專利名稱:用于大型泵的機(jī)械密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于輸水應(yīng)用及其他類似應(yīng)用(例如大型高壓料漿泵)的改進(jìn)的機(jī)械密封組件,并且更具體地涉及在具有軸向可調(diào)節(jié)軸桿的大規(guī)模泵中使用的機(jī)械密封,用于在高磨損應(yīng)用中以保持合適的泵性能。
背景技術(shù):
機(jī)械密封被用在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的可旋轉(zhuǎn)軸桿上以預(yù)防或最小化由旋轉(zhuǎn)設(shè)備所處理的工藝流體的泄漏。例如,泵用于借助葉輪泵送工藝流體通過泵殼。可旋轉(zhuǎn)的軸桿通常由軸承組件支撐并突起到泵殼內(nèi)以驅(qū)動(dòng)葉輪。機(jī)械密封設(shè)置在軸桿上以將工藝流體腔與泵外部密封隔開,特別是,預(yù)防或最小化工藝流體沿軸桿泄漏到泵外部。對(duì)于許多小規(guī)模應(yīng)用或葉輪不會(huì)受到過度磨損的應(yīng)用來說,此機(jī)械密封和軸桿可以設(shè)置在固定的位置。如果葉輪在有效壽命周期后磨損,可以簡(jiǎn)單地更換葉輪。在一些應(yīng)用中,例如,如果工藝流體含有與液體組合形成料漿的高量或高濃度的磨蝕性固體,工藝流體可在葉輪上產(chǎn)生很大的磨損。這些料漿經(jīng)過葉輪,會(huì)造成葉輪表面很大的磨損。當(dāng)遇到葉輪高磨損率時(shí),并不希望頻繁更換葉輪,因?yàn)轭l繁更換提高了泵和相關(guān)聯(lián)的密封的運(yùn)轉(zhuǎn)成本。在此情況下,眾所周知在小型應(yīng)用中要允許調(diào)整軸桿的軸向位置以在泵窒內(nèi)軸向移動(dòng)葉輪以隨其磨損提高葉輪的性能從而延長這種葉輪的使用壽命。就此情況來說,已設(shè)計(jì)有具有固定不動(dòng)的殼體和壓蓋的機(jī)械密封,所述壓蓋支撐密封環(huán),其中,所述壓蓋能夠在固定不動(dòng)的殼體內(nèi)軸向移動(dòng),使得密封環(huán)能夠和軸桿一起移動(dòng)而同時(shí)仍執(zhí)行密封功能。在美國專利第4,575,306號(hào)(Monnot)中公開了一個(gè)這種密封的例子,其是一種需要在安裝期間組裝分立部件的部件密封。其他的例子包括美國專利第3,977,737號(hào)(Grzina)和第 4, 509, 773 號(hào)(Wentworth)0雖然在小型應(yīng)用中料漿已得到處理,但在大規(guī)模輸水應(yīng)用中卻產(chǎn)生了很大的挑戰(zhàn),其需要大型高壓料漿泵以將料漿泵送很大距離。具體地,在諸如輸水應(yīng)用的應(yīng)用中,包括在礦物礦石加工(M&0P)工業(yè)中的尾渣應(yīng)用中所使用的大型高壓料漿泵,其中,這些泵需要單個(gè)或兩個(gè)加壓料漿密封。這些應(yīng)用還包括在煙道氣脫硫(FGD)泵內(nèi)建立的大型中度研磨低壓泵。這些應(yīng)用可能磨損極大,要求頻繁的葉輪調(diào)整及更換高磨損、濕端泵零件與機(jī)械密封部件。這些類型的泵表現(xiàn)出大的鑄造部件的調(diào)準(zhǔn)配合和軸承的內(nèi)間隙以及使用中遇到的由于高壓產(chǎn)生的大的泵殼偏斜及管道應(yīng)變,其通常造成大的軸桿移動(dòng)和密封面凸緣對(duì)準(zhǔn)。這樣的高壓料漿泵的例子包括由Weir商業(yè)發(fā)售的HTP500與600型泵,所述泵用在油砂輸水與尾渣應(yīng)用中。這些泵包括在可旋轉(zhuǎn)軸桿上的軸桿套筒以及圍繞此軸桿布置的填料箱,從而形成用多個(gè)軸向相鄰的密封環(huán)裝填的填料箱腔。不過,這些密封環(huán)通常允許沿軸桿泄漏從而會(huì)出現(xiàn)很大的漏水成本和泵維護(hù)成本。在不能備好供水或備好供水成本上不合算的遠(yuǎn)程設(shè)備中尤其不希望這樣。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種適合于安裝在大型料漿泵內(nèi)的機(jī)械密封,所述大型料漿泵被用于諸如尾渣輸送與浙青砂礦輸送應(yīng)用中。用于這些大規(guī)模應(yīng)用的泵,例如Weir HTP 500與600泵,是為達(dá)500RPM泵速和高壓環(huán)境而開發(fā)的,所述高壓環(huán)境可能達(dá)到4000kPa (580 psi),這可為運(yùn)轉(zhuǎn)期間泵的最大可允許工作壓強(qiáng),以及可能達(dá)到6000kPa (870 psi)壓強(qiáng),這可能在泵靜態(tài)輸水測(cè)試中出現(xiàn)??深A(yù)期輸水和尾渣料漿有百分之五十以上重量的固體。在一些應(yīng)用中,最大顆粒尺寸可以是5’’ X5’’ X12’’通過磨損的5’’ X5’’濾網(wǎng),因此當(dāng)安裝到軸桿時(shí)可能需要全覆蓋背襯以保護(hù)密封。由于預(yù)計(jì)在吸入側(cè)襯里上的迅速磨損,本發(fā)明設(shè)計(jì)中的密封將優(yōu)選地適應(yīng)62mm (2.5英寸)軸向調(diào)整以允許在這樣的應(yīng)用中所需的葉輪調(diào)整,其中,由于軸承間隙、軸桿跳動(dòng)(run out),及套筒對(duì)軸桿的間隙和同心度,對(duì)于軸桿跳動(dòng)來說最糟糕的情況可能在徑向上超過0.030英寸,TIR (總指示讀數(shù))超過0.076英寸。對(duì)于新葉輪徑向偏斜通常是在底部,而葉輪磨損會(huì)導(dǎo)致不平衡形成在徑向間隙附近的軌道。另外,由于標(biāo)準(zhǔn)料漿泵制造的容許公差和在軸承組件與泵軸承組件基部上的軸承組件安裝表面之間交接處的預(yù)計(jì)磨損,此密封需要適應(yīng)垂直于密封安裝表面量出的不到一英寸的TIR和關(guān)于軸桿的四分之一 TIR同心度,所述泵軸承組件基部相鄰泵殼安裝并可旋轉(zhuǎn)地支撐軸桿。改進(jìn)的密封優(yōu)選地需要適應(yīng)每2000到3000小時(shí)更換葉輪及約1000小時(shí)或更短時(shí)間就通過軸向調(diào)整軸桿來調(diào)整葉輪。另外,機(jī)械密封優(yōu)選包括在所需壓強(qiáng)下的屏障流體(barrier fluid),其中,該密封設(shè)計(jì)用于在失去屏障壓強(qiáng)時(shí)處理580 psi的全過程壓強(qiáng)。本發(fā)明的機(jī)械密封涉及盒式密封,所述盒式密封開發(fā)用于這樣的泵:所述泵消除了常規(guī)盒式密封設(shè)計(jì)如果用在具有軸向可調(diào)節(jié)軸桿的大型料漿泵上時(shí)的安裝和性能上的問題,其中,本發(fā)明機(jī)械密封從泵的濕端安裝并保持盒式密封的全部優(yōu)點(diǎn)?;緲?gòu)思涉及將固定不動(dòng)的或不可旋轉(zhuǎn)的壓蓋部件剛性安裝到軸承殼體并將密封環(huán)與相關(guān)聯(lián)的壓蓋部件安裝到軸桿,其中,密封環(huán)與相關(guān)聯(lián)的壓蓋部件在葉輪調(diào)整期間能夠與軸桿和相關(guān)聯(lián)的軸承組件一起軸向移動(dòng)。第二密封形成在固定不動(dòng)的與可移動(dòng)的壓蓋部件之間以允許此軸向軸桿調(diào)節(jié)。密封環(huán)及相關(guān)聯(lián)的密封面被整合到單個(gè)軸桿套筒內(nèi),其中,所述單個(gè)軸桿套筒消除了套筒上套筒的布置,這種布置通常用在當(dāng)前可用的料漿密封中。提供此密封面與軸桿套筒布置還減小了密封面的直徑。本發(fā)明的壓蓋筒優(yōu)選具有與其所代替的OEM軸桿套筒相同的ID,端尺寸和面密封。這消除了密封鎖定套圈,所述鎖定套圈用于消除有問題的密封套筒對(duì)泵套筒的卡滯(galling),所述卡滯常發(fā)生在安裝、移除期間以及已知料漿泵的定期葉輪調(diào)整期間,這種卡滯導(dǎo)致料漿堵塞到套筒之間的密直徑配合內(nèi)。消除鎖定套圈避免了壓力測(cè)試上的造成的限制,還降低了總體長度。