CN106089794B - 一种超低温泵轴端机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低温泵轴端机械密封装置。本发明包括位于泵壳内的旋转部件和静止部件，旋转部件包括带动泵壳内叶轮转动的泵主轴以及套设固定在泵主轴上的动环，静止部件包括间隙套设在泵主轴上的护套以及与动环端面贴合形成密封面的静环，护套与静环之间设有间隙套设在护套上的弹性组件，静环由弹性组件的弹力作用而与动环实现贴合，护套与泵主轴之间的间隙构成第一吹扫通道，护套与弹性组件之间的间隙构成第二吹扫通道，所述第一吹扫通道与第二吹扫通道在临近密封面的一端连通，泵壳上设有与第一吹扫通道连通的第一吹扫通孔以及与第二吹扫通道连通的第二吹扫通孔。本发明有效防止了水汽滞留导致的密封面及其附近区域出现结霜、结冰现象。

Description

一种超低温泵轴端机械密封装置

技术领域

本发明属于超低温泵技术领域，具体是涉及一种超低温泵轴端机械密封装置。

背景技术

超低温泵轴端机械密封是超低温泵的关键部件，是超低温泵中的薄弱环节，机械密封的安全可靠直接决定了超低温泵的可靠运行。超低温泵通常输送的介质为液氧、液氮、液氢、液氦等超低温介质，该类介质温度低，润滑性差，轴端机械密封极易出现因水汽滞留而导致的结冰以及干摩擦和过渡磨损。现有的超低温泵轴端密封采用的是常规密封设计，没有针对低温工况采取针对性措施，对密封端面以及附近区域易出现结冰的现象，只是采用传统的吹扫方式，不能起到良好的效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种超低温泵轴端机械密封装置，该装置可以有效解决轴端机械密封因水汽滞留而导致的结冰以及干摩擦和过渡磨损的问题。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种超低温泵轴端机械密封装置，包括位于泵壳内的旋转部件和静止部件，所述旋转部件包括带动泵壳内叶轮转动的泵主轴以及套设固定在所述泵主轴上的动环，所述静止部件包括间隙套设在所述泵主轴上的护套以及与动环端面贴合形成密封面的静环，所述护套与静环之间设有间隙套设在护套上的弹性组件，所述静环由所述弹性组件的弹力作用而与动环实现贴合，所述护套与泵主轴之间的间隙构成第一吹扫通道，所述护套与弹性组件之间的间隙构成第二吹扫通道，所述第一吹扫通道与第二吹扫通道在临近所述密封面的一端连通，所述泵壳上设有与所述第一吹扫通道连通的第一吹扫通孔以及与所述第二吹扫通道连通的第二吹扫通孔。

进一步的技术方案，所述护套的远离所述静环的一端设有台肩部，所述弹性组件包括基座、波纹管、静环座，所述波纹管位于基座与静环座之间且所述基座、波纹管、静环座三者焊接为一体结构，所述静环依靠在所述静环座上，所述泵壳内设有与泵壳内壁螺纹配合并与泵主轴同轴的密封壳体，所述静止部件位于密封壳体内侧，所述密封壳体内侧设有与所述泵主轴轴线垂直的连接台，所述护套通过台肩部依次与所述连接台、基座通过螺钉、弹性垫圈进行紧固。

进一步的技术方案，所述动环由所述叶轮压紧固定在所述泵主轴的轴肩上，所述动环与所述泵主轴的轴肩之间设有第一密封垫片。

进一步的技术方案，所述连接台与基座之间设有第二密封垫片，所述密封壳体其远离静环的一端与所述泵壳内壁处的台阶之间设有第一O形密封圈，所述密封壳体另一端与泵壳内壁处的另一台阶的贴合面处设有第三密封垫片，所述静环套设支撑在所述静环座上且静环、静环座之间设有第二O形密封圈。

进一步的技术方案，所述基座上设有第三吹扫通道，所述密封壳体上设有第四吹扫通道，所述第三吹扫通道、第四吹扫通道直接相通，所述第二吹扫通道依次通过第三吹扫通道、第四吹扫通道实现与所述第二吹扫通孔的连通。

进一步的技术方案，所述动环其与静环贴合的端面上设有浅槽，所述浅槽临近所述动环的外侧面布置。

进一步的技术方案，所述浅槽呈螺旋状分布构成螺旋槽。

进一步的技术方案，所述浅槽包括第一弧形槽、第二弧形槽，所述第一弧形槽、第二弧形槽长度相当且均由动环外侧边缘同一处分别向动环内侧延伸布置，所述第一弧形槽、第二弧形槽分别有多个且均匀间隔布置在所述动环的周向上，多个所述第一弧形槽旋向相同，多个所述第二弧形槽旋向也相同，所述第一弧形槽、第二弧形槽旋向相反且交叉布置构成井字形。

