CN103925233A - 乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却方法及其装置，机械式密封包括随泵轴旋转的动环和与动环接触密封的静环，动环和静环形成一个外部的密封空间；该乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置包括:高温区域，由密封空间构成以形成机械式密封的散热区；低温区域，包括一个全封闭夹套式冷却器；温差环流管道，连接所述高温区域和所述低温区域；以及可控制压力气路，连接于所述冷却器。本发明的方法及装置可有效实现用水量少、自动循环、冷却效果好并可避免环境污染的目的。本发明还能及时发现异常，确保设备的稳定；使机械式密封更可靠，更有效的延长了机械式密封的使用寿命，减少了设备的维护费用和维护时间。

Description

乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却的方法及装置

技术领域

本发明涉及流体输送泵的机械式密封，具体说有关高温、高污染介质类输送泵的冷却方法及装置。

背景技术

废乳化液提升泵是一种高速离心泵，主要是用于废乳化液的处理中。在工厂的废水处理中，通常是废乳化液先被送入平流式隔油池，依靠重力作用进行油水分离，分离后的废水通过废乳化液提升泵输送至后道处理工序。为了防止泄露，废乳化液提升泵在运行时的密封显得尤为重要，其关键是介质不能沿轴向泄漏。现有离心泵的轴向密封大致分为迷宫式密封、填料式密封和机械式密封。迷宫式密封的泄漏量大，因此不适用于废乳化液介质的场合。填料式密封使用较广，但大多使用在清水场合，它对于泵轴的磨损较大，需要经常调整维护，无法做到零泄漏，因此在很多场合正逐渐被机械式密封所代替。

机械式密封的离心泵等流体机械常用轴封装置。机械式密封在工作中，密封端面是相互接触的，其动环与静环的相互摩擦会不断产生摩擦热，使摩擦副温度升高，造成机械式密封动、静环变形，还致使密封圈加速老化。为了消除摩擦热的影响，以保证密封正常工作并延长使用寿命，必须采取适应机械式密封不同介质条件要求的冷却方法，使密封空间内具有液膜存在，以起到润滑作用，这是机械式密封能正常工作的基本条件。为此，必须选择合理的机械式密封结构，采取正确的冷却措施，以将摩擦热及时传导出来。

机械式密封常用的温度控制方法为自冷却和强制冷却。自冷却是将泵的出口处的介质经冷却后提供给密封面外侧冷却,利用进出口的压力差进行自身循环。这种方式虽然简单，但对于工作介质内含有较多杂质、浆料等情况，比如废乳化介质是不适宜的。强制冷却是将外接水源循环水通过导流套送入密封端面内侧冷却，对密封端面内侧冷却后的水再通过导流套排到下水道中。目前废乳化液提升泵通常使用自来水强制冷却方式，对密封端面内侧冷却后的自来水直接排放到废水槽中，这样会浪费水资源。如果机械式密封发生泄漏，泵内的乳化液介质会随冷却密封后的水排放到废水沟内而污染环境。

在机械式密封的强制冷却方式中还有一种自循环冷却方式。这种方式通常依靠外接水源在驱动力的作用下，在机械式密封内部循环达到冷却效果。其驱动力的实现主要依靠外接水泵、内置循环叶轮以及改进的机械式密封外壳所获得的离心力。这种方式存在内部结构复杂，需改进泵的内部结构，循环压力无法控制等缺点，难以满足现场工况。

此外，还有一种外接密封盒的机械式密封冷却结构，依靠冷却水箱与密封盒之间通过冷却水管连接形成连通，起到冷热交换的效果。但其内部循环很小，不利于机械式密封内部的高温热量被及时排出，只能适用于发热量小，转速慢的小型泵上。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于废乳化液等高温介质输送泵的机械式密封冷却的方法及装置，其用水量少、可自动循环、冷却效果好并可避免环境污染。

根据本发明一方面提供一种乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，所述机械式密封包括随泵轴旋转的动环和与所述动环接触的静环，所述动环和静环形成一个外部的密封空间；该装置包括:高温区域，由所述密封空间构成以形成机械式密封的散热区；低温区域，包括一个全封闭夹套式冷却器；温差环流管道，连接所述高温区域和所述低温区域；以及可控制压力气路，连接于所述冷却器。

