CN103917810B - 用于泵送流体的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于泵送流体比如液体、气体或其混合物以及固体的设备的、尤其是用于鼓风机和泵的滑动环密封件。本发明也可以应用于轴向密封其它设备的轴。滑动环密封件包括：第一旋转滑动表面(1)，具有第一直径并被配置成随旋转泵送器件(18)旋转；和第二旋转滑动环(6)，具有第二直径并被配置成随旋转泵送器件(18)旋转。第一固定滑动表面(2)被配置成抵靠第一旋转滑动表面(1)并紧固至固定结构，并且第二固定滑动表面(7)被配置成抵靠第二旋转滑动表面(6)并紧固至固定结构。第二固定滑动表面(6)的直径大于第一个(1)的直径，并且这些滑动表面(1、6)被配置到旋转轴(19)上，使得第二滑动表面(6)比起第一个定位成更远离旋转轴(19)的中心轴线，并且固定滑动表面被配置成抵靠旋转滑动表面。

Description

用于泵送流体的设备

技术领域

本发明涉及用于泵送流体的设备，特别涉及用于密封设备尤其是鼓风机和泵的轴的滑动环密封件，所述设备用于泵送流体，比如液体、气体或其混合物以及固体。本发明也可以应用于轴向密封其它设备的轴。

背景技术

滑动环密封件已经被用于离心泵、气体鼓风机和相应的应用，其中有必要防止流体即待泵送的介质沿旋转轴的方向流动。离心泵被用于例如泵送干净液体、肮脏液体和包含大量固体的液体。在离心泵中，泵轴必须被密封，用于防止轴向流动，使得待泵送的流体首先不能终止于在轴的轴承上，其次远离产品或泵室或预留给待泵送流体的涡室。

在离心泵中，密封装置定位在泵的螺旋或涡室后，即在叶轮与泵的轴承之间。存在多种密封件类型。最有可能地，第一密封件是填料密封件，其中密封绳或密封环位于环绕轴的填料盒内。此外，油脂可以与丝线或环一起或者甚至可以单独地被使用在密封装置中。丝线或填料环必须围绕轴被紧紧地填充，由此使得填料盒必须在服务期间被张紧。为此目的，填料盒具有可张紧的封盖，其轴向方向可移动。填料密封件在实践中已经由于过时而不再使用，但是仍然可发现它们被用于例如作为船的螺旋桨轴的密封件。

目前，具有密封表面的单作用或双作用滑动环密封件被配置在旋转密封部分与固定密封部分之间。实际的密封构件是圆形密封环，其由陶瓷或其它耐用材料制成，使得它们可以被配置成彼此处于机械接触。由于该构造，这些密封件被称为滑动环密封件。密封环的密封表面被加工得非常精确，并且密封效果是基于平坦的且直的表面之间存在的间隙如此小以致待泵送流体不能在密封环之间流动。然而，这些滑动环密封件的确需要一定的润滑和冷却，由此它们必须被提供润滑和冷却介质源。然而，在密封环中使用的材料如今是非常耐用，它们甚至耐受一定的干运转，由此使得滑动环密封件在许多应用中变得非常普及。

元件滑动环密封件、盒式密封件、根据DIN 24690的改良或一体化密封件已经被用作用于轴向密封离心泵和气体鼓风机的双作用密封件。它们的机械设计和密封液体连接具有结构差异，但是它们都被设计为用于传统或传统型的轴向延伸密封腔。这些密封件的共同和必要特征是：密封件的滑动环对是被连续地定位，即一个接一个地位于轴上，在其间留出密封液体腔。密封液体管道通常被配置在密封液体腔的中心部分中。

以上提及的双作用密封件的设计造成多个问题。由于密封件的滑动环对的接连配置，密封件变长，由此使得支承轴和叶轮的轴承必须定位成与叶轮相距可观的距离。因此，轴承力增大，并且轴承必须定尺寸为用于更大的载荷。因此，自然地存在对更大和更昂贵轴承的需求。轴的长距离导致轴的更大弯曲，由此叶轮的更大运转间隙是必要的，导致更大的泄漏损失。为了限制径向作用力，将必须使用所谓的复式或双涡室或更厚且更昂贵的轴。轴的更大弯曲对滑动环密封件引起更大的角误差，其在定尺寸时必须被纳入考量，并且使得密封件更容易泄漏或不均匀地磨损。总而言之，长密封结构导致尺寸更大且更昂贵的结构。