进一步的技术方案，所述浅槽的深度为微米级。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明中所述超低温泵在运行前后以及运行时，通过所述第一吹扫通孔向泵壳内通入吹扫气体(如：纯净的氮气)，所述吹扫气体顺序通过第一吹扫通道、第二吹扫通道，再由第二吹扫通孔排出，实现对密封面临近区域的全面有效的吹扫，强制排出空气以及其他气体，有效保证通道中不会有水汽，即防止了水汽滞留导致的密封面及其附近区域出现结霜、结冰现象。当然可以需要选择所述第一吹扫通孔、第二吹扫通孔其中任意一个作为吹扫气体进口，另一个作为吹扫气体出口。如果在泵体运行中以及停机后，出现密封介质由密封面处泄露到静止部件中的问题时，利用氮气进行吹扫，被泄露的密封介质将随吹扫气体一起排出，实现被泄露介质的集中有效处理，防止出现意外情况。

(2)由于输送介质的特殊性，所述静止部件的材料特殊，制作工艺难度大，造价昂贵，本发明中密封壳体与静止部件通过螺栓紧固，该连接结构与传统结构中静止部件与密封壳体焊接为一体的结构相比，本发明的作用体现在：一旦静止部件损坏，只需要更换静止部件即可，大大降低了泵体的运行成本。本发明所述弹性组件中，所述波纹管的弹性以及密封性能好，所述波纹管在弹性固定所述静环的同时可以有效避免工作介质从静止部件外围泄露到静止部件内部。

(3)本发明所述第一密封垫片、第二密封垫片、第三密封垫片、第一O形密封圈、第二O形密封圈以及密封面的密封作用，保证了泵腔内工作介质不会泄露到静止部件内部，另外配合第一吹扫通道、第二吹扫通道、第三吹扫通道、第四吹扫通道，可以使得吹扫气体顺利对上述通道以及密封面邻近区域进行吹扫，实现机械密封稳定，运行可靠的目的，大大提高超低温泵机械密封装置的使用寿命和可靠性。

(4)本发明在动环上刻有微米级浅槽，工作时，动环上的微米级浅槽内会充有低温工作介质，动环和静环之间形成动压效应，动环与静环两者端面贴合构成的密封面之间将产生液膜，从而有效防止出现干摩擦及其过度磨损。本发明所述微米级浅槽的设置方式保证了动环与静环之间密封面的密封特性，同时增加了密封面的润滑特性，大大延长了泵体的使用寿命，可靠性提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明动环端面设置的微米级浅槽的结构示意图。

附图中标记的含义如下：

1-护套 1a-台肩部 2-密封壳体 2a-连接部 3-第二密封垫片

4-基座 5-第三密封垫片 6-静环 7-动环 8-第一密封垫片

9-第二O型密封圈 10-第一O型密封圈 11-弹性垫圈 12-螺钉

13-泵主轴 14-叶轮 15-泵壳 16-密封面 17-波纹管

18-第一吹扫通孔 19-第二吹扫通孔 20-第三吹扫通道

21-第四吹扫通道 22-静环座 23-泵腔 24-第一吹扫通道

25-第二吹扫通道 26-浅槽 261-第一弧形槽

262-第二弧形槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案做出说明：

本发明包括位于泵壳内的旋转部件和静止部件，所述旋转部件包括带动泵壳15内叶轮14转动的泵主轴13以及套设固定在所述泵主轴13上的动环7，所述静止部件包括间隙套设在所述泵主轴13上的护套1以及与动环7端面贴合形成密封面16的静环6，所述护套1与静环6之间设有间隙套设在护套1上的弹性组件，所述静环6由所述弹性组件的弹力作用而与动环7实现贴合，所述护套1与泵主轴13之间的间隙构成第一吹扫通道24，所述护套1与弹性组件之间的间隙构成第二吹扫通道25，所述第一吹扫通道24与第二吹扫通道25在临近所述密封面的一端连通，所述泵壳15上设有与所述第一吹扫通道24连通的第一吹扫通孔18以及与所述第二吹扫通道25连通的第二吹扫通孔19。所述间隙套设指的是两部件之间构成间隙配合的活动套设方式。本发明中所述超低温泵在运行前后以及运行时，通过所述第一吹扫通孔18向泵壳内通入吹扫气体(如：纯净的氮气)，所述吹扫气体顺序通过第一吹扫通道24、第二吹扫通道25，再由第二吹扫通孔19排出，实现对密封面临近区域的全面有效的吹扫，强制排出空气以及其他气体，有效保证通道中不会有水汽，即防止了水汽滞留导致的密封面16及其附近区域出现结霜、结冰现象。当然可以需要选择所述第一吹扫通孔18、第二吹扫通孔19其中任意一个作为吹扫气体进口，另一个作为吹扫气体出口。如果在泵体运行中以及停机后，出现密封介质由密封面16处泄露到静止部件中的问题时，利用氮气进行吹扫，被泄露的密封介质将随吹扫气体一起排出，实现被泄露介质的集中有效处理，防止出现意外情况。

