CN105723133A - 改善了冷却和/或密封介质的流动特性的机械密封设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械密封设备，其包括：机械密封件(2)，该机械密封件(2)具有旋转滑环(3)和固定滑环(4)，在旋转滑环(3)和固定滑环(4)之间限定了密封间隙(5)；以及壳体组件(6)，该壳体组件(6)具有内筒状区域(60)，其中该壳体组件(6)包括：用于排出被引导到所述滑环的流体的出口开口(7)；以及流入区域，其中流入区域具有至少一个过渡通道(8、9)，所述至少一个过渡通道(8、9)沿着周向延伸并且朝向出口开口(7)持续地变深，该过渡通道形成于壳体组件(6)内并且通向出口开口(7)。

Description

改善了冷却和/或密封介质的流动特性的机械密封设备

技术领域

本发明涉及一种机械密封设备，其改善了供给到机械密封件的滑环的介质(更特别地冷却和/或密封介质)的流动特性。

背景技术

从现有技术可知机械密封设备的不同设计方式。典型地，冷却和/或密封介质被供给到机械密封设备，该冷却和/或密封介质借助于内部输送装置进行输送。根据DE102011118294.6可知上述机械密封设备的一个例子，其中在该机械密封设备中使用特斯拉泵作为内部输送装置。其他输送装置包括，例如，泵环。流路从内部输送装置延伸到滑环，在滑环处经由壳体中的排出孔排出流体。在这种情况下，排出孔相对于滑环沿径向设置。然而，供给到机械密封件的流体由于旋转滑环的转动和流体的轴向供给而必须经受数次方向改变，由此可能导致流体的流动损耗。然而，因此内部输送装置必须提供更大的动力。特别地，受旋转滑环的影响在机械密封件的区域中沿周向加速流体，但是随后必须沿径向排出。

发明内容

因而，本发明的目的在于提供一种机械密封设备，其使得被供给到滑环的流体的内部损耗减小，而且设计简单、性价比高且易于制造。

通过具有方案1的特征的机械密封设备来实现该目的，在从属方案中说明了本发明的优选的发展。

根据本发明的、具有方案1的特征的机械密封设备的优势在于显著降低了被供给到机械密封件的滑环的流体，例如，密封介质或者冷却介质的流动损耗。在这种情况下，在机械密封设备内实现了低损耗流动，由此特别地能够在具有相同驱动动力的输送装置的情况下增大所供给的流体的质量流量。因此，例如，能够在不导致壳体中的流出孔的尺寸增大或者内部输送装置的动力增大的情况下使滑环上的冷却效果得以改善。根据本发明，除了具有旋转滑环和固定滑环的机械密封件之外，该机械密封设备还包括具有内侧筒状周缘区域的壳体组件。该壳体组件包括：用于排出被供给到滑环的流体的出口开口；以及流入区域。根据本发明，该流入区域使得在出口开口的入口区域中流动损耗降低。该流入区域包括至少一个过渡通道，该至少一个过渡通道沿着周向延伸并且朝向出口开口持续地变深。该过渡通道在壳体组件中的内侧筒状周缘区域上形成，并通向出口开口。

在特别优选的方式中，出口开口被配置在滑环的径向外侧。在特别优选的方式中，出口开口在径向上位于转动滑环的正上方或者位于密封间隙的正上方。由此通过转动滑环在周向上加速的流体被供给到过渡通道，然后在流动损耗降低的情况下被供给到出口开口中。

优选地，机械密封设备还包括内部输送装置。在特别优选的方式中，该内部输送装置为泵环或特斯拉泵。在特别优选的方式中，出口开口的(多个)过渡通道在径向上位于内部输送装置的上方。这确保了由内部输送装置输送的流体能够直接流入过渡通道，从而进入出口开口中。优选地，出口开口被配置在内部输送装置的径向外侧且位于内部输送装置的上方。采用进一步优选的方式，还可以设置两个内部输送装置，所述输送装置，例如泵环和特斯拉泵，被一个接一个地连接起来。

出口开口被进一步优选地定向在与滑环的径向成一定角度的方向，并且过度通道进一步优选地通到出口开口中进而相对于径向倾斜。在特别优选的方式中，出口开口包括相对于滑环的径向倾斜的入口区域和沿着径向延伸的主区域，其中优选地在出口开口的倾斜的入口区域中发生流入。

