CN104863890B - 高温高压强制热水循环泵用机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，包括泵轴、热交换器，泵轴装有泵轴套，泵轴套与泵盖连接，泵盖与主级封座连接，主级封座的外侧末端设有次级封座，主级封座与泵轴套之间设有密封腔一，密封腔一内设有带螺纹泵的主级封动结构、主级封静结构，主级封座上开设有内循环进液口、内循环出液口，内循环进液口、内循环出液口分别与热交换器相贯通，次级封座与泵轴套之间设置有密封腔二，密封腔二内设有次级封动结构、次级封静结构，主级封座开设有冷却水外循环进液口和外循环出液口，所述冷却水由动力厂净水管道提供。解决现有技术中使用效果不理想，维护成本高，使用寿命短，价格高的技术问题。

Description

高温高压强制热水循环泵用机械密封装置

技术领域

本发明涉及热水循环泵技术领域，尤其涉及一种高温高压强制热水循环泵用机械密封装置。

背景技术

现有技术中，高温高压强制性热水循环泵广泛应用于冶金、电力、轻纺、石油、化工、橡胶、供暖供热等系统领域中，输送高温高压热水及物理化学性质类似于水的液体介质。高温热水易生产汽化，引起机械密封端面的液膜破坏，使动、静环两接触端面处于半干摩擦或干摩擦状态，易造成两接触端面磨损致使密封失效，降低寿命。同时，由于水在高温状态下汽化压力极高，机封必须承受较高的压力，因此增加了密封系统的设计难度，传统的密封结构已远远不能满足高温高压强制性热水循环泵的要求。

《通用机械》(2007年增刊)P60所述的“高温高压热水循环泵密封装置的设计及研究”中给出了一种密封系统装置，密封系统装置由一级浮动密封、组合密封、填料密封及辅助冲洗冷却系统组成，他们的配合使用较大程度地提高了密封系统的可靠性、安全性。但实际使用过程中由于高温的影响填料泄漏严重，须经常停泵更换填料，劳动强度大，材料消耗也较大。

《排灌机械》第25卷第2期(2007年3月)P14所述的高压热水循环泵机械密封设计计算及改造中给出了一种串联式机械密封，介质端密封采用耐高温金属波纹管机械密封；二级密封采用普通结构机械密封，并对密封腔进行冲洗冷却，采用API PLAN52(氮气外加压)密封冲洗方案。该装置从原理上能够适用高温高压工况，但实际使用时效果并不理想，维护成本高，价格贵，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，解决现有技术中使用效果不理想，维护成本高，使用寿命短，价格高的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，包括泵轴、热交换器，所述泵轴在靠近高温高压热水介质的叶轮一侧套装有泵轴套，所述泵轴与泵轴套的端面配合处设有O型密封圈，所述泵轴套与泵盖连接，所述泵盖在远离叶轮的轴承箱一侧与主级封座连接，所述主级封座的外侧末端设有次级封座，所述主级封座与泵轴套之间设置有密封腔一，所述密封腔一内部依次设有带螺纹泵的主级封动结构、主级封静结构，主级封动结构与泵轴套的外圆配合，主级封静结构与主级封座的内孔配合，主级封动结构与主级封静结构的轴向端面配合，所述主级封座上开设有内循环进液口、内循环出液口，所述内循环进液口、内循环出液口分别与热交换器相贯通，所述次级封座与泵轴套之间设置有密封腔二，所述密封腔二内部依次设置有次级封动结构、次级封静结构，次级封动结构与泵轴套的外圆柱端面配合，次级封静结构与次级封座的内环形槽配合，次级封动结构与次级封静结构的轴向端面配合，所述主级封座开设有冷却水外循环进液口和外循环出液口，所述冷却水由动力厂净水管道提供。

所述主级封动结构包括动环座、波纹管弹簧、动环浮动座、硬质合金密封环，所述主级封静结构包括密封橡胶套，在密封橡胶套的内孔中设有静环硬质合金密封环，所述动环座通过紧定螺钉固定在轴套上，动环座轴向后侧设有波纹管弹簧，波纹管弹簧支撑动环浮动座，动环浮动座一端嵌有硬质合金密封环，在波纹管弹簧力的作用下，硬质合金密封环与静环硬质合金密封环紧密贴合。

