CN114008329A - 密封件 - Google Patents

Abstract

描述了一种密封布置，其用于在可旋转轴与具有所述轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封。所述密封布置包含串联的机械密封件和压盖密封件。所述机械密封件定位在所述压盖密封件的轴向内侧，使得所述机械密封件形成第一级密封件或主密封件，且所述压盖密封件形成副密封件。

Description

密封件

本发明涉及一种密封件。更具体地说，本发明涉及一种用于泵的密封布置、一种并入有此类密封布置的泵以及一种修改泵的方法。

在例如泵等设备中，使用密封件来抑制流体在轴与壳体之间的流动，所述设备包含限定流体容纳室(泵的湿端)的壳体和穿透壳体并从泵的干端延伸到泵的湿端的旋转轴。

需要密封件的一种特定类型的泵为离心泵，特别是用于泵送浆料(含有不溶性颗粒、研磨性颗粒、固体颗粒的两相流体)的离心泵。矿物加工应用中使用的典型浆料的粒度为1毫米或更小，悬浮在水之类的流体中。

本发明人知道用于矿物加工应用的泵中常用的两种类型的密封件，即压盖密封件和机械密封件。

压盖密封件通常包括限定开口的填料箱壳体，旋转轴延伸穿过所述开口，使得环形腔限定在填料箱壳体的径向内表面与轴或保护套筒的表面之间，所述保护套筒安装在轴上以随其旋转。

在一种类型的压盖密封件中，密封件由一个或多个唇缘密封件提供，所述唇缘密封件邻靠轴以防止或减少流体从泵室泄漏。一种类型的唇缘密封件被称为VR(商标)密封件，其通常用于在较高压力下密封流体。

在另一种类型的压盖密封件中，填料定位在腔中且轴向压缩以在填料箱壳体与轴之间形成密封。填料通常包括填料材料，例如浸渍有石墨或PTFE的聚丙烯酸纤维，其可注入有例如润滑脂等额外润滑剂。

压盖密封件的优点在于其构造相对简单。然而，当填料材料磨损时，其易于从泵室泄漏流体。当在矿物加工应用中使用时，这是不合需要的；具体地说是因为当泵在干旱条件下操作时，水可能是昂贵的。

机械密封件的主要组件包含环形固定密封元件和固定到轴以随其旋转的环形旋转密封元件。密封元件限定相对安置的密封面，所述密封面朝向彼此推动以在其间形成流体密封。

机械密封件的优点在于在正常操作期间不存在穿过密封件的泄漏。

机械密封件的缺点在于其相对昂贵。另外，存在关于密封件两端的压力差的限制。此问题通过提供一种布置来解决，所述布置包含彼此邻近的两个机械密封件，且在其间提供加压流体，以将每个密封件两端的压力差限制在可接受范围内。然而，应了解，这大大增加了与其相关联的成本。

为了形成密封，将密封元件的密封面机械加工成耐受度和表面光洁度较高。在所泵送流体可能是高度研磨的且泵的包含密封组件在内的组件例如在启动泵时经受高负荷的例如浆料泵等的恶劣环境中，机械密封件失效往往会严重到迫使泵的操作立即停止，直到密封件可被修复或替换为止。在矿物加工应用中，这可能需要停止整个研磨电路，直到密封件被替换为止，这是非常昂贵的。

本发明的目的是提供发明人认为将至少改善这些或现有技术密封件的其它问题中的一个或多个问题或将提供有用的替代方案的方法。

因此，提供一种用于在可旋转轴与具有轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封的密封布置，所述密封布置包含串联的机械密封件和压盖密封件。

密封布置可包含密封主体，所述密封主体包括连接到或可连接到壳体的环形外部元件和连接到或可连接到轴以随其旋转的环形内部元件，机械密封件包含固定到密封壳体的外部元件的固定密封元件和固定到密封壳体的内部元件的旋转密封元件，以及推动固定密封元件和旋转密封元件的互补密封面彼此接触的偏置布置。

