CN106762798B - 一种油气混输泵专用机械密封 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械密封技术领域。本发明的目的是提供一种便于维护的油气混输泵专用机械密封。采用的技术方案是：一种油气混输泵专用机械密封，包括用于与泵轴固接的轴套以及设置在轴套上的第一机械密封和第二机械密封。第一机械密封包括依次套设在轴套上的第一动环、第一静环和第一密封盖。第二机械密封包括依次套设在轴套上的第二动环、第二静环和第二密封盖。第一密封盖、第二密封盖与轴套之间构成封液腔。第二密封盖的上部和下部分别设置与封液腔连通的进液口和出液口。第二动环上设置若干贯穿第二动环两端面的倾斜的泵送孔。本发明能够极大的提高机械密封的使用寿命，大大的减少了维护次数，使用非常方便。

Description

一种油气混输泵专用机械密封

技术领域

本发明属于机械密封技术领域，具体涉及一种油气混输泵专用机械密封。

背景技术

目前油气混输泵中的机械密封装置采用双重密封，其结构是，在泵体与泵轴之间设置两套机械密封。两套机械密封将泵体与泵轴之间的腔体分割为密封腔和封液腔，每套机械密封均包括：动环、静环，动环直接固定在泵轴上或通过轴套固定在泵轴上，静环直接与泵体固接，动环包括动环座和动环片，动环座上面向动环片的一面设置轴向的盲孔，盲孔内设置弹簧，弹簧的一端抵在盲孔底部，另一端抵在动环片上，从而在弹簧力的作用下实现动、静环密封面的贴合，在介质压力的作用下在密封面产生液膜，液膜在动、静环相对转动时起到润滑、冷却的作用，降低动、静环的磨损量，实现长期密封。但在实际使用过程中，由于油气输送比例难以控制，在气相输送介质(气)比例较高的工况下，动、静环处于干摩擦状态，导致磨损加剧，大大的影响了机械密封的使用寿命。

为解决上述问题，现有技术中是通过在泵体上下部分别设置与封液腔连通的进液口和出液口，外机械密封的动环上设置泵送螺纹，并在内机械密封的静环上设置通槽和半圆槽，这样，在使用时通过泵送螺纹可以使冷却液对外机械密封进行循环冲洗，同时密封腔气体介质比例较高时，冷却液也可通过通槽和半圆槽进入内机械密封了密封面，避免内机械密封长期处于干摩擦的状态。

然而，这种方式仍然存在巨大的缺陷，在实际使用过程中，大部分的冷却液直接通过泵送螺纹从动环的一端沿着动环的外周面泵送至另一端，而不经过动、静环的密封面，使得外机械密封的动、静环之间的液膜过薄或长期得不到更新，冷却、润滑效果大打折扣。同时，由于通槽和半圆槽的设置，在密封腔内液相输送介质(油)的比例较高时，无法控制液相输送介质沿通槽和半圆槽进入封液腔内，使输送介质混合在冷却液中降低了冷却液的效果，进而造成频繁的更换冷却液，造成维护成本的急剧上升。另外，机械密封在装配前需对其密封性能进行测试，然后再进行装配。而现有的技术中的机械密封装置，由于外机械密封和内机械密封是一个一个的装配在混输泵上，在检测时未能整体对内、外机械密封进行检测，无法有效的保证密封性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种便于维护的油气混输泵专用机械密封。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种油气混输泵专用机械密封，包括用于与泵轴固接的轴套以及设置在轴套上的第一机械密封和第二机械密封。所述轴套的一端设置有尺寸大于轴套主体的抵挡头，所述第一机械密封位于抵挡头处，第二机械密封位于第一机械密封背向抵挡头的一端。所述第一机械密封包括依次套设在轴套上的第一动环、与第一动环相对转动的第一静环和用于固定第一静环的第一密封盖。所述第二机械密封包括依次套设在轴套上的第二动环、与第二动环相对转动的第二静环和用于固定第二静环的第二密封盖。所述第一密封盖、第二密封盖与轴套之间构成封液腔。

