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CN103732898B - 能量耗散磨损环及其方法 - Google Patents

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CN103732898B
CN103732898B CN201280039388.5A CN201280039388A CN103732898B CN 103732898 B CN103732898 B CN 103732898B CN 201280039388 A CN201280039388 A CN 201280039388A CN 103732898 B CN103732898 B CN 103732898B
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Abstract

提供了一种用于水力旋流器或泵的能量耗散密封环。该能量耗散密封环包括由聚合物、弹性体或其结合构成的消耗性悬浮基体，以及悬浮在该基体中的多个装填插入件。该基体用作让插入件进入一个或多个凹进部分的输送装置。该插入件包括硬质材料（如，陶瓷或碳化物），且形成耐磨本体，其通过形成阻挡路径而将泄漏的浆料的动能减慢和耗散。悬浮基体随着时间被侵蚀，在插入件之间形成多个空隙。泄漏的浆料在通过由所述空隙限定的三维螺旋路径时减慢，从而减少了其对周围构件的磨损的可能性。还公开了制造能量耗散密封环和用于耗散浆料能量的方法。

Description

能量耗散磨损环及其方法
交叉引用
本申请是要求申请日为2011年8月12日，申请号为61/522,986的美国临时申请的优先权的PCT国际申请。
技术领域
本发明涉及用于工业、垃圾、煤炭、聚合体和矿物处理技术的设备的消耗密封件，且更具体地涉及用于水力旋流器、浆料泵和相关装置的能量耗散耐磨技术。
背景技术
使用水力旋流器以在装满颗粒的水悬浮液中集中并分离较粗尺寸的颗粒的方法已经使用超过100年；然而，工业水力旋流器的工作负荷随着时间增加。现今，特别是在矿物处理应用中，固体的高进给速度和这些颗粒的摩擦特征要求水力旋流器被改善并改进以实现更高的性能，更好的固体回收，和更长的使用寿命。
水力旋流器的影响使用寿命的操作动能的重要方面是在操作水力旋流器内的旋转流动符合自由漩涡定律（law of free-vortex rotation）。换言之，在工业水力旋流器中的旋转速度（切向速度）随着水力旋流器的半径的减小而增大。从数学方面考虑，该“自由漩涡”情况由以下等式表示：“VR=常数（constant）”，其中“V”等于浆料速度，“R”等于水力旋流器在给定点的半径。因此，随着浆料朝向水力旋流器的底部旋转和下降，其发生半径减小且速度增大。
为了满足自由旋转等式，浆料必需切线地加速，从而维持恒定的结果。例如，如果浆料以每秒25英尺的线性速度进入24英寸直径的水力旋流器，该水力旋流器装配有4英寸直径的顶部开口，则朝向水力旋流器的底部下降的浆料必需在其到达减小的半径时加速到达大约每秒150英尺或者将其切向速度增加到大约6倍。由于浆料通常含有可腐蚀水力旋流器的内部的磨料颗粒，所以在具有较小内直径的区域处增加耐磨性是特别普遍的。
迄今为止，水力旋流器设计者已使用多种方法，包括使用由耐磨材料构成的内部衬垫。在很多情况下，该方法要求多件式水力旋流器本体。FLSmidthKrebs在50年前首先提出了“组件化水力旋流器设计”的概念。该概念使用了在各个钢壳体中被保持在一起的多段耐磨衬垫。通常，衬垫由挠性弹性体材料构成，且因此不存在在各段衬垫之间的接头件的密封问题。
然而，在20世纪70年代中，当将“组件化”旋流器用于煤炭处理时，由于煤炭颗粒的磨耗，弹性体衬垫具有较短的使用寿命。在其后的短时间内，FLSmidth Krebs首先提出使用耐磨耐火陶瓷衬垫，其尽管提供了更加耐磨的水力旋流器，但是由于陶瓷材料的非弹性特性而在其之间形成小的间隙。一经发现，与弹性体衬垫不同，在刚性陶瓷衬垫之间各接头处的间隙允许水力旋流器中的一些旋转浆料悬浮液漏出，从而造成较不耐磨的内部钢壳体的过早磨损。
由于水力旋流器可由多至八个或更多部分构成，各部分具有一个或多个接头，由于旋转浆料中的大量动能，因此至少一个衬垫接头可发生浆料泄露和腐蚀的机会很大。
多年来，进行了多种尝试来解决陶瓷衬垫之间的间隙中的浆料腐蚀。其挑战在于陶瓷衬垫通常在“绿”（未淬火）状态时由粉浆浇铸或者等静压形成，这意味着，取决于材料组分，衬垫的尺寸需要设置成比要求的最终产品尺寸（淬火后）大出约15%至17%。归因于窑燃烧（kiln-firing）的显著收缩比例会导致不一致性，使得很难在陶瓷衬垫之间选择紧密接头间隙容差，特别是对于具有不规则尺寸或形状的衬垫来说。此外，在铸造、压制和煅烧步骤中采用紧密容差将导致较高的制造成本，这样的设计在市场上缺乏竞争力。
更近期的尝试在陶瓷衬垫的各端内置结合了迷宫式密封或者半搭接连接类型的设置。该设计的一个示例可参见国际专利申请公开WO10085331。然而，独立测试表明结合该机械互锁的内部配合陶瓷衬垫非常易于被损坏，这是由于陶瓷边缘基本上会延伸超过各壳体凸缘。此外，该界面引起一定水平的应力集中。因此，对常规迷宫式密封的依赖形成了对冲击具有弱抵抗性的脆弱陶瓷构件。此外，较高密度的磨料颗粒在水力旋流器的中间和较下部分具有盘旋趋势，还增加了盘旋的材料引起的搭接失效的机会。
