CN112065767B - 一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统，包括静止单元和转动单元，采用永磁材料的斥力作为动环和静环的压紧力，能够提供较大的压紧力，适用于高压工况；其次采用至少两组径向永磁环的径向力组成一个五自由度稳定的转子系统，增强转子旋转中的稳定性；另外设置密封冲洗管路，使高温、非洁净介质只有很少一部分会进入到密封腔，并降低机封的温度；最后密封压盖中设置冷却水腔体，利用冷却水循环降低机封温度，增加使用寿命。本发明中磁力密封系统，压紧力均匀，对转轴的振动、偏摆等外部因素不敏感；根据永磁材质的不同能够选择较小尺寸的永磁体产生较大的压紧力，适用于高压工况，且适用转速范围广，转速可以从1500rpm‑6000rpm。

Description

一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统

技术领域

本发明属于离心泵密封技术领域，特别涉及一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统。

背景技术

机械密封是动力机械设备中不可缺少的重要零件，在石油化工装置中，介质多数具有腐蚀性、可燃性、易爆性和毒性，一旦密封失效导致介质泄漏，不仅影响正常生产，还可能发生火灾、爆炸等重大事故，严重危害人身安全。根据文献统计数据，由机械密封失效引起的离心泵故障约占整体故障的22％，维修费用约占整体维修费用的26％，因此有必要对机械密封的结构及形式进行优化和改进。

目前针对于磁力机械密封的研究和改进主要集中在中低速风机、鼓风机、汽轮机以及常速离心泵的轴承箱中，多用于骨架油封、填料密封的改造，用于密封温度较低(通常90℃以内)、压力近似于常压(0.1Mpa)、洁净的润滑油。但是对于高温(150-350℃)、高压(0.5Mpa-6 Mpa)、非洁净(含有颗粒或者易洁净的介质)工况(如煤制烯烃行业中气化装置使用的渣池循环水泵，介质含有颗粒渣滓，为高温高压的介质)的集装式机械密封，缺少相关的改进。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人对石油化工领域中使用的高温、高压、非洁净介质离心泵的机械密封结构进行了锐意研究，提供了一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统，首先采用永磁材料的斥力作为动环和静环的压紧力，能够提供较大的压紧力，适用于高压工况；其次采用至少两组径向永磁环的径向力组成一个五自由度稳定的转子系统，增强转子旋转中的稳定性；另外设置密封冲洗管路，并对于外冲洗管路增加磁性过滤器，避免铁磁性杂质进入密封腔内部进而降低压紧力和径向力，提高使用寿命；最后密封压盖中设置冷却水腔体，利用冷却水循环降低机封温度，增加使用寿命，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统，包括静止单元和转动单元，

静止单元包括泵盖、机封压盖和静环，其中，静环嵌在机封压盖中，通过机封压盖固定在泵盖上，泵盖固定在离心泵的泵壳上；泵盖和机封压盖与转动单元在静环两侧分别围成腔体A和腔体C，腔体A靠近泵盖；机封压盖对应腔体A和腔体C的壳体上分别嵌有第四永磁环和第五永磁环；

转动单元包括转轴、轴套、抱轴器、动环、动环座、第一永磁环座和第二永磁环座，其中，转轴和轴套通过抱轴器实现固定；动环座套在轴套上，内部嵌有与静环轴向相对的动环，动环座背向动环方向安装有第三永磁环，第三永磁环与机封压盖上的第四永磁环相对；第一永磁环座和第二永磁环座分别位于腔体A和腔体C中，其固定在轴套上，随轴套一同旋转，第一永磁环座和第二永磁环座上分别固定有第一永磁环和第二永磁环，第一永磁环与动环座上的第三永磁环轴向相对，产生的轴向斥力使静环与动环紧密贴合在一起，形成密封；第二永磁环与机封压盖上的第五永磁环相对。

根据本发明提供的一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统，具有以下有益效果：

(1)本发明中磁力密封系统，采用动环和静环通过永磁力压紧，通过选用合适的永磁材料，相较于采用机械结构提供的压紧力，能够提供更大的压紧力，适用于高压工况密封；同时圆周压紧力均匀，避免了压紧力不均匀导致的偏转引起的泄露。同时，两个永磁环之间没有机械结构，因此如果有不洁净的介质进入到腔体中，对磁力影响很小，即受介质洁净度、腐蚀性、高压、高温等影响小，故障率小；

(2)本发明中磁力密封系统，采用两组内外安装的永磁环提供径向斥力，这样能够实现轴系的自稳定性，即当存在一定偏转时，径向斥力就会阻碍偏转的进一步加大，增强轴系的稳定性；

(3)本发明中磁力密封系统，机封结构液力端设置有磁性滤网，磁性滤网的设置能够有效阻碍介质中的铁磁性杂质进入腔体，保证了腔体内永磁环的正常工作，避免铁磁性杂质吸附在永磁环上影响使用；

(4)本发明中磁力密封系统设置有密封冲洗管路，密封冲洗管路一方面能够保证高温、非洁净介质只有很少一部分会进入到密封腔，另一方面冲洗水温度较低，也可以降低机封结构的温度；