所述第二密封盖的上部和下部分别设置与封液腔连通的进液口和出液口。所述进液口与第二动环靠近密封面的一端相对，所述出液口与第二动环的另一端相对。所述第二动环的外周面上设置泵送螺纹。所述第二动环上设置若干贯穿第二动环两端面的倾斜的泵送孔，所述泵送孔位于密封面的一端靠近第二动环的内缘，另一端靠近第二动环的外缘。

优选的，所述泵送孔绕第二动环的轴心均匀分布。

优选的，所述泵送孔的数量至少为6个。

优选的，所述轴套上远离抵挡头的一端还套设有限位套，所述限位套上均匀设置若干沿径向贯穿限位套的第一连接孔，所述轴套上与限位套相对处对应第一连接孔的数量设置若干与第一连接孔相配合的第二连接孔，所述轴套通过螺栓穿过第一连接孔和第二连接孔与泵轴固接。

优选的，所述第二动环通过螺栓与轴套固接，所述第二静环包括静环座和静环片，所述静环座的一端与第二密封盖相抵且通过螺栓与第二密封盖固接。静环片与静环座之间设置第二补偿弹簧，所述静环片在第二补偿弹簧的驱动下与第二动环抵紧构成密封面。所述第二密封盖背向第二静环的一端通过定位板抵紧，所述定位板卡接在轴套上的凹槽内。

优选的，所述第一动环包括动环座和动环片，所述动环座的一端与抵挡头相抵且通过螺栓与轴套固接，动环座与动环片之间设置第一补偿弹簧，所述动环片在第一补偿弹簧的驱动下与第一静环抵紧构成密封面。所述第一静环远离密封面的一端通过第一密封盖压紧，所述第一密封盖通过螺栓与第一静环固接，所述第一密封盖背向第一静环的一端通过限位挡圈抵紧，所述限位挡圈套设在轴套上的环形凹槽内。

优选的，还包括补液通孔，所述补液通孔由第一机械密封的密封面起贯穿第一静环和第一密封盖后与封液腔连通，所述补液通孔由前段、中段、后段构成，补液通孔的前段位于第一静环上，中段和后段均位于第一密封盖上且中段的尺寸大于前段和后段，中段内设置与后段相配合的挡板，所述挡板与补液通孔中段靠近后段的孔壁铰接且铰接位置位于孔壁上靠近轴套的边沿处。

优选的，所述抵挡头朝向泵体密封腔一端的外缘呈由外至内倾斜的斜面，内缘呈由内至外倾斜的斜面。

优选的，所述第一动环、第一静环、第二动环、第二静环位于密封面的端面均喷涂耐磨涂层，所述耐磨涂层由如下重量份组成：氧化锆粉末5份、石墨粉7份、三氧化二铝粉末8份、氧化硅粉末6份、碳化钛粉末6份、单质金属钛3份、粘结剂6份。

本发明的有益效果集中体现在，能够极大的提高机械密封的使用寿命，大大的减少了维护次数，使用非常方便。具体来说，本发明在使用过程中，封液腔内的冷却液主要通过两种途径进行循环泵送，一是通过第二动环上的泵送螺纹进行泵送，二是第二动环在旋转的过程中，泵送孔内的冷却液受到离心力的作用，由靠近密封面的一端向另一端移动，此时第二机械密封密封面中的冷却液向泵送孔内流动，而密封面中的冷却液又从进液口处得到补充。这样一来，不仅加快了冷却液的循环速度，同时也促进了第二机械密封密封面的冷却液更新提高了散热效果，因此，本发明与传统的机械密封相比，使用寿命大大的提高，减少了维护的次数。同时，本发明由集成设置在轴套上的第一机械密封和第二机械密封构成，可在安装前对本发明的总体密封性能进行总体检测，然后再一同安装在泵上，不仅密封效果得到了保障且安装更加的方便快捷。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A部放大图；

