CN103352867A

CN103352867A - 一种泵轴密封装置

Info

Publication number: CN103352867A
Application number: CN2013102834323A
Authority: CN
Inventors: 武鹏; 吴大转; 王乐勤
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: CN103352867B

Abstract

本发明公开了一种泵轴密封装置，包括安装于主轴上远离泵头的润滑侧密封系统、安装于主轴上靠近泵头的物料侧密封系统，所述润滑侧密封系统与物料侧密封系统之间设有绕主轴布置的壳体，该壳体与主轴之间为密封腔，所述润滑侧密封系统和物料侧密封系统中的密封面均与密封腔相连通，密封腔内装有与主轴相固定的副叶轮，所述壳体上还设有与密封腔分别连通的进气管和出气管。本发明泵轴密封装置提高了密封的可靠性，避免润滑液污染被输送物料，以及被输送物料对润滑液的污染，可以做到无泄漏输送，有利于物料的安全输送，确保了使用的安全性。

Description

一种泵轴密封装置

技术领域

本发明涉及一种用于液下泵的泵轴密封装置，适用于各种石油、化工、船舶、造纸等行业中需要输送化学液体介质的液下泵的泵轴密封。

背景技术

副叶轮密封是利用在泄漏部位增设的运动件对泄漏液所作功产生的压力将泄漏液堵住或顶回去以达到阻漏的作用的密封。其密封能力来源于机器轴的旋转带动副叶轮所做的功，因此副叶轮密封又称为动力密封。

副叶轮一般安装在离心泵叶轮背面，用于叶轮出口高压侧与泵轴低压侧之间的密封。如公开号为CN101408188A的专利文献公开了一种带副叶轮密封的双吸泵，在叶轮与轴承部件之间装有一填填料密封体，在填料密封体靠近叶轮的一侧增加一副叶轮，副叶轮通过轴套和紧固传动件固定在传动轴上，并随着传动轴一起旋转，在离心力的作用下，在副叶轮的靠近传动轴处产生负压，在负压的作用下可以使渗透到填料密封体内的液体重新回到泵体内，有效地防止了泵内液体的泄漏，提高了密封件的使用寿命。但是公开号为CN101408188A的专利文献，会导致液体与填料相互渗透。

公开号为CN101655096A的专利文献公开了一种带有副叶轮和缓冲密封室的潜没式水泵，外界液体会先经过副叶轮，而副叶轮旋转可以产生与叶轮相反的轴向力，能达到平衡轴向力的作用，并且旋转产生的逆压可以阻止液体的进一步进入，而外界液体想要要达到密封室进而威胁轴承，必须通过缓冲密封室，缓冲密封室可以延缓外界液体的进入。但公开号为CN101655096A的专利文献，只能延缓外界液体的渗入，不能将进入的液体排出，而且使用时也不易判定是否有液体渗入缓冲密封室。

另一方面，石油化工和造纸等行业大量采用储罐来储存物料，在海上运输过程中，大型物料运输货轮也往往利用多个大深度、大容积的货舱来存放危险物料。上述物料在进出储罐或货舱的过程中，需要利用潜液式化工泵来实现物料的输送，而在储罐或货舱上设置立式深井泵是最为常用的方式。这类深井泵不但要防止润滑物料和被送物料之间的相互渗漏，还要通过有效的手段使得外部能够检测润滑物料或物料的泄露，保证密封绝对可靠显得非常重要

公开号为CN101493097A的专利文献提出一种用于上述场合的液下泵主轴密封装置，该密封通过多道密封与特殊的泄露检测装置的设计，不但提高了密封的可靠性，还能杜绝润滑液对被输送物料的污染。

但是公开号为CN101493097A的专利文献只解决了有微量泄露的处理方法，仍然有两种情况可能会导致泄露。首先，如果物料密封或者润滑密封失效，导致大量泄露，其密封可靠性将受到较大的考验；其次，若物料密封和润滑密封同时失效，可能会引起两种物料的相互渗透。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于液下泵的泵轴密封装置，用于将润滑液与输送物料完全隔离，该密封装置不但提高了密封的可靠性，还能杜绝润滑液对被输送物料的污染。

本发明采取的技术方案如下:一种泵轴密封装置，包括安装于主轴上远离泵头的润滑侧密封系统、安装于主轴上靠近泵头的物料侧密封系统，所述润滑侧密封系统与物料侧密封系统之间设有绕主轴布置的壳体，该壳体与主轴之间为密封腔，所述润滑侧密封系统和物料侧密封系统中的密封面均与密封腔相连通，密封腔内装有与主轴相固定的副叶轮，所述壳体上还设有与密封腔分别连通的进气管和出气管。发生泄漏时，在副叶轮离心力的作用下，泄露液会被甩到密封腔外围，向进气管充入空气后，可以把泄露液体从出气管中排出。