在本發(fā)明的盒式密封中,固定不動(dòng)的殼體或密封適配器安裝到泵殼并含有適配器環(huán),所述適配器環(huán)密封地接觸可移動(dòng)壓蓋,其中,設(shè)置板(setting plate)優(yōu)選地在軸桿相對(duì)軸承殼體的軸向公差內(nèi)將壓蓋同心地且軸向地定位到軸桿套筒。密封適配器或固定不動(dòng)的殼體及配合的壓蓋是圓柱形的,其消除了常規(guī)的盒式法蘭并且允許減小這些部件的尺寸以穿過泵的濕端背襯而安裝。適配器環(huán)優(yōu)選地在壓蓋上引導(dǎo)(Pilot)或與壓蓋對(duì)準(zhǔn)并且不被引導(dǎo)到泵界面,這允許適配器環(huán)和相關(guān)聯(lián)的密封適配器在被引導(dǎo)到壓蓋時(shí)安裝到泵殼從而適應(yīng)在這些泵中常見的大的同心泵失準(zhǔn)。例如,在HTP 600泵上,這些失準(zhǔn)可以為約0.25英寸TIR。靜態(tài)或固定不動(dòng)的壓蓋墊圈布置在密封適配器上并被相關(guān)聯(lián)的端板俘獲,所述相關(guān)聯(lián)的端板安裝到適配器環(huán)以使墊圈密封地接觸可移動(dòng)壓蓋。通過擰緊端板上的螺栓從而壓縮在端板與適配器環(huán)之間的墊圈并將墊圈擠壓成與可移動(dòng)壓蓋的改進(jìn)的密封接觸子,靜態(tài)墊圈在可移動(dòng)的密封壓蓋與密封適配器之間提供靜態(tài)密封。在葉輪調(diào)整期間通過靜態(tài)墊圈適應(yīng)軸桿的軸向移動(dòng),所述靜態(tài)墊圈接觸軸向可移動(dòng)的可移動(dòng)壓蓋的OD,其中,靜態(tài)墊圈優(yōu)選地從密封適配器及其適配器環(huán)的相對(duì)的ID表面徑向向內(nèi)突起,從而朝可移動(dòng)壓蓋的OD突起。雖然可不要求釋放壓縮或去掉墊圈,但如果需要的話,可由放松或去掉端板與靜態(tài)墊圈而通過降低靜態(tài)壓蓋墊圈的壓縮程度使此軸向軸桿調(diào)節(jié)變得更容易。常規(guī)的盒式機(jī)械密封不能實(shí)用地、穩(wěn)定地或真實(shí)地滿足大型高壓料漿泵的要求。但,改進(jìn)的機(jī)械密封適合了常在這些大型高壓料漿泵上遇到的挑戰(zhàn)性的環(huán)境并在主密封的安裝、移除、預(yù)防性維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)更換和下面詳述的操作上提供了另外的優(yōu)勢(shì)。更具體地,本發(fā)明的改進(jìn)的機(jī)械密封優(yōu)選提供超過以前的機(jī)械密封的各種優(yōu)勢(shì)。所述優(yōu)勢(shì)包括:
1.通過消除在較小規(guī)模盒式密封中使用的大直徑壓蓋法蘭將密封盒重量最小化,由于已知的HTP泵上壓蓋會(huì)有約27英寸直徑,這點(diǎn)尤為有利。2.消除已知泵中的現(xiàn)有密封套筒,使密封面插入尺寸最小化。3.在改進(jìn)的機(jī)械密封中消除了由于在葉輪安裝、移除及間隙調(diào)整期間需要軸桿轉(zhuǎn)動(dòng)而造成的密封套筒對(duì)泵套筒和/或設(shè)置板的卡滯。改進(jìn)的密封被設(shè)計(jì)用于允許周期性的葉輪調(diào)整以適應(yīng)在每運(yùn)轉(zhuǎn)1000小時(shí)達(dá)2.5英寸的周期性葉輪軸向調(diào)整的情況下2000到3000小時(shí)的葉輪壽命。4.通過消除套筒之間的間隙與公差改進(jìn)旋轉(zhuǎn)密封件的跳動(dòng)。5.通過消除常規(guī)的密封套筒與工藝流體側(cè)以及大氣側(cè)上的泵套筒之間的密實(shí)料漿因正常和故障泄露而造成的轉(zhuǎn)移,使密封的移除變得容易。本發(fā)明的密封套筒密封在軸向面對(duì)端部,從而將軸桿配合與料漿隔離,并允許在軸桿和軸桿套筒之間采用豐富的油脂以易于安裝和移除本發(fā)明的密封。6.相比于常規(guī)的料漿泵上的機(jī)械密封,本發(fā)明的密封設(shè)計(jì)對(duì)于將所述機(jī)械密封安裝到軸桿上的消費(fèi)者/用戶的知識(shí)和技術(shù)要求較低。接下來的葉輪調(diào)整并不影響密封設(shè)定或密封面磨損痕跡對(duì)準(zhǔn)。7.消除了密封套筒鎖定或夾持套圈接合泵軸桿,這在料漿應(yīng)用中由于塵土、油脂及套筒間的卡滯而存在問題,其中,鎖定套圈會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間滑動(dòng)或者在密封安裝期間卡滯,因?yàn)閷?duì)于夾持套圈不允許潤滑。在使用鎖定套圈的情況下,需要進(jìn)行重定位以便接下來進(jìn)行葉輪調(diào)整。而且,靜水壓測(cè)試壓強(qiáng)通常受鎖定套圈夾持力限制,但在本發(fā)明的盒式密封中避免了這樣的限制。8.濕端設(shè)計(jì),其中,本發(fā)明密封從濕端安裝在軸桿上,從而起到易于安裝與移除的作用。9.本發(fā)明的密封使用非引導(dǎo)定中的密封適配器,所述適配器由密封壓蓋外徑定位并通過密封各端上的安裝板居中地定位到密封/泵套筒從而適應(yīng)大的非中心的密封適配器對(duì)準(zhǔn)。
10.本發(fā)明設(shè)計(jì)中密封適配器靜態(tài)墊圈優(yōu)選為0型環(huán)并在完成葉輪安裝與調(diào)整后被壓縮且密封到密封壓蓋外徑,其中,所述墊圈是密實(shí)墊圈并使用0型環(huán)端板和螺栓以實(shí)現(xiàn)壓縮??稍诮酉聛淼娜~輪調(diào)整期間釋放墊圈壓縮,并且可以用新的墊圈來替換環(huán)形墊圈,所述新的墊圈在一個(gè)位置被分開以便進(jìn)行安裝,然后在自由端被膠合在一起以再次形成連續(xù)的環(huán)形。11.周期性葉輪調(diào)整不影響所述密封設(shè)定。12.對(duì)于雙密封外側(cè)密封選擇和葉輪調(diào)整來說這最大程度利用了泵密封空腔內(nèi)的軸向空間。13.主密封面由漸細(xì)的壓蓋延伸部遮蔽起來避免受大料漿顆粒的沖擊,所述壓蓋延伸部與密封環(huán)和可移動(dòng)壓蓋一起移動(dòng)從而在整個(gè)2.5英寸的軸向葉輪調(diào)節(jié)范圍上保持相對(duì)于密封環(huán)的軸向位置。14.密封空腔幾何形狀保持在葉輪轂、包括密封環(huán)與可移動(dòng)壓蓋的密封旋轉(zhuǎn)組件和暴露于工藝料漿的漸細(xì)的壓蓋延伸部之間,其中,密封空腔幾何形狀在整個(gè)2.5英寸的軸向軸桿位置上得以保持。此幾何形狀控制和阻止了金屬零件的侵蝕并起到遮蔽內(nèi)部密封面避免受到大料漿顆粒沖擊的作用。對(duì)于常規(guī)的盒式設(shè)計(jì),如果軸桿軸向移動(dòng)的話,所述密封保持固定不動(dòng),使得2.5英寸的軸向軸桿移動(dòng)會(huì)增大在密封與葉輪之間的縫隙,形成高侵蝕渦流并將密封面和泵軸桿暴露于較大料漿顆粒的沖擊與侵蝕。15.改進(jìn)的密封設(shè)計(jì)有助于在葉輪更換期間完全更換(修理)高磨損的主要密封部件而不需要從泵上移除整個(gè)密封或干擾密封調(diào)整,從而利于經(jīng)濟(jì)的預(yù)防性維護(hù)。關(guān)于此點(diǎn),通常達(dá)0.1英寸TIR的軌道軸桿移動(dòng)會(huì)由于每次旋轉(zhuǎn)將料漿擦到密封面OD內(nèi)而在外徑密封界面上造成高度的主密封面磨損。通過從緊急系統(tǒng)停機(jī)中消除通常導(dǎo)致泵系統(tǒng)水錘和其它裝備損壞的災(zāi)難性密封失效,泵和系統(tǒng)操作因數(shù)會(huì)增加。16.固定不動(dòng)的或不可旋轉(zhuǎn)的密封部件(包括可移動(dòng)壓蓋)剛性地安裝到軸承殼體以在軸向軸桿調(diào)節(jié)期間隨其移動(dòng)。固定不動(dòng)的密封部件剛性安裝到軸承殼體,從而糾正了這些部件的軸向設(shè)定并消除了安裝偏差。密封設(shè)定不受可能在大型料漿泵中成為問題的外殼壓力膨脹或管線應(yīng)變所導(dǎo)致的泵殼移動(dòng)的影響。軸向、角度上且一定程度同心的移動(dòng)被靜態(tài)壓蓋墊圈所適應(yīng)且不影響旋轉(zhuǎn)密封部件和固定不動(dòng)的壓蓋部件的對(duì)準(zhǔn)。17.方案54&32屏障管線被永久安裝到用于將可移動(dòng)壓蓋與軸承殼體安裝在一起的固定不動(dòng)的夾持環(huán)。所述夾持環(huán)具有與壓蓋連通用于向密封機(jī)(seal gin)供應(yīng)流體的密封端口。對(duì)于密封安裝與更換不需要移除。18.所述密封設(shè)計(jì)通過簡(jiǎn)單改變套筒與可移動(dòng)墊圈的部件用相同適配硬件經(jīng)濟(jì)地兼容單密封設(shè)計(jì)。19.安裝工具設(shè)計(jì)成促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)安裝和移除,其將會(huì)包括重量定中的吊耳并包括到泵軸桿端的螺栓固定附件。所以,本發(fā)明的機(jī)械密封為大規(guī)模、高磨損泵提供盒式密封設(shè)計(jì)并提供這里所描述的顯著優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的其他目標(biāo)和目的將通過閱讀以下說明書及參考附圖而顯而易見。
