CN105298904B - 潜水式马达泵、马达泵及串联机械密封 - Google Patents

Abstract

一种潜水式马达泵包括具有冷却剂的循环通道(24A，24B，24C和24D)的水套(11)、用于循环冷却剂的离心叶轮(20)、能够在循环通道(24A，24B，24C和24D)和离心叶轮(20)的流体入口之间提供流体连通的抽吸通道以及能够在离心叶轮(20)的流体出口和循环通道(24A，24B，24C和24D)之间提供流体连通的排出通道。排出通道包括由两个壁表面形成的热交换通道(80)，一个壁表面由与通过主叶轮(12)传送的液体接触的构件构成。热交换通道(80)具有从离心叶轮(20)的流体出口径向向外延伸的圆形形状。热交换通道(80)包括在转动轴(1)的轴向上具有长度分量的至少一个轴向通道区段。

Description

潜水式马达泵、马达泵及串联机械密封

本申请是申请日为2010年10月7日、国际申请号为PCT/JP2010/068099、国家申请号为201080063522.6、名称为“潜水式马达泵、马达泵及串联机械密封”的进入中国国家阶段的国际申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有用于马达的冷却机构的潜水式马达泵。

本发明还涉及用于输送液体的马达泵。

本发明进一步涉及用于潜水式马达泵的串联机械密封。

背景技术

潜水式马达泵广泛地用于输送例如污水、废水或河水的含有污染物和灰尘混合物的液体。通常，马达布置在叶轮上方。因此，在低水位条件下，泵在马达暴露于大气的情况下操作。为了在这种情形下也充分地冷却马达，围绕马达设置水套并使液体循环经过水套以由此冷却马达。

用于冷却马达的液体包括泵的处理液(即将要通过泵传送的液体)和专用于冷却目的的冷却剂。在使用泵的处理液的情况下，灰尘和污染物会在水套内积累或造成水套阻塞。结果，需要频繁的维护。因此，越来越需要使用专门冷却剂的水套。

在使用冷却剂(或冷却液)的情况下，除了用于输送处理液的主叶轮外，有必要安装用于循环冷却剂的机构。作为这种循环机构，已经提出了一种叶轮，其独立于主叶轮设置在转动轴上，用于循环冷却剂。冷却剂应当与马达和处理液充分隔离。此外，马达也应当与处理液分离。具有串联布置的两个机械密封的串联机械密封通常用作用于将马达与处理液分离的密封机构。还提出了将循环机构的叶轮设置在两个机械密封之间。然而，含有叶轮的串联机械密封具有复杂的结构。特别是，当使用离心叶轮作为用于循环冷却剂的叶轮时，必须设计用于组装的结构。

此外，在使用冷却剂的马达冷却机构中，必须提供用于消散从马达传递到冷却剂的循环通道外部中的热的机构。提出的其中一种方案是通过冷却剂和经过泵壳体的处理液之间的热交换来消散冷却剂的热量。然而，马达和泵壳体之间的空间有限，因此难以确保用于热交换的充分传热区域。此外，有可能在主叶轮的外壳空间(即，主叶轮上方的区域，特别是主叶轮后面的区域中)形成空气袋(即，被捕集的空气)。这种空气袋会妨碍冷却剂和处理液之间的热交换。而且，空气袋还会妨碍机械密封的润滑和冷却。因此，机械密封的寿命会缩短。

发明内容

技术问题

因此，本发明的第一目的在于提供一种能够在循环经过围绕马达的水套的冷却剂和通过泵处理的液体之间有效地进行热交换的潜水式马达泵。

本发明的第二目的在于提供一种能够快速和可靠地驱逐留在用于输送液体的主叶轮后侧的空气的马达泵。

本发明的第三目的在于提供一种具有布置在两个机械密封之间的用于循环冷却剂的离心叶轮的串联机械密封。

冷却剂和处理液之间的热交换通过热交换构件来进行，通过离心叶轮来迫使冷却剂循环。因此，冷却剂的冷却作用基于强制对流热传递。热传递中的热量与热传递面积和热传递系数成比例。强制对流热传递中的热传递系数通过雷诺数和普朗特数表达。倘若不考虑由冷却剂的物理属性等确定的因素，冷却剂的速度越高，热传递系数越大。因此，通过提供大的热传递面积以及通过增加经过热传递表面的冷却剂的流速，可以增加热传递中的热量并增加冷却剂和处理液之间的热交换效率。为了增加流速，提供冷却剂流经的更窄的通道也是有用的。