图3为第二动环的结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为图3的右视图；

图6为图1中B部放大图；

图7为图1中C部放大图。

具体实施方式

结合图1-7所示的一种油气混输泵专用机械密封，包括用于与泵轴固接的轴套1以及设置在轴套1上的第一机械密封和第二机械密封，轴套1通常通过螺栓与泵轴固接，当然也可以通过设置在轴套1上的内花键与设置在泵轴上的外花键相啮合构成固接。轴套1通过螺栓与泵轴固接时，既可以是在轴套1上设置连接部件，螺栓穿过连接部件和轴套1后插入泵轴上实现固接，也可以是利用固定机械密封动环的螺栓直接与泵轴固接。

所述轴套1的一端设置有尺寸大于轴套1主体的抵挡头2，如图1所示，抵挡头2位于轴套1的左端，抵挡头2也就是在轴套1左端与轴套1一体成型的大尺寸部位。所述第一机械密封位于抵挡头2处，第二机械密封位于第一机械密封背向抵挡头2的一端，所述轴套1上从左至右依次是第一机械密封和第二机械密封。所述第一机械密封包括依次套设在轴套1上的第一动环3、与第一动环3相对转动的第一静环4和用于固定第一静环4的第一密封盖5，第一动环3和第一静环4相对的端面构成密封面，此为现有技术，此处不再赘述。第一密封盖5用于安装固定第一静环4，第一密封盖5在本发明安装在混输泵上时用于与泵体连接，连接的方式通常采用法兰连接。所述第二机械密封包括依次套设在轴套1上的第二动环6、与第二动环6相对转动的第二静环7和用于固定第二静环7的第二密封盖8，第二动环6和第二静环7相对的端面构成密封面。如图1所示，所述第一密封盖5、第二密封盖8与轴套1之间构成封液腔，而第一机械密封的左端既是混输泵的密封腔，第一机械密封对密封腔构成密封。

所述第二密封盖8的上部和下部分别设置与封液腔连通的进液口9和出液口10。所述进液口9与第二动环6靠近密封面的一端相对，所述出液口10与第二动环6的另一端相对，当进液口9和出液口10分别与储液罐连通，构成冷却液的循环回路。结合图1-5所示，所述第二动环6的外周面上设置泵送螺纹11，泵送螺纹11的螺纹方向以可将冷却液从第二动环6靠近进液口9的一端向靠近出液口10的一端输送为准。本发明与现有技术相比，最大的却别之处在于，所述第二动环6上设置若干贯穿第二动环6两端面的倾斜的泵送孔12，所述泵送孔12位于密封面的一端靠近第二动环6的内缘，另一端靠近第二动环6的外缘。也就是说，如图2所示，泵送孔12的倾斜方向为由左上至右下倾斜，在第二动环6跟随泵轴转动时，泵送孔12内的冷却液受到离心力的作用，不断的从靠近密封面的一端向另一端移动，在图2中也就是从右向左移动，从而带动密封面的冷却液不断的补充到泵送孔12中，而密封面内的冷却液又从进液口9处得到补充，进而就带动了第二动环6与第二静环7密封面的冷却液的更新速度。为了提高冷却液流动的均匀性，更好的做法是所述泵送孔12绕第二动环6的轴心均匀分布，所述泵送孔12的数量可以是4个、5个或更多个，为了保证其泵送的效果，通常最好是设置至少6个。泵送孔12的尺寸根据第二动环6的大小进行设置，第二动环6较大，则泵送孔12尺寸就较大，反之则较小，这需要根据实际情况进行设置。

本发明在使用过程中，封液腔内的冷却液主要通过两种途径进行循环泵送，一是通过第二动环6上的泵送螺纹11进行泵送，二是第二动环6在旋转的过程中，泵送孔12内的冷却液受到离心力的作用，由靠近密封面的一端向另一端移动，此时第二机械密封密封面中的冷却液向泵送孔12内流动，而密封面中的冷却液又从进液口9处得到补充。这样一来，不仅加快了冷却液的循环速度，同时也促进了第二机械密封密封面的冷却液更新提高了散热效果，因此，本发明与传统的机械密封相比，使用寿命大大的提高，减少了维护的次数。同时，本发明由集成设置在轴套1上的第一机械密封和第二机械密封构成，可在安装前对本发明的总体密封性能进行总体检测，然后再一同安装在泵上，不仅密封效果得到了保障且安装更加的方便快捷。

