CN111344491B - 泵组件、特别地用于向机械密封组件供应的泵组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及泵组件，特别是机械密封组件的泵组件，其用于供应流体，特别地，所述泵组件用于将流体供应到机械密封件(2a、2b)，所述泵组件包括：恰好一个驱动器(11)，其包括驱动轴(24)；第一轴向泵(21)，其在所述驱动轴的轴向(X‑X)上输送流体；第二轴向泵(22)，其在所述驱动轴的轴向上输送流体；以及径向泵(23)，其在所述驱动轴的径向(R)上输送流体，其中，在穿过所述泵组件的流体的流通方向(B)上，所述第一轴向泵(21)和所述第二轴向泵(22)配置在所述径向泵(23)的前方，并且所述驱动器(11)同时驱动所述第一轴向泵(21)、所述第二轴向泵(22)和所述径向泵(23)。

Description

泵组件、特别地用于向机械密封组件供应的泵组件
技术领域
本发明涉及用于向机械密封组件供应流体的泵组件，特别是机械密封组件的泵组件，该流体被引导至机械密封件的滑环之间的密封间隙。此外，本发明涉及包括这种泵组件的机械密封组件。
背景技术
在现有技术中已知机械密封组件的各种构造。在其中使用了气态或液态的阻隔介质，该阻隔介质被引入旋转滑环和固定滑环之间的滑动表面处的密封间隙。基本上，任何类型的泵都可用于输送阻隔介质，这是因为通常在待密封的产品的压力与密封介质的压力之间仅存在小的压差以将穿过机械密封组件的密封间隙的任何泄漏保持得尽可能低。至今，已经使用活塞泵或齿轮泵来产生密封介质的压力。至今，在密封介质和待密封的产品之间压差较高时简单地使用了包括第二泵的冗余配置。然而，这使得整个阻隔介质系统的成本过高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种泵组件，其能够产生更高的压力，同时呈现简单的设计和低成本可制造性。本发明的另一目的是提供一种具有用于向机械密封组件供应流体的改进的设备的机械密封件。
该目的将通过具有技术方案1的特征的泵组件和具有技术方案14的特征的机械密封组件实现。优选实施方式是从属技术方案的主题。
机械密封组件的用于向机械密封件供应流体的根据本发明的泵组件具有以下优点：允许泵组件的特别紧凑的设计。这种方法允许将多个泵送阶段集成到泵组件中。泵组件包括恰好一个驱动器，该驱动器包括驱动轴、第一轴向泵和第二轴向泵以及径向泵。因此，总共设置三个泵，第一轴向泵和第二轴向泵在驱动轴的轴向上输送流体，径向泵在驱动轴的径向上输送流体。第一轴向泵和第二轴向泵在穿过泵组件的流体的流通方向上配置于径向泵的前方。唯一的驱动器同时驱动第一轴向泵、第二轴向泵和径向泵。因此，为所有三个泵送阶段设置仅一个公共驱动器。这允许紧凑的泵组件的特别简单且低成本的设计。
优选地，泵组件包括磁联接件，该磁联接件包括具有第一永磁体的输入部、固定中空筒以及具有第二永磁体的输出部。中空筒配置于驱动部和输出部之间并且例如连接至泵壳体。使用磁联接件的这种构造使流体和大气之间容易分离。这使得机械密封组件流体的外部污染被避免。
优选地，磁联接件的驱动部是泵组件驱动器的驱动轴。结果，可以减少组成部件的数量并且可以实现更加紧凑的设计。
更优选地，第一永磁体在输入轴的中心轴线方向上与位于输出部的第二永磁体错开距离A。这使得第一永磁体和第二永磁体之间仅部分重叠。优选地，第一永磁体和第二永磁体在轴向上的长度相同。
根据本发明的另一优选实施方式，泵组件的构造使得第一轴向泵在第一轴向上输送，第二轴向泵在第二轴向上输送，其中第二轴向与第一轴向相反。这允许作用于泵组件的轴向力被第一轴向泵和第二轴向泵平衡。优选地，该设计使得互相作用的轴向力彼此完全补偿。优选地，第一轴向泵和第二轴向泵的设计是相同的。
如果第一轴向泵、第二轴向泵和径向泵直接配置于磁联接件的输出部，则可以实现特别简单且紧凑的设计。
特别优选的是，第一轴向泵和第二轴向泵是输送螺纹泵。优选地，在旋转部分和固定部分均配置输送螺纹。可选地，输送螺纹仅配置于一个部分，即旋转部分或固定部分。特别优选的是，输送螺纹泵在轴向上的长度相同。