所述动环浮动座与轴套间设计有O型密封圈，动环浮动座外圆加工有大导程螺纹槽，与主级封座间保持合理的间隙而成为螺纹泵能够进行介质的循环。

所述动环浮动座在与静环硬质合金密封环接触的一端设有斜面。

所述次级封动结构包括动环、O型密封圈、销钉，动环为石墨环，动环的内环形孔与轴套间设置有O型密封圈，动环与轴套通过销钉连接，通过销钉传递扭距。

所述次级封静结构包括静环浮动座、静环支撑座，所述静环浮动座嵌有硬质合金环，静环浮动座装入静环支撑座，静环支撑座的弹簧固定孔中设有多个弹簧，弹簧使静环浮动座的轴向滑动、保持硬质合金环与动环紧密贴合。

所述静环浮动座的外圆环槽中设有O型密封圈，静环浮动座的外圆面通过O型密封圈与静环支撑座的内孔密封配合。

所述泵轴套与泵盖之间设置有节流环。

本发明的有益效果：

1.本发明采用主密封及次级密封串联式组合使用，采用双重密封，保证介质不泄漏；同时设计有螺纹泵装置实现冷却介质的自动循环，保证了密封的可靠性，延长了使用寿命，降低了密封维修及更换造成的人力、物力及资源的浪费，解决现有技术中使用效果不理想，维护成本高，使用寿命短，价格高的技术问题。

2.本发明采用了双重冷却，加强了冷却介质和密封冲洗冷却水的循环，很大程度上提高了密封冷却效果；本发明采用热交换器带走了密封端面间摩擦产生的热量，同时降低了密封腔的温度，提高了密封的可靠性，延长了密封的使用寿命。

3.泵轴套与泵盖之间设置有节流环，能够降低从泵腔内高压介质传递过来的压力，控制介质进入密封腔一的数量。

4.主级封座设有内循环进液口和内循环出液口，使热水通过热交换器进行冷却。

5.动环浮动座在与静环硬质合金密封环接触的一端设有不大于45°斜面，以分解轴向力，能够有效地分解密封腔内液体介质对机封平面施加的轴向力，提高了机封弹簧的寿命。

6.动环浮动座一端嵌有硬质合金密封环，在波纹管弹簧力的作用下，硬质合金密封环与静环硬质合金密封环紧密贴合，保持密封状态。动环浮动座与轴套间设计有O型密封圈，动环浮动座外圆加工有大导程螺纹槽，与主级封座间保持合理的间隙而成为螺纹泵能够进行介质的循环。

7.动环与轴套通过销钉连接，通过销钉传递扭距，动力传递可靠，静环支撑座的弹簧固定孔中设有多个弹簧，保证静环浮动座的轴向滑动，使硬质合金环与动环紧密贴合，静环浮动座的外圆环槽中设有O型密封圈，静环浮动座的外圆面通过O型密封圈与静环支撑座的内孔密封配合，密封可靠性高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的系统示意图；

