CN103930679A - 具有特斯拉泵的机械密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械密封组件，其包括至少一个机械密封件(2)和特斯拉泵(6)，机械密封件(2)具有旋转密封环(21)和固定密封环(22)，其中，旋转密封环(21)和固定密封环(22)限定了位于旋转密封环(21)和固定密封环(22)之间的密封间隙(23)，特斯拉泵(6)与旋转密封环(21)一起旋转。

Description

具有特斯拉泵的机械密封组件

技术领域

本发明涉及机械密封组件，该机械密封组件包括至少一个机械密封件和特斯拉泵(Tesla pump)。

背景技术

从现有技术公知的机械密封组件具有不同的构造。在操作期间，在机械密封件上会产生较高的温度；另一方面，这可能是由于待密封的介质的高温或由于在机械密封件的日常操作期间产生的摩擦和涡流功率(swirl power)。为了防止对机械密封件的损害，因此必须排出热量。为此，待密封的介质能够在介质不具有过高的温度或为阻挡介质(barrier medium)的条件下被使用。为了使用于排出热量的介质循环，通常使用外部泵。此外，已知提供用于介质循环的所谓的泵环，但是它们的输送速度通常很有限。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种机械密封组件，所述机械密封组件在具有简单且价廉的结构的同时，允许改善在密封环区域内的介质的循环，并且具有非常紧凑的结构。

通过包括方案1的特征的机械密封组件实现这个目的。附属方案涉及本发明的优选实施方式。

根据本发明的具有方案1的特征的机械密封组件具有以下优点：可以增大阻挡介质和/或冷却介质的输送速度而不需要显著增大构造空间。根据本发明的包括特斯拉泵的机械密封组件实现了该优点。特斯拉泵包括配置在圆筒形基部上的多个径向向外延伸的盘状件。盘状件以规定的距离彼此相分离，使得渗入盘状件之间的介质通过盘状件的旋转被输送至盘状件的外周，并且从那里到特斯拉泵的外面。特斯拉泵具有简单且坚固的结构，能够具有高输送速度和长的使用寿命。特斯拉泵具有稳定的特征且仅具有非常小的气穴现象的风险。

优选地，机械密封组件还包括配置在特斯拉泵的上游的附加输送装置。附加输送装置优选地包括：与特斯拉泵共同旋转的输送螺纹。这特别提高了介质到特斯拉泵的流入，使得特斯拉泵的泵送能力增加。特别优选地，输送螺纹包括相对于机械密封组件的轴向倾斜的倾斜输送槽。特别地，倾斜输送槽具有如下优点：待输送的介质沿周向受到流动分量，使得介质以流动促进的方式被引入特斯拉泵的盘状件之间。这样能够特别地改善特斯拉泵的效率。

优选地，特斯拉泵包括多个盘状件和圆筒形基部，盘状件从圆筒形基部沿径向向外延伸。优选地，盘状件中的至少一个包括优选地紧邻基部的至少一个轴向开口。优选地，除配置在特斯拉泵的轴向端部上的末端盘状件以外的所有盘状件都包括至少一个轴向开口。特别优选地，多个轴向开口设置在盘状件内，进一步优选地，多个轴向开口沿圆周均匀分布。在盘状件内的轴向开口具有以下作用：介质能够在特斯拉泵的圆筒形基部附近流入特斯拉泵的盘状件之间的区域内，然后能够通过特斯拉泵被螺旋地输送至外部。由此，轴向开口进一步提高了泵的效率。特别优选地，轴向开口在相同的周向位置处配置在特斯拉泵的相邻的盘状件上。由此，确保介质被引导至没有轴向开口的末端盘状件。这样能够进一步提高效率的程度。

根据本发明的可选构造，特斯拉泵的所有盘状件优选地包括至少一个轴向开口。此处，轴向开口设置在末端盘状件内，末端盘状件配置在特斯拉泵的轴向端部，该轴向开口的通道截面比在其它盘状件内的其它轴向开口的通道截面小。这样允许流体穿过特斯拉泵的所有盘状件，从而一方面确保介质能够被输送至盘状件之间的所有空隙，并且还进一步确保介质能够被输送至流动方向上的特斯拉泵之后的区域内，从而允许冷却在此位置的组成部件，尤其是冷却密封环。