根据本发明的另一优选实施方式，泵组件优选包括整体式泵壳体，该整体式泵壳体包括入口和出口。整体式泵壳体允许第一轴向泵、第二轴向泵和径向泵被构造成使得它们可以被设置为预组装单元并且可以被简单地插入整体式泵壳体。
优选地，到泵组件的入口的一个供给方向和在泵组件的出口中的一个排出方向是相同的。通过使流偏转将损耗降到了最低。
优选地，泵组件还包括流体分流器，该流体分流器将被供给的流体流分为两个子流。通向第一轴向泵的第一子流和通向第二轴向泵的第二子流。优选地，流体分流器直接配置于泵壳体中的入口后方。
优选地，泵组件还包括控制单元，该控制单元适于控制一个驱动器的驱动转速，从而控制泵组件的流量。
优选地，泵组件包括第一径向轴承和第二径向轴承，以在中空筒处支撑输出部。优选地，流体还用作用于第一径向轴承和第二径向轴承的润滑介质。更优选的是，仅具有一个轴向轴承，特别优选地与径向轴承中的一个相邻，以便实现磁联接件的输出部的轴向支承。如果磁联接件的第一永磁体和第二永磁体在轴向上彼此错开地配置，则这是特别可行的，从而由于永磁体的配置，轴向力在输入部和输出部之间仅在一个方向上存在。
此外，本发明涉及一种机械密封组件，其包括至少一个第一机械密封件和根据本发明的泵组件，该第一机械密封件包括旋转滑环、固定滑环，其中滑环在其滑动表面之间限定了密封间隙。优选地，机械密封组件被构造为串联设计，该串联设计包括串联的第一机械密封件和第二机械密封件。利用该串联设计，流体将被供给到第一机械密封件和第二机械密封件之间的空间。
附图说明
在下文中，将参照附图详细说明本发明的优选示例实施方式，在附图中：
图1是包括根据本发明的优选实施方式的泵组件的机械密封组件的示意图，并且
图2是详细示出图1中的泵组件的截面图。
具体实施方式
如从图1可以看出，机械密封组件1包括第一机械密封件2a和第二机械密封件2b，用于从大气侧9密封具有待密封的产品的产品侧8。这里，示出了串联配置，其中两个机械密封件2a、2b在公共轴13处朝向中心轴轴线Y-Y串联地(serially)密封。
为了操作两个机械密封件2a、2b，配置了流体回路7，其分别使用例如液体油等的流体或阻隔介质(barrier medium)。
在本实施方式中，第一机械密封件2a和第二机械密封件2b被类似地设计，均包括旋转滑环3和固定滑环4，在旋转滑环3和固定滑环4的滑动表面之间限定了密封间隙5。使用套筒状的保持构件14将旋转滑环3固定在轴13处。固定滑环4通常固定于密封壳体6。
如从图1可以看出，流体回路7包括抽吸线70和压力线71。此外，泵组件10配置于流体回路7，以在闭合回路中泵送流体。泵组件10包括一个单个驱动器11，通过使用控制单元12控制该单个驱动器11。
如从图1可以看出，流体回路7通向第一机械密封件2a和第二机械密封件2b之间的空间15。流体被供给到密封间隙5附近以确保在密封间隙5处的密封。流体的压力略高于位于产品侧8的产品的压力。因此，将避免产品朝向大气侧9的泄漏。
从图2中可以观察到泵组件10的细节。如从图2中可以看出，泵组件10包括第一轴向泵21、第二轴向泵22和径向泵23。第一轴向泵21和第二轴向泵22设计成输送螺纹泵，其中在两个轴向泵21、22的旋转部分和固定部分处均设置有输送螺纹。
第一轴向泵21和第二轴向泵22被类似地设计，其中，第一轴向泵在第一轴向上的输送方向是X1，第二轴向泵在相反的轴向上的输送方向是X2。
如从图2可以进一步看出，径向泵23在泵组件的轴向X-X上配置在第一轴向泵21和第二轴向泵22之间。径向泵23在径向R上输送流体。
如从图2可以进一步看出，泵组件10包括磁联接件30。磁联接件30配置在驱动器11与两个轴向泵21、22以及径向泵23之间。磁联接件用于将驱动扭矩传递到泵组件10的三个泵送阶段。
如图2所示，磁联接件30包括多个第一永磁体31和多个第二永磁体32。在永磁体31与永磁体32之间配置有固定中空筒33。中空筒33连接到泵壳体38。因此，磁联接件30允许流体和大气之间的介质分离。