根据第一方面，提供一种用于泵以在可旋转轴与具有轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封的密封布置，所述密封布置包括：密封主体，其具有固定外部元件和联接到可旋转轴的可旋转内部元件，固定外部元件包含固定环形密封组件，且可旋转内部元件包含可旋转环形密封组件，所述可旋转环形密封组件与固定环形密封组件紧密联接以形成机械密封件，密封主体限定阻隔液体腔、压盖密封腔和加压液体馈送通道，所述加压液体馈送通道延伸穿过密封主体且具有的内端和外端，所述内端与阻隔液体腔流体连通，所述外端通向外部元件外部且可与加压液体供应源流动连通以注入高压阻隔液体，从而减小机械密封件两端的压力梯度；以及压盖密封件，其位于压盖密封腔中。

加压液体馈送通道可通向阻隔液体腔中或通向邻近阻隔液体腔(例如，在阻隔液体腔与压盖密封腔之间)的空间中。

阻隔液体腔可设置在机械密封件的干侧上。

阻隔液体腔可充当加压腔。

偏置布置(例如，弹簧)可安装在环形外部元件中，以用于将可旋转环形密封组件和固定环形密封组件的互补密封面推动到一起。

机械密封件可定位在密封布置的湿侧上，即在压盖密封的轴向内侧，在所述侧流体被泵送。因此，机械密封件将形成第一级密封件或主密封件以抑制轴与壳体之间的泄漏，且压盖密封件将(在正常操作期间)形成副密封件。

此布置的优点在于，机械密封件将防止流体的任何泄漏，然而，如果机械密封件失效，则形成副密封件的压盖密封件将允许设备继续操作，从而允许机械密封件在方便的时间，例如，在设备的下一次维护关机时，进行修复或替换。

外部元件的径向内表面和内部元件的径向外表面可至少部分地在其间限定阻隔液体腔和与所述阻隔液体腔轴向间隔的压盖密封腔，机械密封件的至少一部分定位在所述阻隔液体腔内，且压盖密封件的至少一部分定位在所述压盖密封腔内。

固定密封组件可至少部分地定位在阻隔液体腔中，密封壳体的内部元件包含围绕轴安装且固定到所述轴的环形套筒，以及从套筒的轴向内端突出的凸缘，凸缘在其中具有环形凹部，所述环形凹部朝向阻隔液体腔轴向开放，且可旋转环形密封组件的至少一部分位于所述环形凹部内。

压盖密封腔可在轴向向外方向上通向密封主体外部，并且填料可设置在压盖密封腔中。填料可包含至少两个轴向间隔的环形填料环。可在相邻填料环之间设置套环。替代地或另外，至少一个唇缘密封件可定位在压盖密封腔中。

密封布置可包含压缩构件，所述压缩构件包含延伸到压盖密封腔的轴向外端中以压缩压盖密封件的填料的环形轴向延伸突起，压缩构件通过允许调整压缩构件的轴向位置且从而调整填料的压缩的紧固件而固定到密封主体的固定外部元件。

加压液体馈送通道可延伸穿过密封主体的外部元件且可具有内端和外端，所述内端通向阻隔液体腔与压盖密封腔之间的环形空间中，所述外端通向外部元件外部且连接成或可连接成与高压液体(例如，水)供应源流动连通。此高压液体供应源实现从泵的湿端到泵的干端的平滑压力梯度，由此改善机械密封件的有效性。