通常用于水力旋流器的常规密封件和垫圈通常由固体弹性体复合材料制成，如氨基甲酸乙酯（urethane）或者氯丁橡胶（neoprene）。这些常规密装填置的问题在于其不能承受苛刻的环境，特别是那些密装填置需要承受高速或高压的磨损性浆料的环境。此外，结合密封件和垫圈的常规机械界面不能如上所述有效地防止壳体爆裂。上述缺点在浆料泵和水力旋流器的上部区域也很普遍，其中在高压和/或高速下的磨损性浆料可在一段时间后在构件之间泄露。例如，其它高磨损区域包括水力旋流器中与涡流芯管（vortex finder）相邻的区域以及浆料泵中与干式密封（dry gland seals）、泵壳体、背板和毂相邻的区域。
例如，在具有一个或多个拴接在一起的锥形段的常规水力旋流器中，多个模块陶瓷衬垫部分保护限定外水力旋流器壳体的外壳的内表面。小的轴向间隔通常存在于陶瓷衬垫部分的各匹配表面之间。通过这些小的轴向间隔的浆料可能会具有大的径向速度和动能，且会快速腐蚀陶瓷衬垫的匹配表面以及与周围壳体相邻的部分，包括带凸缘的连接部和外部连接件。该腐蚀可导致喷涌、泄露、过早维护和关于水力旋流器的其它问题。由于携带颗粒的悬浮液造成的磨料磨损通常大约以速度的立方（cube of velocity）增加，因此非常需要在水力旋流器没有耐磨表面保护的区域处减慢浆料的速度。
发明目的
因此，本发明的目的是提供用于水力旋流器和浆料泵构件的改进耐磨密封接头；
本发明的另一目的是提供将磨损性浆料的高能和速度快速耗散以减少周围构件的磨损的方法。
本发明的另一个目的是以最少成本最小化安排的和未安排的维护并最大化设备的运行时间。
本发明的另一个目的是最大化水力旋流器、浆料泵和要求坚固密封的其它处理设备的安全性和性能。
本发明的另一个目的是提供可更换的密封耐磨元件，即便在该耐磨元件已经被大部分磨损后，仍能用来防止腐蚀。
本发明的另一个目的是提供更换的密封耐磨元件翻新套件，其可与现有的常规水力旋流器和/或浆料泵单元兼容。
本发明的另一个目的是阻止在陶瓷衬垫水力旋流器中的接头和连接部腐蚀，特别是在与涡流芯管、锥形段凸缘和筒体凸缘相邻的区域处。
本发明的另一个目的是阻止在浆料泵中的接头和连接部腐蚀，特别是在与干式密封、泵壳体、背板和毂相邻的区域处。
从附图和说明中本发明的这些和其它目的将很明显。尽管相信本发明的每个目的由本发明的至少一个实施方式实现，然而并不需要本发明的任何一个实施方式实现本发明的所有目的。
发明内容
本发明使用的方法允许磨损性浆料在一定程度上在陶瓷衬垫部分之间漏出，只要浆料可由辅助阻挡物快速挡住以保护其后的较不耐磨壳体材料即可。在一些实施方式中，弹性氨基甲酸乙酯基的壳体被直接铸造模制在预制的耐火/陶瓷衬垫的外侧，从而制造出整体单个耐腐蚀壳体部分。该方法减少了形成水力旋流器要求的部件数量。由于氨基甲酸乙酯更易于腐蚀，所以可使用钢壳体。
公开了用于水力旋流器或浆料泵的环形能量耗散密封环。根据一些实施方式，该密封环可包括具有聚合物或弹性体中的至少一种的弹性悬浮基体，以及在所述基体中悬浮的多个紧密间隔或紧密装填的硬质插入件。在一些实施方式中，插入件由陶瓷或碳材料制成，并且基体包括硅树脂、氨基甲酸乙酯或者其它形式的橡胶。
能量耗散密封环可被接收在水力旋流器或者浆料泵中的互补形状环形接收部分中。还公开了一种用于翻新水力旋流器的套件，其中第一环形能量耗散密封环被配置成用于密封水力旋流器锥形段的具有较大直径的上侧，且其中第二环形能量耗散密封环被配置成用于密封水力旋流器锥形段的具有较小直径的下侧。
还公开了包括环形能量耗散密封环的水力旋流器。该水力旋流器包括具有壳体的第一部分，具有壳体的第二部分，以及接收环形能量耗散密封环的至少一个接收部分。该环包括具有聚合物或弹性体中的至少一种的弹性悬浮基体，以及在所述基体中悬浮的多个紧密间隔或紧密装填的硬质插入件。
具有驱动轴、叶轮、泵壳体和背板或毂的浆料泵还包括环形接收部分，其让环形能量耗散密封环坐落其中。该环包括具有聚合物或弹性体中的至少一种的弹性悬浮基体，以及在所述弹性基体中悬浮的多个紧密间隔或紧密装填的硬质插入件。
还公开了一种减少水力旋流器或泵中的磨损的方法。该方法包括在与第二构件相邻的第一构件中提供至少一个环形接收部分，在所述至少一个环形接收部分提供环形能量耗散密封环，该环性能量耗散密封环包括聚合物或弹性体中的至少一种和多个紧密间隔或紧密装填的硬质插入件；让浆料磨损部分聚合物或弹性体，从而在插入件之间形成多个空隙；且将在第一和第二构件之间经由所述多个空隙形成的阻挡路径移动的浆料的能量耗散。
还公开了制造水力旋流器的方法。该方法包括提供第一段和壳体；提供第二段和壳体；提供至少一个接收部分；将环形能量耗散密封环插入所述至少一个接收部分，且接着将第一和第二部分装配在一起，以在第一和第二段之间将所述环形能量耗散密封环卡持在所述至少一个接收部分中。
还提供了制造能量耗散密封环的几种方法。例如，可通过将在环形模制腔体中将插入件紧密地装填在一起，并且将该腔体填充有未固化的聚合物或弹性体以悬浮插入件来形成能量耗散密封环。接着将该未固化的聚合物或弹性体固化以将该插入件保持在基体中。在一些实施方式中，在填充之前进行装填插入件，而在另一些实施方式中，在装填之前进行填充。在一些实施方式中，通过将未固化的聚合物或弹性体提供至水力旋流器或泵中的环形接收部分而“现场”形成环。而在另外的实施方式中，插入件的装填可与填充同时进行，其中随着腔体被填充有未固化的聚合物或弹性体，将插入件供入环形模制腔体中。可选地，插入件可与未固化的聚合物或弹性体预混和，之后再将该混和物注入环形模制腔体中。
