CN107630833B - 一种全自动泵机械密封持续冲洗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动泵机械密封持续冲洗系统，属于机械泵技术领域。包括用于在泵体内有液体介质通过状态下冷却泵两端机械密封的一级冲洗回路、用于在泵体内无液体介质通过状态下冷却泵两端机械密封的二级冲洗回路、补液回路以及用于监控冲洗系统运行状态、控制系统运行的控制系统，采用这种冲洗系统，不仅可利用自身介质冷却，无需依靠外界冷却源，并且无论泵内有无介质通过，均可全自动持续对泵两端的机械密封冲洗冷却，防止泵损坏。

Description

一种全自动泵机械密封持续冲洗系统

技术领域

本发明涉及一种全自动泵机械密封持续冲洗系统，属于机械泵技术领域。

背景技术

现有的机械泵作为一种用于液体输送的重要设备，在军事、农业、工业、消防等领域应用广泛，机械密封是各行业泵通用的密封形式。机械密封在泵运行中会产生摩擦热使密封端面的温度升高，为了避免机封高温损坏，一般需要引入冷却介质来给机械密封冲洗降温。现有技术中，机械密封一般采用外接水冷却方式，即引入外部水源对机械密封进行冲洗冷却，这种方式结构复杂，成本高，且需要稳定的冷却水源，尤其不适用于可移动泵机组。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种全自动泵机械密封持续冲洗系统，不仅可利用自身介质冷却，无需依靠外界冷却源，并且无论泵内有无介质通过，均可全自动持续对泵两端的机械密封冲洗冷却，防止泵损坏。

为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：一种全自动泵机械密封持续冲洗系统，包括泵体具有进口和出口的输液泵和PLC控制器，所述泵体内装有两端分别具有机械密封的叶片轴，其特征在于：所述泵体上设有用于取出流经泵内液体介质的取液口；所述取液口通过第一流量传感器后分别通过分支管路上的第一止回阀和第二止回阀接至两端的机械密封部位，构成一级冲洗回路；所述取液口还通过第一电磁阀、第二过滤器、第二流量传感器和第三止回阀接装有液位传感器的储液罐的进液口，构成补液回路；所述储液罐的出液口经第二电磁阀后分别通过分支管路接至两端的机械密封部位，构成二级冲洗回路；所述一级冲洗回路构成一级冲洗系统，所述补液回路、储液罐、二级冲洗回路构成二级冲洗系统；所述PLC控制器相应的信号输入端分别接第一流量传感器、第二流量传感器和液位传感器的信号输出端，所述PLC控制器的相应控制输出端分别接第一、第二电磁阀、泵电源开关以及报警装置的受控端，用以，当第一流量传感器的流量信号正常而液位传感器输出的液位信号高于设定值时，控制关闭第一和第二电磁阀，通过一级冲洗回路冲洗两端的机械密封；当第一流量传感器的流量信号正常而液位传感器输出的液位信号低于设定值时，控制开启第一电磁阀、关闭第二电磁阀，保持一级冲洗回路冲洗两端的机械密封、且通过补液回路向储液罐补液；补液中当第二流量传感器输出的流量信号正常且液位传感器输出的液位信号达到设定值时，控制关闭第一电磁阀停止补液；当第二流量传感器输出的流量信号低于其设定下限值时，控制报警装置发出第二过滤器堵塞报警信号；当第一流量传感器无流量信号输出且液位传感器输出的液位信号大于下限阈值时，控制开启第二电磁阀，通过二级冲洗回路冲洗两端的机械密封；当第一流量传感器输出的流量信号低于其设定下限值且液位传感器输出的液位信号大于下限阈值时，控制报警装置发出第一过滤器堵塞报警信号，且控制开启第二电磁阀，通过一级、二级冲洗回路共同冲洗两端的机械密封；当第一流量传感器输出的流量信号低于其设定下限值、液位传感器输出的液位信号小于下限阈值且第二流量传感器输出的流量信号低于其设定下限值时，控制切断泵工作电源开关并控制报警装置发出第一过滤器、第二过滤器堵塞报警信号与储液罐缺液报警信号； 当第一流量传感器无流量信号输出且液位传感器输出的液位信号小于下限阈值时，控制切断泵工作电源开关并发出储液罐缺液报警信号。