所述全封闭夹套式冷却器设有温差环流进口和温差环流出口，通过所述温差环流管道与机械式密封相连接。

所述全封闭夹套式冷却器包括外管和位于外管内的内管，所述内管通过内管封头与冷却水管道连接；所述外管与内管内的液体形成相互成逆向的流动。

所述全封闭夹套式冷却器的外管还设有玻璃液位计。

所述温差环流管道为内螺纹管并倾斜安装，包括相互平行的高温管和低温管，所述低温管位于高温管之下。

所述高温管其一端连接所述温差环流管进口，另一端连接机械式密封的热流出口；所述低温管其一端连接所述温差环流管出口，其另一端连接机械式密封的冷流入口。

所述高温管上还设有观测管。

所述倾斜安装的角度为与地面成30°≤α≤60°的夹角。

所述低温管上设有一个液流导管装置。

所述液流导管装置包括管体、出口管道、入口管道、盖帽和在管体内的多孔介质充填体。

所述多孔介质充填体是毛毡填充物。

所述可控制压力气路，包括压缩空气阀、压力表、调压阀和气源，压缩空气阀通过三通管接头与冷却器的外管连接。

所述可控制压力气路的压力控制范围是：0.1～0.8Mpa。

根据本发明另一方面提供一种乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却方法，所述机械式密封包括随泵轴旋转的动环和与所述动环接触密封的静环，所述动环和静环形成一个外部的密封空间；所述方法包括以下步骤：

提供一个全封闭夹套式冷却器以形成一个低温区域，冷却器包括外管和内管；

将所述全封闭夹套式冷却器安装在所述机械密封中心线之上的一个高度并安装在固定物上；

使所述内管的两端内管封头分别与外接水管及冷却水出口阀和活接头及冷却水进口阀连接，并接通外接冷却水；

将所述高温管和低温管分别与冷却器连接，并使高温管和低温管相互平行并倾斜安装，并使低温管位于高温管之下；

打开注水阀以向所述全封闭夹套式冷却器内部注入液体工质，同时打开溢流阀，注入液体在溢流口处有液体溢出时关闭注水阀、溢流阀，以使整个系统形成封闭空间，并使机械式密封的密封空间充满液体；

打开压缩空气阀，通过调压阀调节气源的压力达到系统的要求值，通过压力表显示；

使所述乳化液提升泵运行，随着动环和静环在运行中摩擦升温，机械密封内的液体温度也随之升高以使机械式密封的密封空间形成一个高温区域，并与相连通的低温区域形成微小的压力差；

机械式密封的密封空间内的液体受热压力升高后，流体通过高温管流向冷却器并释放热量，通过观测管观察液体流动的状态以判断系统工作状态；

全封闭夹套式冷却器内的液体一方面依靠外接水管将被释放热量传走，将温度降低，另一方面液体依靠自身的重力通过低温管、液流导管装置流回高温区域，以形成一个温差环流；

重复上述循环过程，不断进行将热量传递给外接冷却水。

较佳地，冷却器底部距机械式密封轴线高度范围为：0.7M<H<1.5M；

较佳地，倾斜安装的角度为与地面成30°≤α≤60°的夹角；

较佳地，可控制压力气路的压力控制范围是：0.1～0.8Mpa。

液体流动的状态包括：流动方向、流动速度和气泡大小。

本发明中，机械式密封的动环和静环摩擦产生的热量通过热传导进入冷却液中，使冷却液温度升高形成高温区域。高温区域与低温区域之间通过温差环流管道相连接形成一个封闭的环路。由于存在温度差，相联通的高温区域与低温区域2个封闭区域存在微小的压力差，高温区域的液体通过管道流向低温区域并释放热量。低温区域是一个冷却器，其内部液体一方面依靠外接冷源将这部分热量传走，另一方面液体依靠自身的重力通过管道流回了高温区域，形成一个温差环流。这个循环过程不断进行，最终将热量传递给外接冷却水。因此，本发明具有以下有益效果：