附图说明
图1示出了根据一些实施方式的水力旋流器；
图2是图1中所示的水力旋流器的纵向横截面；
图3是示出了图2中的细节的放大横截面视图；
图4-6是分别示出了图2中所示的第一、第二和第三连接部的细节的放大横截面视图；
图7A-7D示出了根据图2和4中所示的实施方式的能量耗散密封环；
图8A-8D示出了根据其它实施方式的能量耗散密封环；
图9是示出了可用于能量耗散密封环的插入件的一个示例的图片；
图10是示出了根据其它实施方式的能量耗散密封环的插入件的图片；
图11是示出了结合有图10中所示的插入件的能量耗散密封环的图片；
图12是示出了结合有根据其它实施方式的插入件的能量耗散密封环的照片；
图13是示出了结合有根据图9的插入件的能量耗散密封环的图片；
图14A和14B示出了根据一些实施方式结合有随机插入件的能量耗散密封环；
图15是示出了根据图14A和14B的能量耗散密封环的内侧部分的放大视图的并排图片；
图16示出了结合有不同厚度、尺寸和形状的可选的多边形能量耗散密封环；
图17示出了根据一些实施方式的能量耗散密封环的可选的多边形横截面配置；
图18A和18B示出了根据本发明的能量耗散密封环的可选使用，具体地用于浆料泵中；和
图19示出了能量耗散密封环及其使用中的消耗特性。
具体实施方式
图1-6示出了根据一些实施方式的水力旋流器10。该水力旋流器10包括用于输送待分离的浆料的入口12。入口12是设置在水力旋流器10的上部区域处的入口头部20的一部分。在该入口头部20下方，可连接有一个或多个筒体30和/或锥形段40、50。例如，第一锥形段40和第二锥形段50可被设置在如所示的单个筒体30下方。该锥形段40、50可随着接近水力旋流器10的下部区域而向下逐渐变细，如所示。
在使用中，进入入口12的浆料微粒经过蜗形部分（volute portion）13并最终从涡流芯管（vortex finder）15所限定的溢流出口16排出。相反地，浆料进给中的较重和较粗的颗粒经由下溢流出口56从水力旋流器10排出，该下溢流出口56被设置在最底部的锥形段50中或者以其它方式由设置在最底部的锥形段50限定。下溢流出口56可包括凸缘57或等同结构，用于连接至管道、防溅边缘、下溢流槽或者其它装置。涡流芯管15可经由涡流芯管凸缘14连接至入口头部20。凸缘14可与涡流芯管整体地形成（如，机加工、模制、铸造、单件集成），或者凸缘14可由独立的材料形成，接着通过压接、粘接或者现有技术中已知的其它方法结合涡流芯管15。在优选的实施方式中，该涡流芯管15可由陶瓷材料构成，而凸缘14包括金属基底。可将垫圈19设置在入口头部20上的上凸缘25与所述涡流芯管凸缘14之间以防止泄露。还可提供支承环11以提供支撑，并将涡流芯管15居于入口头部20中的中心。
在所示的具体实施方式中，支承环11包括环形凹部，其中可设置能量耗散密封环（energy diffusion sealing ring）17。该密封环17是耐磨的，且被设计成耗散高速浆料和颗粒中的能量，从而防止垫圈19、凸缘25、入口头部壳体24和支承环11的过早腐蚀。在一些实施方式中，密封环17可包括聚合物、合成橡胶或其结合，以及多个耐磨插入件。例如，密封环17可包括氨基甲酸乙酯，橡胶，或者氯丁橡胶，其中浸有或者在其中共同模制有致密充填的陶瓷插入件。如所示，密封环17可包括悬垂的下唇缘部分，其同心地配合在入口头部衬垫22的上表面28与涡流芯管15之间。尽管没有清楚地说明，本领域普通技术人员应理解密封环17可采用其它横截面形状和中心调整特性。
由于围绕涡流芯管15的插入区域大体需要相对于入口头部衬垫22的间隙，以允许移除和安装不同尺寸的涡流芯管，以用于不同处理，接近涡流芯管15旋转的颗粒（具体地矿物颗粒）可经由围绕涡流芯管15的插入区域中的间隙而从水力旋流器10排出。该现象可导致旋流器10的凸缘25和上部区域中的壳体24的其它部分的过早磨损，特别是在入口头部衬垫22和涡流芯管15之间。挠性能量耗散密封环17的适应性和压缩性提供改进的方式，使得能够密封涡流芯管插入区域，而不需要将涡流芯管15永久粘固在水力旋流器10中。
入口头部衬垫22用于相对于水力旋流器10中的磨粉浆而保护较软的入口头部壳体24。入口头部壳体24的底部包括入口头部下凸缘27，其被配置成与筒体30或者锥形段40、50组装在一起。该入口头部下凸缘27包括接收部分23，其被配置成接收互补形状的第一连接部能量耗散密封环72的上部分。
在图1-6中所示的具体的实施方式中，筒体30经由第一连接部70被安装在入口头部20，该第一连接部70包括筒体上凸缘35和入口头部下凸缘27。最佳地如图4中所示，上凸缘35包括接收部分31，接收部分31被配置成接收互补形状的第一连接部能量耗散密封环72的下部分。该密封环72用于将以高径向速度和离心力从入口头部衬垫22的下表面29与筒体衬垫32的上表面38之间泄露的浆料中的能量耗散。
可将诸如氯丁橡胶垫圈的第一连接部垫圈78设置在入口头部下凸缘27和筒体上凸缘35之间，以进一步将入口头部20密封至筒体30。通过能量耗散密封环72而相对于从表面29和38之间泄露的浆料保护第一连接部衬垫78。上支承板74和下支承板76分别被设置在入口头部下凸缘27和筒体上凸缘35的相对侧上，以保持筒体30与入口头部20之间的夹紧力。多个紧固件60将夹紧力施加至支承板74、76，从而将凸缘27、35按压在一起并压缩垫圈78。
