CN109058465B - 机械密封用高效循环冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械密封用高效循环冷却装置，包括压盖、安装在压盖上的静环组件、随旋转轴转动的动环组件和随动环组件转动的泵送环，压盖上设置有用于将冲洗液进口进入的冲洗液引流至静环组件和动环组件配合端面处的导流散热片，导热散热片可强制将冲洗液导入静环组件与动环组件端面处，强制带走热量，同时导热散热片还可以迅速导热，保证密封热量及时被带走，端面可以形成稳定可靠的液膜，同时流动槽是在普通流道上优化改进而来，采用偏心圆，分为几段来加工而成的流道，具有显著的流体增压、减小流阻的作用，且泵送槽为双月牙形结构，这种形状的泵送环是所有闭式泵送环中压力和流量最优的一种结构，相同尺寸下是其它结构的2~3倍流量。

Description

机械密封用高效循环冷却装置

技术领域

本发明涉及机械密封装置，特别涉及一种机械密封用高效循环冷却装置。

背景技术

机械密封在运转时会产生摩擦热和搅拌热，如果这些热量不及时散出去会影响机械密封的使用性能，因此需要采取相应的冷却措施来给机械密封降温。在API682规定的机械密封冲洗系统中:PLAN23，PLAN52，PLAN53均要求密封自带循环装置为冲洗液提供循环动力，但受限于设备腔体尺寸，用于设计循环装置的尺寸非常有限，而在这几种冲洗方案中，机械密封成败的关键就是循环装置的循环量和密封的热量是否可以及时被带走，在机械密封的压盖上分别开设有进出液孔，通过机械密封腔内置的泵送环将压盖内腔的介质输送至外置换热器，经换热后再返回压盖内腔。该冷却方案中循环机构对冷却液的循环效果好坏对冷却效果有很大的影响。

授权公告号为CN103233920B的专利公开了一种泵用机械密封装置的循环冷却机构，包括压盖1、静环组件2、动环组件4、泵送环6，在压盖1上开设有循环液出口7、循环液入口8，静环组件2 安装在压盖1，动环组件4安装在轴或轴套上随轴转动，动环组件4的摩擦环与静环组件2的摩擦环相转动配合形成机械密封，泵送环6固定连接在动环组件4的尾座上随动环组件一起旋转，泵送环6的外环部对应压盖1上开设的循环液出口7与压盖1 内腔环面配合形成离心式泵送机构，在泵送环6的泵环面61的中部圆周分布开设有凹槽60形成叶片61，在泵送环6的泵环面61的左右两侧部分别开设有迷宫密封槽65，对应泵送环6的叶片61部在压盖1内环面10上开有环流凹槽16，该环流凹槽16在对应压盖1上的循环液出口7处不开通，形成一个隔断凸挡15，在凸挡15的前侧环流凹槽16底面上开与循环液出口7相通的引流出孔7’，在靠近循环液入口8的后侧部（以泵送环6转向确定方向）在压盖1内环面10上开有与环流凹槽16相通的轴向入液凹槽17，使环流凹槽16与循环液入口8的后侧部相通。

使用时，冷却液从循环液入口8进入压盖1的内腔中后沿着压盖1的内腔进行圆周运动，最后从轴向入液凹槽17中流至环流凹槽16中，之后在从循环液出口7出来，在此过程中，由于冷却液做圆周运动，因此进入压盖1的内腔中的循环液将受到较大的离心力作用，在离心力的作用下导致进入压盖1的内腔中的冷却液绝大多数从压盖1的内腔背离静环组件2和动环组件4侧流走，进而使得靠近静环组件2和动环组件4的冷却液流量变少，使得大量的热存留在静环组件2和动环组件4周围的冷却液中，造成静环组件2和动环组件4散热效果不理想，严重影响密封的寿命和可靠性、安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械密封用高效循环冷却装置，具有散热效果好的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种机械密封用高效循环冷却装置，包括压盖、安装在压盖上的静环组件、随旋转轴转动的动环组件和随动环组件转动的泵送环，所述动环组件与静环组件之间配合形成机械密封，所述压盖上开设有冲洗液进口与冲洗液出口，所述压盖与动环组合件以及静环组件之间形成内腔，所述冲洗液进口与内腔连通，所述泵送环与压盖之间形成泵送腔，所述压盖上设置有阻挡凸块，所述阻挡凸块位于泵送腔中，所述冲洗液出口与泵送腔连通，所述泵送环朝向泵送腔侧开设有泵送槽，所述内腔与泵送腔之间通过冲洗液入口连通，所述内腔与泵送腔连通处位于阻挡凸块一侧，所述冲洗液出口与泵送腔连接处位于阻挡凸块另一侧，所述压盖上设置有用于将冲洗液进口进入的冲洗液引流至静环组件和动环组件配合端面处的导流散热片，所述导流散热片位于内腔中且环绕内腔设置，所述导流散热片位于冲洗液进口与泵送环之间，所述导流散热片与动环组件的摩擦环之间形成供冲洗液通过的过流间隙。