解决问题的方案

为了实现本发明的第一目的，本发明的一方面提供一种潜水式马达泵，包括：具有冷却剂的循环通道的水套；被所述水套环绕的马达；由所述马达转动的转动轴；固定到所述转动轴的主叶轮；用于循环所述冷却剂的离心叶轮，所述离心叶轮能够与所述转动轴一起转动；能够在所述循环通道和所述离心叶轮的流体入口之间提供流体连通的抽吸通道；和能够在所述离心叶轮的流体出口和所述循环通道之间提供流体连通的排出通道。所述排出通道包括由彼此面对的两个壁表面形成的热交换通道。所述两个壁表面中的一个由与通过所述主叶轮传送的液体接触的构件构成。所述热交换通道具有从所述离心叶轮的所述流体出口径向向外延伸的圆形形状。所述热交换通道包括在所述转动轴的轴向具有长度分量的至少一个轴向通道区段。

在本发明的一个优选方面，轴向通道区段还在所述离心叶轮的径向上具有长度分量，并且所述轴向上的长度分量比所述径向上的长度分量长。

在本发明的一个优选方面，热交换通道还包括只在所述离心叶轮的径向上具有长度分量的至少一个径向通道区段。

在本发明的一个优选方面，潜水式马达泵还包括设置在所述径向通道区段中的引导导叶。

在本发明的一个优选方面，所述至少一个轴向通道区段包括第一轴向通道区段和第二轴向通道区段；所述至少一个径向通道区段包括第一径向通道区段和第二径向通道区段；并且所述第一径向通道区段、所述第一轴向通道区段、所述第二径向通道区段和所述第二轴向通道区段以此顺序布置以提供所述热交换通道。

在本发明的一个优选方面，所述热交换通道在其整个长度上具有大致恒定的高度。

在本发明的一个优选方面，所述循环通道包括通过隔板分开的向外通道和返回通道，所述排出通道连接到所述向外通道的入口，所述向外通道的出口连接到所述返回通道的入口，并且所述返回通道的出口连接到所述抽吸通道。

在本发明的一个优选方面，柔性块体设置在所述水套中，在所述循环通道中基本上不存在接触所述冷却剂的气体的区域。

在本发明的一个优选方面，柔性块体包括闭孔泡沫橡胶海绵。

根据本发明，采用离心叶轮作为用于循环冷却剂的叶轮。因此，冷却剂的压力可以增加，并且因此冷却剂能够循环经过狭窄通道。因此，冷却剂的流速可以很高，且可改善热交换的效率。此外，因为存在轴向通道区段，可以不扩大热交换通道的径向尺寸而增加热传递面积。此外，因为由离心叶轮形成的冷却剂的涡流在热交换通道中不被破坏，冷却剂的流速可保持很高，因此可改善热交换效率。

为了实现本发明的第二目的，本发明的一方面提供一种马达泵，包括：马达；由所述马达转动的转动轴；固定到所述转动轴的叶轮；和设置在所述叶轮上方的环形壁。所述叶轮具有用于加压液体的主叶片和面对所述环形壁的后导叶。所述环形壁的形状设置成将所述叶轮上方的空间分成内周空间和外周空间。所述环形壁具有返回通道，通过所述后导叶径向向外传送的液体的部分经过所述返回通道返回到所述内周空间。

在本发明的一个优选方面，在所述内周空间内设置用于扰乱所述液体的涡流的挡板。

在本发明的一个优选方面，所述环形壁具有向上通道，通过所述后导叶径向向外传送的液体部分经过所述向上通道从所述后导叶向上引导，并且所述向上通道与所述外周空间流体连通。

在本发明的一个优选方面，所述环形壁形成用于在所述液体和冷却剂之间进行热交换的热交换通道。所述马达泵还包括环绕所述马达的水套和用于使所述冷却剂在所述水套和所述热交换通道之间循环的循环机构。

本发明的另一方面提供一种马达泵，包括：马达；由所述马达转动的转动轴；固定到所述转动轴的叶轮和设置在所述叶轮上方的环形壁。所述叶轮具有用于加压液体的主叶片和面对所述环形壁的后导叶。所述环形壁的形状设置成将所述叶轮上方的空间分成内周空间和外周空间。所述环形壁具有向上通道，通过所述后导叶径向向外传送的液体部分经过所述向上通道从所述后导叶向上引导，并且所述向上通道与所述外周空间流体连通。

在本发明的一个优选方面，环形壁形成用于在所述液体和冷却剂之间进行热交换的热交换通道。所述马达泵还包括环绕所述马达的水套和用于使所述冷却剂在所述水套和所述热交换通道之间循环的循环机构。

根据本发明，后导叶对叶轮后侧的泵作用搅动留在叶轮上方空间中的空气以及液体，由此驱逐阻滞空气。此外，由于液体(即，由泵处理的目标液体)甚至在被驱逐后也被搅动和循环，加速了冷却剂和液体之间经过环形壁的热交换。

离心叶轮的流体出口的直径大于其流体入口的直径，并且围绕流体入口设置衬环。因此，在离心叶轮布置在串联机械密封中的情况下，有必要在离心叶轮的入口侧处将衬环插入到离心叶轮和机械密封之间的空间中。由于衬环的直径比机械密封的直径小，如果串联机械密封构造为整体组装单元，则难以插入衬环。