1.冷却水密封在一个封闭的空间内循环使用，可以选用任意冷却介质，与原冲洗后直接排放的冷却方式相比，节约了水资源，又能避免机械式密封泄露后造成的环境污染。

2.利用温差环流原理，无需外动力。机械式密封的密封空间处温度高，冷却水箱处外接冷却器温度较低，这样使得装置两端温度差很大，温差环流管道采用内螺纹导热管安装倾斜有利于冷却介质在自循环系统的流动，加快热量的快速传导，从而提高了机械式密封的冷却效率。

3.机械式密封所需压力可通过调节压缩空气压力来实现，压力在0.1～0.8Mpa可调，适合各类扬程的泵。

4.冷却器设有玻璃液位计和观测管，方便观察内部冷却液的液位及使用情况，能及时发现异常，确保设备的稳定。

5.毛毡填充物结构保证了系统单向传热特性，减小了系统阻力，对冷却液有过滤作用，确保介质的清洁。

6.提高了机械式密封自循环系统的换热效果，使机械式密封更可靠，更有效的延长了机械式密封的使用寿命，减少了设备的维护费用和维护时间。

附图说明

图1是重力热管工作原理图；

图2是本发明的机械式密封冷却装置工作原理图；

图3是本发明一个实施例的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置的总体结构布置图；

图4a是本发明一个较佳实施例的冷却器的结构剖视图；

图4b是图3a的左视图；

图5是本发明一个实施例的液流导管装置的剖视图；

图6是机械式密封结构的局部剖视图；以及

图7是本发明一个实施例的冷却器示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

机械式密封的正常运行，离不开良好的密封辅助装置。密封面摩擦副的摩擦和密封环的搅拌而产生的热量需要被排出，工艺上传输高温介质时需要降低密封处温度才能保证密封正常工作，因此必须增加冷却辅助措施来控制温度。

从热力学的角度看，热管拥有良好的导热能力。物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在的时候，就必然出现热量从高温处向低温处传递的现象，这就是温差环流。从热量传递的辐射、对流、传导三种方式来看，其中热传导最快。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差变大，使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。

重力热管与普通热管一样，是利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，且不需要外加动力而工质自行循环。但与普通热管所不同的是重力热管管内没有吸液芯，冷凝液从冷凝段返回到蒸发段不是靠吸液芯所产生的毛细力，而是靠冷凝液自身的重力，因此重力热管的温差环流有一定的方向性，蒸发段必须置于冷凝段的下方，这样才能使冷凝液靠自身重力得以返回到蒸发段。其工作原理如图1所示，工质在加热段吸收热源的热量使工质汽化，蒸汽上升到放热段放出热量给冷源，蒸汽冷凝下来，在重力的作用下凝结液又回到加热段。这种循环过程不断进行，将热源的热量传给冷源。由于冷源和热源存在温差，在热交换作用下，管内外流体通过管壁进行热量交换，起到了提高换热性能的作用。

本发明的机械式密封辅助冷却装置和方法利用重力热管的温差环流原理。装置共有2个区域，分别为高温区域和低温区域。高温区域由机械式密封外部的密封空间组成，是机械式密封的散热区。机械式密封的动环和静环摩擦产生的热量通过热传导进入冷却液中，使冷却液温度升高形成高温区域。高温区域与低温区域之间通过2根管道相连接形成一个封闭的环路。由于存在温度差，相联通的2个封闭区域存在微小的压力差，高温区域的液体通过管道流向低温区域并释放热量。低温区域包括一个冷却器，其内部液体一方面依靠外接冷源将这部分热量传走，另一方面液体依靠自身的重力通过管道流回了高温区域，形成一个温差环流。这个循环过程不断进行，最终将热量传递给外接冷却水。其工作过程如图2所示。

图3是本发明一个实施例的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置的总体结构布置图，图4a、4b、图7是其中冷却器的结构示意图，图6是机械式密封结构的局部剖视图。如图6所示，机械式密封43包括动环58和静环59，动环套设在轴57上并随之一起旋转，动环58和静环59形成一个外部的密封空间60。如图3所示，本实施例的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置包括高温区域、低温区域、连接高温区域和低温区域的温差环流管道、可控制压力气路。以下对冷却装置的各组成部分的结构及其连接关系详细说明如下。