通过上述技术方案，从冲洗液进口进入内腔的冲洗液将在导流散热片的作用下被强制导流至动环组件与静环组件之间，进而使得动环组件与静环组件之间产生的热量被及时带走，有效避免在使用中动环组件与静环组件温度太高的情况发生，保证密封热量及时被带走，密封端面处可以形成稳定可靠的液膜，进而使得密封的寿命和可靠性、安全性均得到了提升。

优选的，所述过流间隙的宽度不小于2.5毫米。

通过上述技术方案，为了保证冲洗液可以从过流间隙中顺利通过，过流间隙的宽度设置为不小于2.5毫米，当过流间隙小于2.5毫米后会导致冲洗液的流速急剧减小，影响整个冲洗液的循环，导致内腔中存留大量热，最终影响机械密封的正常工作与机械密封的使用寿命。

优选的，所述导流散热片的导热系数大于压盖的导热系数。

通过上述技术方案，为了使得动环组件与静环组件处的热量更快的散发，将导流散热片通过导热系数更高的材料制成，在工作时，导流散热片将吸收动环组件与静环组件发出的热量，进而传递到压盖上，然后散发到外界，由于导流散热片的导热系数高，因此对热量的传递能力更强，更易使得动环组件与静环组件热量传递至压盖上。

优选的，沿着垂直泵送环轴心方向所述泵送槽的截面为弧形槽，沿着通过泵送环的轴心方向所述泵送槽的截面为弧形槽。

通过上述技术方案，该种形状的泵送槽其结构为“双弧形”，通过大量实验验证，这种形状的泵送槽是最优的一种结构，在相同尺寸下是其它结构泵送槽的2~3倍流量，可以大幅度提高泵送环的泵送效应，大幅度增加了冲洗液在内腔与泵送腔中的流速，进而可以使得冲洗液在相同时间中带走更多的热。

优选的，所述泵送槽的宽度与相邻两泵送槽之间的距离之比为3/2~5/2。

通过上述技术方案，为了保证泵送环的泵送能力，需要对泵送槽的宽度与相邻泵送槽之间的距离进行严格的控制，经过大量试验验证，当泵送槽的宽度与相邻两泵送槽之间的距离之比为2/5~2/3时，泵送环的泵送效应最佳。

优选的，所述内腔为环形的空腔，所述内腔的直径与冲洗液进口的中心轴线间的夹角为a，所述内腔的直径与冲洗液出口的中心轴线间的夹角为b，夹角a与夹角b均为锐角，所述冲洗液进口进入的冲洗液的速度方向与泵送腔中冲洗液的速度方向之间的夹角c为锐角，所述冲洗液出口中的冲洗液的速度方向与泵送腔中冲洗液的速度方向的夹角d为锐角。

通过上述技术方案，可以使得从冲洗液进口进入内腔中的冲洗液沿着接近于内腔的切向流动，而内腔中已有的冲洗液在内腔中沿着内腔做圆周运动，因此沿着接近切向进入的冲洗液将会推动已有的冲洗液，使得内腔中的冲洗液速度得到提升，加快冲洗液的运动速度，使得冲洗液在相同时间中带走更多的热量，同样将冲洗液出口这样设置可以方便冲洗液快速从泵送腔出去。