根据图5，筒体30通过第二连接部80安装至第一锥形段40。第二连接部80包括筒体下凸缘37和第一锥形段上凸缘45。筒体下凸缘37包括下接收部分33，其被配置成接收互补形状的第二连接部能量耗散密封环82的上部分。第一锥形段凸缘45包括第一锥形段上接收部分41，其被配置成接收互补形状的第二连接部能量耗散密封环82的下部分。密封环82用于将高径向速度和离心力的浆料中的能量耗散，该浆料从筒体衬垫32的下表面39与第一锥形段衬垫42的上表面48之间泄露。该筒体衬垫32用于相对于水力旋流器10中的磨料保护筒体壳体34，且第一锥形段衬垫42用于相对于水力旋流器10中的磨料保护第一锥形段壳体44。
第二连接部垫圈88（例如，氯丁橡胶垫圈）可被设置在筒体下凸缘37和第一锥形段上凸缘45之间，以将第一锥形段40密封至筒体30。通过第二连接部能量耗散密封环82而相对于从表面39和48之间泄露的浆料保护第二连接部垫圈88。上支承板84和下支承板86被相似地设置在筒体下凸缘37和第一锥形段上凸缘45的相反侧上。多个紧固件60将夹紧力提供至支承板84、86，从而将凸缘37、45按压在一起并压缩垫圈88。
根据图6，第二锥形段50通过第三连接部90被安装至第一锥形段40。第三连接部90包括第一锥形段下凸缘47和第二锥形段上凸缘55。第一锥形段下凸缘47包括下接收部分43，其被配置成接收互补形状第三连接部能量耗散密封环92的上部分。第二锥形段上凸缘55包括上接收部分51，其被配置成接收互补形状第三连接部能量耗散密封环92的下部分。密封环92用于将第一锥形段衬垫42的下表面49与第二锥形段衬垫52的上表面58之间以高径向速度和离心力泄露的浆料中的能量耗散。第二锥形段衬垫52用于相对于进入的磨损性浆料而保护由较软的材料制成的第二锥形段壳体54。
第三连接部垫圈98被设置在第一锥形段下凸缘47和第二锥形段上凸缘55之间（例如，氯丁橡胶垫圈），以将第二锥形段50密封至第一锥形段40。通过第三连接部能量耗散密封环92相对于表面49和58之间泄露的浆料而保护第二连接部垫圈98。上支承板94和下支承板96被分别设置在第一锥形段下凸缘47和第二锥形段上凸缘55的相反侧上。下接收部分53可被设置至与第二锥形段衬垫下表面59相邻的第二锥形段50上，从而容纳第四能量耗散密封环（未示出）或者常规的密封件或者垫圈，以改进水力旋流器10与其它装置之间的连接，所述其它装置例如是防溅边缘，下溢流槽，或者管道/管子。
图7A-7D示出了根据图2和4中所示的实施方式的能量耗散密封环72。该密封环72包括聚合物或者弹性体悬浮基体（suspension matrix）72A和多个插入件72B。该插入件72B由耐磨材料制成，如陶瓷、陶瓷复合物、碳（碳化钨，高碳钢），或者其它材料形成。尽管图7A-7D中所示的插入件72B包括平滑的圆球（如，陶瓷球轴承），然而应注意，在一些实施方式中，插入件72B可包括一种或多种表面纹理，包括脊、带、微凹、隆起或槽，且可被设置成立方体、金字塔形、棱柱形、填密或非填密多面体（如，十二面体），等。例如，图9示出了具有等分带部分的插入件372B的图片。
为了形成能量耗散密封环372，插入件372B被紧密地填实在一起形成环形模制腔体，且接着该模制腔体被填充有氨基甲酸乙酯或者等同的聚合物或合成橡胶，以将插入件372B悬浮在挠性环形基体372A中。或者，可将插入件372B与所述氨基甲酸乙酯或等同聚合物或合成橡胶同时喷射入环形模制腔体，以将插入件372B悬浮在挠性环形基体372A中。尽管未示出，可通过将接收部分填充密封剂（如与所述插入件预混合的RTV硅树脂）而在接收部分23、31中“现场”（in-situ）形成环72。可选地，接收部分23、31可填充有密封剂，且随后，可在水力旋流器组装之前将插入件加至湿的密封剂。
圆形陶瓷插入件72B与较软的弹性体或聚合物基体72A的挠性特性的结合提供了防腐蚀密封环72，其可适应于耐火/陶瓷衬垫24、34的尺寸变化。这保证了密封环72和衬垫24、34之间的紧密密封，从而保证了从衬垫24、34之间的表面29、38排出的浆料不会将密封环72短路。此外，该复合材料环能够将从旋流器10的带衬垫内部漏出的浆料相应的能量耗散。
图8A-8D示出了根据可选的实施方式的能量耗散密封环172。密封环172包括聚合物或者弹性体悬浮基体172A和多个倾斜的插入件172B，其可以整体地或可不整体地设置有滤网或者网垫元件（web backing member）172C。插入件172B由耐磨材料形成，如陶瓷、陶瓷复合物、碳化物（碳化钨，高碳钢）或其他材料。图10示出了根据一些实施方式的插入件172B的图片。尽管示出了插入件172B包括一种或多种表面纹理，包括尖锐边缘、凹陷、槽和脊，然而其可被提供成平滑的圆球、圆形贴片、立方体、三维填密或非填密多面体等。为了制造该环172，在将模制腔体填充氨基甲酸乙酯或等同的聚合物或合成橡胶以将插入件172B悬在环形挠性基体172A中之前，可紧密地预装填插入件172B在环形模制腔体中，或者以其它方式在环形模制腔体中设置在一起。