所述润滑侧密封系统包括第一密封座和安装于第一密封座上的第一密封件，所述物料侧密封系统包括第二密封座和安装于第二密封座上的第二密封件。所述润滑侧密封系统和物料侧密封系统可以采用机械密封方式，还可以采用骨架密封、填料密封等多种方式，或者采用多种密封方式相结合的形式，优选机械密封，因为机械密封可靠性高、使用寿命长，满足密封装置高可靠度的要求，而且采用机械密封可以降低密封装置的成本。

所述壳体可以是围绕密封腔单独设置的部件，该部件可以是一体结构或多部分拼接而成，但至少保证与润滑侧密封系统和物料侧密封系统中的密封面均相通。由于壳体在轴向的两侧分别邻近第一密封座和第二密封座，因此壳体的一部分可以是第一密封座或第二密封座，此时第一密封座或第二密封座可沿轴向延伸，包拢一部分密封腔，而其余的开放部分通过筒状的盖板来封闭。

所述密封腔包括沿轴向依次相通的上腔、副叶轮腔以及下腔，所述副叶轮安装在副叶轮腔中，所述进气管以及润滑侧密封系统的密封面均与上腔连通，所述出气管以及物料侧密封系统的密封面均与下腔连通。向出气管充入高压气体后，气体依次通过上腔、副叶轮腔、下腔，最后通过排气管排出密封腔。

所述上腔与副叶轮腔之间设有第一环形隔板，该第一环形隔板与主轴之间设有用于连通上腔和副叶轮腔的第一环隙。润滑侧密封系统发生泄漏时，泄露液通过第一环隙流入副叶轮腔内。

所述下腔与副叶轮腔之间设有第二环形隔板，该第二环形隔板与主轴之间设有用于连通下腔和副叶轮腔的第二环隙。物料侧密封系统发生泄漏时，泄露液通过第二环隙流入副叶轮腔内。

所述第二环形隔板上设有轴向贯通的排液孔。所述排液孔为围绕第二环形隔板周向分布的多个。当泄漏液进入副叶轮腔后，由于副叶轮离心力的作用，泄露液沿着叶轮片流向副叶轮边缘，并通过排液孔流入下腔内。

下腔中靠近泵头的一端为底部，所述下腔的底部设有环形的集液槽，所述出气管连通在该集液槽的侧壁上。发生泄漏时，从排液孔中流入的泄露液会聚集在集液槽内，有助于泄漏液流入出气管中，向进气管充入高压气体时，出气管更易带出泄露液。

所述副叶轮包括与主轴固定的叶轮盘，该叶轮盘朝向第一环形隔板的一侧为顶面，该顶面上设有上叶轮片，叶轮盘朝向第二环形隔板的一侧为底面，该底面上设有下叶轮片。

所述上叶轮片远离叶轮盘的端面距叶轮盘顶面的轴向距离为L1，叶轮盘顶面与第一环形隔板的轴向距离为L2，且满足，0.7≤L1/L2＜1，所述下叶轮片远离叶轮盘的端面距叶轮盘底面的轴向距离为L3，叶轮盘底面与第二环形隔板的轴向距离为L4，且满足，0.7≤L3/L4＜1。保证一定的比值能使副叶轮更加有效的工作、有更好的密封效果。

所述上叶轮片的数量为8-12，上叶轮片数量与下叶轮片数量相同。保证一定的叶轮片数量，可以使副叶轮更加有效的工作，叶轮片可以有多种结构形式，如：后弯型叶轮片，直型叶轮片等。

本发明在实际使用时，如果润滑侧密封系统发生泄漏，即润滑侧密封系统中的第一密封件失效，润滑液会通过润滑侧密封面流入上腔，再通过第一环隙流入副叶轮腔，在副叶轮离心力的作用下，润滑液沿着上叶轮片流向副叶轮边缘，并通过排液孔流入下腔，聚集在下腔底部的集液槽内，润滑液不会对物料侧的第二密封件产生压力，向进气管中充入高压气体，即可将润滑液从出气管中排出，流入与出气管相连接的泄露检测装置，做进一步处理。

如果物料侧密封系统发生泄漏，即物料侧密封系统中的第二密封件失效，泄露液会通过物料侧密封面流入下腔，若有部分物料通过第二环隙流入副叶轮腔，该部分物料在副叶轮离心力的作用下，泄露液沿着下叶轮片流向副叶轮边缘，并通过排液孔流入下腔，聚集在下腔底部的集液槽内，泄露液不会对物料侧的第一密封件产生压力，向进气管中充入高压气体，即可将泄露液从出气管中排出，流入与出气管相连接的泄露检测装置，做进一步处理。

