CN114412824A - 一种密封抗干磨的离心泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种密封抗干磨离心泵，涉及料浆泵输送领域，包括泵体、叶轮、泵轴组件以及轴密封组件，轴密封组件包括一道轴密封，叶轮包括叶轮幅板，叶轮幅板后侧与轴密封组件前侧之间设置有真空腔室，叶轮上设有至少一个反流孔和抽真空孔，反流孔连通泵体内腔和真空腔室，抽真空孔一端连通真空腔室侧壁，另一端连通泵体内腔，轴密封为机械密封。本发明的轴密封不须外接冷却水，在泵腔中无液的条件下，能持续空运转5‑10分钟，不损坏泵机。

Description

一种密封抗干磨的离心泵
技术领域
本发明涉及离心泵领域，尤其涉及用机械密封作为轴密封的输送含有颗粒的料浆离心泵。
背景技术
离心泵常用的轴密封为带动环和静环的机械密封，但机械密封使用常识是不能不带液体空转而让动环和静环干摩擦，一般碳化硅静环配合硬质合金的动环的机封，空开30秒机封的温度就会上升200℃，动静环就会烧坏碎裂。如果是硬对软的机封，即碳化硅静环对填充四氟动环的机封，也只能空开一分钟，超过一分钟机封的填充四氟动环就会熔化、变形、损坏。
损坏的原因是动环和静环的密合工作面摩擦产生的热量烧坏密封。碳化硅对碳化硅的机封，在密封工作面比压-0.25Mpa/M2，动静环的运转线速度4m/s的条件下，开空机30秒，密封工作面的温度就会上升至200-300℃左右，密封就会很快烧坏，进而产生离心泵泄漏。
在实际应用中，业内人事为了提升离心泵的空开机能力，用碳化硅配填充四氟动环或石墨动环，这样虽然能空开机1-2分钟，密封不会损坏，但这种机封却不能输送含固体颗粒物的料浆，输送的料浆会很快把填充四氟的动环磨烂。
业内人事为了提升机封的抗空开能力，试图采用降低动静环密封面的比压，来减少机封动、静环摩擦釜之间的摩擦：即选择压缩力小的机封弹簧，通过减少机封动、静环之间的压缩力，进而减少机封密封面的摩擦，再进而延长离心泵机封的空开时间，提升机封的安全性。但减少机封比压所产生的问题是机封对泵腔中带压流体的密封能力大幅度降低。这种动、静环摩擦釜低比压的机封，只能密封0.1-0.2 Mpa的流体压力，在密封0.3-0.6 Mpa的流体压力时，密封的稳定性和安全性大幅度下降，尤其离心泵停机时所产生的水锤，对机封的冲击性损害十分严重，而输送腐蚀性介质时，存在着因冲击而使危险液体外泄，构成很大的安全隐患。
为了克服问题的不足，业内人事只能采用增加离心泵机封的动、静环之间的比压，来保证密封能平衡泵机的流体压力，达到不泄漏输送液体和抗击水锤冲击的目的。这样机封的动、静环摩擦力增加，机封的升温速度很快，只能采用外接冷却水冷却机封的动、静环，达到安全运行的目的。
然而泵机用冷却水冷却密封的措施，不仅安装复杂，还消耗水源，又会使冷却水产生二次染污，使用企业的污水治理压力增加。
因此，原有技术中泵的机封仍旧需要外接冷却水冲洗才能安全运行。密封不外接冷却水在离心泵泵腔内断液的情况下开空车，泵机的轴密封极易损坏。在实际应用中，离心泵的损坏大都是机泵脱液空转而损坏机封，进而损坏整台机泵。
至此，市场尚未见成熟的抗干磨运转的离心泵，尤其是能输送浆液的离心料浆泵。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种密封不须外接冷却水，在泵腔中无液的条件下，能持续空运转5-10分钟不损坏泵机的密封抗干磨的离心泵。
为实现本发明目的，提供以下技术方案：一种密封抗干磨离心泵，包括泵体、叶轮、泵轴组件以及轴密封组件，轴密封组件包括一道轴密封，叶轮包括叶轮幅板，其特征在于叶轮幅板后侧与轴密封组件前侧之间设置有真空腔室，叶轮上设有至少一个反流孔和抽真空孔，反流孔连通泵体内腔和真空腔室，抽真空孔一端连通真空腔室侧壁，另一端连通泵体内腔，轴密封为机械密封。作为优选，轴密封组件还包括与泵体固接的密封座，机械密封的静环安装于密封座上。
作为优选，机械密封的动环和静环的密封接触面的宽度大于等于2mm，小于等于5mm，动环和静环的比压大于等于0.05kg/cm2，小于等于0.25kg/cm2之间。
