用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，主要目的是向該機(jī)械密封件提供更大可靠性和更長使用壽命的條件，特別是當(dāng)用于旋轉(zhuǎn)泵送裝置時(shí)，該旋轉(zhuǎn)泵送裝置在低于420℃的溫度下操作，它的壓力小于3.3MPa，是容易根據(jù)密封件的尺寸、要泵送的產(chǎn)品和它的轉(zhuǎn)速而變化的壓力。該系統(tǒng)包括在機(jī)械密封件的本體中的內(nèi)部回路的實(shí)施方式，冷卻流體將通過該內(nèi)部回路而循環(huán)，優(yōu)選是在穩(wěn)定壓力下的惰性氣體，該惰性氣體將冷卻關(guān)鍵區(qū)域，因此防止在這些點(diǎn)中的溫度超過180℃。該系統(tǒng)還能夠用于現(xiàn)有的密封件，只要已知工作條件。該冷卻系統(tǒng)用于密封件，以便密封化學(xué)或石化產(chǎn)品，例如泵送原油及其衍生物。
【專利說明】用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，主要目的是向該機(jī)械密封件提供更大可靠性和更長使用壽命的條件，特別是當(dāng)用于旋轉(zhuǎn)泵送裝置時(shí)，該旋轉(zhuǎn)泵送裝置在低于420°C的溫度下操作，優(yōu)選是在200°C和420°C之間，且它的壓力小于3.3MPa，優(yōu)選是在1.2MPa和3.3MPa之間(根據(jù)機(jī)械密封件的直徑)。

【背景技術(shù)】
[0002]這些年來，用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備(主要與離心泵相關(guān)聯(lián)，該離心泵使得化學(xué)或石化產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)，例如在高溫和高壓下泵送原油及其衍生物)的密封系統(tǒng)是多種研究的主題，以便提高它的效率，因此，應(yīng)用它們的泵送設(shè)備有更好的生產(chǎn)性，以避免由于泄露和非生產(chǎn)性設(shè)備的無效而引起的停機(jī)和維護(hù)服務(wù)以及嚴(yán)重環(huán)境問題，這有很高成本。
[0003]當(dāng)設(shè)備在低于250°C的溫度下操作時(shí)，高壓問題已經(jīng)通過液壓補(bǔ)償技術(shù)和合適的總體尺寸以及相容材料來解決。
[0004]具有最高解決難度的技術(shù)問題是當(dāng)設(shè)備在超過1.6MPa的壓力和高于250°C的溫度下通過容易硬化和焦化的粘性產(chǎn)品進(jìn)行操作時(shí)，由于任何原因，都要停止和進(jìn)行產(chǎn)品的相應(yīng)冷卻。
[0005]一些制造商發(fā)展了一種密封系統(tǒng)-機(jī)械密封件，稱為波紋管，該密封系統(tǒng)在高于250°C的溫度下具有合適水平的效率，但是當(dāng)設(shè)備在超過1.6MPa的壓力下操作時(shí)并不足以防止這些波紋管在非常短的時(shí)間內(nèi)被破壞。這些破壞將不可避免地引起要泵送產(chǎn)品的溢出，這除了經(jīng)濟(jì)損失還將有嚴(yán)重的環(huán)境問題。
[0006]機(jī)械密封件主要由具有小面的靜止環(huán)來制造，該靜止環(huán)由同樣有小面的另一環(huán)來按壓，該另一環(huán)旋轉(zhuǎn)，具有作為壓力輔助裝置的一個(gè)或多個(gè)彈簧，該彈簧推壓這些面(靜止面和旋轉(zhuǎn)面)，以便不會(huì)相互偏離，我們稱它為主密封件。該密封件必須由指定的輔助密封件來配合輔助，該輔助密封件可以由聚合物材料來制造，優(yōu)選是動(dòng)態(tài)或靜態(tài)彈性體，沒有它們將不能實(shí)現(xiàn)密封。在非連續(xù)工作時(shí)，這些輔助密封件的耐溫限制(根據(jù)它們的固有特征)直到最大250°C，從而是機(jī)械密封件的限制因素。
[0007]在它的軸向運(yùn)動(dòng)中(該軸向運(yùn)動(dòng)是用于密封的面的所需運(yùn)動(dòng))，旋轉(zhuǎn)或靜止環(huán)將必須在軸向滑動(dòng)區(qū)域(也稱為補(bǔ)償直徑)中有O形環(huán)密封件，該O形環(huán)密封件能夠由聚合物材料制造，優(yōu)選是彈性體，如上所述，該彈性體具有有限的耐溫性。集成有這些環(huán)的泵在可能達(dá)到370°C和400°C之間的溫度下工作，從而不允許使用彈性體類型的材料。
[0008]波紋管排除了使用聚合物材料作為輔助密封件，并使用支持更高溫度的石墨來代替它，但是它們只能夠用作靜止接頭，且它們也代替應(yīng)用的一個(gè)或多個(gè)彈簧。不過，它的脆弱結(jié)構(gòu)不能承受高于1.5MPa的壓力，該壓力將非常快地引起材料的疲勞和因此破壞。這種機(jī)械密封件稱為波紋管密封件。
[0009]另一缺陷是波紋管與要泵送的產(chǎn)品接觸，且當(dāng)該產(chǎn)品冷卻時(shí)，它在波紋管的空隙中硬化和結(jié)殼，從而使它產(chǎn)生剛性體，不能通過搖擺現(xiàn)象而進(jìn)行它的軸向運(yùn)動(dòng)操作，這引起它們的“破壞”，因此產(chǎn)品逸出至外部。與另一靜止剛性體接觸的旋轉(zhuǎn)剛性體通過摩擦而形成在接觸面之間的溫度升高，從而產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象，這可能導(dǎo)致它的粘接(通常稱為咬合)和它的破裂。