圖1是與本發(fā)明結(jié)合使用的泵的剖視透視圖。圖2是通過第一截面的橫截面視圖,示出本發(fā)明的機(jī)械密封安裝在軸桿上處于初始位置。圖3是通過從第一截面轉(zhuǎn)過180度所取的第二截面的橫截面圖,示出軸向偏離開所述初始位置的已調(diào)整位置的密封與軸桿。圖4是軸桿與密封的濕端的橫截面圖,部分示出圖2與圖3的橫截面。圖5是放大的局部視圖,示出圖2的內(nèi)側(cè)濕端。圖6是放大的局部視圖,示出圖2的外側(cè)端。圖7是通過第一橫截面的橫截面視圖,示出本發(fā)明的第二實(shí)施例,其以可修改的雙密封構(gòu)造示出。圖8是通過從第一截面轉(zhuǎn)開180度所取的第二截面的橫截面視圖,示出圖7的密封。以下說明中所用的具體術(shù)語只是為了參考方便,而不是限制。詞匯“上”、“下”、“右”和“左”表示所參考的附圖中的方向。詞匯“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向和遠(yuǎn)離設(shè)備及其所指部分的幾何中心。詞匯“近”和“遠(yuǎn)”指的是元件相對(duì)于設(shè)備的取向。這種術(shù)語包括為形和類似含義的詞語。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1和2,本發(fā)明涉及機(jī)械密封組件50,其優(yōu)選地構(gòu)造成盒式密封,用于大型高壓泵單元11,該泵單元11使用時(shí)通常受到高度磨損。這些大規(guī)模應(yīng)用所用的泵,例如Weir HTP 500和600泵是為可能受到高度磨損的各種高壓應(yīng)用,例如輸水和尾渣料漿而開發(fā)的。本發(fā)明的機(jī)械密封10結(jié)合如圖1所示W(wǎng)eirHTP-600泵12—起公開。泵12是可商購的泵,它的具體結(jié)構(gòu)不在這里詳細(xì)說明。大致上,泵單元11包括具有支撐在泵基座15上的外泵殼14的泵12,還包括由其各自軸承基座17支撐在鄰近于殼14的固定位置上的軸承單元16。軸承單元16的基座17包括向上開口的托架18,其可調(diào)整地或可移動(dòng)地在其內(nèi)支撐軸桿支撐軸承組件20。托架18是大致U形以接收軸承組件20,并在支撐從中軸向延伸的調(diào)整螺絲或螺栓22的一端包括調(diào)整板21。在托架18的相對(duì)側(cè)上,托架18包括上肩23,其支撐一對(duì)夾持墊或板24,所述夾持墊或板24垂直接收從肩23向上突起的雙頭螺桿25。軸承組件20通常是圓柱形,并在選定的軸向位置上安放于托架18內(nèi),其中,如以下所述,軸承組件20在托架18內(nèi)的位置可如參考箭頭26所示軸向地調(diào)整,以適應(yīng)泵殼14內(nèi)的磨損。關(guān)于此點(diǎn),軸承組件20包括軸承殼體27,所述軸承殼體27在其內(nèi)具有可旋轉(zhuǎn)地支撐泵軸桿28的軸承,并包括向下突起的調(diào)整凸耳29,調(diào)整凸耳29由調(diào)整螺絲22接合。螺絲22上的調(diào)整螺母22A之一的旋轉(zhuǎn)軸向地驅(qū)動(dòng)凸耳29和相關(guān)聯(lián)的軸承殼體27朝向和遠(yuǎn)離泵殼14。由于軸承組件20的大尺寸和重量,調(diào)整螺母22A允許軸承組件20在托架18內(nèi)更容易移位。在定位軸承組件20后,通過將兩個(gè)夾持墊24放置在其各自螺桿25上,然后將各自螺母30擰到位,軸承組件20被不可移動(dòng)地固定到位。夾持墊24具有內(nèi)邊緣部分,該內(nèi)邊緣部分與軸承殼體27接合并在螺母30穩(wěn)固地裝好時(shí)防止軸承組件20移動(dòng)。當(dāng)軸承組件20位于初始位置時(shí),泵12預(yù)計(jì)受到其內(nèi)部部件的明顯磨損,這降低了泵的性能。盡管用舊的部分最終會(huì)需要更換,但可在泵維護(hù)期間軸向調(diào)整軸承組件20和軸桿28,以恢復(fù)某些喪失的功能并使得泵部件在需要更換前的壽命最大化。如圖1所示,軸承殼體20還包括多個(gè)圓周間隔的端螺栓32,其以相等的角間距彼此隔開。螺栓32安放在螺紋孔33 (圖2)內(nèi),使得螺栓32的螺栓頭抵著軸承殼體20的端面安放,如圖1所示。盡管在泵12的常規(guī)構(gòu)造中螺栓32完全相同,通過移除選定數(shù)量的這種螺栓32,這允許所暴露的孔33被用于安裝密封組件10,如以下進(jìn)一步討論的,本發(fā)明的密封10被安裝到軸承殼體20并被支撐在軸承殼體20上。因此,密封組件10可安裝在已有的泵內(nèi),作為已有的密封設(shè)計(jì)的替換,所述已有的密封設(shè)計(jì)具有與其相關(guān)聯(lián)的明顯缺點(diǎn)。參照?qǐng)D1,前述軸桿28水平伸長,并具有露出以連接到電機(jī)或其它驅(qū)動(dòng)裝置的外側(cè)端25。在泵的安裝和維修過程中,可能必須安裝大型驅(qū)動(dòng)器36以在相反的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)軸桿28。內(nèi)側(cè)軸桿端36延伸到泵殼14內(nèi)部內(nèi),并具有螺紋以在其上支撐葉輪48。關(guān)于比例尺,應(yīng)理解軸承單元16的高度接近于平均成年人身高,泵殼14大體上高于此。因此這些部件的重量很大,與這些泵12相關(guān)聯(lián)的規(guī)模和操作挑戰(zhàn)遠(yuǎn)大于小型泵和其它類似裝備所遇到的。對(duì)于泵12,泵殼14形成為三部分,包括由基座15形成并限定殼14的一半的殼框板40。第二,殼14包括可移除的蓋板41,具有與框板40匹配的類似的尺寸和形狀,以限定殼14的中空內(nèi)部。蓋板41的端壁具有圓形開口,抽吸蓋42安裝到該圓形開口,其中,抽吸蓋42構(gòu)造成支撐限定泵室的入口的圓柱形喉道襯套43。泵殼14還包括大致圓環(huán)形空心渦形襯里44,其限定泵室并包括出口通路45。渦形襯里44的與喉道襯套43相對(duì)的開放側(cè)還包括盤狀框板襯里插件或背磨損襯里46。襯里插件46具有圓形開口 47,螺旋軸桿端36通過該圓形開口 47延伸到渦形襯里44的內(nèi)部內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)泵送,葉輪或轉(zhuǎn)子48螺旋安裝到軸桿端36。具體地,葉輪48具有安裝轂49,安裝轂49包括內(nèi)螺孔49 (圖1),其開放軸向通過轂端面49A (圖2),以接收軸桿端36。在安裝期間,起重橫梁用于吊起與軸桿28相鄰的葉輪49,然后軸桿28旋轉(zhuǎn)以將軸桿端36螺旋固定到轂孔49內(nèi),并將葉輪48軸向拖曳到與軸桿端36螺旋接合。然后可重新安裝抽吸蓋42和喉道襯套43。初始安裝后,軸桿安裝的葉輪48的端面定位在緊鄰于喉道襯套43的相對(duì)內(nèi)表面,如圖1所示。這通過以下方式實(shí)現(xiàn):優(yōu)選地用驅(qū)動(dòng)器36緩慢旋轉(zhuǎn)軸桿28,同時(shí)用調(diào)整螺母22A和軸承凸耳29將軸承組件20和軸桿28朝抽吸蓋42軸向移位,由此移動(dòng)緩慢旋轉(zhuǎn)的葉輪48直到它摩擦喉道襯套43。然后調(diào)整螺母22A用于將葉輪48從喉道襯套43撤回幾分之一厘米,以優(yōu)選地在其間限定小的間隙。然后軸承組件20被夾持墊23夾持到位,夾持墊23在泵運(yùn)行期間將軸桿28及其相連的葉輪48保持在選定位置。一段時(shí)間以后,葉輪48因被泵送的流體的磨蝕性而受到磨損,因此增大了葉輪48與喉道襯套43之間的間隙,并不利地降低了泵12的性能。通常在1000小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)之后,通過將葉輪48朝喉道襯套43向后軸向調(diào)整而調(diào)整葉輪48以提高性能。通過松開夾持墊23并利用調(diào)整螺母22A以軸向調(diào)整軸桿28和葉輪48以重置所需的葉輪/喉道襯套間隙,這以與上述相同的方式而實(shí)現(xiàn)。