根据本发明的进一步优选的实施方式，机械密封设备还包括第二过渡通道，该第二过渡通道沿着周向延伸，朝向出口开口持续地变深并且配置在出口开口的与第一过渡通道相对的一侧。结果，无论转向如何，都能够更有效地排出供给到滑环的流体。两个过渡通道彼此相对地位于出口开口处，因此无论转向如何都能够改善进入出口开口的流入情况。在特别优选的方式中，第一过渡通道和第二过渡通道相对于出口开口对称地配置。

进一步优选地，出口开口包括第一入口区域和第二入口区域，第一入口区域和第二入口区域两者均通到公共的主区域中。第一入口区域和第二入口区域相对于主区域的中心线对称地配置。在特别优选的方式中，无论转向如何，该设计都同样地适用于流体的流入。两个入口区域优选地对称地形成并且入口区域中的每一个入口区域均包括其自身的过渡通道。

在特别优选的方式中，过渡通道被形成为使得过渡通道的基部位于平面内。一方面，由此实现了流体到出口开口的有效的流入，而另一方面，例如借助于去毛刺法能够以非常简单且高性价比的方式制成过渡通道。

为了改善流动，优选地，将过渡通道和出口开口之间的过渡区域形成为弧形偏转轮廓部。由此能够实现从过渡通道到出口开口中的软过渡。

进一步优选地，机械密封设备仅包括一个出口开口。由此，仅一个出口开口需要设置在壳体组件中，以便在壳体组件中保留足够的空间用于其它的元件和开口，例如用于安装壳体或附加的流体通道等。

优选地，出口开口包括主区域和入口区域，其中入口区域与主区域成角度地配置，并且主区域的中心轴线和入口区域的中心轴线位于与机械密封设备的纵向轴线垂直的公共的平面内。可选地，入口区域还可以被设置成在机械密封设备的轴向上相对于沿着径向延伸的主区域倾斜。

附图说明

以下将参照附图详细地说明本发明的优选的示例性实施方式。将相同的附图标记赋予相同的组件或以功能相同的方式运作的组件。在附图中：

图1示出了根据本发明的第一示例性实施方式的机械密封设备的示意图；

图2示出了沿着图1的线II-II截取的示意性截面图；

图3示出了根据本发明的第二示例性实施方式的机械密封设备的出口开口的示意性截面图；

图4示出了根据本发明的第三示例性实施方式的机械密封设备的出口开口的示意性截面图；

图5示出了根据本发明的第四示例性实施方式的机械密封设备；以及

图6示出了根据本发明的第五示例性实施方式的机械密封设备。

具体实施方式

以下将参照图1和图2详细地说明根据本发明的第一示例性实施方式的机械密封设备1。

如图1所示，该机械密封设备1包括具有旋转滑环3和固定滑环4的机械密封件2。两个滑环在它们之间限定了密封间隙5。

固定滑环4被固定到壳体组件6。

旋转滑环3经由传动元件(entrainmentelement)10连接到轴13。由此，传动元件10将来自轴13的转矩传递到旋转滑环3。

此外，具有叶片12的内部输送装置11配置在轴13上。内部输送装置11与轴13一起转动，并且内部输送装置11用于将流体输送到机械密封件2。流体可以例如是密封介质或冷却剂。在图1和图2中通过箭头表示流体流。

在壳体组件6中还设置有出口开口7。出口开口7被定向为沿着滑环的径向Z-Z并且用于排出流体。在这种情况下，在壳体组件6形成内侧筒状周缘区域60。在这种情况下，出口开口7从内侧筒状周缘区域60沿径向向外延伸。出口开口7设置在旋转滑环3的径向外侧且在该旋转滑环3的上方。

在出口开口7的区域中，在内侧筒状周缘区域60处还形成了具有开口过渡通道8的流入区域17。可以在图2中详细地观察过渡通道8。过渡通道8沿周向延伸并且通到出口开口7中。过渡通道8包括从筒状周缘区域60到过渡通道8中的进入区域80以及到出口开口7的过渡区域81(参见图2)。过渡通道8的基部82形成为平坦的。可以借助于例如去毛刺法(chip-removingmethod)在壳体组件6的内侧筒状周缘区域60处制成过渡通道8。应该注意，基部82还可以被设置成弧形。

因而，沿着周向定向的过渡通道8允许流体更好地流入到出口开口7中。特别地，过渡通道8允许流体定向地流入径向的出口开口7中，因此能够减小流动损耗。因此，与未设置过渡通道8的出口开口相比，通过设置过渡通道8，采用具有相同直径的出口开口7可实现流通量的显著增加。因此，利用同样的输送装置11能够增大输送能力，或者可以设置输送能力减小(reducedconduction)的内部输送装置11，由此特别地能够降低内部输送装置11的能耗。

