CN203770195U - 一种用于高温介质的机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：包括内压盖、外压盖、轴套、波纹管弹力补偿组件、静环及动环，其中：所述轴套套设在泵轴上；所述内压盖及外压盖套设在轴套外，与轴套的外径面之间形成环形腔体；所述波纹管弹力补偿组件、静环及动环设置在上述环形腔体内；所述波纹管弹力补偿组件的外端固定在外压盖上，静环固定在波纹管弹力补偿组件的内端，动环固定在轴套上，动环外端面与静环的内端面接触形成密封端面；所述动环内端面周缘开有至少二个动压槽。本实用新型克服了传统技术中，载荷与滑动速度的增加使摩擦系数增加的缺陷，解决了高温热水汽蚀现象引起泵体振动，进而影响弹性补偿元件抗震性，导致密封端面液膜刚度不稳定，易干摩擦，密封寿命短的问题。

Description

一种用于高温介质的机械密封装置

技术领域

本实用新型涉及能够应用于高温介质环境下的密封装置，特别指用于热水泵的一种用于高温介质的机械密封装置。

背景技术

石油炼化、热电、化纤等行业常用离心泵输送热水，高温热水机械密封是行业内存在的一个技术难点。水在蒸汽状态不能对普通密封端面润滑，据实际经验及有关资料介绍，即使是液态，水的粘度也会随着温度的升高而急剧下降，如：水在20℃下的粘度为1厘泊，在100℃时则降为0.3厘泊，这样也就失去了润滑性，在250℃下的热水就没有润滑性。并且250℃下的热水其蒸汽压为3.5Mpa,即对密封腔的压力起码为3.5Mpa，要使机械密封在这样高的温度和压力下正常运转是非常困难的，不采取特殊措施，就难以满足使用要求。特别是随着温度的升高，其饱和蒸汽压进一步加大，密封难度远大于别的介质的密封难度。密封难点主要是：1、粘度降低润滑性能降低，摩擦系数加大；2、密封端面高温高压变形；3、密封端面气化，出现气液两相，摩擦系数进一步加大，摩擦热突增，进一步，液膜失稳失效，端面磨损加剧，密封泄漏；4、高温热水汽蚀现象引起泵体振动，进而影响弹性补偿元件抗震性差，导致密封端面液膜刚度不稳定，易干摩擦，密封寿命短。

常见高温热水机械密封多为弹簧密封，密封环为抗高压常采用镶嵌环结构，难以克服镶嵌应力及密封环与环座同步热膨胀问题、端面变形、弹簧材料失弹问题等。密封形式也有采用焊接金属波纹管密封形式的先例，但主要也因为密封环镶嵌变形、端面气化、摩擦扭矩大等问题而造成波纹管焊缝被撕裂、密封失效，基本上波纹管密封在高温热水领域还未有成功实施的案例。所以如何克服上述难点问题是解决高温热水机械密封的关键。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种克服了传统技术难点，将波纹管用于热水泵密封的一种用于高温介质的机械密封装置。

本实用新型采取的技术方案如下，一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：包括内压盖、外压盖、轴套、波纹管弹力补偿组件、静环及动环，其中：所述轴套套设在泵轴上；所述内压盖及外压盖套设在轴套外，与轴套的外径面之间形成环形腔体；所述波纹管弹力补偿组件、静环及动环设置在上述环形腔体内；所述波纹管弹力补偿组件的外端固定在外压盖上，静环固定在波纹管弹力补偿组件的内端，动环固定在轴套上，动环外端面与静环的内端面接触形成密封端面；所述动环内端面周缘开有至少二个动压槽。

优选地，所述的波纹管弹力补偿组件包括波纹管基座、波纹管及静环座，其中：上述波纹管基座的外端固定在外压盖上，上述波纹管的外端连接波纹管基座，波纹管的另一端连接静环座，上述静环座的内端嵌有静环。

