CN104246131B - 密封结构、具有密封结构的输送装置以及密封结构的操作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于输送装置尤其是齿轮泵的密封结构(1)，其中内腔(5)能相对于外腔(6)被密封，该密封结构包括至少两个部件(2,3)，这两个部件各具有至少一个密封面(20,21)，其中该密封面(20,21)包括：沿该密封面(20,21)的第一中央周边的第一密封件(11)；沿该密封面(20,21)的第二侧向周边的第二密封件(12)；以及位于第一密封件(11)和第二密封件(12)之间的内空部(15)，其特征是，该内空部(15)能与具有冲扫介质的供应源(30)相连，使得该内空部(15)能利用冲扫介质被主动清扫。

Description

密封结构、具有密封结构的输送装置以及密封结构的操作 方法

技术领域

本发明涉及密封结构、具有密封结构的输送装置且尤其是齿轮泵，以及该密封结构的操作方法。

背景技术

许多聚合物作为熔体在接触到氧气时很易于发生反应。最少量的氧气已能造成反应，这种反应对聚合物性能产生不希望的作用。另外，不仅所制造的聚合物的质量可能显著降低，而且加入的氧气可能导致反应器内的整个反应计划失败。结果，必然抑制聚合化过程，除非反应器和可能有的供应管路以及输送装置被完全清洗。

因此，即在聚合化反应器中制造聚合物的过程中从聚合化过程和为此所需的设备组成部件中排除氧气是最重要的。

通常，齿轮泵作为输送装置被用在聚合反应器的下方。该齿轮泵所承担的任务是将最终反应产物从反应器卸出并且送入继续输送的设备组成部件。

为避免氧气接触到输送介质已经提出了，给重要(可能未密封)的工艺组成部件(例如齿轮泵)的壳套或罩体配设附加的保护壳套。对此，例如用金属板壳罩住相关的设备组成部件，在这里，在设备组成部件和保护壳套之间的空隙灌满纯氮气。

当正确地实施该方法时，虽然避免了氧气在工艺组成部件(如齿轮泵)的可能的泄漏部位进入，但所述已知的方法有以下主要缺点：

-设备组成部件的壳套的制造成本很昂贵，

-被罩套起来的设备组成部件不再容易接近，因而只能较差地进行观察并且只能在拆卸或者打开壳套之后进行维修，

-在罩套完整地输送装置时必然也罩住驱动装置，否则会在转动轴区域出现显著的氮气泄漏，这是因为驱动轴的密封较差，

-用于传感器和致动器(例如可由外操作的手轮和调节机构)的引线的密封只能很差地实现，

-已知的壳套并非最佳地密封，因此常有大量纯氮气白白漏掉。

-另外，在不密封的充有氮气的壳套的周围环境中存在工作人员窒息的危险，因为含氧气的环境空气被氮气排挤走。

为了密封在设备组成部件内的所需要的分界部位(一方面防止聚合物从处于高内压的输送装置逸出或者还有可能有的氧气进入)，采用了许多截然不同的密封变型方式。例如，为了密封在齿轮泵壳和齿轮泵盖之间的密封部位，充有气体的O形金属圈被装入所述盖或壳体。在通常条件下，它们可靠地密封以防止聚合物从处于高内压的泵跑出。但针对气体的密封作用并非在所有工况下都是最佳的。另一项现有技术是从外部对若干密封施加氮气但是氮气随后经缝隙向外流入环境。在此解决方案中也耗用大量氮气。而且，整个系统是不可控的。

发明内容

因此，本发明基于以下任务，即，提供一种改进的密封结构，其不具有已知结构的所列出的缺点中的至少一个缺点。

本发明首先涉及一种用于输送装置尤其是齿轮泵的密封结构，其中，内腔可相对于外腔被密封。该密封结构包括至少两个部件，这两个部件各具有至少一个密封面，其中该密封面包括：

-沿该密封面的第一中央周边的第一密封件；

-沿该密封面的第二侧周边的第二密封件；以及

-位于第一密封件和第二密封件之间的内空部，

其中，该内空部与具有冲扫介质的供应源相连，使得该内空部能利用冲扫介质被主动地清扫。

此外，该冲扫介质例如可以是气态的或液态的。对于气态冲扫介质，例如氮气通常是合适的。对于液态冲扫介质，例如硅油是合适的。而且，尤其选择关于输送介质是惰性的这样的冲扫介质。因此，不会出现不希望的输送介质的变化。