进一步地，所述泵两端的机械密封部位分别设有用于冲洗第一机械密封、第二机械密封的第一、第二冲洗口，其中第一冲洗口设置于远离泵进口腔体的一端，所述第二冲洗口设置于靠近泵进口腔体的一端；所述泵上还设有分布于泵体之外的连通第一机械密封与泵进口腔体的平衡管；所述第一冲洗口、第一机械密封、平衡管依次连通形成第一冲洗流道；所述第二冲洗口、第二机械密封依次连通形成第二冲洗流道；所述冷却液分别经第一、第二冲洗流道进入泵进口腔体。

进一步地，所述液位信号的设定值为储液罐容积的80%处的液位，所述液位信号的下限阈值为储液罐容积的20% 处的液位。

进一步地，所述第一、第二流量传感器流量信号的设定下限值为对应的管道流量值的80%；所述正常的流量信号为大于设定下限值的流量。

进一步地，所述储液罐上还设有自动排气阀、可视液位计。自动排气阀在储液罐进液时可以自动开启，连通大气以平衡储液罐内压力，待储液罐充满液体后自动排气阀可以自动关闭，防止罐内液体溢出；液位传感器用于采集储液罐内液体液位信号并反馈给控制系统；可视液位计用于显示储液罐内液体液位以便于观察。

进一步地，所述储液罐布置于泵的垂向上方。这样储液罐内的液体可沿重力方向自然流入泵机械密封。

进一步地，所述取液口设置于泵的中段或出口处。冲洗系统设计及管道元件选型时应适应取液口处的液体压强。

冲洗系统用于在不同工况条件下，即泵内有液体介质与泵内无液体介质时，对泵两端的机械密封进行持续冲洗。一级冲洗回路中的第一过滤器用于过滤自取液口流出的液体介质，保证冷却液清洁；第一流量传感器用于采集一级冲洗回路的冲洗介质流量信号并反馈给控制系统；第一、第二止回阀用于防止冷却液逆流。二级冲洗回路用于泵体内无液体流通时机械密封的冲洗冷却，这种工况主要发生在离心泵自吸阶段、进液管道堵塞时、以及液源中断供液时。此时，取液口无液体介质流出，利用储液罐内储存的液体对机械密封进行冲洗冷却。补液回路连通了取液口与储液罐的进液口，其上沿水流方向依次串联第一电磁阀、第二过滤器、第二流量传感器、第三止回阀，用于在泵正常工作时引入所输送液体介质并储存在储液罐内；其中，第一电磁阀用于补液回路的通断控制；第二过滤器用于过滤自取液口流出的液体介质，保证冷却液清洁；第二流量传感器用于测定补液回路流量，第三止回阀用于防止液体逆流。第二冲洗回路位于储液罐出液口后方，其上串接第二电磁阀，其后通过管道连接泵的第一冲洗口和第二冲洗口，用于将储液罐内储存的冷却液引入冲洗口对机械密封内及轴表面进行冲洗冷却；第二电磁阀用于第二冲洗回路的通断控制。

控制系统实现自动控制系统运行的功能。作业时，PLC控制器接收第一、第二流量传感器所发出的流量信号和储液罐上液位传感器发出的液位信号，并根据所输入的信号值确定实际工作情况并发出控制信号，控制第一电磁阀和第二电磁阀的开启和关闭。同时，报警装置可以辅助控制器监控持续冲洗系统运行状况，及时发现故障，并发出报警信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在一套泵机械密封冲洗冷却系统上集成了一级冲洗回路、二级冲洗回路以及补液回路，采用自给介质冷却的方式，使机械密封在泵正常输送液体时和泵体内无液体流通时均能得到冲洗冷却，降低了机械密封烧坏的概率，延长了机械密封的使用寿命，有效地保障了泵的正常持续作业；同时本发明采用了自动控制的作业模式，可实现无人值守的自动持续冲洗作业，自动化程度高，使用安全方便，具有广泛的适用范围。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明实施例一系统结构示意图；