如图19中所示，在模制（或以其它方式在现场固化）之后，在装配水力旋流器之前，可将能量耗散密封环872安装在一个或多个凹部833、841中。在安装过程中，悬浮基体872A用作将插入件872B输送至所述凹部833、841中的装置。在使用过程中，磨损性浆料850具有高的径向/切向速度且从衬垫832、842的表面848、839之间泄露，该磨损性浆料850可随着时间腐蚀悬浮基体872A的所有或一些部分，留下紧密装填的硬的、耐磨插入件872A在凸缘837、845中设置的凹部部分833、841中。没有该（腐蚀）悬浮基体872A，该插入件872B之间形成小的空隙872C，从而在之前悬浮基体872A存在的位置处形成多个高阻碍性的三维螺旋路径。从在空间上填充的插入件872B得到的这些空隙872C和几何结构快速地降低径向速度并且将浆料852中所含的动能耗散掉。一段时间后，插入件872B可如损耗件一样慢慢地磨损，这时可通过吸出旧的插入件872B并引入新的替换环872而拆除和修整水力旋流器。
图11是图8A-8D中几何示出的能量耗散密封环172的图片，结合了图10中所示的一个或多个六棱柱蜂窝式插入件172B。该插入件172B被顺序地围绕环172连续布置。图12是示出了能量耗散环272的图片，该能量耗散环272结合了小的圆柱形插入件272B，其被随机地布置和分散在悬浮基体272A中。图13是示出了能量耗散密封环372的图片，其中结合有图9中所示的插入件373B。
图14A是能量耗散密封环472的图示，其中结合了在挠性弹性体或聚合物基体472B中悬浮的随机分布的耐磨插入件472B。图14B是图14A中所示的环472的横剖视图。如图14B中所示，通过随机化插入件472B的尺寸和/或形状分布，可形成更紧密填充的插入件472B，其被更好地配置成减慢浆料的径向速度，且从而耗散高的动能。图15示出了根据一些实施方式的能量耗散密封环472的横截面的实际图片。
图16示出了能量耗散密封环572、672的两个实施方式，分别具有不同的周长和横截面区域。两个环572、672都包括悬浮在弹性体或聚合物基体572A、672A中多个硬质（即，陶瓷）插入件572B、672B。相较于图14A中所示的圆形环孔，在所示的具体实施方式中，能量耗散密封环572、672包括矩形环孔。该实施方式对于矩形管道接头特别有用。
图17示出了根据进一步的实施方式的能量耗散密封环782，其中密封环782的横截面包括类似不规则五边形的多边形。应理解可以使用其它横截面形状，如三角形、平行四边形、梯形。根据图17，筒体730通过连接部780安装至锥形段740。连接部780包括筒体下凸缘737和锥形段上凸缘745。筒体下凸缘737包括下接收部分733，其被配置成接收互补形状连接能量耗散密封环782的上部分。锥形段上凸缘745包括锥形段上接收部分741，其被配置成接收互补形状连接能量耗散密封环782的下部分。该密封环782用于将浆料中的能量耗散，该浆料从筒体衬垫732的下表面739与锥形段衬垫742的上表面748之间泄露且具有高径向速度和离心力。筒体衬垫732用于相对于水力旋流器710中的磨损性浆料保护筒体壳体734。锥形段衬垫742用于相对于水力旋流器710中的磨损性浆料保护锥形段壳体744。
可将连接垫圈788（例如，氯丁橡胶垫圈）设置在筒体下凸缘737与锥形段上凸缘745之间以将锥形段740密封至筒体730。通过连接能量耗散密封环782而相对于表面739和748之间泄露的浆料保护连接垫圈788。上支承板784和下支承板786被相似地设置在筒体下凸缘737和锥形段上凸缘745的相反侧上。多个紧固件760将夹紧力提供至支承板784、786，从而将凸缘737、745按压在一起并压缩垫圈788。
根据一些实施方式，能量耗散密封环1072、1074可有利地用于浆料泵1000中。例如，具有以下构件的浆料泵1000中：驱动轴1010、离心干式密封1020、叶轮1030、泵壳体1040、背板1050、毂1052和一个或多个连接件1060，用于将背板1050和毂1052保持至离心干式密封1020和泵壳体1040。高压和/或高径向速度（即，高动能）下的浆料通过能量耗散密封环1072、1074而减慢通过干式密封1020并且耗散能量。
挠性悬浮基体72A、172A、272A、372A、472A、572A、672A的优点在于其可以实现固体陶瓷环不具备的尺寸适应性，并能提供一些初始的密封优点。由于耐火陶瓷部件的较小制造容差，通常需要尺寸适应。聚合体或者弹性悬浮基体72A、172A、272A、372A、472A、572A、672A能够变形并且能适应尺寸中的较小差异而提供一些“间隙”。该基体可被改变以在制造之后匹配接收部分23、31、33、41、43、51、53、733、741（如，通过切割、加热、膨胀、收缩、变形或者以其它方式改变形状）。基体主要地用作临时的消耗“载体”，其允许并有助于在装配过程中精确地设置紧密地卡入凹部分31、41、51、741；23、33、43、53、733中的插入件72B、172B、272B、372B、472B、572B、672B。一旦能量耗散密封环72、82、92、172、272、372、472、572、672、782、1072、1074被装配至水力旋流器10或浆料泵1000的相应构件，则由于耐磨介质被保持在所述相应的构件中所以基体72A、172A、272A、372A、472A、572A、672A可基本被消耗。通过使用例如陶瓷的耐磨材料，作为插入件72B、172B、272B、372B、472B、572B、672B的材料选择，保证了空隙的几何形状被保持更长时间，且因此保存了能量耗散能力。
