CN1492152A - 离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统 - Google Patents

Abstract

一种应用于机械密封技术领域中的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统。将螺旋槽非接触逆流泵机械密封装置安装在离心泵类的转轴上、形成非接触无泄漏机械密封系统，同时密封腔通过密封支持系统为其提供压力低于泵工作腔的负泄漏的缓冲流体(当其为压力高于泵工作腔的气体时，螺旋槽非接触逆流泵密封将转化为气体润滑非接触顺流泵机械密封)，另于外侧加装螺旋泵柱面非接触辅助密封、以对大气环境侧密封中性的缓冲流体。该系统具有可以形成机械密封的非接触运行、即在其工作中无摩擦磨损，且保持密封无泄漏，使高参数离心泵类运行安全可靠、寿命长。

Description

离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统

技术领域：

本发明涉及机械密封技术领域，确切地说它是螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统在离心泵类(Pumps)转轴上的应用。

背景技术：

作为流体机械的离心泵类的转轴密封通常采用软填料密封(Soft Packings)、浮环密封(Floating Ring Seals)及机械密封(Mechanical Seals)。它们除了不可避免的泄漏外，还由于磨擦磨损常常导致其密封功能的失效(70％的泵停机维修是密封故障引起的)，即使运行正常情况下也消耗着很大的能量(如软填料密封的功耗约为泵功率的5％)。上个世纪末出现了螺旋槽非接触端面机械密封，其端面结构由两部分组成：一是一组螺旋沟槽(Spiral Groove)，它被一组螺旋脊台(Spiral Ridge)均匀间隔；二是与槽台相连的环行密封坝(Seal Dam)。在运行时它们产生两个力学效应：流体动压效应和逆流泵汲效应(Up-Stream Pumping)，前者形成非接触、后者造成负泄漏(即将流体从低压侧泵送到高压侧)。专利US Pat.3804 424、CN 2236047公开了一种螺旋槽端面密封结构。

发明内容：

本发明的目的是将螺旋槽非接触逆流泵机械密封系统应用于离心泵类的转轴上并提供该密封装置。离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，整个系统由非接触无泄漏机械密封、非接触辅转轴助密封及缓冲流体支持系统及泵轴与泵体组成，将螺旋槽非接触逆流泵机械密封装置的转动环安装在离心泵的转轴上、而将螺旋槽非接触逆流泵机械密封装置的浮动环安装在泵体上，形成非接触无泄漏机械密封系统；密封腔通过密封支持系统为其提供压力低于泵工作腔的负泄漏的缓冲流体(如油、水等中性介质，须与泵流程介质相容)；另于外侧加装螺旋泵柱面非接触辅助密封，其转动件装于泵轴上、而静止件装于泵体上，以对大气环境侧密封中性的缓冲流体；螺旋槽机械密封装置的其中之一的密封环体的端面上设有一定径向宽度的环形密封坝及与其相连并沿径向向内(或/和向外)延伸、且延周向分布的数个具有一定深度(0.001～1mm)的螺旋槽以及间隔等量的螺旋脊；螺旋槽也可是鱼刺(人字)形螺旋槽、Y形螺旋槽、L形螺旋槽和圆弧槽、直斜线槽以及三维的V形螺旋槽等；各类螺旋(及圆、直)槽与密封坝的排列形式也可是螺旋(及圆、直)槽(和其脊)位于密封环体端面的外径边、而密封坝相应位于端面的内径边；各类螺旋槽的旋向也可是逆时针的；各类螺旋槽也可设在浮动环上；密封支持系统提供的缓冲流体也可是压力高于泵工作腔的中性气体，如N₂、CO₂、纯净空气及水蒸汽(与流程介质相容)等，此时螺旋槽非接触逆流泵密封将转化为气体润滑非接触顺流泵机械密封；辅助转轴密封也可是柱面碳环密封、浮环密封和机械密封以及螺旋槽非接触机械密封等；螺旋槽机械密封装置可是单级排列、两级或三级串联排列；离心泵轴1也可是立式的。

本发明的要点在于它的结构及工作原理。其工作原理是，根据流体动力润滑原理，上述的转动环4相对浮动环5的转速足够时，具有粘性的缓冲流体在环体端面10上有利的楔形螺旋槽12的作用下，便产生动压开启力和剪切泵汲流动，从而使机械密封达到非接触和负泄漏的理想状态。所述的螺旋槽的加工可采用机械或非机械加工方法。离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统与现有技术相比，具有可以形成机械密封的非接触运行、即在其工作中无摩擦磨损，且保持密封无泄漏(即负泄漏)，使高参数离心泵类(如原油/液化天然气输送泵、含有泥沙的地表水输送泵、核冷却剂循环主泵以及化工流程中危险介质输送泵等)运行安全可靠、寿命长等优点。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的II-II剖视图。