图2为本发明离心泵结构及内部冲洗流道示意图。

图中：000-泵； 100-一级冲洗系统； 101-第一过滤器 ；102-第一流量传感器 ；103-第一止回阀； 104-第二止回阀； 200-二级冲洗系统； 201-第一电磁阀 ；202-第二过滤器； 203-第三止回阀； 204-储液罐 ；205-第二电磁阀； 206-自动排气阀； 207-液位传感器； 208-可视液位计； 209-第二流量传感器；300-控制系统；301-PLC控制器； 302-报警装置；303-泵电源开关；

001-第二冲洗口； 002-第二机械密封； 003-泵进口腔体； 004-平衡管； 005-中段第一级； 006-中段第二级； 007-取液口； 008-中段第三级； 009-泵出口； 010-第一机械密封； 011-第一冲洗口。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例一

本发明公开一种全自动泵机械密封持续冲洗系统，其原理如图1所示，本系统主要由一级冲洗系统100、二级冲洗系统200和控制系统300组成，适用于移动式/固定式泵机组作业时机械密封的冲洗冷却。其中，一级冲洗系统主要包括一级冲洗回路，二级冲洗系统200主要包括补液回路、储液罐、二级冲洗回路。本实施例一级冲洗系统100和二级冲洗系统200均利用泵000所输送的液体介质进行冷却，不需要额外引入外部冷却水源。

泵000为三级离心泵，设置有位于泵进口端的第一机械密封010和位于泵出口端的第二机械密封002。机封冲洗系统设计及管道元件选型时应适应所选择取液口的液体压力，本实施例选择在泵000的中段第二级006上设置取液口007。一级冲洗系统100和二级冲洗系统200均由泵000的取液口007取液，并输送至泵000的第一冲洗口011对第一机械密封010进行冲洗冷却，以及输送至泵000的第二冲洗口001对第二机械密封002进行冲洗冷却。

一级冲洗系统100用于泵000正常工作输送液体时机械密封的冲洗冷却，主要为一级冲洗回路。一级冲洗回路包括泵000的取液口007后通过管道依次串联第一过滤器101和第一流量传感器102，之后经第一止回阀103连接泵000的第一冲洗口011，及经第二止回阀104连接泵000的第二冲洗口001。第一过滤器101用于过滤自取液口流出的液体介质，保证清洁；第一流量传感器102用于采集一级冲洗系统100的冲洗介质流量信号并反馈给PLC控制器301；第一止回阀103和第二止回阀104用于防止冷却液逆流。

二级冲洗系统200用于泵000在空转工况下泵体内无液体流通时机械密封的冲洗冷却，这种工况主要发生在离心泵自吸阶段、进液管道堵塞时、以及液源中断供液等情况。此时，取液口007无液体介质流出，利用储液罐204内储存的液体对机械密封进行冲洗冷却。二级冲洗系统200主要分为两部分，即储液罐204进液口前的补液回路和储液罐204出液口后的第二冲洗回路。补液回路包括泵000的取液口007后通过管道依次串接的第一电磁阀201、第二过滤器202、第三止回阀203，用于在泵000正常工作时引入所输送液体介质并储存在储液罐204内；第一电磁阀201用于补液回路的通断控制；第二过滤器202用于过滤自取液口流出的液体介质，保证冷却液清洁；第二流量传感器209用于监控补液回路流量状况；第三止回阀203用于防止冷却液逆流。第二冲洗回路包括储液罐204的出液口后连接的第二电磁阀205，其后通过管道连接分别泵000的第一冲洗口011和第二冲洗口001，用于将储液罐204内储存的冷却液引入机械密封冲洗口对机械密封进行冲洗冷却；第二电磁阀205用于第二冲洗回路的通断控制。

如图2所示，机封冷却液在泵000内部流通流道及流向为（1）第一机械密封010冷却液流向：冷却液体介质由泵000的第一冲洗口011流入，流经第一机械密封010带走热量，其后经平衡管004进入泵进口腔体003；（2）第二机械密封002冷却液流向：冷却液体介质由泵000的第二冲洗口001流入，流经第二机械密封002带走热量，其后进入泵进口腔体003。

储液罐204装置于泵000的垂向上方，在泵000正常工作时用于引入并储存泵000所输送的液体介质；在泵000空转时利用重力排出所储存的液体介质对机械密封进行冲洗冷却。储液罐204安装有自动排气阀206、液位传感器207和可视液位计208。自动排气阀206在储液罐204进液时可以自动开启，连通大气以平衡储液罐204内压力，待储液罐204充满液体后自动排气阀206可以自动关闭，防止罐内液体溢出；液位传感器207用于采集储液罐204内液体液位信号并反馈给PLC控制器301；可视液位计207用于显示储液罐204内液体液位以便于观察。