承包商或者其它机构可根据如所示和说明的整个或部分方法而提供能量耗散密封环系统或者安装能量耗散密封环。例如，承包商可接收关于设计能量耗散密封环的项目的投标请求，或者承包商可向顾客提供设计或者提供该装置（如，包括所述的一个或多个能量耗散密封环的水力旋流器或者泵，或者具有多个能量耗散密封环的修理套件）。该承包商可接着提供例如所示的和/或上述实施方式中说明的任何一个或者多个装置或特征。该承包商可通过销售该装置或者通过许诺销售该装置而提供所述装置。承包商可提供多种实施方式，其尺寸设置，形状设置，和/或其它方面被配置成符合客户或顾客的具体设计要求。该承包商可转包所公开的整个装置或其构件或者用于提供该装置的其它装置的制造、分销、销售或安装。承包商还可调查场地，且设计或指定一个或多个存储区域用于堆放制造该装置的材料。该承包商还可维护、修改、更换或者升级所提供的装置。承包商可通过转包该服务或者通过直接提供所述维护或修改所需要的服务或构件而提供该维护或修改，且在一些情况下，承包商可使用“翻新套件”来修改现有的水力旋流器或泵，以实现修改的水力旋流器或泵系统，其包括这里所说明的密封/能量耗散技术的一个或多个方法步骤，装置，或者特征。
尽管以具体实施方式和应用的方式说明了本发明，然而本领域普通技术人员在该说明的启示下可得到其它的实施方式和修改而不会偏离所要求的发明的实质或者超出其范围。例如，可理解本发明的特征可用于以下应用中，其中在构件中存在腔体（如，O形环槽或垫圈槽）能够接收弹性体密封件，并且其中由于磨料物质穿过两个装配构件之间的界面使得弹性体密封件可能会出现失效。
因此，应理解这里以示例的方式提供的附图和说明有助于本发明的理解，且不应构成对其范围的限制。
附图标记索引
10 水力旋流器
11 支承环
12 入口
13 螺旋部分
14 涡流芯管凸缘
15 涡流芯管
16 溢流出口
17 涡流芯管能量耗散密封环
19 涡流芯管凸缘垫圈
20 入口头部
22 入口头部衬垫
23 入口头部下接收部分
24 入口头部壳体
25 入口头部上凸缘
27 入口头部下凸缘
28 入口头部衬垫上表面
29 入口头部衬垫下表面
30 筒体
31 筒体上接收部分
32 筒体衬垫
33 筒体下接收部分
34 筒体壳体
35 筒体上凸缘
37 筒体下凸缘
38 筒体衬垫上表面
39 筒体衬垫下表面
40 第一锥形段
41 第一锥形段上接收部分
42 第一锥形段衬垫
43 第一锥形段下接收部分
44 第一锥形段壳体
45 第一锥形段上凸缘
47 第一锥形段下凸缘
48 第一锥形段衬垫上表面
49 第一锥形段衬垫下表面
50 第二锥形段
51 第二锥形段上接收部分
52 第二锥形段衬垫
53 第二锥形段下接收部分
54 第二锥形段壳体
55 第二锥形段上凸缘
56 下溢流出口
57 第二锥形段下凸缘
58 第二锥形段衬垫上表面
59 第二锥形段衬垫下表面
60 紧固件
70 第一连接部
72 第一连接部能量耗散密封环
72A 悬浮基体
72B 插入件
74 第一连接部上支承板
76 第一连接部下支承板
78 第一连接部垫圈
80 第二连接部
82 第二连接部能量耗散密封环
84 第二连接部上支承板
86 第二连接部下支承板
88 第二连接部垫圈
90 第三连接部
92 第三连接部能量耗散密封环
94 第三连接部上支承板
96 第三连接部下支承板
98 第三连接部垫圈
172、272、372、472、572、672、782、872、1072、1074 能量耗散密封环
172A、272A、372A、472A、572A、672A 悬浮基体
172B、272B、372B、472B、572B、672B 插入件
172C 滤网或网垫元件
710 水力旋流器
730 筒体
732 筒体衬垫
733 筒体下凸缘接收部分
734 筒体壳体
737 筒体下凸缘
739 筒体衬垫下表面
740 锥形段
741 锥形段上接收部分
742 锥形段衬垫
744 锥形段壳体
745 锥形段上凸缘
748 锥形段衬垫上表面
739 锥形段衬垫下表面
780 连接部
782 能量耗散密封环
784 上支承板
786 下支承板
788 连接部垫圈
872A 悬浮基体
872B 硬质耐磨插入件
833、841 凹进部分
850 具有高径向速度/动能的浆料
832、842 衬垫
848 衬垫上表面
839 衬垫下表面
872A 悬浮基体
837、845 凸缘
872C 空隙
852 具有减小的径向速度/动能的浆料
1000 泵
1010 驱动轴
1020 离心干式密封
1030 叶轮
1040 泵壳体
1050 背板
1051 背板接收部分
1052 毂
1053 毂接收部分
1060 连接件

Claims (23)

1.一种用于水力旋流器(10)或浆料泵(1000)的环形能量耗散密封环(72，1072)，所述能量耗散密封环(72，1072)包括：
弹性悬浮基体(72A)，其包括聚合物或弹性体中的至少一个，且被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失；和
悬浮在所述基体(72A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(72B)；
其中所述能量耗散密封环(72，1072)被配置成被接收在所述水力旋流器(10)或浆料泵(1000)中的互补形状的环形接收部分(23，31，1051)中；并且