图3为本发明的鱼刺(人字)形螺旋槽结构示意图。

图4为本发明的Y形螺旋槽结构示意图。

图5为本发明的L形螺旋槽结构示意图。

图6为本发明的圆弧螺旋槽结构示意图。

图7为本发明的直线螺旋槽结构示意图。

图8为本发明的三维V形螺旋槽结构示意图。

图9为图2中螺旋槽的螺旋(及圆、直)槽(和其脊)与密封坝分别位于密封环体端面的外径边与内径边的结构示意图。

图10为图1的局部视图(螺旋泵柱面非接触密封)。

具体实施方式：

离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，整个系统由非接触无泄漏机械密封、非接触辅转轴助密封及缓冲流体支持系统及泵轴与泵体组成，将螺旋槽非接触逆流泵机械密封装置的转动环4安装在离心泵类的转轴1上、而将螺旋槽非接触逆流泵机械密封装置的浮动环5安装在泵体14上(见图1)，形成非接触无泄漏机械密封系统；密封腔9通过密封支持系统8为其提供压力低于泵工作腔2的负泄漏的缓冲流体(如油、水等中性介质，须与泵流程介质相容)；另于外侧加装螺旋泵柱面非接触辅助密封，其转动件6装于泵轴1上、而静止件7装于泵体14上，以对大气环境侧3密封中性的缓冲流体；螺旋槽机械密封装置的其中之一的密封环体的端面10上设有一定径向宽度的环形密封坝11及与其相连并沿径向向内(或/和向外)延伸、且延周向分布的数个具有一定深度(0.001～1mm)的螺旋槽12以及间隔等量的螺旋脊13(见图2)；螺旋槽12也可是鱼刺(人字)形螺旋槽(见图3)、Y形螺旋槽(见图4)、L形螺旋槽(见图5)和圆弧槽(见图6)、直斜线槽(见图7)以及三维的V形螺旋槽(见图8)等；各类螺旋(及圆、直)槽与密封坝的排列形式也可是螺旋(及圆、直)槽(和其脊)位于密封环体端面的外径边、而密封坝相应位于端面的内径边(见图9)；各类螺旋槽的旋向也可是逆时针的；各类螺旋槽也可设在浮动环上；密封支持系统提供的缓冲流体也可是压力高于泵工作腔的中性气体，如N₂、CO₂、纯净空气及水蒸汽(与流程介质相容)等，此时螺旋槽非接触逆流泵密封将转化为气体润滑非接触顺流泵机械密封；螺旋泵柱面非接触辅助转轴密封(见图10)也可是柱面碳环密封、浮环密封和机械密封以及螺旋槽非接触机械密封等；螺旋槽机械密封装置可是单级排列、两级或三级串联排列；离心泵轴1也可是立式的。

Claims (11)

1、一种离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，整个系统由非接触无泄漏机械密封、非接触辅转轴助密封及缓冲流体支持系统及泵轴与泵体组成，其特征在于：将螺旋槽非接触逆流泵机械密封装置的转动环4安装在离心泵的转轴1上、而将螺旋槽非接触逆流泵机械密封装置的浮动环5安装在泵体14上，形成非接触无泄漏机械密封系统。

2、根据权利要求1所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：密封腔9通过密封支持系统8为其提供压力低于泵工作腔2的负泄漏的缓冲流体(如油、水等中性介质，须与泵流程介质相容)；另于外侧加装螺旋泵柱面非接触辅助密封，其转动件6装于泵轴1上、而静止件7装于泵体14上，以对大气环境侧3密封中性的缓冲流体。

3、一种如权利要求1所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的螺旋槽机械密封装置的其中之一的密封环体的端面10上设有一定径向宽度的环形密封坝11及与其相连并沿径向向内(或/和向外)延伸、且延周向分布的数个具有一定深度(0.001～1mm)的螺旋槽12以及间隔等量的螺旋脊13。

4、根据权利要求3所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的螺旋槽12也可是鱼刺(人字)形螺旋槽、Y形螺旋槽、L形螺旋槽和圆弧槽、直斜线槽以及三维的V形螺旋槽等。

5、根据权利要求4所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的各类螺旋(及圆、直)槽与密封坝的排列形式也可是螺旋(及圆、直)槽(和其脊)位于密封环体端面的外径边、而密封坝相应位于端面的内径边。

6、根据权利要求5所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的各类螺旋槽的旋向也可是逆时针的。

7、根据权利要求5所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的各类螺旋槽也可设在浮动环上。

8、根据权利要求2所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的密封支持系统提供的缓冲流体也可是压力高于泵工作腔的中性气体，如N₂、CO₂、纯净空气及水蒸汽(与流程介质相容)等，此时螺旋槽非接触逆流泵密封将转化为气体润滑非接触顺流泵机械密封。

9、根据权利要求2所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的辅助转轴密封也可是柱面碳环密封、浮环密封和机械密封以及螺旋槽非接触机械密封等。

10、根据权利要求1所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的螺旋槽机械密封装置可是单级排列、两级或三级串联排列。

11、根据权利要求1所述的离心泵用螺旋槽非接触无泄漏机械密封系统，其特征在于：所述的离心泵轴1也可是立式的。

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