盡管該泵結(jié)構(gòu)是可商購的,這些泵已采用填塞箱和被擠入填塞箱室內(nèi)的密封環(huán)以試圖密封由旋轉(zhuǎn)葉輪48泵送的工藝流體免于沿軸桿28通過襯里插件46內(nèi)的開口 47泄露。這如前所述有明顯缺點(diǎn)和問題。因此本發(fā)明涉及優(yōu)選地形成為盒式密封的改進(jìn)的機(jī)械密封組件50 (圖2-4)。密封組件50優(yōu)選地采用固定不動(dòng)的殼體或密封適配器51,其設(shè)置有泵12并安裝到泵殼14,并包括安裝到密封適配器51的適配器環(huán)71和支撐在軸承組件20上的可移動(dòng)壓蓋52,從而隨軸承殼體27和軸桿28軸向移動(dòng),但在其旋轉(zhuǎn)期間相對(duì)于軸桿28不可旋轉(zhuǎn)。所示實(shí)施例中的密封組件50包括兩組54和55可相對(duì)地旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)56/57和58/59,其具有相對(duì)的密封面,限定沿相對(duì)的密封面徑向延伸的密封區(qū)域。密封環(huán)組54和55包括固定不動(dòng)的或不可旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)56和58,其不可旋轉(zhuǎn)地支撐在壓蓋52上并在葉輪調(diào)整期間隨其軸向移動(dòng)。另一密封環(huán)57和59由軸桿套筒85安裝到軸桿28,從而在葉輪48的驅(qū)動(dòng)操作期間隨軸桿28旋轉(zhuǎn)。在壓蓋52與軸桿套筒85之間限定徑向間距60,以限定密封室,密封環(huán)56/57和58/59位于所述密封室內(nèi)。軸桿套筒85和可旋轉(zhuǎn)密封環(huán)57和59還與軸桿28、軸承殼體20和帶有其不可旋轉(zhuǎn)密封環(huán)56和58的壓蓋52統(tǒng)一地軸向移動(dòng)。所有這些部件在葉輪調(diào)整期間一起軸向移動(dòng)。但是,適配器環(huán)70因其連接到泵殼14而保持固定不動(dòng)并且不軸向移動(dòng)。經(jīng)由靜態(tài)墊圈62來適應(yīng)軸桿28在葉輪調(diào)整期間的軸向移動(dòng),所述靜態(tài)墊圈62密封接觸軸向可移位的可移動(dòng)壓蓋52的外徑(0D),其中,墊圈62優(yōu)選地朝可移動(dòng)壓蓋52的OD徑向向內(nèi)突起。這在可移動(dòng)壓蓋52與適配器環(huán)72之間限定第二密封,其允許壓蓋52相對(duì)于密封適配器51軸向或滑動(dòng)移動(dòng),同時(shí)防止工藝流體在這些相對(duì)可滑動(dòng)部件之間泄露。對(duì)于密封結(jié)構(gòu)來說更具體的是,密封適配器51 (圖2-4)是大致盤形,并具有被圓周側(cè)壁66限制在其周邊上的適配器端壁65。密封適配器51布置在殼框板40的內(nèi)部上,從而部分地封閉在這一框板40上限定的圓形開口 40A。密封適配器51類似地包括適配器開口 51A,但其直徑小于框板開口 40A,如圖3所示。密封適配器51由多個(gè)緊固件67被不可移動(dòng)地固定到位在泵殼14的框板40上。這些緊固件67優(yōu)選地包括與可與它接合的適配器側(cè)壁66和螺母69接合的雙頭螺桿68,其中,緊固件繞適配器側(cè)壁66的圓周在角度上隔開。在泵安裝和維修期間,框板40和軸承單元16可在其各自基座15和17上保持固定不動(dòng),而抽吸蓋42、喉道襯套43、葉輪48和襯里插件47可一個(gè)接一個(gè)地依次安裝和移除通過移除抽吸蓋42后生成的泵殼14的開放側(cè)。以這種方式,泵軸桿28的濕端36露出,整個(gè)機(jī)械密封組件50可通過開放殼側(cè)安裝在泵軸桿28上或從泵軸桿28拆下。由于這些部件的尺寸和重量較大,使用起重橫梁,其從起重機(jī)鉤懸掛向下,并具有各種安裝臂以將泵部件臨時(shí)固定到起重橫梁,然后允許將每個(gè)部件定位在其所需位置直到在安裝和移除泵部件期間分別安裝或移除適當(dāng)?shù)木o固件。機(jī)械密封組件50優(yōu)選地形成為盒式密封,其作為組裝的單元安裝到軸桿28,然后通過葉輪48的安裝而被俘獲在軸桿28上,還由如后所述的額外的連接器結(jié)構(gòu)連接到軸承組件20。密封適配器51安裝并由緊固件67緊固到泵殼14的框板40,且在維修期間通常保持為已安裝。然后,安裝襯里插件46,使框板40和襯里插件46的相對(duì)面被0型環(huán)形墊圈51A密封(圖3)。參照?qǐng)D2,然后將葉輪48定位成鄰近于螺紋軸桿端36 (圖1),軸桿28如上所述緩慢旋轉(zhuǎn),以向內(nèi)拉葉輪直到帶有螺紋的軸桿端36擰入葉輪轂49內(nèi)的相應(yīng)的開放端轂孔內(nèi)并且葉輪48接觸軸桿套筒85。用于機(jī)械密封組件50的該濕端設(shè)計(jì)在本發(fā)明的機(jī)械密封組件50從濕端36安裝在泵軸桿28時(shí)有優(yōu)勢(shì),由此起到易于安裝和移除泵部件和本發(fā)明密封組件50的部件的作用。在每1000小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)可能經(jīng)歷高達(dá)2.5英寸的周期性葉輪軸調(diào)整的情況下,將會(huì)進(jìn)行周期性的葉輪調(diào)整以適應(yīng)2000到3000小時(shí)的典型的葉輪壽命。圖2示出完成安裝后在初始位置上的葉輪48,其中,在葉輪表面和其它泵部件,例如襯里插件46和密封適配器51的相對(duì)表面之間有初始間距。但是,如前所述,葉輪48在使用期間受到磨損,并且周期性地軸向調(diào)整葉輪48,而圖3示出葉輪48在相比圖2朝左移位的調(diào)整位置上。圖4對(duì)比地示出一個(gè)在另一個(gè)之上的葉輪位置,其中,應(yīng)注意端襯里46和密封適配器51在軸調(diào)整期間保持固定不動(dòng),而葉輪端面49A如參考箭頭49B所示軸向移位。因此,在軸桿調(diào)整期間,葉輪48、軸桿28、軸承組件20和機(jī)械密封組件50的許多部件一起移動(dòng),如圖2-4中顯而易見。為使這種調(diào)整可行,機(jī)械機(jī)械密封組件50包括通過安裝到泵殼14而保持固定不動(dòng)的部件,以及能夠隨軸桿28軸向移動(dòng)的另外的部件,其中,在固定不動(dòng)的和可移動(dòng)的部件之間限定第二密封以防止工藝流體的流體泄露,同時(shí)允許在這些部件之間軸向移動(dòng)。對(duì)于固定不動(dòng)的密封部件,密封組件50包括由多個(gè)螺栓71安裝到密封適配器51并圍繞壓蓋52的適配器環(huán)70 (圖2-4)。0型環(huán)墊圈72在適配器環(huán)70和密封適配器51之間受壓以防止其間的流體泄露。為了密封壓蓋52的0D,適配器環(huán)70與端板73 —起設(shè)置,并壓縮在靜態(tài)位置保持固定不動(dòng)的密封適配器墊圈75,端板73由緊固件74緊固到適配器環(huán)70。靜態(tài)墊圈75在端板73和適配器環(huán)70之間受到壓縮從而向內(nèi)徑向突起小段距離,并密封地接觸可移動(dòng)密封部件,具體地,接觸可移動(dòng)密封壓蓋52。如圖5可見,密封適配器墊圈75優(yōu)選地是0型環(huán),其限定在完成葉輪安裝和調(diào)整之后壓縮并密封到密封壓蓋52的外徑(OD) 76的靜態(tài)墊圈,而墊圈75是密實(shí)墊圈,并使用端板73和螺栓或緊固件74以實(shí)現(xiàn)其壓縮。