作为优选，机械密封的静环的摩擦釜的硬质材质为碳化硅、氧化铝陶瓷、硬质合金或铜，静环摩擦釜动环摩擦釜的软材质为填充四氟或石墨。
作为优选，真空腔室中负压控制在-0.01Mpa到-0.06Mpa之间。
作为优选，轴密封前侧增设有一道唇形密封圈。
作为优选，叶轮幅板背面为不含有放射状辐条的水平面，且围绕圆心设置有至少一圈凸环，最靠近圆心的凸环内侧开设有圆形阵列有若干个凹槽或一道环形槽。在优选，泵体对应叶轮幅板上的凸环配设有环形凹槽，两者相互耦合。
作为优选，抽真空孔为叶轮幅板曲面壁厚内从外侧壁向圆心开设的若干个辐射状通孔，辐射状通孔与若干个凹槽一一对应贯通或与环形槽贯通，反流孔开设于叶轮幅板上，贯通真空腔室和叶轮吸入口。
作为优选，叶轮幅板背面为不含有放射状辐条的水平面，叶轮幅板上开设若干条放射状凹槽，凹槽表面固接有带口环的盖板，盖板与放射状凹槽构成抽真空孔，反流孔开设于口环上。
作为优选，反流孔的总截面积小于抽真空孔的总截面积。
作为优选，泵轴组件上另设有风轮，风轮位于轴密封后侧。
作为优选，轴密封的静环一侧设有散热片。
本发明中所述的离心泵，包括含金属离心泵和过流部为非金属材质的离心泵。
本发明中所述的离心泵包括防腐离心泵，也包括非防腐的离心泵。
本发明所述的离心泵包括前吸式离心泵和侧吸式离心泵。
本发明所述的离心泵还包括立式离心泵和卧式离心泵。
本发明所述的离心泵也包括自吸泵。
本发明有益效果：
本发明通过改变离心泵叶轮与泵体的结构，使其构成真空腔体，利用改变真空腔体内的流体压力场，流体压力场的改变又使机械密封的功能产生改变：由从密封浆料防止外泄功能转换为防止外部空气向内漏功能。机械密封的密封功能的改变又为密封静环的比压改变制造了条件，可进一步降低机封动、静环之间的压缩力从而进一步减少机封动静环之间的摩擦力，使机封具体有更好的抗干磨的功能。
简言之，本发明的发明点为：改变泵机组件结构---使液体压力场改变，使密封部变为高负压区---使密封的功能改变，轴密封流体外泄改变为密封内漏的空气，进一步能使动环与静环密封工作面比压降低60%（即面积*压力*转速），致使摩擦力减小，温度降低，因此可以使机封在空运转时的密封部位的温度也能控制在80℃的安全范围内，实现本发明的离心泵在脱液和不外接冷却水的情况下，空运转10-20分钟不损坏泵机和机封。由于不须外接冷却水冲洗，节约了水源。密封可靠、结构简单、拆装方便。密封制作成本极低，只有集装式机封的30%的左右，而使用寿命却很长，是集装式机封的数倍。真空负压抽吸系统采用内置式，比外置式叶轮背叶片节能5-10%。密封用途广，清液料浆均能适用。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为图1的叶轮主视图。
图3为图2的剖视图。
图4为实施例2的结构示意图。
图5为实施例3的结构示意图。
图6为实施例4的结构示意图。
图7为图6中叶轮结构示意图。
图8为实施例5的结构示意图。
图9为实施例6的结构示意图。
图10为实施例7的结构示意图。
图11为实施例8的结构示意图。
图12为实施例9的结构示意图。
图13为实施例10的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1、2、3所示，一种密封抗干磨离心泵，适用于不锈钢材质的叶轮，包括轴承支架6、轴承7、轴承压盖8、轴套9、底座10、联轴器11、电机12、泵体1、叶轮2、泵轴3以及轴密封组件4，轴密封组件4包括与泵体1固接的密封座4.1、与密封座4.1密封连接的一道机械密封4.2，叶轮幅板2.1后侧与轴密封组件4前侧之间设置有真空腔室5，叶轮幅板2.1设有至少一个反流孔2.1.1和抽真空孔2.1.2，反流孔2.1.1连通泵体1内腔和真空腔室5，抽真空孔2.1.2一端连通真空腔室5侧壁，叶轮幅板2.1背面为不含有放射状辐条的水平面，叶轮幅板2.1上开设若干条放射状凹槽，凹槽表面固接有带口环2.2.1的盖板2.2，反流孔2.1.1开设于口环2.2.1上，盖板2.2与凹槽构成抽真空孔2.1.2。口环2.2.1内设置有凹槽2.1.3，机械密封4.2的动环4.2.1和静环4.2.2的密封接触面的宽度大于等于2mm，小于等于5mm，真空腔室5中负压控制在-0.01Mpa到-0.06Mpa之间。机械密封4.2的动静环的摩擦釜为软对硬的材质。机械密封4.2的静环4.2.2的摩擦釜为碳化硅，动环4.2.1的摩擦釜为填充聚苯酯的氟塑料。反流孔2.1.1的总截面积小于抽真空孔2.1.2的总截面积。