轴向开口的几何形状能够任意选择，但是优选地为圆柱形或设置为长孔，特别地为弧形的长孔或直的长孔。进一步优选，轴向开口设置在特斯拉泵的盘状件的底部，并且进一步优选地，如果可能地，轴向开口分别一个接一个成行地配置，以确保以最小的损耗经过此处良好地流动。优选地，几个轴向开口沿盘状件的圆周均匀分布。

进一步优选地，特斯拉泵的盘状件在至少一个平坦侧上具有输送结构。输送结构可以是例如以弧形配置且从盘状件的平坦侧突出的元件或者可以是以直线状径向延伸的突出元件。盘状件上的输送结构促进介质的输送，另外，促进特斯拉泵的输送性能的方式选择从平坦侧起的输送结构的高度。可选地，输送结构设置在盘状件的两个平坦侧上，使得输送结构从两侧突出到盘状件之间的间隙中。

为了实现待输送的介质能够以改善的方式经过特斯拉泵的盘状件之间的情况，特斯拉泵的外周连续展开，尤其是成圆锥形地展开。形成具有基本为圆锥形壳体形状的特斯拉泵，确保改善输送。特别优选地，盘状件螺旋地配置在圆筒形基部上。可选择地，盘状件彼此平行地配置并且具有不同的外径。盘状件的外径在轴向上增大。优选地，此处盘状件的尺寸在轴向上均匀地增大，使得在特斯拉泵上获得圆锥形外壳。

进一步优选地，圆筒形基部被构造为空心圆柱，并且允许与空心圆柱内侧的空间连通的至少一个通道开口设置在空心圆筒形基部内。优选地，在空心圆柱内的空间被引导至密封环，从而使介质流通过通道开口至密封环，从而提高在密封环区域的冷却。优选地，通道开口设置为沿空心圆柱的圆周配置的一个或多个径向孔。

为了使结构特别紧凑，优选地，附加的第二输送装置的输送螺纹配置在衬套的外侧上。进一步优选地，衬套配置在输送螺纹的位于旋转套筒上的区域内，特斯拉泵配置在衬套的与固定部相邻的空心轴部。

进一步优选地，用于待输送介质的流出孔配置在特斯拉泵的径向外侧。

进一步优选地，机械密封组件包括第二机械密封件，特斯拉泵在轴向上配置在第一机械密封件的密封间隙和第二机械密封件的密封间隙之间。这样确保双作用式机械密封组件的特别紧凑的结构。

优选地，特斯拉泵是用于冷却机械密封组件的密封环和/或其它组成部件的冷却装置的一部分。

特别地，当使用非常粘的冷却介质，例如用于冷却经受高温的机械密封组件时，本发明的具有特斯拉泵的组件与以前使用的输送装置相比能够显著地提高输送效率。

附图说明

现在将参考附图对本发明的实施方式进行详细描述，其中：

图1是根据本发明的第一实施方式的机械密封组件的示意性截面图；

图2是图1的特斯拉泵和输送螺纹的示意性侧视图；

图3是图2的示意性立体图；

图4是根据本发明的第二实施方式的机械密封组件的示意性侧视图；

图5是图4的特斯拉泵和输送螺纹的示意性侧视图；

图6是图5的示意性立体图；以及

图7是根据本发明的第三实施方式的机械密封组件的示意性截面图；

图8是根据本发明的第四实施方式的机械密封组件的示意性截面图；

图9是根据第五实施方式的特斯拉泵和输送螺纹的示意性立体图；

图10是根据本发明的第六实施方式的机械密封组件的示意性立体图；以及

图11和图12是具有输送结构的特斯拉泵的盘状件(disc)的图。

具体实施方式

根据本发明的第一实施方式的机械密封组件1在图1至图3中详细示出。

机械密封组件1包括第一机械密封件2和第二机械密封件3。第一机械密封件2包括旋转密封环21和固定密封环22，两个密封环在它们之间限定了密封间隙23。第二机械密封件3包括旋转密封环31和固定密封环32，两个密封环也在它们之间限定了密封间隙33。因此，根据第一实施方式的机械密封组件包括双作用式机械密封(double-acting mechanical seal)。