为了实现本发明的第三目的，本发明的一方面提供一种用于具有转动轴的转动机器的串联机械密封。该串联机械密封包括：第一密封单元，其具有安装在所述转动轴上的第一套筒、能够与所述第一套筒一起转动的第一转动密封环、与所述第一转动密封环接触的第一固定密封区段以及能够将所述第一转动密封环和所述第一固定密封区段压靠彼此的第一弹簧机构；和第二密封单元，其具有安装在所述转动轴上的第二套筒、能够与所述第二套筒一起转动的第二转动密封环、与所述第二转动密封环接触的第二固定密封区段、能够将所述第二转动密封环和所述第二固定密封区段压靠彼此的第二弹簧机构、以及能够与第二套筒一起转动的离心叶轮。当所述第一密封单元和所述第二密封单元安装到所述转动机器上时，所述第一套筒的端表面和所述第二套筒的端表面彼此接触。所述离心叶轮定位在所述第一密封单元的密封表面和所述第二密封单元的密封表面之间。

在本发明的一个优选方面，所述第一密封单元还包括能够限制所述第一固定密封区段相对于所述第一套筒的位移的第一位移限制机构，并且所述第一位移限制机构设置的位置使得所述第一转动密封环和所述第一固定密封区段之间的接触通过所述第一弹簧机构的伸展来保持。

在本发明的一个优选方面，所述第一固定密封区段具有接触所述第一转动密封环的第一固定密封环和待固定到所述转动机器的第一静态构件。

在本发明的一个优选方面，所述第二弹簧机构定位在所述第二套筒和所述第二转动密封环之间，并且所述第二密封单元还包括能够将所述第二套筒和所述第二转动密封环彼此联接并限制所述第二转动密封环相对于所述第二套筒的位移的第二位移限制机构。

在本发明的一个优选方面，所述第二固定密封区段具有接触所述第二转动密封环的第二固定密封环和待固定到所述转动机器的第二静态构件。

在本发明的一个优选方面，所述第一套筒具有能与形成在所述转动轴上的第一台阶表面接触的第一定位表面；并且所述第二套筒具有能与形成在所述转动轴上的第二台阶表面接触的第二定位表面。

在本发明的一个优选方面，所述第二弹簧机构设置在所述离心叶轮的凸起上。

根据本发明，第一套筒和第二套筒是分开的，串联机械密封由作为单独组件的第一密封单元和第二密封单元构成。这些第一密封单元和第二密封单元可单独安装在转动机器上。因此，即使在采用具有大直径和高排出压力的离心叶轮时，串联机械密封也可以安装在转动机器中。

附图说明

图1是表示根据本发明的一种实施方式的潜水式马达泵的截面图；

图2是沿图1中的线A-A截取的截面图；

图3是表示图1中所示的串联机械密封和泵壳体的放大截面图；

图4A是表示主叶轮的部分的平面图；

图4B是表示主叶轮的部分截面图；

图5A是表示侧板的平面图；

图5B是表示侧板的底视图；

图5C是沿着图5B中的线B-B截取的截面图；

图6A是表示内部壳体的平面图；

图6B是沿着图6A中的线C-C截取的截面图；

图6C表示内部壳体的底视图；

图7A是表示中间壳体的平面图；

图7B是表示中间壳体的底视图；

图7C是沿着图7B中的线D-D截取的截面图；

图8是表示串联机械密封的分解视图。

具体实施方式

图1是表示根据本发明的一种实施方式的潜水式马达泵的截面图。图2是沿着图1中的线A-A截取的截面图。整体形成马达轴和泵轴以提供转动轴1。马达转子3a固定到转动轴1，且马达定子3b被布置成环绕马达转子3a。马达定子3b固定到柱形马达壳体5的内周表面。顶盖6和底盖7分别附接到马达壳体5的上端和下端。马达壳体5、顶盖6和底盖7限定气密地封闭的空间，该空间中容纳马达转子3a和马达定子3b以构成马达3。

轴承9设置在顶盖6和底盖7上。转动轴1由这些轴承9转动地支承。主叶轮12固定到转动轴1的一端。该主叶轮12容纳在具有泵抽吸开口19a和泵排出开口19b的涡形壳体19中。串联机械密封90设置在马达3和主叶轮12之间。该串联机械密封90用来防止泵的处理液进入马达3。

柱形外部盖8围绕马达壳体5设置，使得在马达壳体5和外部盖8之间形成一空间。马达壳体5和外部盖8构成水套11，用于马达3的冷却剂(或冷却液)流经水套11。水套11填充有冷却剂(通常为防冻溶液，例如乙二醇溶液)。串联机械密封90包括能够与转动轴1一起转动的离心叶轮20。冷却剂通过离心叶轮20的转动加压。冷却剂与泵的处理液进行热交换，然后被供应到水套11中。在水套11处冷却马达3后，冷却剂又返回离心叶轮20。这样，冷却剂在离心叶轮20和水套11之间循环。