优选的，所述压盖上开设有流动槽，所述泵送环位于流动槽的开口处，且泵送槽朝向流动槽，所述泵送环与流动槽之间形成所述泵送腔，从所述冲洗液入口进入泵送腔中的冲洗液沿着泵送腔从冲洗液出口流出，沿着冲洗液的流动方向所述流动槽的深度由冲洗液入口处到冲洗液出口处逐渐加深。

通过上述技术方案，采用流动槽逐渐加深的形状可以减小液体流阻，同时这样设置的流动槽可以起到对冲洗液动力加强的作用，进一步加强循环效果，使得冲洗液在泵送腔中流动速度更快，进而可以使得内腔中的冲洗液更快的流动，增加了散热能力。

优选的，所述阻挡凸块朝冲洗液出口侧设置有弧面，所述冲洗液出口与泵送腔的连通处位于弧面上。

通过上述技术方案，当冲洗液流动至阻挡凸块处时，冲洗液将与弧面接触，此时由于冲洗液速度较快，且阻挡凸块处的空间逐渐变小，因此冲洗液将沿着弧面在阻挡凸块处急剧堆积，此时冲洗液的压力会急剧增加，之后冲洗液将从冲洗液出口流出，因此从冲洗液出口流出的冲洗液压力较大，方便对冲洗液后期进行降温冷却，避免对冲洗液降温时因冲洗液压力不够而流速太慢的情况发生。

优选的，所述冲洗液入口与冲洗液进口之间的夹角为130~160度。

通过上述技术方案，可以避免从冲洗液进口进入的冲洗液直接从冲洗液入口进入泵送腔中，由于冲洗液入口位于泵送腔与内腔之间，因此从内腔中运动的冲洗液会先在内腔中圆周运动，当将内腔充满后，冲洗液才会从冲洗液入口进入泵送腔，所以可以保证冲洗液至少沿着内腔运动一周，因此冲洗液对整个静环组件与动环组件降温效果均匀且降温效果明显，避免降温不均匀时动环组件的摩擦环与静环组件的摩擦环产生形变的情况发生。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：

（1） 通过大量实验验证，这种形状的泵送环是所有闭式泵送环中压力和流量最优的一种结构，相同尺寸下是其它结构的2~3倍流量；

（2）流动槽是在普通流道上优化改进而来，采用偏心圆，分为几段来加工而成的流道，具有显著的流体增压、减小流阻的作用；

（3）导热散热片，可强制将冲洗液导入静环组件与动环组件端面处，强制带走热量，同时导热散热片还可以迅速导热，保证密封热量及时被带走，端面可以形成稳定可靠的液膜。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例的剖视图；

图3为泵送环的结构视图。

附图标记：1、压盖；2、静环组件；3、旋转轴；4、泵送环；5、动环组件；6、冲洗液进口；7、冲洗液出口；8、内腔；9、泵送腔；10、阻挡凸块；11、冲洗液入口；12、导流散热片；13、过流间隙；14、流动槽；15、弧面；16、泵送槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，一种机械密封用高效循环冷却装置，包括压盖1、安装在压盖1上的静环组件2、随旋转轴3转动的动环组件5和随动环组件5转动的泵送环4，动环组件5与静环组件2之间配合形成机械密封。压盖1上开设有冲洗液进口6与冲洗液出口7，压盖1与动环组合件以及静环组件2之间形成内腔8，冲洗液进口6与内腔8连通，泵送环4与压盖1之间形成泵送腔9，压盖1上设置有阻挡凸块10，阻挡凸块10位于泵送腔9中，冲洗液出口7与泵送腔9连通，其中，阻挡凸块10朝冲洗液出口7侧设置有弧面15，冲洗液出口7与泵送腔9的连通处位于弧面15上，泵送环4朝向泵送腔9侧开设有泵送槽16，内腔8与泵送腔9之间通过冲洗液入口11连通，内腔8与泵送腔9连通处位于阻挡凸块10一侧，冲洗液出口7与泵送腔9连接处位于阻挡凸块10另一侧。