为了更加便于本发明的安装及保障本发明的密封性能，更好的做法是，轴套1与泵轴的固定位置在轴套1远离泵体密封腔的一端，如图1所示，密封腔在轴套1的左端，则固定位置在轴套1的右端，所述轴套1上远离抵挡头2的一端还套设有限位套13，所述限位套13上均匀设置若干沿径向贯穿限位套13的第一连接孔，所述轴套1上与限位套13相对处对应第一连接孔的数量设置若干与第一连接孔相配合的第二连接孔，所述轴套1通过螺栓穿过第一连接孔和第二连接孔与泵轴固接。限位套13也就是套设在轴套1右端的一个环形部件，限位套13上设置第一连接孔，轴套1上设置第二连接孔，泵轴上设置第三连接孔，螺栓穿入第一连接孔、第二连接孔和第三连接孔将限位套13、轴套1和泵轴固接。

由于第二动环6上设置有泵送孔12和泵送螺纹11，为了便于第二动环6的加工，本发明优选将第二机械密封的补偿弹簧设置在第二静环7上。因此，所述第二动环6通过螺栓直接与轴套1固接，所述第二静环7包括静环座和静环片，所述静环座的一端与第二密封盖8相抵且通过螺栓与第二密封盖8固接。静环片与静环座之间设置第二补偿弹簧，所述静环片在第二补偿弹簧的驱动下与第二动环6抵紧构成密封面。所述第二密封盖8背向第二静环7的一端通过定位板14抵紧，所述定位板14卡接在轴套1上的凹槽内。定位板14通常由上定位板和下定位板共同构成，定位板14卡接在轴套1上部和下部的凹槽内。在本发明安装在泵体上之前，定位板14对第二机械密封的补偿弹簧的压缩量进行限定。

在油气混输泵中，由于常常出现气相输送介质比重较高的情况，在这种情况下，第一动环3和第一静环4的密封面由于缺少液相输送介质，容易出现干摩擦的情况，为了解决上述问题，结合图1和6所示，本发明还包括补液通孔，所述补液通孔由第一机械密封的密封面起贯穿第一静环4和第一密封盖5后与封液腔连通。当第一机械密封的密封面出现干摩擦的状况时，可通过补液通孔向密封面内补偿冷却液，避免干摩擦发生。如图6所示，所述补液通孔由左至右依次包括前段16、中段17、后段18，补液通孔的前段16位于第一静环4上，中段17和后段18均位于第一密封盖5上且中段17的尺寸大于前段16和后段18，也就是说补液通孔总体上呈中间大两端小的形状，中段17内设置与后段18相配合的挡板19，挡板19的尺寸略小于中段17的尺寸，大于后段18的尺寸，挡板19既可以在中段17内摆动，又能保障对后段18构成封闭，所述挡板19与补液通孔中段17靠近后段18的孔壁铰接且铰接位置位于孔壁上靠近轴套1的边沿处，如图6中所示，也就是挡板19与中段17右侧的孔壁铰接，且铰接位置位于该孔壁的下边沿。在使用过程中，当液相输送介质比重高时，密封面、补液通孔的前段16和中段17内充满液相输送介质，挡板19两侧的压力相对平衡，配合泵轴的旋转，挡板19自身受到离心力的作用，挡板19紧贴中段17的孔壁封堵住后段18，实现对补液通孔的截断，避免输送介质泄露至封液腔中。当气相输送介质比重较高时，尽管挡板19仍然受到离心力的作用，但由于挡板19一侧为冷却液，另一侧为气体，导致其两侧的压力差异较大。会使得挡板19打开或不能完全对补液通孔进行封闭，此处冷却液可补充至第一机械密封的密封面，从而实现润滑和冷却，避免干摩擦的发生。和传统的机械密封相比，本发明既能避免第一机械密封干摩擦的发生，又能有效的防止液相输送介质进入封液腔中，保证了密封的效果。