SE 408458论述了一种密封结构，其中滑动环对沿径向方向并排配置。旋转滑动环已经被配置在轴上与旋转机器元件相距一定距离，使得密封装置的固定部分即固定滑动环以及密封装置的其它非旋转部分保持在旋转滑动环与旋转机器元件之间，从而在它们自身与轴之间留出窄间隙。面向轴的固定且不旋转的密封部分的内侧被PTFE套筒和波纹管覆盖。

虽然密封装置的轴向长度可能略微短于具有轴向接连的滑动环对的普通双作用密封件，但是以上论述的密封结构具有其自身的少数缺点或问题。首先，密封件只能用于待泵送液体基本上干净的这种泵送应用，即待泵送液体不含固体，所述固体可能填充密封装置的固定部分与轴之间的窄间隙。只要是不干净的液体，则液体中的固体会进入间隙并非常快速地磨损固定的PTFE密封部分。其次，流体以及可能卷入进入间隙的流体中的杂质或固体由于轴的旋转而旋转，由此使得如此生成的离心力推动流体克服并趋向密封环。并且第三，泵不能定位成直立姿势以使其轴是竖直的并且叶轮处于轴的下端部处，因为在这种情况下，进入密封液体腔的气体开始从滑动环所在之处的上端部充注腔，并且气体不能逸出密封液体腔，而密封件开始干运转。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新的滑动环密封件，其与以上描述的结构相比，在由密封件环绕的轴的方向上具有较短的距离。

本发明的另一目的是还提供一种结构，通过该结构使得有可能减少公知解决方案的至少一个缺点。

本发明在一方面基于提供在轴上一个嵌套在另一个内的滑动环对，而在另一方面基于配置滑动环的旋转体面向叶轮，由此使得滑动环对定位在更靠近叶轮的密封装置的轴向端部处。

根据本发明的一优选实施例，密封件的旋转滑动表面被配置在叶轮侧，而固定滑动环被配置在大气侧，即在轴承侧。

此外，根据本发明的一尤其优选的实施例，密封液体连接被配置到密封液体腔的位于大气侧的端部中。

根据本发明的又一优选实施例，滑动表面对被平衡成使得待泵送流体的压力可以高于或低于密封液体的压力，并且密封液体的压力可以低于大气压，而被使滑动表面打开。

更具体地，根据本发明的泵送设备的特征在于在独立权利要求的特征部分中公开的内容。

泵送设备的其它特征尤其是滑动环密封件的其它特征在从属权利要求中公开。

借助于本发明实现了可观的优点。

因为根据本发明的滑动环密封件被设计得短，所以径向支承轴承可以定位成更靠近叶轮，从而允许使用小的叶轮运转间隙，由此使得可以使用更小且更便宜的轴承，并且不必使用复式或双涡室来消除径向作用力。此外，有可能使用更细且更便宜的轴。由于轴的更小弯曲，密封件更稳定且可靠。密封腔即叶轮与密封装置之间的开放容积在叶轮侧更小，由此使得密封腔的流动特性更好，尤其是对于含纤维的和磨蚀性的液体。密封腔不易阻塞，并且含纤维的液体不被过滤，磨蚀性液体的磨蚀颗粒也不会蓄积到密封腔中而引起磨蚀。当密封腔短(在轴向方向上)时，在密封装置中生成的摩擦和热更少。双作用密封件的短密封液体腔降低过大的摩擦和热生成(P=速度×剪切力(面积×剪切张力))。可以减少密封水循环的体积，或者可以使用的较高温度。密封液体腔可以被形成为自动地通风，因为密封液体管道可以被容易地配置到密封液体腔的固定端部中。这在轴沿竖直方向配置时得到加强，由此使得本发明的滑动环密封件是自通风的。

附图说明

在下面将参考示出了根据本发明一有利实施例的滑动环密封件的附图，来更详细地论述根据本发明的泵送设备和滑动环密封件。图1示出了根据本发明一个有利的实施例的滑动环密封件。

具体实施方式

在图1的示例中，根据本发明的密封装置被定位成关联于离心泵。对于本发明来说，应用并不重要，即本发明可以被用于对用于密封轴向流动的双作用密封件存在需求的所有应用。离心泵包括泵壳17，所述泵壳17形成泵体，驱动轴19穿过所述泵体。叶轮18被提供在驱动轴19的端部处位于附接至泵壳的涡室内。