旋转密封环21、31通过保持环11分别连接于旋转组成部件4，在该实施方式中旋转组成部件4为旋转轴。此外，两个机械密封件2、3中的每个包括作为弹簧装置的金属波纹管10。从图1可见地，金属波纹管10固定于与旋转组成部件4共同旋转的旋转套筒9。固定密封环22、32直接或间接地连接于壳体5。

本发明的机械密封组件1相对于大气侧14密封产品侧13。

此外，根据本发明的机械密封组件1包括特斯拉泵6和作为第二输送装置的输送螺纹7。输送螺纹7和特斯拉泵配置在固定于旋转套筒9的衬套8上。特斯拉泵6包括分别具有轴向开口63的多个平行的盘状件61。此处，轴向开口63圆柱状地配置且沿盘状件61的圆周均匀地分布(参见图3)，并且设置为与特斯拉泵的圆筒形基部60相邻。此处，配置在特斯拉泵6的轴向端部上的末端盘状件62没有轴向开口。盘状件61和末端盘状件62配置为使得在盘状件之间存在恒定的空隙64，盘状件61的宽度与空隙64的宽度相等。

输送螺纹7包括相对于机械密封组件的轴向X-X倾斜配置的多个槽71。输送螺纹7的固定部72通过固定组成部件50的平滑外表面提供。因此，图示的输送螺纹7为旋转输送螺纹。可选地，也可以设置固定输送螺纹，其中，输送槽设置在固定组成部件内和平滑外表面设置于旋转组成部件。进一步可选地，也可以设置相对的输送螺纹，其中，槽设置在旋转组成部件内，还以相对配置设置在固定组成部件内。

冷却介质通过流入孔16注入旋转组成部件4和壳体5之间的空隙12内。如箭头描绘出的，此处，冷却介质从空隙12通过输送螺纹7朝特斯拉泵6输送。在特斯拉泵6上，冷却介质流入特斯拉泵的轴向开口63内并且通过旋转盘状件被螺旋地沿径向输送至外部且输送至流出孔15。特别地，如图3所见，由输送壳体的槽71对冷却介质作用沿周向的流动分量，使得冷却介质以流动阻力减小的促进流动的方式进入特斯拉泵6的轴向开口63内。由于输送螺纹7和特斯拉泵6与旋转组成部件4一起在相同的衬套8上旋转，这样允许冷却介质容易地进入特斯拉泵内。由于空隙64具有在盘状件61之间的规定宽度，能量通过附着力从盘状件传送到冷却介质，冷却介质被螺旋地径向输送到特斯拉泵的外部。优选地，此处，选择具有相对高的粘度的冷却介质。冷却介质例如为油。特别地，冷却介质的高粘度提高了特斯拉泵6的效率。

因此，在第一实施方式中，输送螺纹7配置在特斯拉泵6的流动方向上的上游，并且除了输送螺纹7的输送性能外，输送螺纹7还承担冷却介质的引导作用，使得所述介质能够更加容易地流入特斯拉泵的空隙64内，而介质的展开的边界层(developing boundary layer)不会太多地干涉。特斯拉泵6配置在衬套8的空心轴部82上，使得特斯拉泵6的质量尽可能小。这样具有以下进一步的优点：冷却介质也能够进入金属波纹管10的在第一机械密封件2上的部分。输送螺纹7设置在衬套8的连接于旋转套筒9的固定部81上。

虽然特斯拉泵6在径向上具有一定的尺寸，但是它的尺寸很紧凑，使得在机械密封组件的各种不同的安装环境下能够没有任何问题地安装特斯拉泵，这是因为，由于固定组成部件必要的安装空间通常存在于机械密封组件的径向上。此处，特斯拉泵的轴向长度L1等于输送螺纹7的轴向长度L2(参见图2)。此外，输送螺纹7和特斯拉泵6在轴向X-X上配置于两个机械密封件2、3的两个密封间隙23、33之间。