由于，本发明第一机械密封的第一静环4上需设置补液通孔，为了便于第一静环4的加工，最好是将补偿弹簧设置在第一动环3上，所述第一动环3包括动环座和动环片，所述动环座的一端与抵挡头2相抵且通过螺栓与轴套1固接，抵挡头2可对第一动环3的轴向进行限位，提高了本发明的稳定性。动环座与动环片之间设置第一补偿弹簧，所述动环片在第一补偿弹簧的驱动下与第一静环4抵紧构成密封面。所述第一静环4远离密封面的一端通过第一密封盖5压紧，所述第一密封盖5通过螺栓与第一静环4固接，所述第一密封盖5背向第一静环4的一端通过限位挡圈15抵紧，所述限位挡圈15套设在轴套1上的环形凹槽内。限位挡圈15的设置能够保证本发明在安装前第一机械密封的补偿弹簧的压缩量，限位挡圈15通常就是设置在环形凹槽内的卡簧。在本发明安装在泵体上后，对第一机械密封补偿弹簧的压缩量的控制就主要通过第一密封盖5与泵体的结合度进行控制。

另外，为了便于本发明与泵体的安装结合，更好的做法是，如图7所示，所述抵挡头2朝向泵体密封腔一端的外缘呈由外至内倾斜的斜面，内缘呈由内至外倾斜的斜面。这样一来，由于轴套1朝向密封腔的一端内部尺寸略大，能够更好的穿设泵轴，使用非常方便。

本发明的第一动环3、第一静环4、第二动环6、第二静环7构成密封面的端面由于长期受到磨损，为进一步提高本发明的使用寿命，更好的做法还可以是第一动环3、第一静环4、第二动环6、第二静环7位于密封面的端面均喷涂耐磨涂层，所述耐磨涂层由如下重量份的材料组成：氧化锆粉末5份、石墨粉7份、三氧化二铝粉末8份、氧化硅粉末6份、碳化钛粉末6份、单质金属钛3份、粘结剂6份。

所述耐磨涂层通过如下方式加工制成：

a、将氧化锆粉末、石墨粉、三氧化二铝粉末、氧化硅粉末、碳化钛粉末、单质金属钛、粘结剂混合球磨得到混合浆料；

b、将混合浆料经喷雾干燥后制得团聚颗粒，再将所述团聚颗粒经过烧结和粉碎后制得耐磨涂层材料；

c、将耐磨涂层材料等离子喷涂在第一动环3、第一静环4、第二动环6、第二静环7的端面上构成耐磨涂层。

取六台混输泵，泵一、泵二和泵三装配设置有本发明所述的耐磨涂层的第一动环3，泵四、泵五和泵六装配传统的堆焊CoCrW的第一动环3，进行不停机连续工作，并记录第一机械密封正常工作的时长，所得结果如下表所示：

泵一

泵二

泵三

泵四

泵五

泵六

时长

45天

48天

47天

25天

26天

21天

由上表可以看出，设置有本发明所述的耐磨涂层的第一动环3的混输泵，其第一机械密封的使用寿命均得到了较大的提升，降低了维护成本。

Claims (9)

1.一种油气混输泵专用机械密封，包括用于与泵轴固接的轴套（1）以及设置在轴套（1）上的第一机械密封和第二机械密封；所述轴套（1）的一端设置有尺寸大于轴套（1）主体的抵挡头（2），所述第一机械密封位于抵挡头（2）处，第二机械密封位于第一机械密封背向抵挡头（2）的一端；所述第一机械密封包括依次套设在轴套（1）上的第一动环（3）、与第一动环（3）相对转动的第一静环（4）和用于固定第一静环（4）的第一密封盖（5）；所述第二机械密封包括依次套设在轴套（1）上的第二动环（6）、与第二动环（6）相对转动的第二静环（7）和用于固定第二静环（7）的第二密封盖（8）；所述第一密封盖（5）、第二密封盖（8）与轴套（1）之间构成封液腔；