润滑脂馈线可从密封主体的外部元件的外表面延伸到压盖密封腔，以允许润滑剂(例如，润滑脂)馈送到压盖密封件中。

阻隔液体腔(加压腔)可维持在0.3兆帕至0.8兆帕的范围内的压力下。

泵的湿端可在0.9兆帕至1.2兆帕的范围内的压力下操作。

泵的干端可在大气压下操作，即在大约0.1兆帕下操作。

通过提供加压阻隔液体腔，机械密封件两端的压力差可维持在低于0.5兆帕，且压盖密封件两端的压力差也可维持在低于0.5兆帕；由此降低每个密封件过早失效的风险。

为了维持加压阻隔液体腔，压盖密封件必须在机械密封件操作时充当功能密封件，其不能仅用作仅在机械密封件失效的情况下被激活的备用密封件。

根据本发明的第二方面，提供一种用于在可旋转轴与具有轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封的密封布置，所述密封布置包含：密封主体，其包括连接到或可连接到壳体的环形外部元件和连接到或可连接到轴以随其旋转的环形内部元件，固定到密封壳体的外部元件的固定密封元件和固定到密封壳体的内部元件的旋转密封元件；以及偏置布置，其推动固定密封元件和旋转密封元件的互补密封面彼此接触以形成第一密封件；填料，其定位在外部元件与内部元件之间以形成第二密封件；和加压流体馈送通道，其延伸穿过密封主体且具有内端和外端，所述内端与第一密封件流体连通，所述外端通向外部元件外部且可与加压流体供应源流动连通以注入高压流体，从而减小第一密封件两端的压力梯度。

高压流体可以是液体。一种适合的液体为水，但可使用其它液体。

根据本发明的第三方面，提供一种泵，所述泵包含：壳体，其限定泵送室；叶轮，其安装在泵送室内以进行旋转；驱动轴，其传动连接到叶轮且延伸穿过壳体的壁中的孔口；以及上述类型的密封布置，其在壳体与驱动轴之间提供流体密封。

所述泵可以是浆料泵。

根据本发明的第四方面，提供一种修改泵的方法，所述泵包含限定泵送室的壳体、安装在泵送室内以进行旋转的叶轮、传动连接到叶轮且延伸穿过壳体的壁中的孔口的驱动轴，以及在壳体与驱动轴之间提供流体密封的密封件，所述方法包含用上述类型的密封布置替换所述密封件。

根据本发明的第五方面，提供一种用于在可旋转轴与具有轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封的后备密封布置，所述密封布置包含串联的通常充当主密封件的机械密封件和通常充当副密封件的压盖密封件，由此在主密封件失效的情况下，所述密封布置继续处于操作状态，其中压盖密封件用作主密封件。

根据第六方面，提供一种用于泵以在可旋转轴与具有轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封的密封布置，所述密封布置包括：密封主体，其具有固定外部元件和联接到可旋转轴的可旋转内部元件，固定外部元件包含固定环形密封组件，且可旋转内部元件包含可旋转环形密封组件，所述可旋转环形密封组件与固定环形密封组件紧密联接以形成机械密封件，密封主体限定机械密封件内的阻隔液体腔、位于压盖密封腔内的压盖密封腔，以及加压液体馈送通道，所述加压液体馈送通道延伸穿过密封主体且通向阻隔液体腔中，并且外端通向外部元件外部且可与加压液体供应源流动连通以注入高压阻隔液体，从而减小机械密封件两端的压力梯度。

根据第七方面，提供一种用于泵以在可旋转轴与具有轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封的密封布置，所述密封布置包含串联的机械密封件和压盖密封件，并且具有密封主体，所述密封主体包括固定环形外部元件和联接到可旋转轴的可旋转环形内部元件，固定外部元件包含从中延伸穿过的至少一个高压液体馈送通道，液体馈送通道具有内端和外端，所述内端与阻隔液体腔流体连通，所述外端通向外部元件外部且可与高压液体供应源流动连通以注入高压阻隔液体，从而减小机械密封件两端的压力梯度。