高温区域，由机械式密封43的密封空间60构成，密封空间60内充满了液体，以形成散热区。

低温区域，包括一个全封闭夹套式冷却器30，整体采用不锈钢材质，具有一定的耐腐蚀性。如图4a、4b所示，冷却器30包括外管17和位于外管17内的内管21。

在外管上17设有温差环流进口22和温差环流出口25，通过温差环流管道(以下予以说明)与机械式密封43相连通。外管17两端设有封头19，通过电焊与外管17及内管21（以下说明）联接。三通管接头18安装在外管的顶部并连接压缩空气阀28，压缩空气阀28通过管路串接压力表29和调压阀31后连接于气源35，在外管17中部位置安装有液位计23，便于观察内部液位。外管12固定有安装支架26，在本实施例中，支架26焊接在全封闭夹套式冷却器30上，冷却器30通过安装支架26固定在固定物（未图示上）。

内管21两端固定例如焊接有内管封头24，内管封头24采用管螺纹结构便于与和各类冷却水管道连接，内管封头24有管螺纹并与外接水管31、冷却水出口阀33、活接头36及冷却水进口阀门37连接，并接通外接冷却水46。如此连接后，便于日后冷却器30的检修及更换。外界冷却水46流动可带走外管17内液体的热量。内管21外侧为环形，换热的面积较大，具有高度的等温性能，传热的功率增大。

外管17内部液体冷却机械式密封43，流动方向必须与内管21内的液体流动方向相反，即外管17与内管21内的液体形成相互成逆向的流动（以下予以说明），以确保换热的效率。外管17和内管21互相独立形成独立的腔体，使得两种流体可以很好的隔离，提高设备的可靠性，确保长期运行。

在安装过程中夹套式冷却器30必须水平放置，通过支架26与固定物固定。冷却器30必须安装在一定的高度以保证有足够的重力压差使水回流。如图所示，冷却器30安装在机械式密封43中心线一定的高度H之上，并通过安装支架26安装在固定物上。本实施例中，冷却器30底部距机械式密封43轴线高度范围：0.7M<H<1.5M。

由于冷却器30的全封闭结构，其内部冷却工质45的选择范围也较多，有氨、氟利昂、丙酮、甲醇、水、导热媒质、汞、钾及钠等。

冷却器30结构紧凑，支撑简单，布置方便灵活。根据设计经验，其体积可比传统换热器减少35％，设备质量比轴向换热器轻15％～30％。

温差环流管道，主要的作用是传递介质并形成一个闭环回路，是热管的一部分，在本实施例中所述温差环流管道共有2根，分别为高温管38和低温管40，分别连接高温区域和所述低温区域（以下予以说明），当然还可设置多于2根的管道。温差环流管道，包括高温管38和低温管40，在本实施例中均为内螺纹管，高温管38和低温管40相互平行并倾斜安装，倾斜安装的角度为与地面成30°≤α≤60°的夹角，其中低温管40位于高温管38之下。在设计上我们选用铜质内螺纹管。内螺纹管是一种结构简单、易于加工、成本低廉、用途广泛的强化传热元件。液体在内螺纹管内流动时，受到螺纹横纹的引导，靠近壁面的部分流体在一定条件下有可顺纹旋转，有利于减薄流体的边界层;另一部分流体在轴向流动时，与凸起的螺纹周期性相遇，将使流体产生周期性扰动，这两种作用都将改变流体边界层的结构，从而强化传热。在获得优良传热性能的同时，流动阻力并不是过分增大，所以，在相同的加热条件下，其换热系数要比光管内凝结系数大。

高温管38一端连接温差环流管进口22，另一端连接机械式密封的热流出口39，热流出口39与密封空间60连通，传递温度较高的介质，高温管38上设有观察管47,通过双卡接头安装在高温管38的接近温差环流进口处，观测管47为透明管道。

整个机械式密封冷却装置内部介质以一种气液混合的状态循环，在液体流动中参杂很多微小的气泡。通过在高温管38处安装观测管47可以清晰的看清这些微小的气泡，从气泡的流动方向，流动速度以及气泡的大小即液体流动的状态来确定系统的工作状态。关系如下：

流动方向：机械式密封至冷却器。在管道安装没有错误的情况下，如果方向反了，说明冷却器内部介质过满。

流动速度：与机械式密封内部温度有关，温度越高，流动越快，温度越低，流动越慢。可以判断机械式密封的工作状态

气泡大小：气泡大小与冷却充液率成反比，在液位计数值显示异常时可以作为冷却器内部液体液位的一个辅助判别标准。

低温管40，其一端通过接头例如一种双卡接头与一个液流导管装置48连接，液流导管装置48通过双卡接头49与机械式密封的冷流入口44连接，冷流入口44与密封空间60连通，低温管40的另一端通过切断阀41、三通管接头18’连接温差环流管出口25，转递温度较低的介质。三通管接头18’还连接有放空阀42.