其中在使用中，由于弹性悬浮基体(72A)会损失的性质，所述能量耗散密封环(72，1072)被配置成通过腐蚀减小浆料(850)的速度并耗散浆料的动能，形成所述硬质插入件(72B)之间的空隙(872C)，并且在所述环形接收部分(23，31，1051)内形成多个高阻碍性的螺旋路径供浆料流动。
2.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)的配置或分布是随机性的，以使得所述硬质插入件(72B)填充更紧密，并且所述环形接收部分(23，31，1051)内供浆料流动的高阻碍性螺旋路径更曲折。
3.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)的形状选自棱柱形，圆柱形，光滑的圆球，圆形薄片，和蜂窝形块状。
4.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)具有表面纹理，尖锐边缘，凹陷，槽和脊中的一个或多个。
5.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)为立方体或六角棱柱。
6.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)为三维填密多面体或三维非填密多面体。
7.一种水力旋流器(10)，包括：
具有第一壳体(44)和第一衬垫(42)的第一段(40)；
具有第二壳体(54)和第二衬垫(52)的第二段(50)；
设置在所述第一段(40)和第二段(50)中至少一个中的接收部分(43，51)，所述接收部分(43，51)的一部分由第一衬垫(42)或第二衬垫(52)的一表面限定；和
环形能量耗散密封环(92)，其位于至少一个所述接收部分(43，51)中，所述环形能量耗散密封环(92)包括聚合物或弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体(72A)，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，和悬浮在所述基体(72A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(72B)；
其中在使用中，所述环形能量耗散密封环(92)被配置成使在第一衬垫(42)和第二衬垫(52)之间通过的浆料(850)在到达第一壳体(44)或第二壳体(54)的一部分之前被耗散。
8.一种浆料泵(1000)，包括：
驱动轴(1010)；
叶轮(1030)；
泵壳体(1040)；
具有环形接收部分(1051，1053)的背板(1050)或毂(1052)；和
位于所述环形接收部分(1051，1053)中的环形能量耗散密封环(1072，1074)，所述环形能量耗散密封环(1072，1074)包括聚合物或弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体(72A)，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，和悬浮在所述基体(72A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(72B)；
其中在使用中，由于弹性悬浮基体(72A)会损失的性质，所述能量耗散密封环(1072，1074)被配置成通过腐蚀减小浆料的速度并耗散浆料的动能，形成所述硬质插入件(72B)之间的空隙(872C)，并且在所述环形接收部分(1051，1053)内形成多个高阻碍性的螺旋路径供浆料流动。
9.一种水力旋流器(10)或泵(1000)中减小磨损的方法，包括：
在与第二构件(54，845，1020，1040)相邻的第一构件(44，837，1050，1052)中提供至少一个环形接收部分(43，833，1051，1053)；
在所述至少一个环形接收部分(43，833，1051，1053)中提供环形能量耗散密封环(92，872，1072，1074)，该环形能量耗散密封环(92，872，1072，1074)包括聚合物或弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体(872A)，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，以及悬浮在所述基体(872A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(872B)；
允许浆料(850)磨损部分悬浮基体(872A)，从而在所述插入件(872B)之间形成多个空隙(872C)；
即便当部分悬浮基体(872A)已经被磨损掉之后，仍将所述插入件(872B)保持在所述环形接收部分(43，833，1051，1053)内，且
将通过由所述多个空隙(872C)形成的阻力路径在所述第一和第二构件之间移动的浆料(852)的能量耗散。
10.一种用于修整水力旋流器(10)的套件，包括：
第一环形能量耗散密封环(82)，其包括聚合物和弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，和悬浮在所述基体中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件，所述第一环形能量耗散密封环(82)包括第一直径；