本发明的密封结构的一个变型实施方式在于，第一密封件和/或第二密封件包括O形圈或螺旋密封件。

本发明的密封结构的其它变型实施方式在于，供应源如此构造，即，能保持该冲扫介质恒定地流过内空部或者保持在冲扫介质在内空部中的压力恒定。

本发明的密封结构的其它变型实施方式在于，该内空部和供应源如此构造，即能保持闭合的气体循环。

本发明的密封结构的其它变型实施方式在于，该内空部至少在局部平行于第一密封件和/或第二密封件延伸。

本发明的密封结构的其它变型实施方式在于，设有用于冲扫介质的进口部位和用于冲扫介质的出口部位，它们与该内空部有效地相连。

本发明的密封结构的其它变型实施方式在于，其中的第一部件是输送装置的壳体，第二部件是输送装置的壳体上的盖。

本发明的密封结构的其它变型实施方式在于，设有用于测量流过内空部的冲扫介质的流量的流量计。

本发明的密封结构的其它变型实施方式在于，该冲扫介质是惰性气体尤其是氮气，或者是惰性液体尤其是硅油。

本发明的密封结构的其它变型实施方式在于，该内空部是槽。

另外，本发明的输送装置尤其是齿轮泵用于在内腔中运送输送介质，所述内腔基本以气密的方式与外腔密封，其中该输送装置具有至少一个根据先前实施方式的本发明的密封结构。

最后，提出一种用于运行本发明密封结构的方法，其中，该密封结构包括位于第一密封件和第二密封件之间的内空部，该内空部用冲扫介质来冲扫。该方法的一个实施方式在于，流过该内空部的冲扫介质的流量以及内空部中的冲扫介质的压力被保持恒定。

该方法的其它实施方式在于，在该内空部中的冲扫介质的流量被测量。

该方法的其它实施方式在于，由流量测量来确定可能有的冲扫介质的介质损失，并且在超出用于介质损失的预定阈值时启动声音警报指示装置和/或可视警报指示装置。对此明确指出，以上针对密封结构、输送装置或者方法所述的变型实施方式可以按照任何方式组合。只排除了那些否则会导致相互矛盾的组合或者组合之组合。

附图说明

以下将结合示出了可能的变型实施方式附图来进一步描述本发明，其中：

图1以示意图示出了本发明的密封结构的第一变型实施方式，

图2又以示意图示出了本发明的密封结构的第二变型实施方式，

图3示出了利用本发明的密封结构相对于外界被密封的齿轮泵，

图4以俯视图示出了本发明的密封结构，

图5是用于监测冲扫介质流过内空部的冲扫介质的流量的框图，

图6示出了本发明的密封结构的另一个变型实施方式。

具体实施方式

图1以横向于密封走向的截面图示意性示出了用于本发明的密封结构1的第一变型实施方式。密封结构1适用于气密地密封两个可分离地连接的部件2和3。此时应该防止尤其是气体会从外腔6进入内腔5或反之亦然。从在齿轮泵情况下例如是泵内腔的内腔5起，密封结构1首先包括第一密封件11。从例如是周围环境的外腔6起，密封结构1首先包括第二密封件12。在第一密封件11和第二密封件12之间设有例如呈槽状的内空部15，冲扫介质如氮气流过该内空部。内空部15可以设置在部件3(图1)内，或设置在部件2(图2)内。也可以想到以下变型实施方式，在这里，内空部15既设置在第一部件内，也设置在第二部件内(附图未示出)。

因此，密封结构1以两级形式构成，即，设有第一密封件11和第二密封件12。在所述两个密封11和12之间设有冲扫区，在冲扫区内通过明确设定的内空部15加入冲扫介质，冲扫介质主动流过内空部15并携带可能流入的氧气并有目的地将氧气送走，因而内腔5中的输送介质不会接触到氧气。也就是说，根据本发明，冲扫介质主动流入由两个密封11、12之间间隙构成的但尤其由内空部15(因为内空部占最大横截面积)构成的冲扫区并被主动排出。

所述密封件11、12例如可以是O形圈。但要明确指出的是，本发明原则上在所述任何密封类型中都完美地发挥作用。在另一个变型实施方式中，可以想到采用两种不同的密封类型，即，第一密封件11和第二密封件12不一定按照相同的原理工作。尤其是螺旋密封件(例如能以商品名Spiroflex获得)也适合用作密封件。该螺旋密封件由螺旋卷绕的密封材料构成，其在预应力下被压紧。因此在理论上，螺旋密封件具有沿卷绕的螺旋槽的最小泄漏通路。因此，该螺旋密封件也算作非完全密封件。也就是在这样的非完全密封中，本发明的密封结构还是实现了良好的密封，尤其是对于气态冲扫介质而言。

本发明尤其在密封结构1的若干组成部件失效时也相对于已知的密封结构具有显著优点。

在第一密封件11失效时，灼热的聚合物一直到达第二密封件12并且在最糟糕情况下最大程度地堵塞了冲扫通道即内空部15。而且还有以下可能，即冲扫介质进入内腔5，因此接触到输送介质。众所周知，这没有危险，这是因为将冲扫介质选择为不会因接触冲扫介质而被改变。