图3为本发明带螺纹泵的主级密封结构图；

图4为本发明的次级密封结构图。

图中，1、泵轴，2、热交换器，3、泵轴套，4、泵盖，5、主级封座，6、次级封座，7、密封腔一，8、主级封动结构，9、主级封静结构，10、内循环进液口，11、内循环出液口，12、密封腔二，13、次级封动结构，14、次级封静结构，15、节流环，16、外循环进液口，17、外循环出液口，18、O型密封圈，81、动环座，82、紧定螺钉，83、波纹管弹簧，84、动环浮动座，85、O型密封圈，86、硬质合金密封环，87、不大于45°斜面，91、静环硬质合金密封环，92、密封橡胶套，131、动环，132、O型密封圈，133、销钉，141、硬质合金环，142、O型密封圈，143、静环浮动座，144、静环支撑座，145、小弹簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至4所示，一种高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，包括泵轴1、热交换器2，所述泵轴1在靠近高温高压热水介质的叶轮一侧套装有泵轴套3，所述泵轴1与泵轴套3的端面配合处设有O型密封圈18，所述泵轴套3与泵盖4连接，所述泵盖4在远离叶轮的轴承箱一侧与主级封座5连接，所述主级封座5的外侧末端设有次级封座6，所述主级封座5与泵轴套3之间设置有密封腔一7，所述密封腔一7内部依次设有带螺纹泵的主级封动结构8、主级封静结构9，主级封动结构8与泵轴套3的外圆配合，主级封静结构9与主级封座5的内孔配合，主级封动结构8与主级封静结构9的轴向端面配合，所述主级封座5上开设有内循环进液口10、内循环出液口11，所述内循环进液口10、内循环出液口11分别与热交换器2相贯通，所述次级封座6与泵轴套3之间设置有密封腔二12，所述密封腔二12内部依次设置有次级封动结构13、次级封静结构14，次级封动结构13与泵轴套3的外圆柱端面配合，次级封静结构14与次级封座6的内环形槽配合，次级封动结构13与次级封静结构14的轴向端面配合，所述主级封座5开设有冷却水外循环进液口16和外循环出液口17，所述冷却水由动力厂净水管道提供。所述泵轴套3与泵盖4之间设置有节流环15。

所述的主级封动结构8包括动环座81、波纹管弹簧83、动环浮动座84、硬质合金密封环86，所述主级封静结构9包括密封橡胶套92，在密封橡胶套92的内孔中设有静环硬质合金密封环91，所述动环座81通过紧定螺钉82固定在轴套3上，动环座81轴向后侧设有波纹管弹簧83，波纹管弹簧83推动动环浮动座84在轴套3上滑动，动环浮动座84一端嵌有硬质合金密封环86，在波纹管弹簧83弹簧力的作用下，硬质合金密封环86与静环硬质合金密封环91紧密贴合，保持密封状态。动环浮动座84与轴套3间设计有O型密封圈85，动环浮动座84外圆加工有大导程螺纹槽，大导程螺纹槽与主级封座5内孔间具有合理的间隙，热水泵轴旋转时螺纹槽对液体介质产生轴向提升力从而形成螺纹泵能够进行介质的循环，所述动环浮动座84与静环硬质合金密封环91接触的一端上设有不大于45°斜面87，以分解轴向力。

次级密封为轴向距离比较短的平面式机械密封，包括次级封动结构13、次级封静结构14。所述次级封动结构13包括动环131、O型密封圈132、销钉133，动环131为石墨环，动环131的内环形孔与轴套3间设置有O型密封圈132，动环131与轴套3通过销钉133连接，通过销钉133传递扭距。

所述次级封静结构14包括静环浮动座143、静环支撑座144，所述静环浮动座143嵌有硬质合金环141，静环浮动座143装入静环支撑座144，静环支撑座144的弹簧固定孔中设有多个小弹簧145，保证静环浮动座143的轴向滑动，使硬质合金环141与动环131紧密贴合。静环浮动座143的外圆环槽中设有O型密封圈142，静环浮动座143的外圆面通过O型密封圈142与静环支撑座144的内孔密封配合。

本发明工作原理如下：设计为双级密封，主密封与次级密封的串联使用很好地控制了密封腔温升。密封采用了组合冷却冲洗方案即内循环冷却循环冲洗与外循环急冷冲洗配合使用。密封腔内主密封动环外圆设计有螺纹泵装置，密封腔内通过主密封动环外圆的螺纹泵将腔里的热水泵送到换热器中，经过换热后水温降至70℃以下，再从循环入口回到密封腔内动静环结合处，反复循环，使密封腔始终处于低温环境。密封外侧设计有急冷进液口和排液口，同时在轴套该端位置设计有螺纹泵装置，和主级封静结构内圆保持合理间隙，旋向和主密封动环浮动座外圆的螺纹泵方向相反，能够进行主密封和次级密封冷却水的循环，通过急冷对主密封进行再次冷却，并且对次级密封也起到了冷却的效果。主密封动环浮动座在与静环硬质合金密封环接触的一端设计为不大于45°斜面，有效地分解了密封腔内液体介质对机封平面施加的轴向力，提高了机封弹簧的寿命。主密封动环弹形元件设计为波形弹簧，能够承受较高的温度及压力。次级密封设计为轴向尺寸较短的机械密封，弹形元件为多弹簧结构，能够适应不同的转向。