环形的闭孔泡沫橡胶海绵21装配到水套11的最上部分中。该橡胶海绵21出于以下原因而设置。如果水套11中存在空气，则空气被冷却剂流吞没，使得冷却剂混浊。结果，一定程度上降低了冷却效率。另一方面，当水套11填充有冷却剂时，冷却剂由于其温度变化而产生的体积变化无法被吸收。因此，将由不允许冷却剂透过的软物质制成的柔性块体的橡胶海绵21设置在水套11中。如果水套11具有充分的冷却能力，可代替柔性块体提供空气层，因为混浊的冷却剂不会造成冷却效率的大幅的降低。

如图2所示，在马达壳体5的外周表面上设置4个竖向延伸的肋5a。此外，在周向上分隔水套11的内部空间的4个隔板23分别安装在4个肋5a上。外部盖8的内周表面与隔板23可不接触。隔板23从水套11的下端竖向延伸到预定位置以在水套11中形成4个循环通道24A、24B、24C和24D。4个循环通道中的两个提供冷却剂的向外通道(通过附图标记24A和24B表示)，另两个提供冷却剂的返回通道(通过附图标记24C和24D表示)。向外通道24A和24B的布置是轴对称的，向外通道24C和24D的布置也是轴对称的。

马达3的冷却通过流经水套11的冷却剂和经过马达壳体5的马达3之间的热交换来进行。冷却剂的温度在冷却马达3后增加。因此，如果冷却剂本身不能被冷却，马达3会过热。可以将热量经过外部盖8释放到水套11周围的环境中。但是，当外部盖8暴露于大气时，不能预期热量的充分释放。因此，优选经由冷却剂和泵的处理液之间的热交换进行充分的热释放，如下进行讨论的。

应当避免冷却剂和处理液的混合。因此，冷却剂和处理液之间的热交换经过某个构件(即，热交换构件)进行。也就是说，在冷却剂和处理液之间的热交换中，热交换构件和冷却剂和处理液之间的热交换系数很重要。总的来说，流体和物体之间传递的热量随着热传递面积变大而变大，且热传递系数随着流体流速变大而变大。当流体流经窄的通道时，流速增加，但另一方面通道的阻力也变大，结果压力损失变大。因此，作为用于冷却剂的循环叶轮20，优选使用可相对于流速实现大头(great head)的离心叶轮。为了进一步增加效率，优选使用封闭式的离心叶轮。

用于循环冷却剂的叶轮20结合到串联机械密封90中。该串联机械密封90容纳在由侧板30、内部壳体50和中间壳体60构成的泵壳体中。中间壳体60固定到底盖7和外部盖8的下部。内部壳体50和侧板30通过螺栓45和46固定到中间壳体60的下部。内部壳体50设置在侧板30上方。涡形壳体19固定到中间壳体60的下部。主叶轮12的容纳空间通过侧板30和涡形壳体19形成。

图3是表示图1中所示的串联机械密封和泵壳体的放大截面图。如图3所示，在该实施方式中，封闭式离心叶轮20用作用于冷却剂的循环叶轮。该离心叶轮20设置在内部壳体50和侧板30之间。盘形延伸的热交换通道80设置在内部壳体50和侧板30之间。更具体地，热交换通道80通过内部壳体50的下表面和侧板30的上表面形成。该热交换通道80从离心叶轮20的流体出口径向向外延伸，并且从轴向看具有圆形形状。离心叶轮20的流体出口面对热交换通道80的入口，从而从离心叶轮20排出的冷却剂流入热交换通道80中。内部壳体50的下表面和侧板30的上表面构成热交换通道80的壁表面，它们之间的距离很小并且在整个热交换通道80上基本恒定。因此，热交换通道80的截面仅径向位置扩张，热交换通道80的高度在其整个长度上基本恒定。

热交换通道80包括环绕循环叶轮20的内部水平通道(第一径向通道区段)81、连接到内部水平通道81的内部轴向通道(第一轴向通道区段)82、连接到内部轴向通道82的外部水平通道(第二径向通道区段)83和连接到外部水平通道83的外部轴向通道(第二轴向通道区段)84。内部水平通道81具有从离心叶轮20径向向外延伸的平的环形。内部轴向通道82从内部水平通道81朝着主叶轮12轴向延伸，同时径向向外延伸以具有整体上接近截锥形的形状。外部水平通道83具有从内部轴向通道82径向向外延伸的平的环形。外部轴向通道84从外部水平通道83朝着马达3轴向延伸以具有整体上接近柱形的形状。