所述护套1其远离所述静环6的一端设有台肩部1a，所述弹性组件包括基座4、波纹管17、静环座22，所述波纹管17位于基座4与静环座22之间且所述基座4、波纹管17、静环座22三者焊接为一体结构，所述静环6依靠在所述静环座22上，所述泵壳15内设有与泵壳15内壁螺纹配合并与泵主轴13同轴的密封壳体2，所述静止部件位于密封壳体2内侧，所述密封壳体2内侧设有与所述泵主轴13轴线垂直的连接台2a，所述护套1通过台肩部1a依次与所述连接台2a、基座4通过螺钉12、弹性垫圈11进行紧固。由于输送介质的特殊性，所述静止部件的材料特殊，制作工艺难度大，造价昂贵，本发明中密封壳体2与静止部件通过螺栓紧固，该连接结构与传统结构中静止部件与密封壳体焊接为一体的结构相比，本发明的作用体现在：一旦静止部件损坏，只需要更换静止部件即可，大大降低了泵体的运行成本。本发明所述弹性组件中，所述波纹管17的弹性以及密封性能好，所述波纹管17在弹性固定所述静环6的同时可以有效避免工作介质从静止部件外围泄露到静止部件内部。

所述动环7由所述叶轮14压紧固定在所述泵主轴13的轴肩上，所述动环7与所述泵主轴13的轴肩之间设有第一密封垫片8。所述连接台2a与基座4之间设有第二密封垫片3，所述密封壳体2其远离静环6的一端与所述泵壳15内壁处的台阶之间设有第一O形密封圈10，所述密封壳体2另一端与泵壳15内壁处的另一台阶的贴合面处设有第三密封垫片5，所述静环6套设支撑在所述静环座22上且静环6、静环座22之间设有第二O形密封圈9。本发明所述第一密封垫片8、第二密封垫片3、第三密封垫片5、第一O形密封圈10、第二O形密封圈9以及密封面16的密封作用，保证了泵腔23内工作介质不会泄露到静止部件内部，另外利于进行吹扫过程。本发明实现机械密封稳定，运行可靠的目的，大大提高超低温泵机械密封装置的使用寿命和可靠性。

所述基座4上设有第三吹扫通道20，所述密封壳体2上设有第四吹扫通道21，所述第三吹扫通道20、第四吹扫通道21直接相通，所述第二吹扫通道25依次通过第三吹扫通道20、第四吹扫通道21实现与所述第二吹扫通孔19的连通。即通过第一吹扫通道20、第二吹扫通道21、第三吹扫通道24、第四吹扫通道25，可以使得吹扫气体顺利对上述通道以及密封面16邻近区域进行吹扫，具体的吹扫路径参看说明书附图1中虚线所示。

如图2所示，所述动环7其与静环6贴合的端面上设有微米级浅槽26，所述微米级浅槽26临近所述动环7的外侧面布置，所述浅槽26包括第一弧形槽261、第二弧形槽262，所述第一弧形槽261、第二弧形槽262长度相当且均由动环7外侧边缘同一处分别向动环7内侧延伸布置，所述第一弧形槽261、第二弧形槽262分别有多个且均匀间隔布置在所述动环的周向上，多个所述第一弧形槽261旋向相同，多个所述第二弧形槽262旋向也相同，所述第一弧形槽261、第二弧形槽262旋向相反且交叉布置构成井字形。本发明在动环上刻有微米级浅槽26，工作时，动环7上的微米级浅槽26内会充有低温工作介质，动环7和静环6之间形成动压效应，动环7与静环6两者端面贴合构成的密封面16之间将产生液膜，从而有效防止出现干摩擦及其过度磨损。本发明所述微米级浅槽26的设置方式保证了动环7与静环6之间密封面16的密封特性，同时增加了密封面16的润滑特性，大大延长了泵体的使用寿命，可靠性提高。