优选地，所述的静环的外径面与静环座的外径面平齐，两者外径面上均开有防转槽，静环的内径面内设有支撑环。

优选地，所述的波纹管弹力补偿组件的外部套设有分流套，分流套固定在外压盖上，分流套的内圈对应于波纹管的部分开有环形槽，该环形槽内设有阻尼带；阻尼带的内径贴紧波纹管的外径，以约束波纹管弹力补偿组件产生共振或跳动；分流套的内圈对应于静环座及静环的部分对称设置二个凸台，该凸台嵌入防转槽内，以防止静环沿圆周方向转动。

优选地，所述的分流套上沿圆周方向开有至少二个径向的通孔。

优选地，所述的动环与轴套外径面平齐，两者的外部套有泵送环；泵送环的外端为向外倾斜的倾斜面，该倾斜面的圆周方向上开有至少二个离心槽；所述的内压盖的内圈中对应于离心槽的部分开有环形槽，该环形槽内设置挡流板。

优选地，所述的内压盖上开有冲洗液进口及冲洗液出口，冲洗液经冲洗液进口进入环形腔体内，经通孔流入密封端面处，进行冲洗和冷却，在离心槽转动产生的离心力作用下，由挡流板导入冲洗液出口，进而导出至外部的换热器。

优选地，所述的内压盖的内圈与泵送环的外圈连接处开有迷宫槽，该迷宫槽与泵送环的外圈之间形成迷宫密封，以便阻碍冲洗液与高温介质的大量互串，减少外部换热器的热载荷。

优选地，所述的轴套的外端上套有传动环，传动环通过固定螺钉将轴套固定在泵轴上。

本实用新型的有益效果在于：

1、动环端面开流体动压槽，流体动压槽能够承受载荷与冷却密封端面，传统技术中是由另外的密封件完成密封节流作用的，动环旋转的时候，动环及静环外径直接面对介质的高压力，静环内径处为大气压，故密封端面承受压差较大，即密封载荷大，易使密封液膜失稳。泵轴高速旋转时，随着温度的增加，热水粘度降低润滑性能降低，摩擦系数加大，进一步会加大摩擦热，密封端面液膜部分气化，出现气液两相，液膜闪蒸失效，密封磨损加大，旋转扭矩增加，最终密封导致泄漏，而采用动压槽之后冲洗液除因压差挤进动压槽内，从而深入密封端面内，也被动压槽产生流体楔动压作用被挤进端面之间，对密封端面强制润滑与冷却，因此动环旋转的时候，动压槽能使冲洗液相当强烈的冷却至距动压槽底相当远的密封表面，冷却效果好。动环旋转时，在动环加工得很平的表面上形成与动压槽数量相等的波形表面，每个动压槽就会产生流体动压膜和槽压，旋转过程产生的切向流和压力降，就在每个槽压后面形成如彗星状的润滑膜。因此，采用动压槽的设计后，随着密封面上载荷与滑动速度的增加，会形成一个润滑膜，使摩擦系数反而减少，克服了传统技术中，载荷与滑动速度的增加使摩擦系数增加的缺陷；同时，动压槽位于动环端面外侧上，在离心力作用下，易将槽中杂物甩出（若泄露流由外径向内径流动，则槽应开在旋转环的外径处，靠离心力把杂质甩走）。

2、波纹管组件采用静止式安装，可适应高速超过3600rpm、密封端面平均线速度小于50m/s的工况条件，在安装时只需一次弯曲，就能自动调节泵轴与密封腔体的不同心，密封面的跟随性良好，减少了密封件本身的跳动，使密封面端面比压、液膜稳定，从而延长了密封寿命；采用热处理后的焊接的金属波纹管作为弹力补偿组件，解决了高温问题。（可以适应高温至300℃，压力至4Mpa的热水，高温不失弹）波纹管本身为平衡型密封，省去了滑动密封圈，又可提供推紧密封面的弹力，可自形成密封腔。