磁联接件30包括输入部30a和输出部30b。输入部30a包括驱动器11的驱动轴24以及第一永磁体31。输出部30b包括第二永磁体32以及旋转套筒39。第二永磁体32配置在旋转套筒39处。
此外，在旋转套筒39的外周配置有两个固定套筒37a、37b。这里，轴向泵21、22被设计成在固定套筒37a、37b与旋转套筒39之间的输送螺纹。径向泵23配置在两个固定套筒37a、37b之间。在图2中，仅示意性地示出了径向泵，并且该径向泵可以包括多个叶片等，以便相对于中心轴线在径向R上将阻隔介质泵送到在泵壳体38中形成的出口41中。
在泵壳体38中，附加地设置有入口42，其中入口42中的入口方向与出口41中的出口方向相同，即径向。如从图2可以看出，入口42和出口41也位于与轴向X-X垂直的公共轴。
设置第一径向轴承34和第二径向轴承35以支撑旋转套筒39。这涉及旋转套筒39的与中空筒33相对的径向轴承。如图2所示，槽34a和35a设置在两个径向轴承34和35的端面处，用于将流体供给到轴承表面作为用于径向轴承的润滑剂。此外，设置了恰好一个轴向轴承36，该轴向轴承36与第二径向轴承35相邻配置。
轴向轴承36配置在封闭构件44中，该封闭构件44封闭了泵壳体38。
如图2中进一步示出的，第一永磁体31在轴向上的配置与第二永磁体32的配置错开。第一永磁体31与第二永磁体32在轴向X-X上错开距离A。将通过磁力施加旋转套筒39的轴向预张力(pretension)，使得仅需要恰好一个轴向轴承36。
泵组件10如下进行操作。当驱动器11由控制单元12驱动时，驱动轴24、因而第一永磁体31将旋转。由于作用于第二永磁体32的磁力，旋转套筒39也开始旋转。以这种方式，发生了经由入口42将流体抽吸到流体分流器43的情况。如图2中的箭头所示，流体流B分开为朝向第一轴向泵21的第一子流B1和朝向第二轴向泵22的第二子流B2。然后，如图2中的其它箭头所示，流体从流体分流器43流向左侧和右侧，并且往复运动180°，随后进入第一轴向泵21和第二轴向泵22。然后，将径向泵23配置在第一轴向泵21和第二轴向泵22的出口处，其使流体偏转90°并供给到出口41。
因此，通过两个轴向泵21、22将流体输送到配置于两个轴向泵21、22之间的径向泵23。然后，径向泵引起轴向供给的流体在径向R上的偏转并且将流体经由出口41且朝向滑环密封件2a、2b输送到压力线71(参照图1)。
由此，在泵组件中集成三个泵送阶段，提供了两个轴向泵送阶段和一个径向泵送阶段。这里，两个轴向泵送阶段反向形成并且优选设计成输送螺纹。第一轴向泵21和第二轴向泵22的反向配置允许克服在输送期间出现的轴向力。此外，相对于第二永磁体32在轴向X-X上错开的第一永磁体31的配置确保了预张力F将始终施加于唯一的轴向轴承36。由于该配置，预张力F独立于旋转速度并且独立于流体的粘度。
根据本发明的泵组件10十分紧凑且坚固，并且特别适用于高达200×105Pa的高压。当两个轴向泵21、22设计成输送螺纹并且存在流体的闭合回路时，不需要设置其它安全系统或密封系统。此外，设计成输送螺纹的第一轴向泵和第二轴向泵以及径向泵确保了操作期间在流体内产生低摩擦，以便引起低热量的产生。根据本发明的泵组件10的另一大优点在于，对所泵送的流体量的控制仅取决于驱动器的速度，因此使用控制单元12可以容易地实现。此外，一件式的、截面为U形的泵壳体38允许实现容易地安装组件。可选地，泵壳体也可以设置为多部件的。
此外，通过使用输送螺纹作为第一轴向泵21和第二轴向泵22，可以在泵组件故障期间确保流体的循环、直到发生完全停机。
附图标记说明
1 机械密封组件
2a 第一机械密封件
2b 第二机械密封件
3 旋转滑环
4 固定滑环
5 密封间隙
6 密封壳体
7 流体回路
8 产品侧
9 大气侧
10 泵组件
11 驱动器
12 控制单元
13 轴
14 用于旋转滑环的保持构件
15 空间
21 第一轴向泵
22 第二轴向泵
23 径向泵
24 驱动轴
30 磁联接件