因此，由于将特斯拉泵6集成在机械密封组件内的发明理念，能够确保用于冷却或阻塞机械密封件及其相邻的组成部件的介质的输送得到改善，而不需要大的构造空间。此处，特斯拉泵很坚固且能够以很低的成本制造，尤其因为它不需要任何昂贵的组成部件，例如叶片等。此外，由于特斯拉泵6的一体化，可以省略例如旋转泵等的用于输送冷却流体流的外部输送装置。

现在将参考图4至图6描述本发明的第二实施方式，其中，相同或功能相同的部件以与第一实施方式相同的附图标记来标注。第二实施方式具有基本相同的结构；与第一实施方式相反地，特斯拉泵6具有不同的结构。特别地，参见图4和图5，特斯拉泵6还包括圆筒形基部60和具有设置在盘状件之间的规定的空隙92的多个盘状件91。但是，第二实施方式的特斯拉泵6的盘状件91是盘状件以螺旋形式延伸的结构。因此，盘状件91具有螺旋结构，使得在盘状件之间获得螺旋空隙92。此处，盘状件91的直径沿介质的流动方向A增大。这样产生了用于特斯拉泵的锥形轮廓。此外，盘状件91的厚度比两个相邻的盘状件91之间的中间空隙92的厚度小。因此，特斯拉泵伴随着增大的摩擦力工作，从而为冷却介质的展开的边界层提供最大的表面。另外，该实施方式对应于前面的实施方式，使得可以参考对第一实施方式的说明。

图7和图8分别显示了根据本发明的机械密封组件的另一实施方式。在图7所示的第三实施方式中，特斯拉泵包括多个盘状件61，每个盘状件61包括轴向开口，特别是在特斯拉泵的轴向端部上的末端盘状件62包括轴向开口。此处，末端盘状件62的轴向开口65较小，即，轴向开口65的通道截面比盘状件61内的其它轴向开口63的通道截面小，其它轴向开口63的通道截面为相同的尺寸。图8所示的第四实施方式基本与第一实施方式一致，在空心轴部82形成径向通道开口66。优选地，沿空心轴部82的圆周设置多个通道开口。如图8所示，通道开口66在轴向上设置在特斯拉泵6和输送螺纹7之间。通过通道开口66与空心轴部82内部的空间17建立连通。如图8所示，该空间在两个密封环21、22的密封间隙23附近终止。这样产生用于冷却密封环21、22的流体流，流体流从输送螺纹7的后部穿过径向通道开口66分支，并且通过空间17被引导至密封环。

图9示出进一步优选的可选构造，其中，设置代替圆柱形孔形式的轴向开口63的长孔67。因此，可以增大通过特斯拉泵6的盘状件的流体流。此处，长孔形成为直线状的或者也可以形成为与输送螺纹7上的外径一致的弧形。

图10示出根据本发明的第六实施方式的用于机械密封组件的特斯拉泵6，其中，未设置附加的输送装置。这意味着在该实施方式中排他地借助于特斯拉泵6输送介质。特斯拉泵6通过空心轴部82和三个宽连接板(web)83装配于轴(未图示)。因而，由于可以省略第二输送装置，该实施方式能够以特别低的成本生产。此外，由于第二输送装置的省略，特别地，可以是轴向紧凑且短的构造形状。此外，由于连接板83之间具有沿周向相对宽的空隙，实现了到特斯拉泵6的介质供给的改善。

图11和图12在俯视图中示出特拉斯泵6的盘状件61的两个进一步的可选实施方式。输送结构设置在盘状件61的平坦侧上。在图11的盘状件61的情况下设置弧形突出输送元件68，在图12所示的实施方式中设置径向延伸的突出输送元件69。突出输送元件在盘状件61的平坦侧上分别均匀分布形成。应该注意的是，输送结构可以仅设置在盘状件的一侧上，也可以选择性地设置在盘状件的两侧上。此处，突出输送结构的高度以如下方式选择：使得尽管存在突出输送结构，在相邻的盘状件61之间存在相对小的空隙64，并且输送结构增大特斯拉泵6的输送速度。此处，图11和图12所示的输送结构能够被用于上述所有实施方式。此外，应该注意的是，通过设置通道等也可以形成输送结构。