此布置允许高压液体供应源被注入到阻隔液体腔中。

密封布置可包含压盖密封腔。

液体馈送通道内端可通向阻隔液体腔与压盖密封腔之间的环形空间中。

上述方面中的一个的任何特征可与上述方面中的另一个组合以产生另外的方面。

现在将参考附图通过举例的方式来描述本发明的这些和其它方面，在附图中：

图1示出根据本发明的一个实施例的泵的一部分的简化截面图；并且

图2示出根据本发明的另一实施例的泵的类似于图1的简化截面图。

具体实施方式

提供以下描述作为实现教示。相关领域的技术人员将认识到，可对所描述实施例作出许多改变，同时仍获得本发明的有益结果。还将显而易见的是，可通过选择以下实施例的一些特征而不利用其它特征来获得本发明的一些所需益处。因此，本领域的技术人员将认识到，对所描述实施例的修改和调适是可能的，并且在某些情况下甚至可能是合乎需要的，且是本公开的一部分。因此，提供以下描述作为对本发明的原理的说明而非对其的限制。

在图式的图1中，附图标记10大体上指根据本发明的实施例的泵。泵10被设计成用于例如在采矿或矿物加工环境中泵送高研磨性浆料。在此实施例中，泵10适合于泵送其中悬浮有大小在大约100微米至1毫米范围内的固体的液体(这是典型开采浆料的一个实例)。泵10包含壳体或外壳12，所述壳体或外壳的一部分在图式的图1中示出，所述壳体或外壳限定泵送室14，叶轮(未示出)安装在所述泵送室内以进行旋转。泵送室14内部的区域可被称为泵10的湿端15。驱动轴16延伸穿过壳体12的壁中的孔口18且具有内端16a和外端16b，所述内端传动连接到叶轮，所述外端定位在壳体12外部且连接到或可连接到例如电动机等电源。外端16b位于泵10的干端17处。泵10进一步包含大体上由附图标记20指示的根据本发明的密封布置，以在壳体12与驱动轴16之间提供流体密封，如下文更详细地描述。

密封布置20包含大体上由附图标记22指示的密封主体，所述密封主体包括环形外部元件24和环形内部元件26。环形内部元件26固定到轴16以随其旋转。

外部元件24借助于周向间隔的螺栓而固定到壳体12，所述周向间隔的螺栓延伸穿过在外部元件24的环形凸缘30中的周向间隔的孔28且与由壳体12限定的互补孔32螺纹啮合。

环形插孔(机械密封插孔)34设置在外部元件24的径向内表面中，且从外部元件24的操作上的内端，即面向泵送室14的端，纵向向内延伸外部元件24的长度的一部分。

环形插孔(压盖密封插孔)36设置在外部元件24的径向内表面中，且从外部元件24的操作上的外端，即背对泵送室14的端，纵向向内延伸所述外部元件的长度的一部分，进入所述外部元件，使得插孔34、36的轴向内端由环形径向向内引导的肩部38间隔开。

内部元件26包含环形套筒(轴套筒)40，所述环形套筒围绕驱动轴16定位且通过锁定螺钉42固定在适当位置，所述锁定螺钉延伸穿过轴套筒40中的周向间隔的孔且与驱动轴16邻接。

内部元件26限定凸缘44，所述凸缘从轴套筒40的轴向内端(湿端15)突出，且在其中限定环形凹部46，所述环形凹部轴向向外，即朝向外部元件24的操作上的内端开放。

外部元件24的由插孔34形成的径向内表面和轴套筒40的相邻径向外表面在它们之间限定第一环形腔(阻隔液体腔)48，所述第一环形腔轴向向内，即朝向凹部46开放。外部元件24的由插孔36形成的径向内表面和轴套筒40的相邻径向外表面一起形成第二环形腔(压盖密封腔)50，所述第二环形腔在密封主体24的操作上的外端轴向向外开放。