本发明采用主密封及次级密封串联式组合使用，同时设计有螺纹泵装置实现冷却介质的自动循环，保证了密封的可靠性，延长了使用寿命，降低了密封维修及更换造成的人力、物力及资源的浪费。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，其特征是，包括泵轴、热交换器，所述泵轴在靠近高温高压热水介质的叶轮一侧套装有泵轴套，所述泵轴与泵轴套的端面配合处设有O型密封圈，所述泵轴套与泵盖连接，所述泵盖与主级封座在轴承箱一侧连接，轴承箱为远离叶轮的轴承箱，所述主级封座的外侧末端设有次级封座，所述主级封座与泵轴套之间设置有密封腔一，所述密封腔一内部依次设有主级封静结构、带螺纹泵的主级封动结构，主级封动结构与泵轴套的外圆配合，主级封静结构与主级封座的内孔配合，主级封动结构与主级封静结构的轴向端面配合，所述主级封座上开设有内循环进液口、内循环出液口，所述内循环进液口、内循环出液口分别与热交换器相贯通，所述次级封座与泵轴套之间设置有密封腔二，所述密封腔二内部依次设置有次级封动结构、次级封静结构，次级封动结构与泵轴套的外圆柱端面配合，次级封静结构与次级封座的内环形槽配合，次级封动结构与次级封静结构的轴向端面配合，所述主级封座开设有冷却水外循环进液口和外循环出液口，所述冷却水由动力厂净水管道提供。

2.如权利要求1所述的高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，其特征是，所述主级封动结构包括动环座、波纹管弹簧、动环浮动座、硬质合金密封环，所述主级封静结构包括密封橡胶套，在密封橡胶套的内孔中设有静环硬质合金密封环，所述动环座通过紧定螺钉固定在轴套上，动环座轴向后侧设有波纹管弹簧，波纹管弹簧支撑动环浮动座，动环浮动座一端嵌有硬质合金密封环，在波纹管弹簧力的作用下，硬质合金密封环与静环硬质合金密封环紧密贴合。

3.如权利要求2所述的高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，其特征是，所述动环浮动座与轴套间设计有O型密封圈，动环浮动座外圆加工有大导程螺纹槽，大导程螺纹槽与主级封座内孔间具有设定的间隙，热水泵轴旋转时螺纹槽对液体介质产生轴向提升力，从而形成螺纹泵能够进行介质的循环。

4.如权利要求2所述的高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，其特征是，所述动环浮动座在与静环硬质合金密封环接触的一端设有斜面。

5.如权利要求1所述的高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，其特征是，所述次级封动结构包括动环、O型密封圈、销钉，动环为石墨环，动环的内环形孔与轴套间设置有O型密封圈，动环与轴套通过销钉连接，通过销钉传递扭距。

6.如权利要求1所述的高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，其特征是，所述次级封静结构包括静环浮动座、静环支撑座，所述静环浮动座嵌有硬质合金环，静环浮动座装入静环支撑座，静环支撑座的弹簧固定孔中设有多个弹簧，弹簧使静环浮动座的轴向滑动、保持硬质合金环与动环紧密贴合。

7.如权利要求6所述的高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，其特征是，静环浮动座的外圆环槽中设有O型密封圈，静环浮动座的外圆面通过O型密封圈与静环支撑座的内孔密封配合。

8.如权利要求1所述的高温高压强制热水循环泵用机械密封装置，其特征是，所述泵轴套与泵盖之间设置有节流环。