内部轴向通道82具有轴向长度和径向长度，轴向长度比径向长度长。出于以下原因，内部轴向通道82在径向上具有所述长度。第一个原因是为了减小由冷却剂刚从离心叶轮20排出后具有大动能的冷却剂流向的大的改变(即，从径向到轴向)造成的压力损失。第二个原因是，如果内部轴向通道82只在轴向上具有长度，通过侧板30与热交换通道80分开的内部空间(通过附图标记41表示)变得很小，处理液有可能留在该空间。

通过离心叶轮20加压的冷却剂在涡流方向具有速度分量。通过不干扰该涡流，侧板30(即热交换构件)和冷却剂之间的相对速度可保持很高。此外，热交换通道80包括基本在轴向上延伸的轴向通道区段。在这种轴向通道区段，通道的截面很难增加。因此，热交换通道80的轴向通道区段可防止冷却剂速度减小，同时保持大的热交换面积。尽管热交换通道80的可用于热交换的最大半径受到主叶轮12直径或马达3的直径的限制，但热交换通道80可通过提供轴向延伸通道而制得很长。

图4A是表示主叶轮的部分的平面图，图4B是表示主叶轮的部分截面图。主叶轮12包括用于加压液体的多个主叶片13。主叶轮12设置成使得主叶片13面对泵抽吸开口19a(见图1)。多个后导叶14设置在主叶轮12的后表面(上表面)上。更具体地，径向延伸凹槽15形成在主叶轮12的后表面上，并且后导叶14形成在这些凹槽15之间。后导叶14围绕主叶轮12的中心等间距布置，并设置成面对侧板30，如图3所示。后导叶14与主叶轮12一起转动以搅动和循环侧板30周围存在的液体，由此防止热交换效率降低。在该实施方式中，主叶轮12被描述为构成涡形式混合流动泵的叶轮。但是，主叶轮12不限于该例子。

图5A是表示侧板的平面图，图5B是表示侧板的底视图，图5C是沿着图5B中的线B-B截取的截面图。侧板30(环形壁)具有大致环形的形状。热交换通道80形成在侧板30的上表面上，处理液接触侧板30的下表面。侧板30用作用于在冷却剂和处理液之间进行热交换的热交换构件。侧板30优选由具有高传热性的材料，例如青铜或黄铜制成。侧板30利用螺栓46固定到中间壳体60。除了串联机械密封90的第一固定密封区段之外，没有部件固定到侧板30。因此，可以为侧板30使用强度相对较低的材料和形状，因为侧板30不需要支承例如马达3或涡形壳体19的重型部件。

内部引导导叶31和外部引导导叶32设置在侧板30的上表面。内部引导导叶31位于内部水平通道81中，外部引导导叶32位于外部水平通道83中。内部引导导叶31和外部引导导叶32被设置用于调节冷却剂的流动。如图5A所示，内部引导导叶31相对于与转动轴1同心的假想圆(图中未显示)的切线方向的角度小于外部引导导叶32相对于上述切线方向的角度，从而内部引导导叶31不干扰冷却剂的涡流分量。

侧板30的上表面(前表面)接触冷却剂，而侧板30的下表面(后表面)接触处理液。具有柱形形状并朝着主叶轮12延伸的竖向延伸壁33形成在侧板30的下表面上。此外，设置从竖向延伸壁33的下端径向向内延伸的水平延伸壁34。这些延伸壁33和34用来增加处理液和侧板30之间的接触面积，即热传递面积。水平延伸壁34设置成面对后导叶14。侧板30将主叶轮12上方的空间分隔成内周空间41和外周空间42，如图1和图3所示。

竖向延伸壁33具有形成凹部35的向内凹入部分。这些凹部35提供向上通道，该向上通道从后导叶14向上地引导通过后导叶14径向向外输送的部分液体。凹部35面对后导叶14和外周空间42。凹部35的内端相对于面对凹部35的后导叶14的内端位于径向向外处。因此，被后导叶14加压的液体供应到凹部35。该加压液体经凹部35从后导叶14上升，以流到侧板30的外周表面上。液体的这种流动使位于主叶轮12后侧处的外周空间42中的液体搅动和循环。

水平延伸壁34中形成有通孔36。这些通孔36提供将通过后导叶14径向向外输送的液体部分引导回到内周空间41的返回通道。通孔36的内部端位于面对通孔36的后导叶14的内部端的径向向外处。因此，通过后导叶14加压的液体被供应到通孔36。该加压液体在转动轴1的轴向上流动，以搅动和循环位于主叶轮12后侧处的内周空间41内的液体。液体的这种流动具有涡流分量。该涡流被设置在侧板30的下表面上的多个挡板(肋)37干扰，由此进一步加速液体的搅动。这些挡板37被构造成径向向内突出的竖向壁。