在后續(xù)的葉輪調(diào)整期間可釋放墊圈壓縮,并且墊圈75可由新的墊圈更換,新的墊圈在沿其長度的一個(gè)位置被分開以便進(jìn)行安裝,然后在其自由端被膠粘在一起以限定連續(xù)的環(huán)形0型環(huán)。如圖5更具體地,密封適配器51和適配器環(huán)70是未經(jīng)引導(dǎo)的(non-piloted),允許相對(duì)于密封適配器51徑向改變適配器環(huán)70的位置,從而適應(yīng)泵軸桿28,或壓蓋52的徑向位置上的變化。在這點(diǎn)上,每個(gè)螺栓71具有螺旋地接合在各自孔78內(nèi)的自由端71A,所述孔78形成在密封適配器51的端面內(nèi)???8是側(cè)向開放的螺紋盲孔。然而,適配器環(huán)70的尺寸超過通孔79,通孔79大于螺栓71的柄71B的直徑,使得在通孔79中提供徑向間隙,在最終緊固前適配器環(huán)70相對(duì)于螺栓71有一些徑向移動(dòng)的自由度。螺栓柄7IB寬松地通過通孔79,其中,適配器環(huán)70的徑向位置由與適配器環(huán)墊圈75接觸的壓蓋52的徑向位置決定,并且因?yàn)樵趬荷w52和軸桿28之間連接的設(shè)置板特征而由軸桿28的徑向位置決定,如本文將進(jìn)一步描述的。因此,密封適配器51和適配器環(huán)70能適應(yīng)密封適配器結(jié)構(gòu)中的大的非同心對(duì)準(zhǔn)。一旦設(shè)置適配器環(huán)70的位置,則緊固螺栓71以優(yōu)選地固定徑向位置。對(duì)于端板73,端板螺栓74具有自由端74A,其與適配器板70內(nèi)的盲孔80螺紋接合。螺栓柄74B穿過端板73內(nèi)形成的通孔81,并緊固螺栓74以在尺寸過小的凹處82內(nèi)壓縮靜態(tài)墊圈75并將其朝軸向可移動(dòng)壓蓋52的OD 76徑向向內(nèi)擠壓,以在其間密封接觸。密封適配器墊圈75在壓蓋52和密封適配器51和適配器環(huán)70之間通過緊固件74以增加與壓蓋52的徑向密封接觸提供靜態(tài)密封。葉輪調(diào)整期間軸桿28的軸向移動(dòng)仍由密封適配器墊圈75適應(yīng),密封適配器墊圈75允許密封適配器墊圈75軸向移動(dòng),同時(shí)保持其間的第二密封。該軸向的軸調(diào)整可由密封適配器墊圈75的減少壓縮而促進(jìn),需要時(shí)通過松開或移除密封適配器墊圈75或密封適配器墊圈75,但這對(duì)于軸向的軸調(diào)整來說不是必需的。如對(duì)軸向可移動(dòng)密封部件,密封部件要么被支撐軸桿28上以隨其旋轉(zhuǎn),要么在壓蓋和軸承組件20上從而相對(duì)于軸桿的旋轉(zhuǎn)是不旋轉(zhuǎn)的或固定不動(dòng)的。軸桿安裝部件包括軸桿套筒85,其滑到軸桿28上,并在其上支撐可旋轉(zhuǎn)密封環(huán)57和59。軸桿套筒85優(yōu)選地包括主套筒體86和附接到主套筒體86的內(nèi)側(cè)濕端的端套筒體87。如圖5和6可具體看出,主套筒體86具有內(nèi)徑(ID) 88,其緊密配合到軸桿28的外徑(OD) 89上,使得軸桿套筒85可在安裝期間滑動(dòng)到軸桿28上。主套筒體86的徑向厚度被選擇成消除商用HTP泵中所用的套筒上套筒的設(shè)計(jì),這提供如上所述的優(yōu)勢(shì)。在這一點(diǎn)上,通過消除在套筒之間的間隙和公差,實(shí)現(xiàn)改進(jìn)旋轉(zhuǎn)密封零件的跳動(dòng)(run-out)。另外,提供徑向突起背凸緣90,其通過合適的驅(qū)動(dòng)銷連接以使密封環(huán)59旋轉(zhuǎn)而支撐可旋轉(zhuǎn)密封環(huán)59。外側(cè)套筒端也具有密封槽91 (圖6)。為軸向定位軸桿套筒85,主套筒體86具有外側(cè)端面92,其鄰接抵靠與軸承組件20相關(guān)聯(lián)的相對(duì)端面93,如圖6所示,而外側(cè)套筒端由0型環(huán)或墊圈94密封。在所示實(shí)施例中,端面93由葉輪釋放套圈93A限定,其釋放因葉輪驅(qū)動(dòng)力矩導(dǎo)致的從葉輪到軸桿螺紋的壓縮負(fù)載。參照?qǐng)D5,主套筒體86的內(nèi)側(cè)套筒端具有第一端面96,其鄰接抵靠端套筒體87的相對(duì)端面97,其中,該接頭由0型環(huán)98密封。主套筒體86和端套筒體87被剛性連結(jié)到一起,并由緊固件99引導(dǎo),從而被連結(jié)在一起作為單個(gè)單元,以形成軸桿套筒85并保持這些被連結(jié)的部件同心,以使軸桿到套筒的間隙最小化。端套筒體87的ID形成上述ID 88的延伸,從而在套筒安裝期間允許軸桿套筒85沿軸桿OD 89軸向滑動(dòng)以便獲得緊密配合。優(yōu)選地,套筒ID 88和軸桿OD 89的相對(duì)表面優(yōu)選地提供有油脂以有助安裝并避免這些表面在軸桿旋轉(zhuǎn)期間卡滯,在將葉輪48安裝到軸桿28時(shí)會(huì)發(fā)生這種卡滯。為在軸桿套筒85上支撐濕端密封環(huán)57,端套筒體87 (圖5)具有大致L形剖面,以限定朝外徑向突起的內(nèi)側(cè)背凸緣101,并支撐內(nèi)側(cè)密封環(huán)57,從而通過驅(qū)動(dòng)銷連接而驅(qū)動(dòng)該密封環(huán)57。在這里示出的設(shè)計(jì)中,軸桿套筒85支撐兩個(gè)密封環(huán)57和59以限定雙密封結(jié)構(gòu)。但是,軸桿套筒85也可通過消除密封環(huán)中的一個(gè)而形成為單密封結(jié)構(gòu),例如通過消除背凸緣90和密封環(huán)59,使得剩下的密封環(huán)57在單密封結(jié)構(gòu)中起作用。對(duì)于雙密封外側(cè)密封選擇和葉輪調(diào)整,這最大程度利用了泵密封空腔內(nèi)的軸向空間。因而本發(fā)明的密封設(shè)計(jì)能用相同的適應(yīng)性硬件,通過簡(jiǎn)單地改變套筒85和壓蓋52的部件而經(jīng)濟(jì)地兼容單密封設(shè)計(jì)。備選的套筒構(gòu)造在以下討論的圖7和8示出,其使得同一軸桿套筒85-1可修改以用于圖7和8的雙密封結(jié)構(gòu)或去除所選軸桿套筒部件的單密封結(jié)構(gòu)兩者。為了軸向定位和限制軸桿套筒85,端套筒體87還包括內(nèi)側(cè)端面102,其鄰接抵靠相對(duì)的葉輪轂面49A。在該接頭處由轂墊圈103生成第二密封,轂墊圈103優(yōu)選地形成為在相對(duì)面102和49A之間受到壓縮的O型環(huán)。一旦葉輪48被螺紋接合到軸桿28,軸桿套筒85在葉輪端面49A和與釋放套圈/軸承相關(guān)聯(lián)的端面93之間軸向受壓。在相對(duì)表面88和89處的套筒/軸桿界面由所述墊圈103 (圖5)和94 (圖6)相對(duì)于工藝流體和污染物密封。因此在該套筒/軸桿界面處消除了卡滯,不然因?yàn)槿~輪安裝、移除和間隙調(diào)整期間所需的軸桿旋轉(zhuǎn)而可能發(fā)生卡滯。本發(fā)明的軸桿套筒85在軸向面對(duì)端由這些墊圈103和94密封,這由此將軸桿配合與料漿隔離開,并允許在表面88和89之間使用豐富的油脂以便于安裝和移除。由于墊圈103和94起到密封軸桿套筒85的相對(duì)端的作用,在改進(jìn)的密封組件50中有助于密封移除,從而在工藝流體側(cè)以及在大氣側(cè)消除相對(duì)的套筒和軸桿表面88和89之間的密實(shí)料漿因正常和故障泄露而轉(zhuǎn)移。由于軸桿套筒85通過葉輪48與軸承組件20之間的限制而被固定到軸桿28,本發(fā)明的設(shè)計(jì)不需要接合泵軸的密封套筒鎖定或夾持套圈,這種鎖定或夾持套圈因灰塵、油脂和套筒之間的卡滯而有問題,其中,鎖定套圈會(huì)在操作期間滑動(dòng)或者因?yàn)閵A持套圈無法潤滑而在密封安裝期間卡滯。另外,靜水壓試驗(yàn)壓力通常受到鎖定套圈夾持力限制,但在本發(fā)明的盒式密封50中避免這種限制,在這里,葉輪48既在軸向上將軸桿套筒85固定在固定位置,同時(shí)還防止軸桿套筒85在運(yùn)轉(zhuǎn)期間相對(duì)于軸桿28旋轉(zhuǎn)。由于軸桿套筒85軸向固定在軸桿28上,套筒85必須隨軸承組件20、軸桿28和葉輪48軸向移動(dòng),使得密封環(huán)57和59相對(duì)于這些可移動(dòng)部件的軸向位置不被改變。