(5)本发明中磁力密封系统设置有冷却水管路，冷却水管路能够进一步降低机封结构的温度；

(6)本发明中磁力密封系统适用转速范围广，转速可以从1500rpm-6000rpm。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式中磁力密封系统结构示意图；

图2示出本发明一种优选实施方式中密封冲洗管路和冷却水管路在磁力密封系统中的连接示意图。

附图标号说明

1-泵盖；2-轴套；3-第一O型圈；4-磁性滤网；5-第一永磁环座；6-第一永磁环；7-第三永磁环；8-动环座；9-第二O型圈；10-动环；11-静环；12-第三O型圈；13-机封压盖；14-第二永磁环；15-第二永磁环座；16-第五永磁环；17-轴套卡环；18-抱轴器；19-转轴；20-第四O型圈；21-第四永磁环。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明提供了一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统，如图1所示，包括静止单元和转动单元，

静止单元包括泵盖1、机封压盖13和静环11，其中，静环11嵌在机封压盖13中，通过机封压盖13固定在泵盖1上，泵盖1通过螺纹连接件等方式固定在离心泵的泵壳上；泵盖1和机封压盖13与转动单元在静环11两侧分别围成腔体A和腔体C，腔体A靠近泵盖1；机封压盖13对应腔体A和腔体C的壳体上分别嵌有第四永磁环21和第五永磁环16；

转动单元包括转轴19、轴套2、抱轴器18、动环10、动环座8、第一永磁环座5和第二永磁环座15，其中，转轴19和轴套2通过抱轴器18实现固定；动环座8套在轴套2上，内部嵌有与静环轴向相对的动环，动环座8背向动环10方向安装有第三永磁环7，第三永磁环7与机封压盖13上的第四永磁环21相对，进而可产生永磁力(径向斥力)，起到对轴系的抗震作用；

第一永磁环座5和第二永磁环座15分别位于腔体A和腔体C中，通过螺纹连接件等结构锁紧在轴套2上或者通过过盈配合固定在轴套2上，可以随轴套2一同旋转，第一永磁环座5和第二永磁环座15上分别固定有第一永磁环6和第二永磁环14，第一永磁环6与动环座8上的第三永磁环7轴向相对，产生的永磁力(轴向斥力)使得静环11与动环6紧密贴合在一起，起到密封的作用；第二永磁环14与机封压盖13上的第五永磁环16相对，产生永磁力(径向斥力)，起到对轴系的抗震作用。

本发明中，采用第一永磁环6和第三永磁环7之间的永磁力(轴向斥力)，通过选用合适的永磁材料，相较于采用机械结构提供的压紧力，能够提供更大的压紧力，适用于高压工况密封；同时圆周压紧力均匀，避免了压紧力不均匀导致的偏转引起的泄露。同时，两个永磁环之间没有机械结构，因此如果有不洁净的介质进入到腔体A中，对磁力影响很小，如果是弹簧或者波纹管的机械结构，则杂质会固结在弹簧或者波纹管上，那么就会影响弹簧或者波纹管的压缩，从而导致机械失效。在本发明中，“介质”是指离心泵用来输送的液体。

采用第三永磁环7和第四永磁环21，第二永磁环14和第五永磁环16两组永磁环，两组永磁环提供了径向斥力，这样能够实现轴系的自稳定性，即当存在一定偏转时，径向斥力就会阻碍偏转的进一步加大，增强轴系的稳定性；工作机理是永磁环均为轴向磁化，不仅可以提供轴向磁力，当内外安装时，还可以提供径向磁力。

在本发明中，转轴19和轴套2之间通过第一O型圈3密封连接；动环座8和动环10之间通过第二O型圈9密封连接；机封压盖13和静环11之间通过第三O型圈12密封连接；泵盖1和机封压盖13之间通过第四O型圈20密封连接。也就是说，相对静止的部分通过O型圈密封，O型圈选用全氟醚材质，以耐高温。

相对转动的部分通过动环和静环之间的贴合密封，为密封的关键部分，动环选用硬质合金或者SiC，静环选用石墨材质。

在本发明中，腔体A液力端设置有磁性滤网4，磁性滤网4的设置能够有效阻碍介质中的铁磁性杂质进入腔体A，保证了腔体A内永磁环的正常工作，避免铁磁性杂质吸附在永磁环上影响使用。

在本发明中，如图2所示，所述磁力密封系统还包括密封冲洗管路，冲洗管路连通至腔体A，向腔体A中输入压力高于腔体A外介质的冲洗水，冲洗水由腔体A中流出，与介质一同由泵出口F2排出，介质由泵入口F1进入离心泵。

所述密封冲洗管路上自密封冲洗管路入口端F3依次安装有磁性过滤器、单向阀和节流孔板，磁性过滤器阻碍冲洗水中的铁磁性杂质进入腔体A，提供洁净的冲洗水；单向阀用于防止冲洗水倒流；节流孔板用于控制密封冲洗水的压力。密封冲洗管路一方面能够保证高温、非洁净介质只有很少一部分会进入到腔体A，另一方面冲洗水温度较低，也可以降低腔体A内的温度。