根据本发明，能够在其它方面尺寸不变的情况下增加流体的流动体积，因此，例如，能够实现机械密封件2的改善的冷却。根据本发明，还可以在壳体组件6中仅精确地设置一个出口开口7，因此，壳体组件6的剩余的结构空间能够用于其它目的，例如用于设置附加的流体通道和/或紧固元件等。

图3示出了根据本发明的第二示例性实施方式的机械密封设备的截面。与第一示例性实施方式相比，第二示例性实施方式的机械密封设备可自由转动(independentofrotation)。在这方面，在径向的出口开口7处设置有第一过渡通道8和第二过渡通道9。在出口开口7处对称地设置过渡通道8和9。

如图3所示，两个过渡通道8、9彼此相对地位于出口开口7处并且两者均沿周向定向。因此，无论转动方向如何，均能实现对到径向的出口开口7的流入的改善。两个过渡通道8、9直接通到径向的出口开口7中。同样地，第二过渡通道9包括平坦的基部92、从内侧筒状周缘区域60到过渡通道9中的进入区域90以及到出口开口7的过渡区域91。

因此，在第二示例性实施方式中，无论机械密封件的转动方向如何，都能够获得到径向出口孔7的改善的入射流。两个过渡通道8、9相对于出口开口7对称地形成。

图4示出了根据本发明的第四示例性实施方式的机械密封设备的截面。在第四示例性实施方式中，出口开口7包括主区域70、第一入口区域71和第二入口区域72。主区域70被相对于滑环沿径向定向。在这种情况下，第一入口区域71与主区域70成角度α地配置，第二入口区域72与主区域70成角度β地配置。两个角度α和β大小相同而代数符号不同。此外，设置了第一过渡通道8和第二过渡通道9。第一过渡通道8通到第一入口区域71中，第二过渡通道9通到第二入口区域72中。因此，在本示例性实施方式中，同样地，无论转动方向如何，都会发生流体的流出。然而，在进入过渡通道之后，流体首先进入入口区域然后进入主区域70。由此能够进一步增加流通量。特别地，通过在周向上相对于径向Z-Z倾斜的入口区域71、72的设计能够减小流动损耗。此外，入口区域71、72的直径均小于主区域70的直径。应该注意，理所当然地还可以设置如下的设计：该设计具有主区域70和从主区域70起仅沿一个周向的一个入口区域。

图4中的虚线表示本发明的又一可选的实施方式，其中在过渡区域81和91处分别形成弧形偏转轮廓部83、93。弧形过渡轮廓部83、93以对流动尽可能有利的方式提供了从过渡通道8、9到各入口区域71、72的过渡。偏转轮廓部83、93的弧形优选地被选择为使得在偏转轮廓部83、93和与它们邻接的区域之间不存在破裂性的过渡边缘(disruptivetransitionedge)。

图5示出了根据本发明的第四示例性实施方式的机械密封设备。根据第四示例性实施方式的该机械密封设备包括采用泵环(pumpring)形式的第一内部输送装置11和采用特斯拉泵(teslapump)20形式的第二内部输送装置。如图5所示，泵环和特斯拉泵20配置在公共套筒14上，该公共套筒14被连接到传动元件10。特斯拉泵20包括多个平行的盘21，每个盘均包括轴向开口23。轴向开口23是筒状的且沿着盘21的圆周均匀分布地配置。在各个盘21之间设置中间空间22。此外，设置了特斯拉泵20的轴端盘24且该轴端盘24不具有通路开口。如图5中的箭头所示，流体因此首先被通过第一内部输送装置11(泵环)输送到特斯拉泵20并且从那被输送到通路开口23。然后流体以径向分量增大的状态流出特斯拉泵20，随后流体经由过渡通道8被排出到沿着滑环的径向定向的出口开口7中。再次在出口开口7的进入区域处形成与第一示例性实施方式对应的具有过渡通道8的流入区域17。在本示例性实施方式中，借助于过渡通道8实现了通过出口开口7的进一步流动。可以使特斯拉泵20的径向外周面与壳体组件6的内侧筒状周缘区域60之间的空间相对地小，以便得到极其紧凑的结构形状。出口开口7配置在特斯拉泵20的径向外侧且在特斯拉泵20的上方、优选地在特斯拉泵20的轴向中央部分的径向外侧和上方。