双作用滑动环密封件由两个体部分形成，即位于密封件的第一端部处的旋转体部分和位于密封件的第二端部处的固定体部分。密封件的第一端部面向叶轮18，并且第二端部面向支承泵轴的轴承(未示出，在图中的右侧)。旋转体部分即旋转体10被配置在轴19上处于叶轮18与设置在轴19上的肩部25之间。旋转体10借助于用于在轴19的端部处紧固叶轮18的螺母或螺栓26被张紧在叶轮18与肩部25之间。因此，旋转体10紧接在叶轮18后。处于密封件的第二端部处的固定体部分5借助于例如一个或多个螺纹件被紧固至泵壳17，更远离叶轮18，使得它在自身与轴19之间留出间隙，使得轴可以在其中旋转而没有妨碍，并且固定体5在泵壳17内保持固定不动。待泵送或传输的流体的那侧常常被称为叶轮侧，且另一侧被称为大气侧，而不管外侧压力如何。

圆形滑动环定位成成对地一个嵌套在另一内，以环绕轴19。存在两对滑动环，它们在其间留出密封液体腔24。第一对即具有滑动表面1和2的滑动环被用于分离密封液体腔24与大气，而第二对即具有滑动表面6和7的滑动环被用于防止待泵送的流体进入密封液体腔24。具有滑动表面1、6的旋转滑动环被配置成关联于旋转体10，使得具有滑动表面1的内侧旋转滑动环定位成沿径向更靠近轴19，而具有滑动表面6的外侧旋转滑动环定位在外侧，即沿径向更远离轴。内侧和外侧旋转滑动表面1和6优选被配置在相同的径向平面处。因此，第一对滑动环更靠近轴，而第二对更远离轴。随着旋转体10被固定地支承于轴19，它随轴19旋转，并且具有被旋转体固定地支承的滑动表面1、6的旋转滑动环相应地随旋转体10旋转。与滑动环一起，旋转体10形成沿泵壳的方向封闭的结构，即环绕轴的腔从轴直到旋转体的径向外周缘是封闭的。固定滑动表面2、7被配置成面向旋转滑动表面1、6，使得形成到滑动表面1、2、6、7上的直的且平坦的配合表面彼此相对。这些表面之间的空间必须形成一定的不连续性，从而允许相互移动，同时紧密地装配在一起，使得从这些表面之间不存在泄露。这种滑动环的生产本身是公知的，并且它们是可获得的且由各种材料制成，并适合于待泵送的各种流体。

为了保持旋转滑动表面1、6和固定滑动表面2、7彼此紧密地抵靠，它们必须被按压抵靠彼此。在本示例中，按压力由定位在固定体5与固定滑动环2、7的支承衬套20、21之间的弹簧3、9生成。这些弹簧3、9确保滑动环的滑动表面之间在所有操作条件下的密封。为了防止液体或气体的压力对滑动表面具有按压或分离影响，轴向移动的固定滑动表面必须相对于液体或气体的压力得到平衡。这通过向内侧固定滑动表面2和外侧固定滑动表面7的衬套20、21形成肩部22、23来实现。每个衬套中的肩部的面积相似，由此使得外侧衬套相对于待泵送流体的压力得到平衡，并且相应地，内侧衬套相对于密封液体的压力得到平衡。因此，压力波动或相对压力对滑动环密封件的操作没有影响。内侧和外侧支承衬套两者借助于O形圈4、8被密封至固定体5。该体也借助于O形圈16被密封至泵壳17。

必须向密封表面配置密封液体流，以便润滑和冷却滑动环密封。为此目的，在内外衬套与滑动表面之间存在明显的间隙，该间隙与位于固定体5中的腔一起形成密封液体腔24。两个孔从泵壳17通向该腔中，一个孔形成用于密封液体的入口管道13，而另一个形成用于密封液体的出口管道14。在水平安装中，管道优选被配置成使得入口管道13定位在轴19下方，而出口管道14定位在轴19上方。管道13和14通向密封液体腔24中，使得去往密封件的第一端部即去往承载滑动环的端部的密封液体流得到确保。密封液体向滑动环的循环是必需的，因为密封液体被使用来带走由滑动表面之间的摩擦生成的热。可以通过在密封液体腔中配置至少一个引导叶片12，来实现密封液体的循环和滑动环的冲洗。因为在根据本发明的结构中不必以高速或高压来循环密封液体，所以密封液体的循环可以借助于以下配置来得到处理：紧固至旋转体并延伸到密封液体腔24中的至少一个泵送叶片11，或配置在旋转体10中并在密封液体腔24中开口的至少一个沟槽。泵送叶片或沟槽使密封液体腔中的液体旋转，并且如果固定部分5设置有一个或多个引导叶片12或沟槽，其引导密封液体的旋转流动，在一方面从密封液体腔朝向出口管道，而在另一方面，从入口管道到密封液体腔中。在每个情况下，引导器件的结构或形状可以根据示例或以其它方式自由地变化。