机械式密封43这两个口，即热流出口39和冷流入口44通过配置适当的管接头与高温管38、低温管40连接。

液流导管装置，如图5所示，包括盖帽52、管体53、出口管道50、入口管道56和在管体53内的多孔介质充填体54，多孔介质充填体54例如可以是毛毡填充物。羊毛毡填充物结构有效阻止了机械式密封内部热量反向穿过毛细芯进入，保证了系统单向传热特性；利用这类材料的毛细作用对液体工质起泵送作用，为整个环路中的工质循环流动提供辅助驱动力。此外，对整个系统运行有一定的过滤清洁作用，保证机械式密封冷却水的纯净，沉积的杂质堆积在空隙55处，可以定时清理。

液流导管装置48通过双卡接头安装在低温管40上，安装位置在允许的情况下尽量靠近机械式密封冷流入口44处。管体53两端有螺纹，盖帽52通过螺纹与管体53两端连接。盖帽52上开有小孔，出口管道50和入口管道56通过焊接与盖帽52连接，管径与低温管40、高温管38相同。

可控制压力气路，包括气源35和串接在压力气管路中的压缩空气阀28、压力表29、调压阀31，压缩空气阀28通过三通管接头18连接于冷却器30的外管17。可控制压力气路的压力控制范围是：0.1～0.8Mpa。

可控制压力气路的作用说明如下：一般机械式密封的密封空间内部需要一定的压力以防止介质的泄漏，在本发明中，机械式密封43的高温区域与外部低温区域是互相连通的，因此，需要在冷却器30上连接可控制压力的气路来调节机械式密封内部的压力。其内部压力范围为：(1+10%)D_P≤P≤(1+50%)

式中：P－装置压力  D_P-泵内介质压力

充液率是指充入热管内工质的体积与热管总容积的比值。在本发明中，充液率指冷却器30内液体体积与外管17和内管21之间容积的比值。本装置的充液率范围在50％～70％之间。在外管封头19的中部位置开孔焊接溢流口20，充液率通过溢流口20的位置确定。

本发明的一个较佳实施例的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却方法包括以下步骤：

将全封闭夹套式冷却器30安装在机械密封43轴线即中心线之上的一个高度H并通过安装支架26安装在固定物上，以在冷却器内形成一个低温区域；较佳地，冷却器30底部距机械式密封43轴线的该高度范围为：0.7M<H<1.5M；

使内管封头24通过管螺纹分别与外接水管34及冷却水出口阀33和活接头36及冷却水进口阀37连接，并接通外接冷却水46；

将高温管38和低温管40分别与冷却器30连接，并使高温管38和低温管40相互平行并倾斜安装，倾斜安装的角度为与地面成30°≤α≤60°的夹角，其中低温管40位于高温管38之下；

打开注水阀27向冷却器30内部注入液体工质，同时打开溢流阀32，注入量以溢流口20处有液体溢出为准，然后关闭注水阀27、溢流阀32，以使整个系统形成封闭空间，并使机械式密封43的密封空间60充满液体；

打开压缩空气阀门28，通过阀门31来调节气源35的压力达到系统的要求值，通过压力表29显示，较佳地，可控制压力气路的压力控制范围是：0.1～0.8Mpa；

使提升泵运行，随着动环和静环在运行中摩擦升温，机械密封43内的液体温度也随之升高以使机械式密封的密封空间形成一个高温区域，并与相连通的低温区域形成微小的压力差；

机械密封43内的液体受热压力升高后，流体通过高温管38流向冷却器30并释放热量，通过观测管47观察液体流动的状态；

冷却器30内的液体一方面依靠外接水管34将被释放热量传走，将温度降低，另一方面液体依靠自身的重力通过低温管40、液流导管装置48流回高温区域，以形成一个温差环流；