通过泄露检测装置检测泄露液的成分以及泄漏液的流量，可以判断泄露源的位置以及泄漏量，便于实时监控密封运行情况。

本发明的有益效果是：本发明的用于液下泵的泵轴密封装置，通过副叶轮的离心力作用，将泄露液排出至下腔集液槽中，并通过排出管排出到外界，本发明提高了密封的可靠性，避免润滑液污染被输送物料，以及被输送物料对润滑液的污染，可以做到无泄漏输送，有利于物料的安全输送，确保了使用的安全性。

附图说明

图1是泵轴密封装置的剖面图；

图2是一种后弯型副叶轮结构正视图；

图3是一种后弯型副叶轮结构侧视图；

图4是一种直型副叶轮结构正视图；

图5是一种直型副叶轮结构侧视图；

图6是图1副叶轮处局部放大图；

图7是第二密封座的俯视图。

1.液体，2.第二密封座，3.轴套，4.出气管，5.副叶轮，6.轴套，7.第一密封座，8.轴承座，9.轴承，10.润滑液，11.主轴，12.轴套，13.进气管，14.第一密封件，15.盖板，16.密封腔，17.第一环形隔板，18.第二环形隔板，19.集液槽，20.第二密封件，21.泵头，22.叶轮盘，23.顶面，24.底面，25.上叶轮片，26.下叶轮片，27.第一环隙，28.第二环隙，29.排液孔。

具体实施方式

如图1，2，3，4，5，6，7所示，一种泵轴密封装置，包括安装于主轴11上远离泵头21端的润滑侧密封系统、安装于主轴11上靠近泵头21端的物料侧密封系统，润滑侧密封系统包括第一密封座7和安装于第一密封座7上的第一密封件14，物料侧密封系统包括第二密封座2和安装于第二密封座2上的第二密封件20，本实施例润滑侧密封系统和物料侧密封系统均采用机械密封方式，因为机械密封可靠性高、使用寿命长，满足密封装置高可靠度的要求，而且采用机械密封可以降低密封装置的成本。润滑侧密封系统和物料侧密封系统还可以采用骨架密封、填料密封等多种方式，或者采用多种密封方式相结合的形式。本实施例润滑侧密封系统还包括轴套6和轴套12，他们的内表面均与主轴11固定配合，外表面均与第一密封件接触；物料侧密封系统还包括轴套3，轴套3的内表面与主轴11固定配合，轴套3的外表面与第二密封件接触，轴套3、轴套6、轴套12的作用是提供低摩察系数的表面。

润滑侧密封系统与物料侧密封系统之间设有绕主轴11布置的壳体，该壳体由第一密封座7、盖板15以及第二密封座2组合而成，第二密封座2沿轴向延伸包拢一部分密封腔16，而其余的开放部分通过盖板15来封闭。壳体还可以是围绕密封腔单独设置的部件，该部件可以是一体结构或多部分拼接而成，但至少保证与润滑侧密封系统和物料侧密封系统中的密封面均相通。

壳体与主轴11构成密封腔16，润滑侧密封系统和物料侧密封系统中的密封面均与密封腔16相连通，密封腔16内装有与主轴11相固定的副叶轮5，壳体上还设有与密封腔16分别连通的进气管13和出气管4。

密封腔16包括沿轴向依次相通的上腔、副叶轮腔以及下腔，副叶轮5安装在副叶轮腔中，进气管13以及润滑侧密封系统的密封面均与上腔连通，出气管4以及物料侧密封系统的密封面均与下腔连通。上腔与副叶轮腔之间设有第一环形隔板17，该第一环形隔板17与主轴11之间设有用于连通上腔和副叶轮腔的第一环隙27。润滑侧密封系统发生泄漏时，泄露液通过第一环隙27流入副叶轮腔内。下腔与副叶轮腔之间设有第二环形隔板18，该第二环形隔板18与主轴11之间设有用于连通下腔和副叶轮腔的第二环隙28。物料侧密封系统发生泄漏时，泄露液通过第二环隙28流入副叶轮腔内。

第二环形隔板18上设有轴向贯通的排液孔29，排液孔29为围绕第二环形隔板周向分布的多个。当泄漏液进入副叶轮腔后，由于副叶轮5离心力的作用，泄露液沿着上叶轮片25流向副叶轮边缘，并通过排液孔29流入下腔。下腔中靠近泵头的一端为底部，下腔的底部设有环形的集液槽19，从排液孔29中流入的泄露液会聚集在集液槽29内。出气管4连通在集液槽19的侧壁上，发生泄漏时，有助于泄漏液流入出气管4中，通过向进气管13充入高压气体，出气管4更易带出泄露液。