在第二密封件12失效的情况下，冲扫介质在最糟糕情况下进入周围环境。这一情况可利用还将描述的方法来发现并根据需要加以指明。

即使在氧气通过第二密封件12扩散到(如果未被主动送走)冲扫介质(在此例如是氮气)可能在此聚集且随后可能进入工艺过程的冲扫腔的可能性也通过主动吹走而被消除。

本发明的密封结构1具有以下优点中的至少一个：

-多重密封，就像根据具有第一密封件11和第二密封件12的本发明密封结构提出的那样，更好地经受住密封的失效，确切说与是否采用相同或不同的密封类型无关。例如如果第一密封件(即内密封件)11、11失效，例如因为被用在齿轮泵中的盖弯曲、密封材料烧毁、脆化、长期影响(尤其是对输送介质)，外密封件12还在发挥密封作用。

-用于冲扫介质的体积相对小，并且在局部在密封区内清楚界定；可借此避免冲扫介质的严重泄漏。

-能有目的地调节冲扫介质流量，并且在不存在对人威胁的地点排出。

-密封结构1在两个方面可以控制：其一，可以发现变化，尤其是在冲扫介质的管路关闭时的冲扫介质流减少或压力下降。其二，在第一密封件11和第二密封件12之间的以及在第二密封件12(即在外腔6中)之外的每个单独密封区(即在第一密封件11内，即在内腔5中)可填充有氦气，以便能发现密封结构的泄漏。

-省除设备组成部件的壳套，为此可以更好地接近设备组成组件以进行维护工作。

当密封面20、21暂时提升时(如因为较高的机械载荷)，冲扫介质也可靠防止氧气进入。

本发明的密封结构1尤其适用在齿轮泵中，在这里，密封结构1可用在两个泵盖的每一个泵盖上。另外，本发明的密封结构尤其适用在突入齿轮泵的传感器或者致动器的所有的密封盖和所有的密封部位。总体而言，本发明的密封结构尤其适用于所有静态密封部位。

在图3中示出了齿轮泵的截面，齿轮泵由泵壳40、第一盖41、第二盖42组成，驱动轴43穿过第一盖向外伸出，第二盖在泵壳40的关于第一盖41对置的一侧。还用附图标记1表示密封结构，如已结合图1和2举例描述的那样，在这里，通过供应管路和排出管路45来供应或排出冲扫介质。本发明的密封结构1被用于静态密封传感器单元46，如压力传感器或用于控制流通阀的致动器单元47，如通常在齿轮泵的回流通道内所需要的那样。

对于从泵壳40和第一盖41伸出的驱动轴43的密封，动态密封是有利的，像例如在相同申请人的EP0881392B1中已描述的那样。

图4以俯视图示出了图1和2的密封结构，在这里示出了内腔5和外腔6，无需用附图标记进一步说明。关于内腔5和密封结构的其它组成部件，第一密封件11设置在中央周边上，第二密封件12设置在侧周边上。在第一密封件11和第二密封件12之间设有内空部15，但它在供应管路50和排出管路51的区域内是中断的，以便允许以冲扫介质主动流过内空部15。

如图4所示的密封结构也比如被称为“Ω”结构，这是因为冲扫介质的流进和流出通过Ω形内空部15来实现。此时，进流管路和排流管路紧密并排，冲扫介质须从进口起以流过几乎绕整个圆的长流路(即至少在内腔5周围)的方式环绕流至出口。由此保证了在例如呈环形布置的密封件11、12之间的整个周围流过。

从迄今描述的密封结构中可以看出这些密封件11和12布置在一个平面内。在本发明的又一个变型实施方式中规定了，所述密封件11和12布置在该平面外(例如待密封部件的拐角)。

图5在示意图中示出了用于控制冲扫介质流过密封结构1的内空部15的流通系统。该流通系统首先由供应源30(例如储装有足够多的冲扫介质的压力容器)构成，其与供应管路系统通过控压阀60相连并通过流量计61与密封结构1的供应管路50相连。在图5中，为了简明起见而仅以一个Ω形示意性示出密封结构。排出管路51又与管路系统相连，其通过阀64和截止阀门65通向出口66，在出口处例如实现了可控的对外排出。为了监测密封结构内的压力状况，不仅在入口侧(即在供应管路50内)，而且在出口侧(即在排出管路51中)，分别设有压力传感器62、63。