在本发明中，如图2所示，所述磁力密封系统还包括冷却水管路，冷却水管路包括冷却水入水管路和冷却水出水管路，机封压盖13内设置有环形封闭腔体B，冷却水入水管路和冷却水出水管路连通腔体B。

冷却水入水管路上自冷却水入口端F4依次安装有单向阀和节流孔板。

冷却水采用下进上出的形式，即冷却水由冷却水入口端F4进入冷却水入水管路，进入腔体B后，充盈腔体B，然后进入冷却水出水管路，由冷却水出口端F5流出。下进上出的形式能够进一步降低机封压盖的温度。

在本发明中，永磁材料的选用根据最大磁能积、矫顽力、内禀矫顽力、剩磁、温度系数来判断。根据永磁材料的以上参数，通常选用如下四种材料：铁氧体材料、铝镍钴材料、衫钴材料、钕铁硼材料。

在本发明中，所述磁力密封系统还包括轴套卡环17，轴套卡环17位于机封压盖13外侧，垂直固定于轴套2上的凹槽中，并通过螺纹连接件与密封压盖13连接，用于约束轴套2和密封压盖13的相对位置，转轴运动时拆除。

本发明中，螺纹连接件包括但不限于螺栓和螺母、螺钉和螺母等。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种适用于高温、高压、非洁净工况的离心泵磁力密封系统，其特征在于，包括静止单元和转动单元，

静止单元包括泵盖（1）、机封压盖（13）和静环（11），其中，静环（11）嵌在机封压盖（13）中，通过机封压盖（13）固定在泵盖（1）上，泵盖（1）固定在离心泵的泵壳上；泵盖（1）和机封压盖（13）与转动单元在静环（11）两侧分别围成腔体A和腔体C，腔体A靠近泵盖（1）；机封压盖（13）对应腔体A和腔体C的壳体上分别嵌有第四永磁环（21）和第五永磁环（16）；

转动单元包括转轴（19）、轴套（2）、抱轴器（18）、动环（10）、动环座（8）、第一永磁环座（5）和第二永磁环座（15），其中，转轴（19）和轴套（2）通过抱轴器（18）实现固定；动环座（8）套在轴套（2）上，内部嵌有与静环轴向相对的动环，动环座（8）背向动环（10）方向安装有第三永磁环（7），第三永磁环（7）与机封压盖（13）上的第四永磁环（21）相对；第一永磁环座（5）和第二永磁环座（15）分别位于腔体A和腔体C中，其固定在轴套（2）上，随轴套（2）一同旋转，第一永磁环座（5）和第二永磁环座（15）上分别固定有第一永磁环（6）和第二永磁环（14），第一永磁环（6）与动环座（8）上的第三永磁环（7）轴向相对，产生的轴向斥力使静环（11）与动环（6）紧密贴合在一起，形成密封；第二永磁环（14）与机封压盖（13）上的第五永磁环（16）相对。

2.根据权利要求1所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，转轴（19）和轴套（2）之间通过第一O型圈（3）密封连接；动环座（8）和动环（10）之间通过第二O型圈（9）密封连接；机封压盖（13）和静环（11）之间通过第三O型圈（12）密封连接；泵盖（1）和机封压盖（13）之间通过第四O型圈（20）密封连接。

3.根据权利要求1所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，腔体A液力端设置有磁性滤网（4）。

4.根据权利要求1所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，所述离心泵磁力密封系统还包括密封冲洗管路，密封冲洗管路连通至腔体A，向腔体A中输入压力高于腔体A外介质的冲洗水，冲洗水由腔体A中流出，与介质一同由泵出口排出。

5.根据权利要求4所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，所述密封冲洗管路上自密封冲洗管路入口端依次安装有磁性过滤器、单向阀和节流孔板。

6.根据权利要求1所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，所述离心泵磁力密封系统还包括冷却水管路，冷却水管路包括冷却水入水管路和冷却水出水管路，机封压盖（13）内设置有环形封闭腔体B，冷却水入水管路和冷却水出水管路与环形封闭腔体B连通。

7.根据权利要求6所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，冷却水入水管路上自冷却水入口端依次安装有单向阀和节流孔板。

8.根据权利要求6所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，冷却水采用下进上出的形式。

9.根据权利要求1所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，所述离心泵磁力密封系统还包括轴套卡环（17），轴套卡环（17）位于机封压盖（13）外侧，垂直固定于轴套（2）上的凹槽中，并通过螺纹连接件与密封压盖（13）连接，用于约束轴套（2）和密封压盖（13）的相对位置，转轴（19）运动时拆除。

10.根据权利要求1所述的离心泵磁力密封系统，其特征在于，第一永磁环（6）、第二永磁环（14）、第三永磁环（7）、第四永磁环（21）和第五永磁环（16）选自铁氧体材料、铝镍钴材料、衫钴材料或钕铁硼材料。

Images