3、静环内径处有零对零配合的支撑环，整体装入静环座孔中，由柔性石墨密封圈形成静密封（柔性石墨密封圈遇高温径向膨胀大）。使得：a、静环浮动性好；b、支撑环协助静环抗高压差，也防止密封端面变形。静环座及静环外圆各开有两个对称的防转槽，防转槽与分流套的凸台啮合。作用：c、可以起到协助波纹管抗扭转的作用，防止密封面润滑不好摩擦扭矩加大时波纹管上的焊球易被撕裂的现象；d、为静环提供防转作用。静环选用整体耐高温浸锑石墨，浮动式地与波纹管弹力组件连接，径向尺寸较厚，其有益效果为：f、高温时密封环基本为自由状态，无镶嵌过盈应力，抗热变形能力强，密封端面平面度好，液膜厚度较为均匀，密封性能好。静环外端的外圆直径（装配柔性石墨密封圈第五密封圈的部位）等于动环密封端面上流体动压槽槽底的直径。有益效果为：g、根据液压流体有关理论，介质直接作用于静环的轴向推力很小，当介质压力波动时，对密封端面液膜厚度影响可以忽略不计，密封效果好；h、进一步，第五密封圈内径不会在静环座配合的地方滑动，密封可靠。

4、分流套内孔环形槽内装配有阻尼带，阻尼带的内径接触到波纹管外径（但不影响波纹管弹力补偿组件的装配），阻尼带截面本身有有一定型面特征，弹性很好。其有益效果为：由于热水的温度及压力与其饱和蒸汽压有一定曲线关系，当温度变高时，水有气化的趋势，就需要更高的压力（压强）使其不能沸腾（又称气化），相反，当压力降低时，水温变化不大的情况下，在此温度下肯定要发生气化现象，我们称之为汽蚀现象，伴有杂音（实为局部水泡破裂声）。汽蚀现象经常伴随热水的输送过程，对泵影响之一就是产生泵体振动，进而影响密封件跳动量，甚至产生密封元件的共振，破坏密封端面液膜的稳定，容易使失效。采用阻尼带后，可以有效约束波纹管弹力补偿组件产生共振或跳动，有效保护波纹管焊球的强度，稳定密封端面液膜刚度，延长密封使用寿命。

5、内压盖内径与离心槽对应部分设有环形槽，环形槽内焊接有挡流板，挡流板与冲洗液出口平行。其有益效果为：冲洗液冲洗和冷却密封端面后，经泵送环的离心槽高速旋转甩入内压盖的环形槽内，经挡流板导向沿切线方向进入冲洗液出口，回到外部换热器冷却，密封冲洗液冷却循环效率高，能有效导走密封端面摩擦热，降低密封端面温度，防止液膜气化形成气液两相，提高密封性能。内压盖的内径与泵送环的外径接触部分设有迷宫槽，迷宫槽与泵送环外径之间形成迷宫密封，阻碍冲洗液与介质侧高温热水大量互串，减小外部换热器的热载荷。