重复上述循环过程，不断进行将热量传递给外接冷却水46。

以下是采用本发明的方法和装置的一个应用实例：

1）乳化液提升泵机械式密封发热量和冷却器功率功率的计算和确定：

乳化液提升泵相关参数：

介质－乳化液130℃（比重ρ取1000kg/m³）（现场测得）

介质压力－2bar（即0.2×10⁶N/m²）

密封腔指定温度－120℃（现场测得）

水比热容－4.2×10³J/Kg.℃（查表得）

密封参数：密封面接触外径：D₁＝62

密封面接触内径：D₂=45

有效的密封平衡直径：D₃＝50

密封件在工作长度时的弹性力：F_SP＝188N（查表得）

密封面面积：A=(π/4)*(D₁ ²-D₂ ²)=(π/4)*(62²-45²)=1429mm²

密封平衡：B＝（D₁ ²-D₃ ²)/（D₁ ²-D₂ ²)＝（62²-50²)/（62²-45²)＝0.74密封面上总作用力：

其中，介质压力D_P＝0.2×10⁶N/m²，

压降系数k＝0.5（查表得）

摩擦系数f＝0.07（查表得）

密封面平均直径：D₄=(D₁+D₂)÷2=(62+45)÷2=53.5mm

密封面的线速度：

V=π*D₄*10^-3*n/60=π*53.5*10^-3*1450/60=4.06m/s

密封面上产生的热量：Q₁=F*V=6.995*4.06=28.4W

密封腔需要带走的热量：

Q₂=0.249*D₃*ΔT=0.249*50*(130-120)=124W

机封的总热量：Q=Q₁+Q₂=28.4+124.5=152.9W

所需冷却器功率：P=2Q=2*152.9=305.8W

冷却器导热量：Q_L＝(T₀-T_i)2πλ_effL/(d₂/d₁)

外管温度：T₀＝30℃（现场测得）

内管温度：T_i＝25℃（现场测得）

内管直径：d₁=25mm

外管直径：d₂=100mm

热管长度：L=150mm

等效导热系数：λ_eff=0.617W/m·°C（查表得）

所以，Q_L=(30-25)*2*3.14*0.617*150/(150/25)=484W

通过以上计算所得数据我们知道，带走机械式密封发热量所需冷却器功率为305.8W,现场设计夹套式冷却器功率为484W。所以，此冷却器完全满足现场需求，热量基本平衡。

2）冷却器充液率的确定：

在本装置中，我们取充液率为70％。装置空间的容积约为3L，则添加的液体容积为2.2L。

3）高温管及低温管倾角：

在本装置中，高温管38和低温管40在空间内是互相平行的，并且与水平轴线的夹角为α=45°。

4）液体工质：

根据实际工况，水比较合适做为装置的液体工质。

5）管径的影响

相同的对流换热条件下，小管径的热阻更小，运行和传热性能更好。

计算管径：

d_i＝(1.78Q_en)^0.5{πr(ρ₁ ^-1/4+ρ_v ^-1/4)^-2[gσ(ρ₁-ρ_v)]^1/4}^0.5

已知：热管传输功率Q_en=1.5Q=1.5*152.9=0.23KW

液相密度：ρ₁=958kg/m³（查表得）

气相密度：ρ_v=0.6kg/m³（查表得）

气化潜热：γ=2258kJ/kg（查表得）

工质表面张力系数：σ=558.6*10^-4N/m（查表得）

所以，通过计算：

d_i＝(1.78×0.23)^0.5{3.14×2258×(958^-1/4+0.6^-1/4)^-2×[9.8×558.6×10^-4×(958-0.6)]^1/4}^0.5=11.2mm

所以，通过查表装置选用￠12×0.45的铜内螺纹管。

6）内部压力的确定

压力计算：

P＝(1+10%)D_P＝(1+10%)*2＝2.2Bar

式中：P－装置压力  D_P-泵内介质压力

7）冷却器高度的确定

冷却器30必须安装在一定的高度以保证有足够的重力压差使的水回流，在本装置中，取冷却器30底部距机械式密封43轴线高1M，即：H=1M。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (18)