在图6中示出的第五示例性实施方式中示出了第一机械密封件31和第二机械密封件32串联配置的机械密封设备。附图标记30表示随轴13转动的套筒。在本示例性实施方式中，密封流体经由入口33且经由设置于套筒组件34中的贯通开口35被供给。采用泵环形式的内部输送装置11被设置成用于在机械密封设备内输送密封流体。以与图4的第三示例性实施方式类似的方式使出口开口7形成有具有第一过渡通道8的第一入口区域71和具有在图6的截面图中看不到的第二过渡通道的未示出的第二入口区域。沿与轴13垂直的径向配置出口开口7的主区域70。第一入口区域71和第二入口区域的中心线Y-Y以与径向Z-Z成角度γ的方式配置。结果，入口区域7’被设置成相对于轴向X-X倾斜，由此能够进一步改善流动特性，特别地能够减少在出口开口7的入口区域中的流动损耗。在套筒组件34中设置过渡通道8。然而，应该注意，还可以省略套筒组件34并且可以在壳体组件6中设置过渡通道8。在本示例性实施方式中，入口区域由此在周向上以及在轴向X-X上倾斜。可选地，还可以在相对于轴向X-X成非90°的方向上设置出口开口7的主区域70。

应该注意，关于根据本发明的所有示例性实施方式，通过在筒状周缘区域60中设置具有过渡通道8、9的一个或多个流入区域17能够实现流体从滑环到出口开口7的流动的显著改善。特别地，通过仅设置一个单独的出口开口7就能够实现流体的足量流动。特别地，能够由此显著地简化壳体组件6的壳体结构。

附图标记说明

1机械密封设备

2机械密封件

3旋转滑环

4固定滑环

5密封间隙

6壳体组件

7出口开口

8第一过渡通道

9第二过渡通道

10传动元件

11第一内部输送装置

12叶片

13轴

14套筒

17流入区域

20特斯拉泵(第二内部输送装置)

21盘

22中间空间

23通路开口

24封闭端盘

30套筒

31第一机械密封件

32第二机械密封件

33入口

34套筒组件

35贯通开口

60内侧筒状周缘区域

70主区域

71第一入口区域

72第二入口区域

80进入区域

81过渡区域

82基部

83弧状偏转轮廓部

90进入区域

91过渡区域

92基部

93弧状偏转轮廓部

Claims (14)

1.一种机械密封设备，其包括：

-机械密封件(2)，所述机械密封件(2)具有旋转滑环(3)和固定滑环(4)，在所述旋转滑环(3)和所述固定滑环(4)之间限定了密封间隙(5)；以及

-壳体组件(6)，所述壳体组件(6)具有内侧周缘区域(60)，

-其中，所述壳体组件(6)包括：用于排出被引导到所述滑环的流体的出口开口(7)；以及流入区域(17)，并且

-其中，所述流入区域(17)包括沿着周向延伸的至少一个第一过渡通道(8、9)，所述至少一个第一过渡通道(8、9)朝向所述出口开口(7)持续地变深、形成在所述壳体组件(6)中并且通向所述出口开口(7)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述出口开口(7)配置在所述滑环的径向外侧且位于所述滑环的上方。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于输送所述流体的至少一个第一内部输送装置(11)。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述出口开口(7)配置在所述输送装置的径向外侧且位于所述输送装置的上方。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于，所述设备包括第一内部输送装置(11)和第二内部输送装置(20)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述出口开口(7)仅沿着径向延伸。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述出口开口(7)包括：主区域(70)，所述主区域(70)沿着径向延伸；以及入口区域(71)，所述入口区域(71)与径向成角度(α)地延伸，其中所述入口区域(71)通到所述主区域(70)中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第二过渡通道(9)，所述第二过渡通道(9)配置于所述出口开口(7)并与所述第一过渡通道(8)相对。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第一过渡通道(8)和所述第二过渡通道(9)相对于所述出口开口(7)对称地形成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述出口开口(7)包括第一入口区域(71)和第二入口区域(72)，所述第一入口区域(71)和所述第二入口区域(72)两者均通到公共的主区域(70)中，其中所述第一入口区域(71)和所述第二入口区域(70)相对于所述主区域(70)对称地设置。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述过渡通道(8、9)包括呈平面状的基部(82、92)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在所述过渡通道(8、9)与所述出口开口(7)之间的过渡区域被形成为弧形偏转轮廓部(83、93)。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述入口区域(71)的中心轴线(Y-Y)和所述主区域(70)的中心轴线(Z-Z)位于公共的平面内，其中该平面与所述机械密封设备的纵向轴线(X-X)垂直。

14.根据权利要求7至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述入口区域(71)的中心轴线(Y-Y)在轴向(X-X)和/或周向上倾斜并且与包含所述主区域(70)的中心轴线(Z-Z)的平面以角度(γ)相交。