第二环形能量耗散密封环(92)，其包括聚合物和弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，和悬浮在所述基体中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件，所述第二环形能量耗散密封环(92)具有与所述第一直径不同的第二直径；
其中所述第一环形能量耗散密封环(82)被配置成用于密封水力旋流器锥形段(40)具有内衬垫(42)的第一端部，并且在浆料通过衬垫(42)之后，但到达水力旋流器锥形段(40)的一部分之前使浆料耗散；
其中所述第二环形能量耗散密封环(92)被配置成用于密封水力旋流器锥形段(40)的第二端部，并且在浆料通过衬垫(42)之后，但到达水力旋流器锥形段(40)的一部分之前使浆料耗散；并且
其中在使用中，由于弹性悬浮基体会损失的性质，所述能量耗散密封环(82)被配置成通过腐蚀减小浆料的速度并耗散浆料的动能，形成所述硬质插入件之间的空隙(872C)，并且在接收部分(1051，1053)内形成多个高阻碍性的螺旋路径供浆料流动。
11.一种用于制造水力旋流器(10)的方法，包括：
提供具有第一壳体(24)和第一衬垫(22)的第一段(20)；
提供具有第二壳体(34)和第二衬垫(32)的第二段(30)；
在所述第一段(20)和第二段(30)中至少一个中提供接收部分(23，31)，所述接收部分(23，31)的一部分由第一衬垫(22)或第二衬垫(32)的一表面限定；
将环形能量耗散密封环(72)插入至少一个接收部分(23，31)内，所述环形能量耗散密封环(72)包括聚合物和弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体(72A)，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，和悬浮在所述基体(72A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(72B)；
将所述第一段(20)和第二段(30)装配在一起；以及
将所述至少一个接收部分(23，31)中的所述环形能量耗散密封环(72)卡持在所述第一段(20)和第二段(30)之间，使得所述环形能量耗散密封环(72)被暴露于所述第一衬垫(22)或第二衬垫(32)的所述表面。
12.一种制造能量耗散密封环(72，1072)的方法，包括：
将插入件(72B)一起装填在环形模制腔体中，该环形模制腔体的形状与水力旋流器(10)或浆料泵(1000)的环形接收部分(23，31，1051)的形状互补；
将所述环形模制腔体中填充未固化的聚合物或弹性体以将所述插入件(72B)悬浮在弹性悬浮基体(72A)中，该弹性悬浮基体(72A)被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失；以及
将未固化的聚合物或弹性体固化；
其中在使用中，由于弹性悬浮基体(72A)会损失的性质，所述能量耗散密封环(72，1072)被配置成通过腐蚀减小浆料的速度并耗散浆料的动能，形成所述插入件(72B)之间的空隙(872C)，并且在所述环形接收部分(23， 31，1051)内形成多个高阻碍性的螺旋路径供浆料流动。
13.如权利要求12所述的方法，其中装填插入件(72B)的步骤在填充之前进行。
14.如权利要求12所述的方法，其中装填插入件(72B)的步骤在填充之后进行。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述环形模制腔体包括水力旋流器(10)或浆料泵(1000)的所述环形接收部分(23，31，1051)，且所述能量耗散密封环(72，1072)在现场形成在水力旋流器(10)或浆料泵(1000)内。
16.如权利要求12所述的方法，其中装填插入件(72B)的步骤与填充同时进行，从而插入件(72B)被密集地注入所述环形模制腔体中，同时在所述腔体中填充未固化聚合物或弹性体以将该插入件悬浮在所述弹性悬浮基体(72A)中。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述插入件(72B)与未固化聚合物或弹性体在注入所述环形模制腔体之前被预混和。
18.如权利要求12所述的方法，其中所述插入件(72B)由陶瓷或者碳化物材料形成。
19.如权利要求12所述的方法，其中所述弹性悬浮基体(72A)包括软橡胶。
20.如权利要求12所述的方法，其中所述弹性悬浮基体(72A)的材料选自硅橡胶，聚丁二烯橡胶，异丁橡胶，丁腈橡胶，天然橡胶，异戊二烯橡胶，氟橡胶，丙烯酸橡胶以及丁苯橡胶。
21.如权利要求12所述的方法，其中所述弹性悬浮基体(72A)包括氟硅酮橡胶。
22.如权利要求12所述的方法，其中所述弹性悬浮基体(72A)的材料选自硅树脂，氨基甲酸乙酯，聚氨脂，乙烯丙烯共聚物，四氟乙烯，四氟丙烯以及丙烯酸。
23.如权利要求12所述的方法，其中所述弹性悬浮基体(72A)包括含氟弹性体。
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