处理液的这种搅动作用和循环作用防止用来与侧板30热交换的处理液阻滞，由此改善热交换效率。空气袋有可能形成在内周空间41和外周空间42的顶部区域中，特别是在泵操作起动的时候。空气在这些空间中的存在不仅降低了热交换效率，而且不利地影响机械密封的润滑。根据上面描述的实施方式，后导叶14、通孔36、凹部35和挡板37可搅动空间41和42中的液体，使得液体的流动能够驱逐这些空间中捕集的空气。虽然此实施方式中描述了潜水式马达泵，用于有效地驱逐留在主叶轮12后面的空间中的空气的结构能够应用于其它类型的泵。

从图6A是表示内部壳体的平面图，图6B是沿着图6A中的线C-C截取的截面图，图6C是表示内部壳体的底视图。内部壳体50具有接近环形的形状。径向延伸的肋51设置在内部壳体50的上表面上。内部壳体50的后表面(即下表面)与侧板30形成热交换通道80。内部壳体50的内周边缘52用作用于离心叶轮20的衬环(或壳体环)。也就是说，内部壳体50的上部开口构成循环泵用于冷却剂的抽吸开口。

图7A是表示中间壳体的平面图，图7B是表示中间壳体的底视图，图7C是沿着图7B中的线D-D截取的截面图。中间壳体60的上表面具有4个开口(即，两个入口61A和61B以及两个出口61C和61D)。这些开口61A、61B、61C和61D沿着周向等间距布置。入口61A和61B分别连接到水套11的返回通道24C和24D，出口61C和61D分别连接到水套11的向外通道24A和24B。两个入口61A和61B经过两个入口通道(抽吸通道)62与容纳空间64流体连通，所述容纳空间位于中间壳体60的下部的中心，所述入口通道竖向穿透经过中间壳体60。在容纳空间64中，设置机械密封90和离心叶轮20。两个出口61C和61D分别经过竖向穿透经过中间壳体60的两个出口通道63与两个冷却剂出口65流体连通。冷却剂出口65形成在中间壳体60的下表面中。

如图7B中的虚线所示，中间壳体60的入口通道62和出口通道63通过两个隔壁66分开，从而这些通道62和63彼此不连通。两个入口通道62经容纳空间64彼此流体连通，而两个出口通道63彼此不流体连通并被设置为分开的通道。两个冷却剂出口65连接到热交换通道80的部分端部，从而被处理液冷却的冷却剂经出口通道63流入水套11。因此，热交换通道80和出口通道63构成在离心叶轮20和水套11之间提供流体连通的排出通道。

热交换通道80的端部连接到形成在中间壳体60中的出口通道63。热交换通道80的端部具有环形形状，而出口通道63由在轴向经过中间壳体60的四个通道中的两个构成，如上所述。出口通道63连接到水套11的两个轴对称的向外通道24A和24B。冷却剂在轴向流经向外通道24A和24B以冷却马达3，撞击到橡胶海绵21以改变其流向，涌入相邻的返回通道24C和24D。轴对称的两个返回通道24C和24D分别连接到两个入口通道62(轴向上经过中间壳体60的四个通道中的另外两个)，从而将冷却剂引导到离心叶轮20的抽吸入口。这样，冷却剂循环经过离心叶轮20、热交换通道80、出口通道63、水套11(向外通道24A和24B和返回通道24C和24D)、入口通道62和离心叶轮20。

图8是表示串联机械密封的分解图。根据本发明的串联机械密封90包括不具有离心叶轮的第一密封单元100和具有离心叶轮20的第二密封单元120。第一密封单元100和第二密封单元120构造为能够彼此分离的独立组件。

第一密封单元100包括作为转动元件的固定到转动轴1的第一套筒102、能够通过销103与第一套筒102一起转动的第一转动密封环104。O型圈106设置在第一套筒102和第一转动密封环104之间。第一密封单元100还包括作为固定元件的固定到侧板30(转动机器的框体)的第一静态构件107、通过第一静态构件107经O型圈108支承的第一固定密封环109、以及能够将第一固定密封环109压靠在第一转动密封环104上的弹簧110。弹簧110布置在第一静态构件107和第一固定密封环109之间。第一固定密封环109和第一静态构件107经接合构件111彼此接合，从而第一固定密封环109不转动。在该实施方式中，第一固定密封环109和第一静态构件107构成第一固定密封区段。

第一静态构件107、第一转动密封环104和第一固定密封环109布置成环绕第一套筒102。在第一套筒102的外周表面上设置用于限制由弹簧110造成的第一静态构件107相对于第一套筒102的位移的卡扣环115。卡扣环115在第一套筒102上的位置使得弹簧110不伸展到其完全长度且第一固定密封环109和第一静态构件107不脱离。卡扣环115能够允许第一密封单元100保持其整体组装状态，即使在第一密封单元100不安装在转动机器上时。因此，第一密封单元100可通过将第一静态构件107固定到框体(即，侧板30)而简单地安装到泵上。特别是，因为接合构件111和销103的定位可在第一密封单元100安装到泵上之前完成，可以便于泵的组装。