密封布置20包含固定密封环带(或组件)56，所述固定密封环带固定到阻隔液体腔48中的外部元件24，使得所述固定密封环带从那里轴向突出。旋转(或可旋转)密封环带(或组件)58固定在凸缘44的凹部46中，使得所述旋转密封环带与驱动轴16一起旋转。旋转密封环带58从凹部46轴向向外突出。密封组件56、58限定相对安置的密封面，并且固定密封组件56由弹簧布置60朝向旋转密封组件58轴向推动以形成大体上由附图标记52指示的机械密封件。

密封布置20进一步包含两个内填料环62(最靠近湿端15)、一个外填料环64(最靠近干端17)和一个中间填料环66。套环68定位在外填料环64与中间填料环66之间以及中间填料环66与轴向最外层(最靠近湿端15)内填料环62之间。

密封布置进一步包含大体上由附图标记70指示的压缩环。压缩环70包含环形轴向延伸突起72，所述环形轴向延伸突起延伸穿过压盖密封腔50的轴向外端进入所述压盖密封腔以压缩填料环62、64、66，从而形成大体上由附图标记54指示的压盖密封件。压缩环70通过螺栓74连接到密封主体22的外部元件24，所述螺栓延伸穿过压缩环70中的周向间隔的孔76以与外部元件24中的互补孔78螺纹啮合。通过拧紧螺栓74，压缩环70将填料环62、64、66推靠在肩部38上，由此压缩填料环62、64、66。

高压液体馈送通道80(在此实施例中，水用作高压液体)延伸穿过外部元件24，且具有通向阻隔液体腔48中的内端80.1。高压水馈送通道80具有外端80.2，所述外端通向外部元件24的径向外表面外部，且连接成或可连接成与高压水供应源流动连通。高压水供应源用作机械密封件52的润滑剂且还为密封布置提供冷却剂，并且平衡机械密封件52的固定部分(固定密封环带56)与旋转部分(旋转密封环带58)之间的压力。高压水供应源确保阻隔液体的压力通常在3至10巴(0.3至1兆帕)之间。在一个泵中，泵的湿端15处的压力可在11巴(1.1兆帕)的区中，阻隔液体压力可以是6巴(0.6兆帕)，并且泵的干端17在1巴(0.1兆帕)的大气压下。这意味着机械密封件52两端的压力差为5巴(0.5兆帕)。

润滑脂馈线82从外部元件24的外表面延伸到与每个套环68对准的位置处的压盖密封腔50中，以允许根据需要将润滑剂馈送到压盖密封件54中。

现在参考图式的图2，其中附图标记100大体上指根据本发明的另一实施例的泵，并且除非另有说明，否则上述使用的相同附图标记用于标示类似部分。泵10与泵100之间的主要差异在于压盖密封件54的配置。确切地说，在泵100中，内填料环62替换为一对唇缘密封件102，所述唇缘密封件由唇缘密封件间隔件104轴向间隔开。

在使用时，泵10、100的机械密封件52形成主密封件以抑制流体从泵送室14流过孔口18。压盖密封件54提供副密封件，所述副密封件允许对阻隔液体加压以减少密封布置20中的压力梯度。此外，如果机械密封件52失效，则压盖密封件54形成备用主密封件，所述备用主密封件允许泵10、100继续操作，直到方便关闭泵以便维修或替换机械密封件52为止。

本发明人认为，本发明将提供与机械密封件相关联的优点，即零泄漏，并且同时消除机械密封件的主要缺点，所述缺点即，如果所述机械密封失效，则失效严重到迫使泵10、100立即关闭。

Claims (15)

1.一种用于泵以在可旋转轴与具有所述轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封的密封布置，所述密封布置包括：

密封主体，其具有固定外部元件和联接到所述可旋转轴的可旋转内部元件，所述固定外部元件包含固定环形密封组件，且所述可旋转内部元件包含可旋转环形密封组件，所述可旋转环形密封组件与所述固定环形密封组件紧密联接以形成机械密封件，所述密封主体限定阻隔液体腔、压盖密封腔和加压液体馈送通道，所述加压液体馈送通道延伸穿过所述密封主体且具有内端和外端，所述内端与所述阻隔液体腔流体连通，所述外端通向外部元件外部且能够与加压液体供应源流动连通以注入高压阻隔液体，从而减小所述机械密封件两端的压力梯度；以及