具体制作方法：
首先用316L不锈钢制作泵体1包括泵壳1.1.和泵盖1.2，泵壳1.1、叶轮2、泵盖1.2，泵盖1.2的一侧制作一个环形凹槽1.2.1，叶轮2采用闭式结构，所述放射状凹槽，以进口直径100mm的离心泵为例，开设深8mm，宽8mm的凹槽12条，然后加工一个带口环2.2.1的盖板2.2，焊接在叶轮2的背面（如图4），然后再在叶轮的后口环2.2.1上开设若干反流孔2.1.1，开设反流孔2.1.1的目的是让少量的液体回流到真空腔室5中，冷却机封。
泵轴3、密封座4.1选用不锈钢制作，与原有技术并无异。
轴套9选用不锈钢或陶瓷材料制作。
本实施例中的轴承支架6、轴承7、底座10等其它部件与原有技术相同，可以用常用的制作方法制作或通过市场购买获得。
上述离心泵各组件制作完成后，即可以组装。
组装时叶轮2与泵盖1.2套设在泵轴3上，泵盖1.2上装有密封座4.1、机封静环4.2.2、机封压盖4.2.3，泵轴3上还装有轴套9、机封动环4.2.1。
安装时叶轮背部的凹槽2.1与泵盖1.2上的环形凹槽1.2.1相对，叶轮2后盖板2.2上设有的口环2.2.1套设在泵盖1.2上的环形凹槽1.2.1之内，与口环2.5的外周面配合。
叶轮盖板2.4与泵盖4之间留有间距3-5mm，留间距的目的是让泵腔中的流体能通过返流孔2.1.1回流到真空腔5中去。
安装时把密封座4.1、轴套9、机封静环4.2.2、机封压盖4.2.3、机封动环4.2.1依次按要求安装后，再分别把泵壳1.1、底座10、电机12安装在一起，就得到本发明所述的机封能空运转的不锈钢材质的离心泵。
泵机在运转时，叶轮2上的抽真空孔2.1.2把真空腔5中的液体抽成-0.01到-0.06Mpa的负压状态。
由于泵壳中的高压力流体不会进入真空腔，因此能使机封在真空负压的流体环境中运行，十分安全。
也由于泵运行时，机封内侧为负压流体，机封的功能是防止外面的空气进入泵腔，在这种功能要求下，机封的动静环之间的比压可以为很小的比压，动环4.2.1与静环4.2.2的工作面的比压可调至0.01kg/cm2，在这样的比压下，即使泵机空转，机封也不会损坏。达到了离心泵机械密封能空运转而不损坏的发明目的。
实施例2：如图4所示，参照实施例1，其余特征不变，为了防止泵机停机时所产生的水锤，对泵机的损害，静环4.2.2前侧的密封座4.1内增设有一道唇形密封圈13。唇形橡胶密封圈13的唇口朝水锤方向，能有效起到抗击水锤对机封的冲击破坏作用。
为了进一步降低机封的工作温度，提升机封空运转的能力，好的方法是泵轴组件的轴套9上另设有风轮14，风轮14位于轴密封后侧。为了再进一步降低静环的温度，好的方法是轴密封的静环4.2.2一侧设有散热片15。
实施例3：如图5所示，参照实施例1，其余特征不变，叶轮2为钢塑料复合结构。
实施例4：如图6、7所示，参照实施例1，其余特征不变，叶轮2为闭式叶轮，叶轮幅板2.1背面为不含有放射状辐条的水平面，且围绕圆心设置有一圈凸环2.1.4，最靠近圆心的凸环2.1.3内侧开设有一道环形槽2.1.3。抽真空孔2.1.2为叶轮幅板2.1曲面壁厚内从外侧壁向圆心开设的若干个辐射状通孔，辐射状通孔与环形槽2.1.3贯通。辐射状通孔构成抽真空孔2.1.2，泵盖1.2对应叶轮幅板2.1上的凸环2.1.3配设有环形凹槽1.2.1，两者相互耦合。静环4.2.2前侧的密封座4.1内增设有一道唇形密封圈13。唇形橡胶密封圈13的唇口朝水锤方向，能有效起到抗击水锤对机封的冲击破坏作用。泵轴组件的轴套上另设有风轮14，风轮14位于轴密封后侧。轴密封的静环4.2.2一侧设有散热片15。
实施例5：如图8所示，参照实施例4，泵机的泵壳1.1、泵盖1.2、叶轮2为钢塑料复合结构。叶轮2为开式叶轮。
实施例6：如图9所示，参照实施例5，叶轮2为半开式叶轮。
实施例7:如图10所示，参照实施例5，叶轮2为闭式叶轮。