第二密封单元120包括作为固定元件的固定到中间壳体60(即，转动机器的框体)的第二静态构件121和通过第二静态构件121经O型圈122支承的第二固定密封环123。第二固定密封环123经接合构件124接合第二静态构件121从而不转动。在该实施方式中，第二固定密封环123和第二静态构件121构成第二固定密封区段。第二密封单元120还包括作为转动元件的固定到转动轴1的第二套筒131、能够与第二套筒131一起转动的第二转动密封环132以及能够将第二转动密封环132压靠第二固定密封环123的弹簧133。O型圈134设置在第二套筒131和第二转动密封环132之间。

第二转动密封环132经由多个螺栓136联接到第二套筒131。这些螺栓136固定到第二转动密封环132并松松地接合第二套筒131。第二转动密封环132和螺栓136能够在轴向上相对于第二套筒131运动。螺栓136用作用于限制第二转动密封环132向对于第二套筒131的位移的止动件。

离心叶轮20整体地形成在第二套筒131的外周表面上。离心叶轮20布置有面对第二静态构件121的流体入口。离心叶轮20定位在第一密封单元100的密封表面(即，第一转动密封环104和第一固定密封环109之间的接触表面)和第二密封单元120的密封表面(即，第二转动密封环132和第二固定密封环123之间的接触表面)之间。弹簧133设置在离心叶轮20的凸起上。通过弹簧133的伸展造成的第二转动密封环132的位移通过螺栓136限制。因此，即使在转动元件没有安装在转动机器上时，转动元件也能够保持整体组装状态。此外，因为第一套筒102和第二套筒131构造为单独的部件，第一密封单元100和第二密封单元120可作为独立的组件分离。

将串联机械密封900安装到转动机器中的步骤如下：

1.第二密封单元120的固定元件利用螺栓55固定到中间壳体60(见图3)。

2.内部壳体50利用螺栓45固定到中间壳体60(见图1)。

3.键140(见图3)附接到转动轴1，第二密封单元120的转动元件安装在转动轴1上。

4.侧板30利用螺栓46固定到中间壳体60(见图1)。

5.销141(见图3)附接到转动轴1，第一密封单元100利用螺栓56固定到侧板30(见图3)。

6.主叶轮12利用螺栓47固定到转动轴1(见图1)。

当主叶轮12安装在转动轴1上时，第一密封单元100和第二密封单元120在图3中被向上偏压，以引起弹簧110和133收缩。如图8所示，第一套筒102的下部通过小直径部分102a构造，其上端表面(第一定位表面)105接触转动轴1的第一台阶表面1a，如图3所示。第一套筒102的上端接触第二套筒131的下端。此外，第二套筒131的上端表面(第二定位表面)135接触转动轴1的第二台阶表面1b。这样，实现第一套筒102和第二套筒131的定位。转动轴1的转动力经分别用作转动力传递构件的销141和键140传递到第一套筒102和第二套筒131。

封闭式离心叶轮20需要安装衬环。如可从图3看到的，由于离心叶轮20的流体入口具有小直径，衬环应当放置在第二静态构件121和离心叶轮20之间的位置。在本实施方式中，第二密封单元120由两个独立组件构成，即，固定元件和转动元件，这两个组件分别安装在转动机器上。因此，小直径衬环可设置在固定元件和离心叶轮20之间。

此外，因为第一套筒102和第二套筒131设置为单独的部件，从而第一密封单元100和第二密封单元120可以分离，泵的框体(例如，该实施例中的侧板30)甚至可插入第一密封单元100的第一静态构件107和离心叶轮120之间所夹的空间中。有了这些结构，机械密封的外径可以制得很小。此外，因为由具有高传热性的材料制成的侧板30可插入到位于离心叶轮20的流体出口向内的空间中，刚从叶轮20排出的高速冷却剂和处理液之间的热交换可以可靠地通过侧板30进行。

提供前面描述的实施方式以使本领域技术人员能够制造和使用本发明。而且，对这些实施方式的各种变型对于本领域技术人员来说是容易明白的，这里限定的一般原理和具体例子可适用于其他实施方式。因此，本发明不意于局限于这里描述的实施方式，而是符合通过权利要求的限制其等同限定的最宽范围。

工业实用性

本发明能够应用于具有用于马达的冷却机构的潜水式马达泵。本发明还能够应用于输送液体的马达泵。本发明能够进一步应用于用于潜水式马达泵的串联机械密封。

Claims (14)

1.一种用于具有转动轴的转动机器的串联机械密封，包括：

第一密封单元，其具有安装在所述转动轴上的第一套筒、能够与所述第一套筒一起转动的第一转动密封环、与所述第一转动密封环接触的第一固定密封区段以及能够将所述第一转动密封环和所述第一固定密封区段压靠彼此的第一弹簧机构；和