本实施例控制系统300核心为PLC控制器301，PLC控制器301与第一流量传感器102、第二流量传感器209、液位传感器207、第一电磁阀201、第二电磁阀205、报警装置302、泵电源开关303电连接。作业时，PLC控制器301接收第一流量传感器102、第二流量传感器209所发出的流量信号和液位传感器207发出的液位信号，并根据所输入的信号值确定实际工作情况并发出控制信号，控制第一电磁阀201和第二电磁阀205的开启和关闭；同时，PLC控制器301还可控制报警装置302发出声光报警、控制泵电源开关的断开。

本实施例选用紫铜管作为连接管道，可以将通过管道的冷却液有效冷却后输入机械密封冲洗进液口，提高冲洗冷却效果。连接管道通径根据机械密封冲洗所需流量计算得出。

本实施例全自动控制的泵机械密封持续冲洗系统不同工况下的工作状态及自动控制方法为：PLC控制器接收第一、第二流量传感器发送的流量信号、液位传感器发送的液位信号，并判断流量值、液位值与对应的正常流量值、流量设定下限值、液位设定值、液位下限阈值之间的关系，并对第一、第二电磁阀、泵电源开关、报警装置302输出控制信号。本实施例单机封冲洗设计流量为5L/min，总设计流量为10L/min，且第一冲洗回路上针对第一流量传感器102的正常流量值为8-10 L/min，即其对应的设定下限值为8L/min。针对储液罐的液位下限阈值设定在储液罐容积的20%处，液位设定值为储液罐容积的80%处。针对补液回路上第二流量传感器209的正常流量值为8-10L/min，即其对应的流量信号设定下限值为8L/min。具体来说如下：

当第一流量传感器102的流量信号正常而液位传感器207输出的液位信号高于设定值时，控制关闭第一和第二电磁阀，通过一级冲洗回路冲洗两端的机械密封；当第一流量传感器102的流量信号正常而液位传感器207输出的液位信号低于设定值时，控制开启第一电磁阀201、关闭第二电磁阀205，保持一级冲洗回路冲洗两端的机械密封、且通过补液回路向储液罐204补液；补液中当第二流量传感器209输出的流量信号正常且液位传感器207输出的液位信号达到设定值时，控制关闭第一电磁阀201停止补液；当第二流量传感器209输出的流量信号低于其设定下限值时，控制报警装置302发出第二过滤器209堵塞报警信号；当第一流量传感器102无流量信号输出且液位传感器207输出的液位信号大于下限阈值时，控制开启第二电磁阀205，通过二级冲洗回路冲洗两端的机械密封；当第一流量传感器102输出的流量信号低于其设定下限值且液位传感器207输出的液位信号大于下限阈值时，控制报警装置302发出第一过滤器101堵塞报警信号，且控制开启第二电磁阀205，通过一级、二级冲洗回路共同冲洗两端的机械密封；当第一流量传感器102输出的流量信号低于其设定下限值、液位传感器207输出的液位信号小于下限阈值且第二流量传感器209输出的流量信号低于其设定下限值时，控制切断泵工作电源开关303并控制报警装置302发出第一过滤器101、第二过滤器202堵塞报警信号与储液罐204缺液报警信号； 当第一流量传感器102无流量信号输出且液位传感器207输出的液位信号小于下限阈值时，控制切断泵工作电源开关303并发出储液罐204缺液报警信号。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种全自动泵机械密封持续冲洗系统，包括泵体具有进口和出口的输液泵和PLC控制器（301），所述泵体内装有两端分别具有机械密封的叶片轴，其特征在于：所述泵体上设有用于取出流经泵内液体介质的取液口（007）；

所述取液口（007）通过第一流量传感器（102）后分别通过分支管路上的第一止回阀（103）和第二止回阀（104）接至两端的机械密封部位，构成一级冲洗回路；

所述取液口（007）还通过第一电磁阀（201）、第二过滤器（202）、第二流量传感器（209）和第三止回阀（203）接装有液位传感器（207）的储液罐（204）的进液口，构成补液回路；