附图说明

图1为本实用新型的部分结构剖视图

图2是本实用新型的内压盖的端面结构示意图。

图3是本实用新型的装配结构示意图。

图4是图3立体结构图。

图5是图3中波纹管弹力补偿组件的局部示意图。

图6是图5的端面局部示意图。

图7是图3中分流套的剖视图。

图8是图7的端面示意图。

图9是图3中阻尼带的立体图。

图10是图3中动环的剖视图。

图11是图10中动环的端面示意图。

图12是图1中挡流板及离心槽配合的局部示意图。

图13是图12端面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步描述：

如图1至图13所示，本实用新型采取的技术方案如下，一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：包括内压盖5B、外压盖5A、轴套6、波纹管弹力补偿组件1A、静环1B及动环2，其中：所述轴套6套设在泵轴01上；所述内压盖5B及外压盖5A套设在轴套6外，与轴套6的外径面之间形成环形腔体；所述波纹管弹力补偿组件1A、静环1B及动环2设置在上述环形腔体内；所述波纹管弹力补偿组件1A的外端固定在外压盖5A上，静环1B固定在波纹管弹力补偿组件1A的内端，动环2固定在轴套6上，动环2外端面与静环1B的内端面接触形成密封端面；所述动环2内端面周缘开有至少二个动压槽05。实际生产中，应控制动压槽的径向深度值，若动压槽的径向宽度值很大时，则泄露量迅速增大，容易引发加剧磨损而使密封失效，若径向深度值很小时，则形成的压力—和润滑—达不到预期效果，此时磨损量和发热量必定很大，故设计时根据具体工况条件调径向深度值大小。

优选地，所述的波纹管弹力补偿组件1A包括波纹管基座A1、波纹管A2及静环座A3，其中：上述波纹管基座A1的外端固定在外压盖5A上，上述波纹管A2的外端连接波纹管基座A1，波纹管A2的另一端连接静环座A3，上述静环座A3的内端嵌有静环1B。

优选地，所述的静环1B的外径面与静环座A3的外径面平齐，两者外径面上均开有防转槽06，静环1B的内径面内设有支撑环1D。

优选地，所述的波纹管弹力补偿组件1A的外部套设有分流套5H，分流套5H固定在外压盖5A上，分流套5H的内圈对应于波纹管A2的部分开有环形槽，该环形槽内设有阻尼带5F；阻尼带5F的内径贴紧波纹管A2的外径，以约束波纹管弹力补偿组件1A产生共振或跳动；分流套5H的内圈对应于静环座A3及静环1B的部分对称设置二个凸台07，该凸台07嵌入防转槽06内，以防止静环1B沿圆周方向转动。

优选地，所述的分流套5H上沿圆周方向开有至少二个径向的通孔08。

优选地，所述的动环2与轴套6外径面平齐，两者的外部套有泵送环6A；泵送环6A的外端为向外倾斜的倾斜面，该倾斜面的圆周方向上开有至少二个离心槽10；所述的内压盖5B的内圈中对应于离心槽10的部分开有环形槽，该环形槽内设置挡流板5G。

优选地，所述的内压盖5B上开有冲洗液进口03及冲洗液出口04，冲洗液经冲洗液进口03进入环形腔体内，经通孔08流入密封端面处，进行冲洗和冷却，在离心槽10转动产生的离心力作用下，由挡流板5G导入冲洗液出口04，进而导出至外部的换热器。

优选地，所述的内压盖5B的内圈与泵送环6A的外圈连接处开有迷宫槽，该迷宫槽与泵送环6A的外圈之间形成迷宫密封，以便阻碍冲洗液与高温介质的大量互串，减少外部换热器的热载荷。

优选地，所述的轴套6的外端上套有传动环7，传动环7通过固定螺钉7A将轴套6固定在泵轴01上。

进一步，上述轴套6通过第一密封圈6D及第二密封圈6F与泵轴01之间密封，上述动环2与泵送环6A通过第三密封圈3密封，上述泵送环6A与轴套6外径之间通过第四密封圈6B密封，上述静环1B与静环座A3之间通过第五密封圈1C密封，上述内压盖5B与外压盖5A之间及内压盖5B与泵密封腔体08之间通过金属缠绕石墨圈5E密封，上述泵密封腔体08的内端设有减压衬套02；上述各密封圈为柔性石墨密封圈。上述动环2通过第一螺钉6C与轴套6固定，上述波纹管弹力组件1A通过第二螺钉5D与外压盖5A固定，上述分流套5H通过第三螺钉5G固定，上述泵送环6A通过反装的第四螺钉6E固定在轴套6上，上述内压盖5B与外压盖5A通过第六螺钉5J固定，上述传动环7的内端的外径周缘设有凸体，该凸体嵌入安装板8A的凹槽内，以轴向定位传动环7，上述安装板8A通过第六螺钉8B固定在外压盖5A的端面上。所述外压盖5A上设有背冷备用孔09，该孔平常通过螺栓堵死，温度过高时开启，以从密封腔体的背侧冷却降温。