第二密封单元，其具有安装在所述转动轴上的第二套筒、能够与所述第二套筒一起转动的第二转动密封环、与所述第二转动密封环接触的第二固定密封区段以及能够将所述第二转动密封环和所述第二固定密封区段压靠彼此的第二弹簧机构、以及用于循环冷却剂并能够与所述第二套筒一起转动的离心叶轮；

其中，当所述第一密封单元和所述第二密封单元安装到所述转动机器上时，所述第一套筒的端表面和所述第二套筒的端表面彼此接触，并且

其中，所述离心叶轮能够从所述离心叶轮向外径向排出冷却剂并定位在所述第一密封单元的密封表面和所述第二密封单元的密封表面之间。

2.根据权利要求1所述的串联机械密封，其中，所述第一密封单元还包括能够限制所述第一固定密封区段相对于所述第一套筒的位移的第一位移限制机构，并且所述第一位移限制机构设置的位置使得所述第一转动密封环和所述第一固定密封区段之间的接触通过所述第一弹簧机构的伸展来保持。

3.根据权利要求1所述的串联机械密封，其中，所述第一固定密封区段具有接触所述第一转动密封环的第一固定密封环和待固定到所述转动机器的第一静态构件。

4.根据权利要求1所述的串联机械密封，其中：

所述第二弹簧机构定位在所述第二套筒和所述第二转动密封环之间；并且

所述第二密封单元还包括能够将所述第二套筒和所述第二转动密封环彼此联接并限制所述第二转动密封环相对于所述第二套筒的位移的第二位移限制机构。

5.根据权利要求1所述的串联机械密封，其中，所述第二固定密封区段具有接触所述第二转动密封环的第二固定密封环和待固定到所述转动机器的第二静态构件。

6.根据权利要求1所述的串联机械密封，其中：

所述第一套筒具有能与形成在所述转动轴上的第一台阶表面接触的第一定位表面；并且

所述第二套筒具有能与形成在所述转动轴上的第二台阶表面接触的第二定位表面。

7.根据权利要求1所述的串联机械密封，其中，所述第二弹簧机构设置在所述离心叶轮的凸起上。

8.一种潜水式马达泵，包括：

具有冷却剂的循环通道的水套；

被所述水套环绕的马达；

由所述马达转动的转动轴；

固定到所述转动轴的主叶轮；

其中容纳所述主叶轮的涡形壳体；和

设置在所述马达和所述主叶轮之间的串联机械密封，

其中所述串联机械密封包括：

第一密封单元，其具有安装在所述转动轴上的第一套筒、能够与所述第一套筒一起转动的第一转动密封环、与所述第一转动密封环接触的第一固定密封区段以及能够将所述第一转动密封环和所述第一固定密封区段压靠彼此的第一弹簧机构；和

第二密封单元，其具有安装在所述转动轴上的第二套筒、能够与所述第二套筒一起转动的第二转动密封环、与所述第二转动密封环接触的第二固定密封区段以及能够将所述第二转动密封环和所述第二固定密封区段压靠彼此的第二弹簧机构、以及用于循环冷却剂并能够与所述第二套筒一起转动的离心叶轮；

其中，当所述第一密封单元和所述第二密封单元安装到转动机器上时，所述第一套筒的端表面和所述第二套筒的端表面彼此接触，并且

其中，所述离心叶轮能够从所述离心叶轮向外径向排出冷却剂并定位在所述第一密封单元的密封表面和所述第二密封单元的密封表面之间。

9.根据权利要求8所述的潜水式马达泵，其中，所述第一密封单元还包括能够限制所述第一固定密封区段相对于所述第一套筒的位移的第一位移限制机构，并且所述第一位移限制机构设置的位置使得所述第一转动密封环和所述第一固定密封区段之间的接触通过所述第一弹簧机构的伸展来保持。

10.根据权利要求8所述的潜水式马达泵，其中，所述第一固定密封区段具有接触所述第一转动密封环的第一固定密封环和待固定到所述转动机器的第一静态构件。

11.根据权利要求8所述的潜水式马达泵，其中：

所述第二弹簧机构定位在所述第二套筒和所述第二转动密封环之间；并且

所述第二密封单元还包括能够将所述第二套筒和所述第二转动密封环彼此联接并限制所述第二转动密封环相对于所述第二套筒的位移的第二位移限制机构。

12.根据权利要求8所述的潜水式马达泵，其中，所述第二固定密封区段具有接触所述第二转动密封环的第二固定密封环和待固定到所述转动机器的第二静态构件。

13.根据权利要求8所述的潜水式马达泵，其中：

所述第一套筒具有能与形成在所述转动轴上的第一台阶表面接触的第一定位表面；并且

所述第二套筒具有能与形成在所述转动轴上的第二台阶表面接触的第二定位表面。

14.根据权利要求8所述的潜水式马达泵，其中，所述第二弹簧机构设置在所述离心叶轮的凸起上。