压盖密封件，其位于所述压盖密封腔中。

2.根据权利要求1所述的密封布置，其中所述加压液体馈送通道通向所述阻隔液体腔与所述压盖密封腔之间的腔中。

3.根据权利要求1或2所述的密封布置，其中所述机械密封件定位在所述压盖密封件的轴向内侧，使得所述机械密封件形成第一级密封件或主密封件，并且所述压盖密封件形成副密封件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封布置，其进一步包括偏置布置，所述偏置布置安装在环形外部元件中且用于推动所述可旋转环形密封组件和所述固定环形密封组件的互补密封面彼此接触。

5.根据权利要求4所述的密封布置，其中所述固定密封组件至少部分地定位在所述阻隔液体腔中，密封壳体的内部元件包含围绕所述轴安装且固定到所述轴的环形套筒，以及从所述套筒的轴向内端突出的凸缘，所述凸缘在其中具有环形凹部，所述环形凹部朝向所述阻隔液体腔轴向开放，且旋转密封元件的至少一部分位于所述环形凹部内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的密封布置，其中所述压盖密封腔在轴向向外方向上通向所述密封主体外部，并且填料设置在所述压盖密封腔中。

7.根据权利要求6所述的密封布置，其中所述填料包含至少两个轴向间隔的环形填料环。

8.根据权利要求7所述的密封布置，其中相邻填料环之间设置有套环。

9.根据前述权利要求中任一项所述的密封布置，其中至少一个唇缘密封件定位在所述压盖密封腔中。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的密封布置，其包含压缩环，所述压缩环包含延伸到所述压盖密封腔的轴向外端中以压缩所述压盖密封件的所述填料的环形轴向延伸突起，所述压缩环通过允许调整所述压缩环的轴向位置的紧固件而固定到所述密封主体的所述环形外部元件。

11.根据前述权利要求中任一项所述的密封布置，其包含从所述密封主体的所述外部元件的外表面延伸到所述压盖密封腔以允许将润滑剂馈送到所述压盖密封件中的润滑脂馈线。

12.一种用于在可旋转轴与具有所述轴延伸穿过的壁的壳体之间提供密封的密封布置，所述密封布置包含：密封主体，其包括连接到或能连接到所述壳体的环形外部元件和连接到或能连接到所述轴以随其旋转的环形内部元件，固定到密封壳体的外部元件的固定密封元件和固定到所述密封壳体的内部元件的旋转密封元件；以及偏置布置，其推动所述固定密封元件和所述旋转密封元件的互补密封面彼此接触以形成第一密封件；填料，其定位在外部元件与内部元件之间以形成第二密封件；以及加压流体馈送通道，其延伸穿过所述密封主体且具有内端和外端，所述内端与所述第一密封件流体连通，所述外端通向所述外部元件外部且能够与加压流体供应源流体连通以注入高压流体，从而减小所述第一密封件两端的压力梯度。

13.一种泵，其包含：

壳体，其限定泵送室；

叶轮，其安装在所述泵送室内以进行旋转；

驱动轴，其传动连接到所述叶轮且延伸穿过所述壳体的壁中的孔口；以及

根据前述权利要求中任一项所述的密封布置，其在所述壳体与所述驱动轴之间提供流体密封。

14.根据权利要求13所述的泵，其是浆料泵。

15.一种修改泵的方法，所述泵包含限定泵送室的壳体、安装在所述泵送室内以进行旋转的叶轮、传动连接到所述叶轮且延伸穿过所述壳体的壁中的孔口的驱动轴，以及在所述壳体与所述驱动轴之间提供流体密封的密封件，所述方法包含用根据权利要求1至14中任一项所述的密封布置替换所述密封件。

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