Claims (8)

1.一种超低温泵轴端机械密封装置，包括位于泵壳内的旋转部件和静止部件，所述旋转部件包括带动泵壳(15)内叶轮(14)转动的泵主轴(13)以及套设固定在所述泵主轴(13)上的动环(7)，其特征在于：所述静止部件包括间隙套设在所述泵主轴(13)上的护套(1)以及与动环(7)端面贴合形成密封面(16)的静环(6)，所述护套(1)与静环(6)之间设有间隙套设在护套(1)上的弹性组件，所述静环(6)由所述弹性组件的弹力作用而与动环(7)实现贴合，所述护套(1)与泵主轴(13)之间的间隙构成第一吹扫通道(24)，所述护套(1)与弹性组件之间的间隙构成第二吹扫通道(25)，所述第一吹扫通道(24)与第二吹扫通道(25)在临近所述密封面的一端连通，所述泵壳(15)上设有与所述第一吹扫通道(24)连通的第一吹扫通孔(18)以及与所述第二吹扫通道(25)连通的第二吹扫通孔(19)；

所述护套(1)的远离所述静环(6)的一端设有台肩部(1a)，所述弹性组件包括基座(4)、波纹管(17)、静环座(22)，所述波纹管(17)位于基座(4)与静环座(22)之间且所述基座(4)、波纹管(17)、静环座(22)三者焊接为一体结构，所述静环(6)依靠在所述静环座(22)上，所述泵壳(15)内设有与泵壳(15)内壁螺纹配合并与泵主轴(13)同轴的密封壳体(2)，所述静止部件位于密封壳体(2)内侧，所述密封壳体(2)内侧设有与所述泵主轴(13)轴线垂直的连接台(2a)，所述护套(1)通过台肩部(1a)依次与所述连接台(2a)、基座(4)通过螺钉(12)、弹性垫圈(11)进行紧固。

2.如权利要求1所述的超低温泵轴端机械密封装置，其特征在于：所述动环(7)由所述叶轮(14)压紧固定在所述泵主轴(13)的轴肩上，所述动环(7)与所述泵主轴(13)的轴肩之间设有第一密封垫片(8)。

3.如权利要求1所述的超低温泵轴端机械密封装置，其特征在于：所述连接台(2a)与基座(4)之间设有第二密封垫片(3)，所述密封壳体(2)其远离静环(6)的一端与所述泵壳(15)内壁处的台阶之间设有第一O形密封圈(10)，所述密封壳体(2)另一端与泵壳(15)内壁处的另一台阶的贴合面处设有第三密封垫片(5)，所述静环(6)套设支撑在所述静环座(22)上且静环(6)、静环座(22)之间设有第二O形密封圈(9)。

4.如权利要求1所述的超低温泵轴端机械密封装置，其特征在于：所述基座(4)上设有第三吹扫通道(20)，所述密封壳体(2)上设有第四吹扫通道(21)，所述第三吹扫通道(20)、第四吹扫通道(21)直接相通，所述第二吹扫通道(25)依次通过第三吹扫通道(20)、第四吹扫通道(21)实现与所述第二吹扫通孔(19)的连通。

5.如权利要求1所述的超低温泵轴端机械密封装置，其特征在于：所述动环(7)其与静环(6)贴合的端面上设有浅槽(26)，所述浅槽(26)临近所述动环(7)的外侧面布置。

6.如权利要求5所述的超低温泵轴端机械密封装置，其特征在于：所述浅槽(26)呈螺旋状分布构成螺旋槽。

7.如权利要求5所述的超低温泵轴端机械密封装置，其特征在于：所述浅槽(26)包括第一弧形槽(261)、第二弧形槽(262)，所述第一弧形槽(261)、第二弧形槽(262)长度相当且均由动环(7)外侧边缘同一处分别向动环(7)内侧延伸布置，所述第一弧形槽(261)、第二弧形槽(262)分别有多个且均匀间隔布置在所述动环的周向上，多个所述第一弧形槽(261)旋向相同，多个所述第二弧形槽(262)旋向也相同，所述第一弧形槽(261)、第二弧形槽(262)旋向相反且交叉布置构成井字形。

8.如权利要求5或6或7所述的超低温泵轴端机械密封装置，其特征在于：所述浅槽(26)的深度为微米级。