本发明所提出的流通系统提供了可以有目的地搜索泄漏的可能性。为此所需要的是，不仅测量在流入冲扫通道(内空部15)时的体积流和压力，也测量在冲扫介质流出时的流出压力。通过一个附加的通/断开关，可以有目的地中断冲扫介质流。因此，压力和流量的评估允许说明密封结构的工作方式和可能有的故障。在本发明的另一个实施方式中规定，对于齿轮泵上的每个单独密封结构实现这样的穿过系统，从而可以单独检测所有独立的密封结构的功能。

此时尤其有利的是，可以在齿轮泵全力运行时进行检测，而不对聚合化过程产生影响。

当出现泄漏时，可通过给若干冲扫通道填充氦气来单独检查每个密封结构。此时，一方面可以发现氦气向内泄漏到反应器中。另一方面，也可以利用在齿轮泵外的探测头来有目的地搜索并发现外密封件泄漏。

相应的接通阀门和管接头在图5中未被同时示出。冲扫介质压力大于大气压是理想的，即，槽内存在较小的过压。

另外，明确指出尤其用于密封从外界穿入输送装置内腔5的传感器或致动器的本发明密封结构也可以通过拐角来设置，这还将结合图6来进一步描述。在此情况下，完全可得到一个中央密封件和一个或多个侧密封件。

图6示出了该输送装置的在直达泵内腔5中的传感器46引线部位的截面。这种引线也须被密封。传感器46通过以螺纹方式安装至泵盖2(第一部件)的夹紧凸缘7来固定。在此情况下，在传感器46外径上的密封部位须通过中央密封件11和侧密封件12b来密封。在夹紧凸缘7和泵盖2之间的其它密封部位通过第二中央密封件12a来密封。在所述密封件之间具有一个内空部15，或者(如图6的右侧所示)具有两个内空部15a、15b。

Claims (14)

1.一种用于包括啮合的齿轮的用于泵送聚合物的齿轮泵的静态密封结构(1)，在所述齿轮泵中，包括所述齿轮的内腔(5)能相对于周围的外腔(6)被密封，该静态密封结构包括至少两个部件(2,3)，这两个部件各具有至少一个密封面(20,21)，其中该密封面(20,21)包括：

-沿所述密封面(20,21)的第一中央周边的第一密封件(11)；

-沿所述密封面(20,21)的第二侧向周边的第二密封件(12)；以及

-位于所述第一密封件(11)和所述第二密封件(12)之间的内空部(15)，

其特征是，设有用于冲扫介质的进口部位和用于冲扫介质的出口部位，所述进口部位和所述出口部位与所述内空部(15)有效地相连，并且所述内空部(15)与具有冲扫介质的供应源(30)相连，使得所述内空部(15)利用为惰性气体或惰性液体的冲扫介质被主动地清扫，其中，所述内空部(15)和所述供应源(30)如此构造，即，能保持闭合的冲扫介质循环，

所述静态密封结构(1)还包括用于为了进行泄漏测试而中断冲扫介质流的附加的通/断开关。

2.根据权利要求1所述的静态密封结构(1)，其特征是，所述第一密封件(11)和/或所述第二密封件(12)包括O形圈或螺旋密封件。

3.根据权利要求1或2所述的静态密封结构(1)，其特征是，所述供应源(30)如此构成，即，能保持冲扫介质恒定地流过所述内空部(15)或者保持冲扫介质在所述内空部(15)中的压力恒定。

4.根据权利要求1所述的静态密封结构(1)，其特征是，所述内空部(15)至少在局部平行于所述第一密封件(11)和/或所述第二密封件(12)延伸。

5.根据权利要求1所述的静态密封结构(1)，其特征是，所述两个部件(2,3)中的第一部件(2)是所述齿轮泵的壳体，所述两个部件(2,3)中的第二部件(3)是所述齿轮泵的所述壳体上的盖。

6.根据权利要求1所述的静态密封结构(1)，其特征是，设有用于测量流过所述内空部(15)的冲扫介质的流量的流量计。

7.根据权利要求1所述的静态密封结构(1)，其特征是，所述内空部(15)是槽。

8.根据权利要求1所述的静态密封结构(1)，其特征是，所述惰性气体是氮气。

9.根据权利要求1所述的静态密封结构(1)，其特征是，所述惰性液体是硅油。

10.一种具有至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的静态密封结构(1)的齿轮泵。

11.一种操作根据权利要求1至9中任一项所述的静态密封结构(1)的方法，其特征是，所述内空部(15)用所述冲扫介质来冲扫。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征是，流过所述内空部(15)的冲扫介质的流量或者所述内空部(15)中的冲扫介质的压力保持恒定。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征是，测量流过所述内空部(15)的冲扫介质的流量。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征是，通过流量测量来确定可能有的冲扫介质的介质损耗，并且在超过用于介质损耗的预定阈值时启动声音警报指示装置和/或可视警报指示装置。