附图标记说明

1  机械密封组件

2  第一机械密封件

3  第二机械密封件

4  轴

5  壳体

6  特斯拉泵

7  输送螺纹

8  衬套

9  旋转套筒

10 波纹管

11 保持环

12  空隙

13  产品侧

14  大气侧

15  流出孔

16  流入孔

17  空间

21  旋转密封环

22  固定密封环

23  密封间隙

31  旋转密封环

32  固定密封环

33  密封间隙

50  壳体组成部件

60  圆筒形基部

61  盘状件

62  末端盘状件

63  轴向开口

64  空隙

65  在末端盘状件内的轴向开口

66  径向通道开口

67  长孔

68，69  突出输送元件

71  槽

72  输送螺纹的配合面

81  固定部

82  空心轴部

83  连接板

91  螺旋盘状件

92  螺旋空隙

A   流动方向

L1  特斯拉泵的轴向长度

L2  输送螺纹的轴向长度

Claims (16)

1.一种机械密封组件，其包括：

至少一个机械密封件(2)，所述机械密封件(2)具有旋转密封环(21)和固定密封环(22)，所述旋转密封环(21)和所述固定密封环(22)限定了位于所述旋转密封环(21)和所述固定密封环(22)之间的密封间隙(23)，以及

特斯拉泵(6)，所述特斯拉泵(6)与所述旋转密封环(21)共同旋转。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件还包括配置在所述特斯拉泵(6)的上游的附加输送装置(7)。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述附加输送装置(7)包括与所述特斯拉泵(6)共同旋转的输送螺纹。

4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述输送螺纹包括相对于所述组件的轴向(X-X)倾斜的倾斜输送槽(71)。

5.根据上述权利要求中的任一项所述的组件，其特征在于，所述特斯拉泵(6)包括多个盘状件(61)和圆筒形基部(60)。

6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述盘状件(61)从所述圆筒形基部(60)沿径向向外延伸，所述盘状件(61)中的至少一个包括至少一个轴向开口(63)。

7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，

除了配置在所述特斯拉泵(6)的轴向端部处的末端盘状件(62)以外，所有盘状件(61)都包括至少一个轴向开口(63)，或者

所述特斯拉泵的所有盘状件都包括至少一个轴向开口，特别地，在所述末端盘状件(62)内的轴向开口(65)具有比其它盘状件的轴向开口(63)的平均截面小的截面。

8.根据权利要求5-7中的任一项所述的组件，其特征在于，所述轴向开口(63)为圆柱形和/或所述轴向开口(63)形成为长孔(67)和/或所述轴向开口(63)沿所述盘状件(61)的圆周均匀分布。

9.根据权利要求5-8中的任一项所述的组件，其特征在于，所述特斯拉泵(6)的相邻盘状件(61)的轴向开口(63)配置在所述盘状件(61)的相同圆周位置处。

10.根据权利要求5-9中的任一项所述的组件，其特征在于，所述特斯拉泵(6)的所述盘状件(61)包括在至少一个平坦侧上的输送结构(68，69)，特别是包括在两个平坦侧上的输送结构(68，69)。

11.根据上述权利要求中的任一项所述的组件，其特征在于，所述盘状件配置为使得所述特斯拉泵(6)的外周展开，特别是圆锥状地展开。

12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述盘状件(91)螺旋地配置在所述圆筒形基部(60)上。

13.根据权利要求5-12中的任一项所述的组件，其特征在于，所述圆筒形基部(60)被构造为空心圆柱，设置至少一个通道开口(66)，特别地，在所述圆筒形基部(60)内设置至少一个通道开口(66)。

14.根据权利要求3-13中的任一项所述的组件，其特征在于，所述输送螺纹配置在衬套(8)的外侧上。

15.根据权利要求14所述的组件，其特征在于，所述衬套(8)包括固定部(81)和空心轴部(82)，所述输送螺纹配置在所述固定部(81)上并且所述特斯拉泵配置在所述空心轴部(82)上。

16.根据上述权利要求中的任一项所述的组件，其特征在于，所述组件还包括第二机械密封件(3)，所述特斯拉泵(6)在轴向(X-X)上配置在所述第一机械密封件(2)的所述密封间隙(23)和所述第二机械密封件(3)的密封间隙(33)之间。