所述储液罐（204）的出液口经第二电磁阀（205）后分别通过分支管路接至两端的机械密封部位，构成二级冲洗回路；

所述一级冲洗回路构成一级冲洗系统，所述补液回路、储液罐（204）、二级冲洗回路构成二级冲洗系统；

所述PLC控制器（301）相应的信号输入端分别接第一流量传感器（102）、第二流量传感器（209）和液位传感器（207）的信号输出端，所述PLC控制器（301）的相应控制输出端分别接第一、第二电磁阀（201、205）、泵电源开关（303）以及报警装置（302）的受控端，用以

当第一流量传感器（102）的流量信号正常而液位传感器（207）输出的液位信号高于设定值时，控制关闭第一和第二电磁阀，通过一级冲洗回路冲洗两端的机械密封；

当第一流量传感器（102）的流量信号正常而液位传感器（207）输出的液位信号低于设定值时，控制开启第一电磁阀（201）、关闭第二电磁阀（205），保持一级冲洗回路冲洗两端的机械密封、且通过补液回路向储液罐（204）补液；

补液中当第二流量传感器（209）输出的流量信号正常且液位传感器（207）输出的液位信号达到设定值时，控制关闭第一电磁阀（201）停止补液；当第二流量传感器（209）输出的流量信号低于其设定下限值时，控制报警装置（302）发出第二过滤器（209）堵塞报警信号；

当第一流量传感器（102）无流量信号输出且液位传感器（207）输出的液位信号大于下限阈值时，控制开启第二电磁阀（205），通过二级冲洗回路冲洗两端的机械密封；

当第一流量传感器（102）输出的流量信号低于其设定下限值且液位传感器（207）输出的液位信号大于下限阈值时，控制报警装置（302）发出第一过滤器（101）堵塞报警信号，且控制开启第二电磁阀（205），通过一级、二级冲洗回路共同冲洗两端的机械密封；

当第一流量传感器（102）输出的流量信号低于其设定下限值、液位传感器（207）输出的液位信号小于下限阈值且第二流量传感器（209）输出的流量信号低于其设定下限值时，控制切断泵工作电源开关（303）并控制报警装置（302）发出第一过滤器（101）、第二过滤器（202）堵塞报警信号与储液罐（204）缺液报警信号；

当第一流量传感器（102）无流量信号输出且液位传感器（207）输出的液位信号小于下限阈值时，控制切断泵工作电源开关（303）并发出储液罐（204）缺液报警信号。

2.根据权利要求1所述的全自动泵机械密封持续冲洗系统，其特征在于：所述叶片轴两端分别设有用于冲洗第一机械密封（010）、第二机械密封（002）的第一、第二冲洗口（011、001），其中第一冲洗口（011）设置于远离泵进口腔体（003）的一端，所述第二冲洗口（001）设置于靠近泵进口腔体（003）的一端；所述泵（000）上还设有分布于泵体之外的连通第一机械密封（010）与泵进口腔体（003）的平衡管（004）；

所述第一冲洗口（011）、第一机械密封（010）、平衡管（004）依次连通形成第一冲洗流道；

所述第二冲洗口（001）、第二机械密封（002）依次连通形成第二冲洗流道；

冷却液分别经第一、第二冲洗流道进入泵进口腔体（003）。

3.根据权利要求1所述的全自动泵机械密封持续冲洗系统，其特征在于：所述液位信号的设定值为储液罐（204）容积的80%处的液位，所述液位信号的下限阈值为储液罐（204）容积的20% 处的液位。

4.根据权利要求1所述的全自动泵机械密封持续冲洗系统，其特征在于：所述第一、第二流量传感器（102、202）流量信号的设定下限值为对应的管道流量值的80%；所述正常的流量信号为大于设定下限值的流量。

5.根据权利要求1所述的全自动泵机械密封持续冲洗系统，其特征在于：所述储液罐上还设有自动排气阀（206）、可视液位计（208）。

6.根据权利要求1所述的全自动泵机械密封持续冲洗系统，其特征在于：所述储液罐（204）布置于泵（000）的垂向上方。

7.根据权利要求1所述的全自动泵机械密封持续冲洗系统，其特征在于：所述取液口（007）设置于泵的中段或出口处。