因此,周期性的葉輪調(diào)整不影響密封設(shè)定。另外如圖5可見,通過提供由緊固件106緊固到套筒端面102的臨時(shí)設(shè)置板或保持器105,壓蓋52也相對(duì)于軸桿套筒85徑向地固定。設(shè)置板105具有分別與端套筒體87的外角109和壓蓋52的內(nèi)角110協(xié)作的內(nèi)肩和外肩107和108,以將壓蓋52徑向地定位在相對(duì)于軸桿套筒85的固定徑向位置上。這在安裝期間保證了這些部件的相對(duì)徑向位置,其中,設(shè)置板105在安裝期間安裝到盒式密封50直到適配器環(huán)70被牢固地用上述螺栓74固定到位。這確保適配器環(huán)70和壓蓋52相對(duì)于軸桿套筒85和套筒85所安裝的軸桿28徑向?qū)?zhǔn)。在安裝葉輪48之前,移除設(shè)置板105和螺栓106,然后將葉輪48螺紋旋到軸桿28上以將盒式密封組件50軸向安置和固定到位。接著如對(duì)壓蓋52,壓蓋52優(yōu)選地由三個(gè)環(huán)狀或柱狀壓蓋部111、112和113形成,在密封環(huán)56、57、58和59,軸桿套筒85和壓蓋52組裝期間,這些壓蓋部111、112和113軸向堆疊在一起。這些壓蓋部111、112和113由多個(gè)角度上隔開、軸向延伸的緊固件115軸
向連結(jié)在一起。外側(cè)壓蓋部111在圖6中示出,并具有緊靠設(shè)置槽91的緊密圍繞主套筒體86的設(shè)置套圈116,還具有外壓蓋壁117,其與軸桿套筒85徑向隔開以在其間接收和容納密封環(huán)
58。設(shè)置套圈116和壓蓋壁117之間的接合處不可旋轉(zhuǎn)地支撐背環(huán)118,同時(shí)允許背環(huán)118彈簧偏壓地軸向移動(dòng)。背環(huán)118接下來支撐密封環(huán)58,其被軸向偏壓成與可旋轉(zhuǎn)密封環(huán)59密封接觸,使得這些密封環(huán)58和59的相對(duì)密封表可相對(duì)旋轉(zhuǎn)以在其間限定密封區(qū)域。這對(duì)于雙密封來說是優(yōu)選配置,但在單密封結(jié)構(gòu)中可去除密封環(huán)58和背環(huán)118。為了徑向和軸向定位壓蓋52,外側(cè)壓蓋部111包括多個(gè)設(shè)置板120,其在周向上間隔開并具有延伸到軸桿套筒85的設(shè)置槽91內(nèi)的徑向腿。徑向腿被軸向螺紋121擰到壓蓋部111的設(shè)置套圈116,同時(shí)軸向腿被徑向螺紋122擰到設(shè)置套圈116,使得軸向螺紋121和徑向螺紋122將外側(cè)壓蓋部111相對(duì)于軸桿套筒85分別軸向和徑向定位。但是,設(shè)置槽91相對(duì)于插入其內(nèi)的設(shè)置板腿的厚度來說軸向超尺寸,使得安裝期間當(dāng)壓蓋52連接到軸承組件20時(shí)能進(jìn)行軸向壓蓋位置的某些調(diào)整。為將壓蓋部111固定到軸承殼體27,提供由角度上隔開的緊固件126緊固到壓蓋部111的環(huán)形夾持環(huán)125 (圖3)。夾持環(huán)125朝壓蓋部111外徑向突起,并包括與長形間隔器128接合的尺寸過大的通孔127。間隔器128具有主體129以及第一螺紋端130,主體129具有六邊形輪廓,尺度類似于螺栓頭以允許由工具旋轉(zhuǎn),第一螺紋端130旋入上述預(yù)先存在的殼體孔33之一中。通過將已有的緊固件從軸承組件20內(nèi)的其各自孔33移除并用間隔器128代替,這針對(duì)每個(gè)間隔器128而實(shí)現(xiàn)。間隔器128還因?yàn)橹黧w129的形狀而執(zhí)行緊固件32的螺栓連接功能,同時(shí)還起到用于將壓蓋52連結(jié)到軸承殼體27的長形連接器的作用。間隔器128具有寬松地延伸通過通孔127的自由第二端131,還具有在其上接收螺母133的螺紋端部132,使得夾持環(huán)125可被牢固地壓在螺母133和主間隔器體129之間。因此,間隔器128和相關(guān)聯(lián)的螺母133固定這種夾持環(huán)125相對(duì)于軸承組件20的軸向和徑向位置,并在葉輪調(diào)整期間使互聯(lián)的壓蓋52隨軸承組件20 —起移動(dòng)。由于通孔127是過尺寸的且基本上未被引導(dǎo),壓蓋52的徑向位置仍由設(shè)置套圈120相對(duì)于軸桿套筒85對(duì)準(zhǔn)。一旦螺母133被擰緊,則壓蓋52隨軸桿28和軸承組件20移動(dòng)。該夾持環(huán)125則可在維修期間保持定位。優(yōu)選地,機(jī)械密封50的雙密封結(jié)構(gòu)包括在限定于密封環(huán)對(duì)54和55之間的腔內(nèi)的所需壓力下的屏障流體,其中,密封50被設(shè)計(jì)成在失去屏障壓力的情況下處理580 psi的滿工藝壓力。在這方面,方案54&32屏障管線永久安裝到用于將壓蓋52和軸承殼體27安裝在一起的固定不動(dòng)的夾持環(huán)125。為連接該管線,夾持環(huán)125密封了出口端口 134A和135A(圖6),所述出口端口 134A和135A徑向延伸然后軸向延伸,并與在壓蓋52內(nèi)鏜出的軸向和徑向出口通路136A和137A連通,以將供應(yīng)到密封環(huán)的屏障流體排出。圖3示出夾持環(huán)入口端口 134B和135B和壓蓋入口通路136B和137B,其將屏障流體供應(yīng)到密封腔。對(duì)于密封安裝和更換來說不必移除該管線。接著,壓蓋52具有夾在端壓蓋部111和113之間的中壓蓋部112,其中,中壓蓋部112由形成在各自壓蓋部111和113內(nèi)的定位凸緣IllA和113A徑向定位。中和內(nèi)側(cè)壓蓋部112和113接下來支撐背環(huán)140(圖5),其不可旋轉(zhuǎn)地支撐密封環(huán)56。如圖3可見,背環(huán)140和密封環(huán)56被彈簧偏壓以軸向移動(dòng),使得密封環(huán)56密封地接觸相對(duì)的密封環(huán)57。以這種方式,密封環(huán)56和58不可旋轉(zhuǎn)地支撐在壓蓋52上,而相對(duì)的密封環(huán)57和59隨軸桿28 —起旋轉(zhuǎn)。但是,所有這些密封環(huán)56-59在葉輪調(diào)整期間與其它密封部件一起軸向移動(dòng)。固定不動(dòng)的密封部件剛性安裝到軸承殼體27,因而校正這些部件的軸向狀態(tài),并消除安裝者的隨意性。密封設(shè)定不受因殼壓力膨脹或管線應(yīng)變而造成的泵殼移動(dòng)的影響,這在大型料漿泵中會(huì)成為問題。軸向、角度及某種程度的同心移動(dòng)通過密封適配器墊圈75適應(yīng),并且不影響旋轉(zhuǎn)的密封部件與固定不動(dòng)的壓蓋部件的對(duì)準(zhǔn)。為在壓蓋外徑76與靜態(tài)墊圈75之間實(shí)現(xiàn)第二密封,外徑76由光滑的圓柱形壓蓋表面143限定,其沿內(nèi)側(cè)壓蓋部113的軸向長度延伸,使得靜態(tài)墊圈75可沿軸向壓蓋長度光滑移動(dòng)。軸向壓蓋長度提供重要的軸向葉輪調(diào)整量。該壓蓋表面143如圖5所見向左延伸,其中,壓蓋部113在漸縮的屏板或壓蓋延伸144處終止。屏板144延伸經(jīng)過密封環(huán)56和57,并限定上述內(nèi)角108,該內(nèi)角108接合設(shè)置板105以徑向定位屏板144和徑向朝軸桿套筒85外的壓蓋部113。漸縮的屏板144的內(nèi)部由漸縮屏板面145限定,其從位于密封環(huán)56和57外側(cè)的第一邊緣開始徑向朝外漸縮并在內(nèi)角108處結(jié)束。因此,由密封環(huán)56和57限定的主密封面由漸縮的屏板或壓蓋延伸144遮蔽免受大料漿顆粒沖擊。屏板144隨密封環(huán)56和57和可移動(dòng)壓蓋52移動(dòng)并相對(duì)于密封環(huán)56和57在整個(gè)2.5英寸軸向葉輪調(diào)整范圍內(nèi)保持軸向位置,如圖2-4所示,因此,密封空腔幾何形狀保持在葉輪轂48、包括密封環(huán)56和57及軸桿套筒85的密封旋轉(zhuǎn)組件和暴露于工藝料漿的漸縮的壓蓋延伸144之間,其中,密封空腔幾何形狀在整個(gè)2.5英寸軸向軸位置中保持。這種恒定的幾何形狀控制金屬部件的侵蝕。