副叶轮5包括与主轴11固定的叶轮盘22，该叶轮盘22朝向第一环形隔板17的一侧为顶面23，该顶面23上设有上叶轮片25，叶轮盘朝向第二环形隔板18的一侧为底面24，该底面上设有下叶轮片26。上叶轮片25远离叶轮盘22的端面距叶轮盘22的顶面23的轴向距离为L1，叶轮盘22的顶面23与第一环形隔板17的轴向距离为L2，且满足，0.7≤L1/L2＜1，下叶轮片26远离叶轮盘22的端面距叶轮盘22的底面24的轴向距离为L3，叶轮盘22的底面24与第二环形隔板18的轴向距离为L4，且满足，0.7≤L3/L4＜1,保证一定的比值能使副叶轮更加有效的工作、有更好的密封效果。上叶轮片的数量为8，上叶轮片数量与下叶轮片数量相同，叶叶轮片的数量还可以为9,10,11,12，保证一定的叶轮片数量，可以使副叶轮更加有效的工作。副叶轮5叶轮片的结构形式是后弯型，叶轮片可以有多种结构形式，如：直型叶轮片等。

本发明的用于液下泵的泵轴密封装置在实际使用时，安装于离心泵上。离心泵包括配套的轴承座8和轴承9，主轴11设有轴肩的一端与轴承9相互配合，主轴11一端连有驱动装置，为主轴11提供动力，另一端连接有泵头21。工作时，如果润滑侧密封系统发生泄漏，即润滑侧密封系统中的第一密封件14失效，润滑液10会通过润滑侧密封面流入上腔，再通过第一环隙27流入副叶轮腔，在副叶轮5离心力的作用下，润滑液10沿着上叶轮片25流向副叶轮5的边缘，并通过排液孔29流入下腔，聚集在下腔底部的集液槽19内，润滑液10不会对物料侧的第二密封件20产生压力，向进气管13中充入高压气体，即可将润滑液从出气管4中排出，流入与出气管4相连接的泄露检测装置，做进一步处理。

如果物料侧密封系统发生泄漏，即物料侧密封系统中的第二密封件失效，液体1会通过物料侧密封面流入下腔，若有部分液体1通过第二环隙28流入副叶轮腔，该部分液体1在副叶轮5离心力的作用下，液体1沿着下叶轮片26流向副叶轮5的边缘，并通过排液孔29流入下腔，聚集在下腔底部的集液槽19内，液体1不会对物料侧的第一密封件7产生压力，向进气管13中充入高压气体，即可将液体1从出气管4中排出，流入与出气管4相连接的泄露检测装置，做进一步处理。

通过泄露检测装置检测排出液体的成分以及泄漏液的流量，可以判断泄露源的位置以及泄漏量，便于实时监控密封运行情况。

Claims

1.一种泵轴密封装置，包括安装于主轴上远离泵头的润滑侧密封系统、安装于主轴上靠近泵头的物料侧密封系统，其特征在于：润滑侧密封系统与物料侧密封系统之间设有绕主轴布置的壳体，该壳体与主轴之间为密封腔，所述润滑侧密封系统和物料侧密封系统中的密封面均与密封腔相连通，密封腔内装有与主轴相固定的副叶轮，所述壳体上还设有与密封腔分别连通的进气管和出气管。

2.如权利要求1所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述密封腔包括沿轴向依次相通的上腔、副叶轮腔以及下腔，所述副叶轮安装在副叶轮腔中，所述进气管以及润滑侧密封系统的密封面均与上腔连通，所述出气管以及物料侧密封系统的密封面均与下腔连通。

3.如权利要求2所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述上腔与副叶轮腔之间设有第一环形隔板，该第一环形隔板与主轴之间设有用于连通上腔和副叶轮腔的第一环隙。

4.如权利要求3所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述下腔与副叶轮腔之间设有第二环形隔板，该第二环形隔板与主轴之间设有用于连通下腔和副叶轮腔的第二环隙。

5.如权利要求4所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述第二环形隔板上设有轴向贯通的排液孔。

6.如权利要求5所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述排液孔为围绕第二环形隔板周向分布的多个。

7.如权利要求2所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述下腔的底部设有环形的集液槽，所述出气管连通在该集液槽的侧壁上。

8.如权利要求4所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述副叶轮包括与主轴固定的叶轮盘，该叶轮盘朝向第一环形隔板的一侧为顶面，该顶面上设有上叶轮片，叶轮盘朝向第二环形隔板的一侧为底面，该底面上设有下叶轮片。

9.如权利要求8所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述上叶轮片远离叶轮盘的端面距叶轮盘的轴向距离为L1，叶轮盘的顶面与第一环形隔板的轴向距离为L2，且满足，0.7≤L1/L2＜1，所述下叶轮片远离叶轮盘的端面距叶轮盘的轴向距离为L3，叶轮盘的底面与第二环形隔板的轴向距离为L4，且满足，0.7≤L3/L4＜1。

10.如权利要求8所述的泵轴密封装置，其特征在于：所述上叶轮片的数量为8-12，上叶轮片的数量与下叶轮片的数量相等。