在该示例性实施例中，密封表面1、2、6、7彼此成对地对齐，即它们定位在一径向平面中。它们也可以沿轴的纵向方向错位，但是在这种情况下，设计会变得略微更复杂，并且可能沿纵向方向需要更多空间。然而，有时，由于结构原因，小的相移可能是必要的。至关重要的是：密封滑动表面被嵌套一个在另一个内，使得具有滑动表面的一对内侧滑动环的直径小于具有滑动表面的一对外侧滑动环的直径。本发明的另一必要特征是：密封件的旋转体10面向叶轮，即被配置在向叶轮侧的密封的第一端部处，使得密封腔的尺寸或容积得到最小化。尤其重要的是：密封件与泵壳之间的间隙的长度被最小化，因为它降低那些元件之间的摩擦以及由待泵送流体中的固体或杂质堵塞间隙的风险。借助于密封腔被理解在与待泵送流体直接连通的一对滑动环的前方或多或少打开的面积。

在所公开的示例中，密封件被配置在泵轴与泵壳之间。对于本发明，密封件被配置在哪个固定元件与旋转机器元件之间是无关紧要的。应该指出的是：在以上公开中，只是使用了几个最优选的实施例来描述了本发明。然而，它们并非旨在以任何方式限制本发明的应用范围，相反本发明及其范围应只有所附权利要求书来限定。

Claims (9)

1.一种用于泵送流体的设备，所述设备包括壳体(17)、被轴承器件支承于所述壳体(17)的轴(19)、被紧固至所述轴(19)的端部的泵送器件(18)、和配置在所述泵送器件(18)与所述轴承器件之间的滑动环密封件，所述滑动环密封件包括：

- 第一端部，其面向所述泵送器件(18)，

- 第二端部，其面向所述轴承器件，

- 第一旋转滑动环，其具有第一旋转滑动表面(1)，具有第一直径，并被配置成随所述泵送器件(18)旋转，

- 第二旋转滑动环，其具有第二旋转滑动表面(6)，具有第二直径，并被配置成随所述泵送器件(18)旋转，

- 所述第一旋转滑动环和所述第二旋转滑动环被配置成关联于旋转体(10)，

- 第一固定滑动表面(2)，其配置成抵靠所述第一旋转滑动表面(1)，并被紧固至固定结构，

- 第二固定滑动表面(7)，其配置成抵靠所述第二旋转滑动表面(6)，并被紧固至固定结构，

- 所述第一固定滑动表面(2)和所述第二固定滑动表面(7)被配置成关联于固定体(5)，

- 所述第一旋转滑动表面(1)和所述第一固定滑动表面(2)形成第一对滑动表面，

- 所述第二旋转滑动表面(6)和所述第二固定滑动表面(7)形成第二对滑动表面，

- 所述第一对滑动表面和所述第二对滑动表面在其间留出液体腔(24)，

- 所述第一对滑动表面相对于大气密封所述液体腔(24)，并且

- 所述第二对滑动表面相对于待泵送流体密封所述液体腔(24)，

其特征在于：所述旋转体(10)配置在所述滑动环密封件的第一端部，并且所述固定体(5)配置于其第二端部，并且相对于待泵送流体密封所述液体腔(24)的所述第二对滑动表面比起所述第一对滑动表面定位在径向外侧。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第二旋转滑动表面(6)的第二直径大于所述第一旋转滑动表面(1)的直径，使得所述第二对滑动表面比起所述第一对滑动表面在外侧。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一旋转滑动表面(1)和所述第二旋转滑动表面(6)定位在相同径向平面中，并且所述固定滑动表面(2和7)以相应方式定位。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一对滑动表面和所述第二对滑动表面被平衡成使得待泵送流体的压力高于或低于密封液体的压力，并且密封液体的压力低于大气压的压力，而滑动表面不打开。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述旋转体(10)设置有至少一个叶片(11)，所述至少一个叶片延伸到所述液体腔(24)中，用于旋转所述液体腔(24)中的密封液体。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述旋转体(10)设置有至少一个沟槽，所述至少一个沟槽延向所述液体腔(24)中打开，用于旋转所述液体腔(24)中的密封液体。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：在所述滑动环密封件的第二端部处，所述液体腔(24)提供了入口管道(13)和出口管道(14)。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于：所述液体腔(24)设置有至少一个引导叶片(12)，用于引导所述密封液体从所述液体腔(24)朝向所述出口管道(14)，以及从所述入口管道(13)进入所述液体腔(24)中。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述设备是离心泵或鼓风机。