使用时，动环组件5与静环组件2之间产生相对运动，此时动环组件5的摩擦环与静环组件2的摩擦环之间将会相互摩擦产生大量的热，此时从冲洗液进口6通入冲洗液，冲洗液进入内腔8之后将与动环组件5以及静环组件2接触，使得二者摩擦产生的热被冲洗液吸收，吸收热量后的冲洗液将从冲洗液入口11进入泵送腔9中，在泵送环4的带动下吸收完热量的冲洗液将从冲洗液出口7流出。

其中，在压盖1上设置有导流散热片12，导流散热片12位于内腔8中且环绕内腔8设置，导流散热片12位于冲洗液进口6与泵送环4之间，导流散热片12与动环组件5的摩擦环之间形成供冲洗液通过的过流间隙13，过流间隙13的宽度不小于2.5毫米，导流散热片12的导热系数大于压盖1的导热系数。

从冲洗液进口6进入内腔8的冲洗液将在导流散热片12的作用下被强制导流至动环组件5与静环组件2之间，进而使得动环组件5与静环组件2之间产生的热量被及时带走，保证密封热量及时被带走，密封端面处可以形成稳定可靠的液膜。

经过大量试验验证，当过流间隙13小于2.5毫米后会导致冲洗液的流速急剧减小，影响整个冲洗液的循环，导致内腔8中存留大量热，最终影响机械密封的正常工作与机械密封的使用寿命，因此将过流间隙13设置为宽度不小于2.5毫米。在工作时，导流散热片12将吸收动环组件5与静环组件2发出的热量，进而传递到压盖1上，然后散发到外界，由于导流散热片12的导热系数高，因此对热量的传递能力更强，更易使得动环组件5与静环组件2热量传递至压盖1上。

如图1、3所示，其中，沿着垂直泵送环4轴心方向泵送槽16的截面为弧形槽，沿着通过泵送环4的轴心方向泵送槽16的截面为弧形槽，泵送槽16的宽度与相邻两泵送槽16之间的距离之比为2/5~2/3。该种形状的泵送槽16其结构为“双弧形”，通过大量实验验证，这种形状的泵送槽16是最优的一种结构，在相同尺寸下是其它结构泵送槽16的2~3倍流量，可以大幅度提高泵送环4的泵送效应，大幅度增加了冲洗液在内腔8与泵送腔9中的流速，进而可以使得冲洗液在相同时间中带走更多的热。经过大量试验验证，当泵送槽16的宽度与相邻两泵送槽16之间的距离之比为2/5~2/3时，泵送环4的泵送效应最佳。

其中，内腔8为环形的空腔，冲洗液入口11与冲洗液进口6之间的夹角为130~160度，内腔8的直径与冲洗液进口6的中心轴线间的夹角为a，内腔8的直径与冲洗液出口7的中心轴线间的夹角为b，夹角a与夹角b均为锐角，冲洗液进口6进入的冲洗液的速度方向与泵送腔9中冲洗液的速度方向之间的夹角c为锐角，冲洗液出口7中的冲洗液的速度方向与泵送腔9中冲洗液的速度方向的夹角d为锐角。

压盖1上开设有流动槽14，泵送环4位于流动槽14的开口处，且泵送槽16朝向流动槽14，泵送环4与流动槽14之间形成泵送腔9，从冲洗液入口11进入泵送腔9中的冲洗液沿着泵送腔9从冲洗液出口7流出，沿着冲洗液的流动方向流动槽14的深度由冲洗液入口11处到冲洗液出口7处逐渐加深。流动槽14其形状为渐开式蜗壳形状，是在普通流道上优化改进而来，采用偏心圆，分为几段来加工而成的，需保证其渐变性，有显著的流体增压作用，减小流阻作用。

使用时，冲洗液从冲洗液进口6通入内腔8中，此时，在导流散热片12的作用下，使得冲洗液被强制导流至动环组件5与静环组件2之间，此时冲洗液将与动环组件5以及静环组件2接触，并带走二者摩擦产生的热，吸收热量后的冲洗液将从冲洗液入口11进入泵送腔9中，在泵送环4的带动下吸收完热量的冲洗液将从冲洗液出口7流出，由于泵送环4的泵送效果好，因此泵送腔9会通过冲洗液入口11从内腔8中抽取冲洗液，使得内腔8中的冲洗液流速变快，增加了散热效果。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (6)