本实用新型的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本实用新型专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本实用新型专利权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：包括内压盖（5B）、外压盖（5A）、轴套（6）、波纹管弹力补偿组件（1A）、静环（1B）及动环（2），其中：所述轴套（6）套设在泵轴（01）上；所述内压盖（5B）及外压盖（5A）套设在轴套（6）外，与轴套（6）的外径面之间形成环形腔体；所述波纹管弹力补偿组件（1A）、静环（1B）及动环（2）设置在上述环形腔体内；所述波纹管弹力补偿组件（1A）的外端固定在外压盖（5A）上，静环（1B）固定在波纹管弹力补偿组件（1A）的内端，动环（2）固定在轴套（6）上，动环（2）外端面与静环（1B）的内端面接触形成密封端面；所述动环（2）内端面周缘开有至少二个动压槽（05）。

2.根据权利要求1所述的一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：所述的波纹管弹力补偿组件（1A）包括波纹管基座（A1）、波纹管（A2）及静环座（A3），其中：上述波纹管基座（A1）的外端固定在外压盖（5A）上，上述波纹管（A2）的外端连接波纹管基座（A1），波纹管（A2）的另一端连接静环座（A3），上述静环座（A3）的内端嵌有静环（1B）。

3.根据权利要求2所述的一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：所述的静环（1B）的外径面与静环座（A3）的外径面平齐，两者外径面上均开有防转槽（06），静环（1B）的内径面内设有支撑环（1D）。

4.根据权利要求3所述的一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：所述的波纹管弹力补偿组件（1A）的外部套设有分流套（5H），分流套（5H）固定在外压盖（5A）上，分流套（5H）的内圈对应于波纹管（A2）的部分开有环形槽，该环形槽内设有阻尼带（5F）；阻尼带（5F）的内径贴紧波纹管（A2）的外径，以约束波纹管弹力补偿组件（1A）产生共振或跳动；分流套（5H）的内圈对应于静环座（A3）及静环（1B）的部分对称设置二个凸台（07），该凸台（07）嵌入防转槽（06）内，以防止静环（1B）沿圆周方向转动。

5.根据权利要求4所述的一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：所述的分流套（5H）上沿圆周方向开有至少二个径向的通孔（08）。

6.根据权利要求5所述的一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：所述的动环（2）与轴套（6）外径面平齐，两者的外部套有泵送环（6A）；泵送环（6A）的外端为向外倾斜的倾斜面，该倾斜面的圆周方向上开有至少二个离心槽（10）；所述的内压盖（5B）的内圈中对应于离心槽（10）的部分开有环形槽，该环形槽内设置挡流板（5G）。

7.根据权利要求6所述的一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：所述的内压盖（5B）上开有冲洗液进口（03）及冲洗液出口（04），冲洗液经冲洗液进口（03）进入环形腔体内，经通孔（08）流入密封端面处，进行冲洗和冷却，在离心槽（10）转动产生的离心力作用下，由挡流板（5G）导入冲洗液出口（04），进而导出至外部的换热器。

8.根据权利要求7所述的一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：所述的内压盖（5B）的内圈与泵送环（6A）的外圈连接处开有迷宫槽，该迷宫槽与泵送环（6A）的外圈之间形成迷宫密封，以便阻碍冲洗液与高温介质的大量互串，减少外部换热器的热载荷。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种用于高温介质的机械密封装置，其特征在于：所述的轴套（6）的外端上套有传动环（7），传动环（7）通过固定螺钉（7A）将轴套（6）固定在泵轴（01）上。