其特征在于：所述第二密封盖（8）的上部和下部分别设置与封液腔连通的进液口（9）和出液口（10）；所述进液口（9）与第二动环（6）靠近密封面的一端相对，所述出液口（10）与第二动环（6）的另一端相对；所述第二动环（6）的外周面上设置泵送螺纹（11）；所述第二动环（6）上设置若干贯穿第二动环（6）两端面的倾斜的泵送孔（12），所述泵送孔（12）位于密封面的一端靠近第二动环（6）的内缘，另一端靠近第二动环（6）的外缘。

2.根据权利要求1所述的油气混输泵专用机械密封，其特征在于：所述泵送孔（12）绕第二动环（6）的轴心均匀分布。

3.根据权利要求2所述的油气混输泵专用机械密封，其特征在于：所述泵送孔（12）的数量至少为6个。

4.根据权利要求1所述的油气混输泵专用机械密封，其特征在于：所述轴套（1）上远离抵挡头（2）的一端还套设有限位套（13），所述限位套（13）上均匀设置若干沿径向贯穿限位套（13）的第一连接孔，所述轴套（1）上与限位套（13）相对处对应第一连接孔的数量设置若干与第一连接孔相配合的第二连接孔，所述轴套（1）通过螺栓穿过第一连接孔和第二连接孔与泵轴固接。

5.根据权利要求1所述的油气混输泵专用机械密封，其特征在于：所述第二动环（6）通过螺栓与轴套（1）固接，所述第二静环（7）包括静环座和静环片，所述静环座的一端与第二密封盖（8）相抵且通过螺栓与第二密封盖（8）固接；静环片与静环座之间设置第二补偿弹簧，所述静环片在第二补偿弹簧的驱动下与第二动环（6）抵紧构成密封面；所述第二密封盖（8）背向第二静环（7）的一端通过定位板（14）抵紧，所述定位板（14）卡接在轴套（1）上的凹槽内。

6.根据权利要求5所述的油气混输泵专用机械密封，其特征在于：所述第一动环（3）包括动环座和动环片，所述动环座的一端与抵挡头（2）相抵且通过螺栓与轴套（1）固接，动环座与动环片之间设置第一补偿弹簧，所述动环片在第一补偿弹簧的驱动下与第一静环（4）抵紧构成密封面；所述第一静环（4）远离密封面的一端通过第一密封盖（5）压紧，所述第一密封盖（5）通过螺栓与第一静环（4）固接，所述第一密封盖（5）背向第一静环（4）的一端通过限位挡圈（15）抵紧，所述限位挡圈（15）套设在轴套（1）上的环形凹槽内。

7.根据权利要求1所述的油气混输泵专用机械密封，其特征在于：还包括补液通孔，所述补液通孔由第一机械密封的密封面起贯穿第一静环（4）和第一密封盖（5）后与封液腔连通，所述补液通孔由前段（16）、中段（17）、后段（18）构成，补液通孔的前段（16）位于第一静环（4）上，中段（17）和后段（18）均位于第一密封盖（5）上且中段（17）的尺寸大于前段（16）和后段（18），中段（17）内设置与后段（18）相配合的挡板（19），所述挡板（19）与补液通孔中段（17）靠近后段（18）的孔壁铰接且铰接位置位于孔壁上靠近轴套（1）的边沿处。

8.根据权利要求1所述的油气混输泵专用机械密封，其特征在于：所述抵挡头（2）背离轴套（1）一端的外缘呈由外至内倾斜的斜面，内缘呈由内至外倾斜的斜面。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的油气混输泵专用机械密封，其特征在于：所述第一动环（3）、第一静环（4）、第二动环（6）、第二静环（7）位于密封面的端面均喷涂耐磨涂层，所述耐磨涂层由如下重量份组成：氧化锆粉末5份、石墨粉7份、三氧化二铝粉末8份、氧化硅粉末6份、碳化钛粉末6份、单质金属钛3份、粘结剂6份。

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