1.一种机械密封用高效循环冷却装置，包括压盖(1)、安装在压盖(1)上的静环组件(2)、随旋转轴(3)转动的动环组件(5)和随动环组件(5)转动的泵送环(4)，所述动环组件(5)与静环组件(2)之间配合形成机械密封，所述压盖(1)上开设有冲洗液进口(6)与冲洗液出口(7)，所述压盖(1)与动环组合件以及静环组件(2)之间形成内腔(8)，所述冲洗液进口(6)与内腔(8)连通，所述泵送环(4)与压盖(1)之间形成泵送腔(9)，所述压盖(1)上设置有阻挡凸块(10)，所述阻挡凸块(10)位于泵送腔(9)中，所述冲洗液出口(7)与泵送腔(9)连通，所述泵送环(4)朝向泵送腔(9)侧开设有泵送槽(16)，所述内腔(8)与泵送腔(9)之间通过冲洗液入口(11)连通，所述内腔(8)与泵送腔(9)连通处位于阻挡凸块(10)一侧，所述冲洗液出口(7)与泵送腔(9)连接处位于阻挡凸块(10)另一侧，其特征在于：所述压盖(1)上设置有用于将冲洗液进口(6)进入的冲洗液引流至静环组件(2)和动环组件(5)配合端面处的导流散热片(12)，所述导流散热片(12)位于内腔(8)中且环绕内腔(8)设置，所述导流散热片(12)位于冲洗液进口(6)与泵送环(4)之间，所述导流散热片(12)与动环组件(5)的摩擦环之间形成供冲洗液通过的过流间隙(13)；

所述阻挡凸块(10)朝冲洗液出口(7)侧设置有弧面(15)，所述冲洗液出口(7)与泵送腔(9)的连通处位于弧面(15)上；

沿着垂直泵送环(4)轴心方向所述泵送槽(16)的截面为弧形槽，沿着通过泵送环(4)的轴心方向所述泵送槽(16)的截面为弧形槽；

所述压盖(1)上开设有流动槽(14)，所述泵送环(4)位于流动槽(14)的开口处，且泵送槽(16)朝向流动槽(14)，所述泵送环(4)与流动槽(14)之间形成所述泵送腔(9)，从所述冲洗液入口(11)进入 泵送腔(9)中的冲洗液沿着泵送腔(9)从冲洗液出口(7)流出，沿着冲洗液的流动方向所述流动槽(14)的深度由冲洗液入口(11)处到冲洗液出口(7)处逐渐加深。

2.根据权利要求1所述的机械密封用高效循环冷却装置，其特征在于：所述过流间隙(13)的宽度不小于2 .5毫米。

3.权利要求1所述的机械密封用高效循环冷却装置，其特征在于：所述导流散热片(12)的导热系数大于压盖(1)的导热系数。

4.根据权利要求1所述的机械密封用高效循环冷却装置，其特征在于：所述泵送槽(16)的宽度与相邻两泵送槽(16)之间的距离之比为3/2 ~ 5/2。

5.根据权利要求1所述的机械密封用高效循环冷却装置，其特征在于：所述内腔(8)为环形的空腔，所述内腔(8)的直径与冲洗液进口(6)的中心轴线间的夹角为a，所述内腔(8)的直径与冲洗液出口(7)的中心轴线间的夹角为b，夹角a与夹角b均为锐角，所述冲洗液进口(6)进入的冲洗液的速度方向与泵送腔(9)中冲洗液的速度方向之间的夹角c为锐角，所述冲洗液出口(7)中的冲洗液的速度方向与泵送腔(9)中冲洗液的速度方向的夹角d为锐角。

6.根据权利要求1所述的机械密封用高效循环冷却装置，其特征在于：所述冲洗液入口(11)与冲洗液进口(6)之间的夹角为130 ~ 160度。