1.一种乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，所述机械式密封包括随泵轴旋转的动环和与所述动环接触密封的静环，所述动环和静环形成一个外部的密封空间；其特征在于，所述装置包括:高温区域，由所述密封空间构成以形成机械式密封的散热区；低温区域，包括一个全封闭夹套式冷却器；温差环流管道，连接所述高温区域和所述低温区域；以及可控制压力气路，连接于所述冷却器。

2.根据权利要求1所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述全封闭夹套式冷却器设有温差环流进口和温差环流出口，通过所述温差环流管道与机械式密封的密封空间相连通。

3.根据权利要求1或2所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述全封闭夹套式冷却器包括外管和位于外管内的内管，所述内管通过内管封头与冷却水管道连接；所述外管与内管内的液体形成相互成逆向的流动。

4.根据权利要求3所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述冷却器的外管还设有玻璃液位计。

5.根据权利要求1所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述温差环流管道为内螺纹管并倾斜安装，包括相互平行的高温管和低温管，所述低温管位于高温管之下。

6.根据权利要求5所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述高温管其一端连接所述温差环流管进口，另一端连接机械式密封的热流出口；所述低温管其一端连接所述温差环流管出口，其另一端连接机械式密封的冷流入口。

7.根据权利要求5所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述高温管上还设有观测管。

8.根据权利要求5所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述倾斜安装的角度为与地面成30°≤α≤60°的夹角。

9.根据权利要求5所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述低温管上设有一个液流导管装置。

10.根据权利要求9所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述液流导管装置包括管体、出口管道、入口管道、盖帽和在管体内的多孔介质充填体。

11.根据权利要求10所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述多孔介质充填体是毛毡填充物。

12.根据权利要求1所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述可控制压力气路，包括压缩空气阀、压力表、调压阀和气源，压缩空气阀通过三通管接头与冷却器的外管连接。

13.根据权利要求1或12所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却装置，其特征在于，所述可控制压力气路的压力控制范围是：0.1～0.8Mpa。

14.一种乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却方法，所述机械式密封包括随泵轴旋转的动环和与所述动环接触密封的静环，所述动环和静环形成一个外部的密封空间；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供一个全封闭夹套式冷却器以形成一个低温区域，冷却器包括外管和内管；

将所述全封闭夹套式冷却器安装在所述机械密封中心线之上的一个高度并安装在固定物上；

使所述内管的两端内管封头分别与外接水管及冷却水出口阀和活接头及冷却水进口阀连接，并接通外接冷却水；

将所述高温管和低温管分别与冷却器连接，并使高温管和低温管相互平行并倾斜安装，并使低温管位于高温管之下；

打开注水阀以向所述全封闭夹套式冷却器内部注入液体工质，同时打开溢流阀，注入液体在溢流口处有液体溢出时关闭注水阀、溢流阀，以使整个系统形成封闭空间，并使机械式密封的密封空间充满液体；

打开压缩空气阀，通过调压阀调节气源的压力达到系统的要求值，通过压力表显示；

使所述乳化液提升泵运行，随着动环和静环在运行中摩擦升温，机械密封内的液体温度也随之升高以使机械式密封的密封空间形成一个高温区域，并与相连通的低温区域形成微小的压力差；

机械式密封的密封空间内的液体受热压力升高后，流体通过高温管流向冷却器并释放热量，通过观测管观察液体流动的状态以判断系统工作状态；

全封闭夹套式冷却器内的液体一方面依靠外接水管将被释放热量传走，将温度降低，另一方面液体依靠自身的重力通过低温管、液流导管装置流回高温区域，以形成一个温差环流；

重复上述循环过程，不断进行将热量传递给外接冷却水。

15.根据权利要求14所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却方法，其特征在于，所述全封闭夹套式冷却器底部距机械式密封中心线高度范围为：0.7M<H<1.5M。

16.根据权利要求14所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却方法，其特征在于，所述倾斜安装的角度为与地面成30°≤α≤60°的夹角。

17.根据权利要求14所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却方法，其特征在于，所述可控制压力气路的压力控制范围是：0.1～0.8Mpa。

18.根据权利要求14所述的乳化液提升泵机械式密封的自循环冷却方法，其特征在于，液体流动的状态包括：流动方向、流动速度和气泡大小。