相反,對(duì)于常規(guī)的盒式設(shè)計(jì),如果軸桿軸向移動(dòng),則密封環(huán)保持固定不動(dòng),使得2.5英寸的軸向軸移動(dòng)會(huì)增加密封環(huán)與葉輪之間的縫隙,形成高侵蝕渦流,并將密封面和泵軸桿暴露于較大料漿顆粒的沖擊與侵蝕。作為另一優(yōu)勢(shì),改善的密封設(shè)計(jì)有助于在葉輪更換期間完全替換(修理)與密封環(huán)56和57相關(guān)聯(lián)的高磨損主要密封部件,而不需要從泵12移除整個(gè)密封50或干擾密封調(diào)整,因此有助于經(jīng)濟(jì)的預(yù)防性維護(hù)。在這方面,通過每次旋轉(zhuǎn)時(shí)將料漿擦到密封面OD內(nèi),TIR中通常小于0.1英寸的軌道軸桿移動(dòng)可能在外徑密封界面處導(dǎo)致高的主密封面磨損,其中,這種磨損部件可在泵拆卸和維護(hù)期間通過濕端被更換。這種磨損部件的更新不會(huì)要求移除大多數(shù)密封部件,其中,在移除葉輪48時(shí),密封環(huán)56和57及背環(huán)140及其相關(guān)聯(lián)的零件,例如驅(qū)動(dòng)銷、彈簧和0型環(huán)可簡(jiǎn)單地通過移除端套筒體87而容易地更換。通過容易地更新磨損的部件,將能夠通過從緊急系統(tǒng)停機(jī)中消除通常導(dǎo)致泵系統(tǒng)水錘和其它裝備損壞的災(zāi)難性密封失效,而使得泵和系統(tǒng)操作因數(shù)增加。另外,與料漿泵上的常規(guī)的機(jī)械密封相對(duì)時(shí),本發(fā)明的密封設(shè)計(jì)需要較少的消費(fèi)者/用戶知識(shí)和技能以將機(jī)械密封50安裝在軸桿28上。后續(xù)的葉輪調(diào)整不影響密封設(shè)定或密封面磨損痕跡對(duì)準(zhǔn)。為有助于安裝和移除盒式密封組件50,在起重梁上優(yōu)選地提供安裝工具,其將包括重量居中的起重凸耳并包括到泵軸桿端的螺栓連接附件?;谇笆鰞?nèi)容,會(huì)理解,通過將適配器環(huán)70安裝到泵殼14并提供具有靜態(tài)墊圈75的適配器環(huán)70,所述靜態(tài)墊圈密封接觸可移動(dòng)壓蓋52,本發(fā)明的盒式密封50為大型高壓泵12提供改進(jìn)的性能。適配器環(huán)70優(yōu)選地在壓蓋52上引導(dǎo)或與壓蓋52對(duì)準(zhǔn),并且不被引導(dǎo)到泵界面,這允許適配器環(huán)70和相關(guān)聯(lián)的密封適配器51在被引導(dǎo)到壓蓋52時(shí)安裝到泵殼14,這由此適應(yīng)在這些泵上常見的大的同心泵失準(zhǔn)。通過將墊圈75壓縮成與可移動(dòng)壓蓋52的增強(qiáng)的密封接觸,靜態(tài)墊圈75在可移動(dòng)密封壓蓋52與適配器環(huán)70之間提供靜態(tài)密封。葉輪調(diào)整期間軸桿28的軸向移動(dòng)經(jīng)由靜態(tài)墊圈52而適應(yīng)。優(yōu)選地,例如在維修期間,適配器環(huán)70和端板73保持安裝到泵殼14,而夾持環(huán)125保持安裝到軸承組件20。因此,任何屏障流體管線可保持連接。但是,壓蓋52、軸桿套筒85及其相關(guān)聯(lián)的部件例如密封環(huán)連接在一起成為盒式組件,并可作為組裝好的單元安裝或移除,優(yōu)選地從濕端安裝和移除。
常規(guī)的盒式機(jī)械密封不能實(shí)用地、穩(wěn)定地或真實(shí)地滿足大型高壓料漿泵的要求。但是改進(jìn)的機(jī)械密封50適應(yīng)在這些大型高壓料漿泵上通常會(huì)經(jīng)歷的挑戰(zhàn)性的環(huán)境,并提供與安裝、移除、預(yù)防性維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)更換主要密封和操作有關(guān)的其它優(yōu)點(diǎn),如以下更詳細(xì)的說明。在圖7和8的修改設(shè)計(jì)中,軸桿套筒85支撐兩個(gè)密封環(huán),如密封環(huán)57和59,以限定雙密封結(jié)構(gòu)。圖7和8參照外側(cè)密封環(huán)如密封環(huán)59-1,因其具有某種程度上修改的形狀。但是,密封環(huán)59和59-1的整體結(jié)構(gòu)和功能是相同的,且與軸桿套筒85-1的修改結(jié)構(gòu)較少關(guān)聯(lián)。如前所述,上述軸桿套筒85可通過消除密封環(huán)中的一個(gè)而形成單密封結(jié)構(gòu),例如通過消除背凸緣90和密封環(huán)59,使得剩余的密封環(huán)57在單密封結(jié)構(gòu)中起作用。但是,修改的軸桿套筒85-1將背凸緣90-1形成為可分離部件,其可從軸桿套筒體150移除。軸桿套筒體150基本上是軸桿套筒85的圓柱部分,背凸緣90-1可移除地連接到該部分。如果安裝了背凸緣90-1,其支撐鄰近于密封環(huán)58-1的密封環(huán)59-1,以限定雙密封結(jié)構(gòu)。如果去除背凸緣90-1,密封環(huán)59-1和58-1也被移除,使得在單密封結(jié)構(gòu)中只保留內(nèi)側(cè)密封環(huán)56和57。在一個(gè)可能的設(shè)計(jì)中,背凸緣90-1可形成為多個(gè)零件,包括內(nèi)環(huán)151和外凸緣部152,其由連接器,例如安裝螺絲153可移除地安裝到套筒體150。為將該密封組件定位在套筒體150上,套筒體150的外圓柱表面優(yōu)選地包括空心定位凹部154,其徑向朝外開放并接收安裝螺絲153的內(nèi)端。以這種方式,密封環(huán)59-1被安裝以在軸上旋轉(zhuǎn)。通過松開安裝螺絲153,可與密封環(huán)59-1、58-1和相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)銷15和0型環(huán)156一起從軸桿套筒體150移除后凸緣59-1。這使內(nèi)外側(cè)腔157沒有密封環(huán)58-1和59_1從而限定單密封結(jié)構(gòu)。對(duì)于雙密封外側(cè)密封選擇和葉輪調(diào)整來說這最大程度利用了泵密封空腔內(nèi)的軸向空間。通過簡(jiǎn)單地改變套筒85-1,從而增加或移除由密封環(huán)58-1和59-1限定的外側(cè)容器密封所用的部件,本發(fā)明的密封設(shè)計(jì)因而能利用相同的適應(yīng)性硬件經(jīng)濟(jì)地兼容單密封設(shè)計(jì)。盡管為解釋的目的已公開了本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí)施例,應(yīng)認(rèn)識(shí)到所公開裝置的變型或修改,包括零件的重新布置,也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于具有軸桿的泵的盒式密封,所述軸桿圍繞軸桿軸線旋轉(zhuǎn)并由軸承組件支撐,所述軸承組件能夠隨所述軸桿軸向移動(dòng)以便調(diào)整葉輪位置,所述盒式密封包括: 軸向延伸以限定內(nèi)側(cè)與外側(cè)套筒端的軸桿套筒,所述內(nèi)側(cè)與外側(cè)套筒端分別限定軸向面對(duì)的相對(duì)的第一與第二端面,所述軸桿套筒具有徑向向內(nèi)面對(duì)的內(nèi)套筒表面,用于緊密配合在所述軸桿的外軸桿表面上; 圓柱形的壓蓋,所述壓蓋配合在所述軸桿套筒上并圍繞所述軸桿套筒,并在所述壓蓋與所述軸桿套筒之間限定徑向空間,所述壓蓋具有限定所述徑向空間的相對(duì)端的內(nèi)側(cè)壓蓋端與外側(cè)壓蓋端,其中,所述外側(cè)壓蓋端具有設(shè)置構(gòu)件,所述設(shè)置構(gòu)件能夠接合在所述壓蓋與所述軸桿套筒之間以相對(duì)于所述軸桿套筒徑向與軸向地定位所述壓蓋,使得所述軸桿套筒與所述壓蓋在安裝在所述軸桿上之前能夠連結(jié)在一起,所述壓蓋具有在徑向相對(duì)方向上面對(duì)的外和內(nèi)壓蓋表面,其中,所述內(nèi)壓蓋表面面向所述軸桿套筒以限定所述徑向空間; 限定相對(duì)的密封面的至少一對(duì)相對(duì)的第一和第二密封環(huán),所述第一密封環(huán)在所述徑向空間內(nèi)被支撐在所述軸桿套筒上從而隨所述軸桿套筒及軸桿一起旋轉(zhuǎn),并且所述第二密封環(huán)在所述徑向空間內(nèi)被固定不動(dòng)地支撐在所述壓蓋上,使得所述第一與第二密封環(huán)在軸桿旋轉(zhuǎn)期間能夠相對(duì)地旋轉(zhuǎn);以及 能夠安裝在所述泵上并可移除地安裝在所述壓蓋上的適配器環(huán),其中,所述適配器環(huán)具有環(huán)緊固件以將所述適配器環(huán)固定不動(dòng)地安裝到所述泵,所述適配器圍繞所述外壓蓋表面布置并具有靜態(tài)密封墊圈,所述靜態(tài)密封墊圈布置成與所述外壓蓋表面密封接觸并允許所述外壓蓋表面沿所述靜態(tài)密封墊圈軸向地滑動(dòng),使得所述壓蓋、所述軸桿套筒和所述密封環(huán)能夠隨所述軸桿一起軸向地移動(dòng),同時(shí)在所述滑動(dòng)期間所述外壓蓋表面保持與所述靜態(tài)密封墊圈密封接觸。