实施例5、6、7中过流部的材料采用超高分子量聚乙烯或其它工程塑料制作，优选超高分子量聚乙烯。所述的过流部位为塑料的离心泵可以为衬塑结构，也可以是全塑结构。所述的衬塑离心泵，采用本发明的抗干磨密封后，更适宜输送带腐蚀性的清液与料浆。
实施例8：如图11所示，参照实施例7，电机12与泵体1为直联结构，不使用轴承座与托架。目的是缩小泵机体积，节省安装空间，压缩制造成本。
实施例9：如图12所示，所述的离心泵为立式离心泵。
实施例10：如图13所示，离心泵是有自吸功能的离心泵。

Claims (15)

1.一种密封抗干磨离心泵，包括泵体、叶轮、泵轴组件以及轴密封组件，轴密封组件包括一道轴密封，叶轮包括叶轮幅板，其特征在于叶轮幅板后侧与轴密封组件前侧之间设置有真空腔室，叶轮上设有至少一个反流孔和抽真空孔，反流孔连通泵体内腔和真空腔室，抽真空孔一端连通真空腔室侧壁，另一端连通泵体内腔，轴密封为机械密封。
2.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于轴密封组件还包括与泵体固接的密封座，机械密封的静环安装于密封座上。
3.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于机械密封的动环和静环的密封接触面的宽度大于等于2mm，小于等于5mm。
4.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于动环和静环的比压大于等于0.05kg/cm2，小于等于0.25kg/cm2之间。
5.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于机械密封的动静环的摩擦釜为软对硬的材质。
6.根据权利要求5所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于机械密封的静环的摩擦釜的硬质材质为碳化硅、氧化铝陶瓷、硬质合金或铜，静环摩擦釜动环摩擦釜的软材质为填充四氟或石墨。
7.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于真空腔室中负压控制在-0.01Mpa到-0.06Mpa之间。
8.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于轴密封前侧增设有一道唇形密封圈。
9.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于叶轮幅板背面为不含有放射状辐条的水平面，且围绕圆心设置有至少一圈凸环，最靠近圆心的凸
环内侧开设有圆形阵列有若干个凹槽或一道环形槽。
10.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于抽真空孔为叶轮幅板曲面壁厚内从外侧壁向圆心开设的若干个辐射状通孔，辐射状通孔与若干个凹槽一一对应贯通或与环形槽贯通，反流孔开设于叶轮幅板上，贯通真空腔室和叶轮吸入口。
11.根据权利要求7所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于泵体对应叶轮幅板上的凸环配设有环形凹槽，两者相互耦合。
12.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于叶轮幅板背面为不含有放射状辐条的水平面，叶轮幅板上开设若干条放射状凹槽，凹槽表面固接有带口环的盖板，盖板与放射状凹槽构成抽真空孔，反流孔开设于口环上。
13.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于反流孔的总截面积小于抽真空孔的总截面积。
14.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于泵轴组件上另设有风轮，风轮位于轴密封后侧。
15.根据权利要求1所述的一种密封抗干磨离心泵，其特征在于轴密封的静环一侧设有散热片。
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