30a 输入部
30b 输出部
31 第一永磁体
32 第二永磁体
33 固定中空筒
34 第一径向密封件
34a 槽
35 第二径向密封件
35a 槽
36 轴向轴承
37a 固定套筒
37b 固定套筒
38 泵壳体
39 旋转套筒
41 出口
42 入口
43 流体分流器
44 封闭构件
70 抽吸线
71 压力线
A 距离
B 泵组件的流通方向
B1、B2 泵组件中的第一和第二子流
F 预张力
R 径向
X1 第一轴向
X2 第二轴向
X-X 泵组件的轴向(中心轴线)
Y-Y 中心轴轴线

Claims (9)

1.一种机械密封组件，其包括机械密封件(2a、2b)以及流体回路(7)，所述机械密封件(2a、2b)包括旋转滑环(3)和固定滑环(4)，其中所述旋转滑环(3)和所述固定滑环(4)在彼此相对的滑动表面处限定了密封间隙(5)，所述流体回路(7)包括用于将流体供应到所述机械密封件(2a、2b)的泵组件，所述泵组件包括：
-恰好一个驱动器(11)，其包括驱动轴(24)，
-第一轴向泵(21)，其在所述驱动轴的轴向(X-X)上输送流体，
-第二轴向泵(22)，其在所述驱动轴的轴向上输送流体，以及
-径向泵(23)，其在所述驱动轴的径向(R)上输送流体，
-其中，在穿过所述泵组件的流体的流通方向(B)上，所述第一轴向泵(21)和所述第二轴向泵(22)配置在所述径向泵(23)的前方，并且
-所述驱动器(11)同时驱动所述第一轴向泵(21)、所述第二轴向泵(22)和所述径向泵(23)，以及
-磁联接件(30)，所述磁联接件(30)包括具有第一永磁体(31)的输入部(30a)、固定中空筒(33)以及具有第二永磁体(32)的输出部(30b)，
-其中，在所述驱动轴(24)的轴向(X-X)上，所述第一永磁体(31)相对于所述第二永磁体(32)错开距离(A)，其中所述第一永磁体在所述径向(R)上与所述第二永磁体部分重叠，
-其中所述第一轴向泵(21)在第一轴向(X1)上输送流体，所述第二轴向泵(22)在第二轴向(X2)上输送流体，所述第二轴向(X2)与所述第一轴向(X1)相反，并且其中所述第一轴向泵(21)和所述第二轴向泵(22)设计成输送螺纹泵，
-其中所述输出部(30b)包括第一径向轴承(34)和第二径向轴承(35)，并且
-其中所述机械密封组件包括恰好一个轴向轴承(36)，用于轴向支撑所述输出部(30b)。
2.根据权利要求1所述的机械密封组件，其特征在于，所述输入部(30a)包括所述驱动器的驱动轴(24)。
3.根据权利要求1或2所述的机械密封组件，其特征在于，所述第一轴向泵(21)、所述第二轴向泵(22)和所述径向泵(23)直接配置在所述磁联接件的输出部(30b)处。
4.根据权利要求1或2所述的机械密封组件，还包括一件式泵壳体(38)，该一件式泵壳体(38)包括入口(42)和出口(41)。
5.根据权利要求4所述的机械密封组件，其特征在于，进入所述入口(42)的入口方向与进入所述出口(41)的出口方向相同。
6.根据权利要求1或2所述的机械密封组件，还包括流体分流器(43)，该流体分流器将所供给的流体流分成两个子流(B1、B2)，其中第一子流(B1)流向所述第一轴向泵(21)，第二子流(B2)流向所述第二轴向泵(22)。
7.根据权利要求1或2所述的机械密封组件，其特征在于，所述输出部(30b)包括旋转套筒(39)，在所述旋转套筒(39)处配置所述第一轴向泵(21)、所述第二轴向泵(22)、所述径向泵(23)和所述第二永磁体(32)。
8.根据权利要求1或2所述的机械密封组件，还包括控制单元(12)，该控制单元适于控制所述驱动器(11)的驱动转速，以便确定所述泵组件(10)的流量。
9.根据权利要求1所述的机械密封组件，包括串联配置的第一机械密封件(2a)和第二机械密封件(2b)，其中阻隔介质被供给到所述第一机械密封件和所述第二机械密封件之间的空间(15)中。
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