)连通布置。

4.根据权利要求1所述的柱塞泵用组合密封装置，其特征在于：所述密封环(51)上还设置有用于保持其环体结构的保持架(51a)，所述保持架(51a)的径向截面呈“L”字状且其“L”字状保持架(51a)的两内侧壁围合构成用于放置密封环(51)的容纳空间；所述台阶孔(11a)为三段式的由泵送腔方向向压紧端盖(40)处口径渐增的台阶孔状结构，包括最小孔径段与中段孔径段间构成的第一台肩部(a)和中段孔径段与最大孔径段间构成的第二台肩部(b)，第一台肩部(a)与“L”字状保持架(51a)的临近泵送腔的一侧架体间形成用于定位刮料环(30)轴向动作的限位组件，第二台肩部(b)与压紧端盖(40)间亦构成定位密封单元轴向窜动的限位部件。