2.按權(quán)利要求1所述的盒式密封,其中,所述第一與第二密封環(huán)設(shè)置成緊靠所述內(nèi)側(cè)套筒端與所述內(nèi)側(cè)壓蓋端以便暴露給所述泵的工藝流體,所述軸桿套筒能夠安裝到所述軸桿以便隨其軸向移動(dòng)。
3.按權(quán)利要求2所述的盒式密封,其中,所述軸桿套筒在緊靠所述外側(cè)端處具有能夠與所述設(shè)置構(gòu)件接合的設(shè)置成形部。
4.按權(quán)利要求3所述的盒式密封,其中,所述設(shè)置成形部是槽。
5.按權(quán)利要求1所述的盒式密封,其還包括可移除地安裝到所述軸桿套筒與所述壓蓋的所述內(nèi)側(cè)端的設(shè)置構(gòu)件,所述設(shè)置構(gòu)件在所述內(nèi)壓蓋表面相對(duì)于所述軸桿套筒之間保持固定的徑向間隔。
6.按權(quán)利要求5所述的盒式密封,其中,所述適配器環(huán)相對(duì)于所述環(huán)緊固件是未經(jīng)引導(dǎo)的以在安裝到所述泵時(shí)允許調(diào)整所述適配器環(huán)的徑向位置,所述緊固件在收緊時(shí)固定所述適配器環(huán)的徑向位置并與所述壓蓋相接觸地固定所述壓蓋的徑向位置。
7.按權(quán)利要求6所述的盒式密封,其中,所述設(shè)置構(gòu)件在固定所述適配器環(huán)的徑向位置后是可移除的。
8.按權(quán)利要求1所述的盒式密封,其中,所述壓蓋包括連接器,所述連接器能夠連接到所述軸承組件使得所述壓蓋隨其軸向移動(dòng),所述連接器在收緊之前與所述壓蓋未引導(dǎo)以適應(yīng)由所述軸桿中的變化引起的所述壓蓋的徑向位置中的變化。
9.按權(quán)利要求1所述的盒式密封,其中,所述軸桿套筒包括在所述內(nèi)與外套筒端上的軸桿套筒墊圈以防止在所述軸桿密封與所述軸桿之間的流體泄漏。
10.具有泵殼、在所述泵殼內(nèi)的葉輪、旋轉(zhuǎn)所述葉輪的軸桿以及軸承組件的高容量泵組件中,所述軸承組件可旋轉(zhuǎn)地支撐所述軸桿并能夠軸向移動(dòng)以在葉輪調(diào)整期間移動(dòng)所述軸桿和所述葉輪,所述泵組件包括安裝到所述軸桿的盒式密封用于防止所述泵殼內(nèi)的工藝流體的泄漏,所述盒式密封包括: 軸向延伸以限定內(nèi)側(cè)與外側(cè)套筒端的軸桿套筒,所述內(nèi)側(cè)與外側(cè)套筒端分別限定軸向面對(duì)的相對(duì)的第一與第二端面,所述軸桿套筒具有徑向向內(nèi)面對(duì)的內(nèi)套筒表面,用于緊密配合在所述軸桿的外軸桿表面上,所述軸桿套筒被所述葉輪與所述軸承組件軸向地俘獲從而隨其軸向地移動(dòng); 圓柱形的壓蓋,所述壓蓋配合在所述軸桿套筒上并圍繞所述軸桿套筒,并在所述壓蓋與所述軸桿套筒之間限定徑向空間,所述壓蓋具有限定所述徑向空間的相對(duì)端的內(nèi)側(cè)壓蓋端與外側(cè)壓蓋端,其中,所述外側(cè)壓蓋端具有設(shè)置構(gòu)件,所述設(shè)置構(gòu)件能夠接合在所述壓蓋與所述軸桿套筒之間以相對(duì)于所述軸桿套筒徑向與軸向地定位所述壓蓋,使得所述軸桿套筒與所述壓蓋在安裝在所述軸桿上之前能夠連結(jié)在一起,所述壓蓋具有在徑向相對(duì)方向上面對(duì)的外和內(nèi)壓蓋表面,其中,所述內(nèi)壓蓋表面面向所述軸桿套筒以限定所述徑向空間; 限定相對(duì)的密封面的至少一對(duì)相對(duì)的第一和第二密封環(huán),所述第一密封環(huán)在所述徑向空間內(nèi)被支撐在所述軸桿套筒上從而隨所述軸桿套筒及軸桿一起旋轉(zhuǎn),并且所述第二密封環(huán)在所述徑向空間內(nèi)被固定不動(dòng)地支撐在所述壓蓋上,使得所述第一與第二密封環(huán)在軸桿旋轉(zhuǎn)期間能夠相對(duì)地旋轉(zhuǎn);以及 安裝在所述泵殼上并可移除地安裝在所述壓蓋上的適配器環(huán),其中,所述適配器環(huán)具有環(huán)緊固件以將所述適配器環(huán)固定不動(dòng)地安裝在所述泵殼上,所述適配器圍繞所述外壓蓋表面布置并具有靜態(tài)密封墊圈,所述墊圈布置成與所述外壓蓋表面密封接觸并允許所述外壓蓋表面沿所述靜態(tài)密封墊圈軸向地滑動(dòng),使得所述壓蓋、所述軸桿套筒和所述密封環(huán)能夠隨所述軸桿一起軸向地移動(dòng),同時(shí)在所述滑動(dòng)期間所述外壓蓋表面保持與所述靜態(tài)密封墊圈密封接觸。
11.按權(quán)利要求10所述的泵組件,其還包括可移除地安裝到所述軸桿套筒與所述壓蓋的所述內(nèi)側(cè)端的設(shè)置構(gòu)件,所述設(shè)置構(gòu)件在所述內(nèi)壓蓋表面相對(duì)于所述軸桿套筒之間保持固定的徑向間隔。
12.按權(quán)利要求11所述的泵組件,其中,所述適配器環(huán)相對(duì)于所述環(huán)緊固件是未經(jīng)引導(dǎo)的以在安裝到所述泵殼期間允許調(diào)整所述適配器環(huán)徑向位置,所述緊固件在收緊時(shí)固定所述適配器環(huán)的徑向位置并與所述壓蓋相接觸地固定所述壓蓋的徑向位置。
13.按權(quán)利要求12所述的泵組件,其中,所述設(shè)置構(gòu)件在固定所述適配器環(huán)的徑向位置后是可移除的。
14.按權(quán)利要求10所述的盒式密封,其中,所述壓蓋包括能夠連接到所述軸承組件的連接器使得所述壓蓋隨其軸向地移動(dòng),所述連接器在收緊之前未被引導(dǎo)到所述壓蓋以適應(yīng)由于所述軸桿中的變化而引起的所述壓蓋的徑向位置中的變化。
15.按權(quán)利要求10所述的盒式密封,其中,所述軸桿套筒包括在所述內(nèi)與外套筒端上的軸桿套筒墊圈以當(dāng)在所述葉輪與所述軸承組件之間壓縮時(shí)防止在所述軸桿密封與所述軸桿之間的流體泄漏。
全文摘要
提供一種用于輸水應(yīng)用及其他類似應(yīng)用,例如大型高壓料漿泵(11)的改進(jìn)的機(jī)械密封組件(50)。該機(jī)械密封組件(10)用在具有軸向可調(diào)整軸桿(22)的大規(guī)模泵中,以通過維護(hù)合適的泵性能而適應(yīng)高磨損應(yīng)用。該改進(jìn)的密封是盒式密封,其包括固定不動(dòng)的密封適配器(51),固定不動(dòng)的密封適配器(51)安裝到泵殼(14)并具有靜態(tài)墊圈(62、75),靜態(tài)墊圈(62、75)密封接觸可移動(dòng)壓蓋(52),可移動(dòng)壓蓋(52)不可旋轉(zhuǎn)地支撐機(jī)械密封(54、55)的固定不動(dòng)的密封環(huán)(56、58)。另外的密封環(huán)被可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸桿上,其中,這些可旋轉(zhuǎn)的和不可旋轉(zhuǎn)的密封部件能夠隨軸桿軸向地移動(dòng)以改善高磨損條件下的泵的性能。壓蓋和不可旋轉(zhuǎn)密封環(huán)與軸桿及其密封環(huán)一起被支撐在軸承殼體(27)上并隨軸承殼體(27)移動(dòng)。
文檔編號(hào)F16J15/34GK103097781SQ201180030487
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者J.A.蒙諾特 申請(qǐng)人:芙羅服務(wù)管理公司