[0010]同樣，壓力增加至高于1.5MPa將使得波紋管快速破壞和產(chǎn)品的相應(yīng)泄露-波紋管由鋼制造，具有非常薄的葉片，它不支持高于1.5MPa的壓力。它的設(shè)計(jì)專用于直到最大
1.5MPa的壓力并在非常低侵蝕性的條件下，且即使這樣也有材料的過早疲勞。
[0011]因此，本發(fā)明涉及具有內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的機(jī)械密封件的發(fā)展形式，該機(jī)械密封件的設(shè)計(jì)特征促使泵送設(shè)備的功能性大大提高，例如:
[0012]消除波紋管系統(tǒng)；
[0013]應(yīng)用金屬合金彈簧，該金屬合金彈簧完全與要泵送的產(chǎn)品隔離，因此保證它的可操作性；
[0014]使用由聚合物材料制造的輔助密封件，優(yōu)選是彈性體，它將考慮參數(shù)(例如由泵達(dá)到的溫度和要泵送的產(chǎn)品)來選擇；
[0015]能夠使用石墨密封件，該石墨密封件將用于靜止位置和最容易受到溫度的區(qū)域，例如主機(jī)械密封件的旋轉(zhuǎn)部分-產(chǎn)品側(cè)-旋轉(zhuǎn)密封側(cè)；
[0016]允許在密封-軸/套筒中使用彈性體墊圈。
[0017]上述總體特征受到機(jī)械密封件能夠在可以達(dá)到3.3MPa的壓力和直到420°C的溫度下操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的是介紹一種用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，它包括:
[0019]在機(jī)械密封件的本體內(nèi)的內(nèi)部回路，該內(nèi)部回路包括連接部分，該連接部分實(shí)現(xiàn)于密封件的更大直徑中，具有在2.5和6.0mm之間的直徑,該連接部分將與在先實(shí)施于本體內(nèi)部的腔室連接，還包括在它的周邊中的區(qū)域，輔助密封件將施加于該區(qū)域中，且冷卻流體將在該區(qū)域中循環(huán)；
[0020]冷卻流體的至少一個(gè)進(jìn)口點(diǎn)；
[0021 ] 冷卻流體的至少一個(gè)出口點(diǎn)；
[0022]至少兩個(gè)保護(hù)擦拭器環(huán)。
[0023]在優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)有在0.7MPa的穩(wěn)定壓力下引入機(jī)械密封件中的冷卻流體。
[0024]在還一優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)有冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)，該進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)與相應(yīng)供給網(wǎng)絡(luò)連接的部分。
[0025]在優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)有具有相同直徑的、冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)。
[0026]在還一優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)有冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)，該進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)的直徑彼此不同，并在2.0和4.0mm之間。
[0027]在優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)有在冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)之間的分離器。
[0028]在還一優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)有用于靜止環(huán)和蓋密封件的區(qū)域的、在2.5和6.0mm之間的直徑。
[0029]在優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)有保護(hù)擦拭器環(huán)，該保護(hù)擦拭器環(huán)施加在靜止部件上，緊鄰要泵送的產(chǎn)品和套筒/軸接頭。
[0030]在還一優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)具有噴灑類型系統(tǒng)，其中，冷卻流體通過霧化而從軸至套筒發(fā)射至輔助密封件的區(qū)域。
[0031]在優(yōu)選實(shí)施例中，用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)能夠無補(bǔ)償、簡單補(bǔ)償、雙倍背靠背和雙倍串聯(lián)地用于簡單的機(jī)械密封件。
[0032]本發(fā)明的還一目的是提出用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)使用在離心泵上，該離心泵使得化學(xué)或石化產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)。
[0033]發(fā)明的總體說明
[0034]用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展的目標(biāo)主要是促使它達(dá)到用于更大可靠性和更長使用壽命周期的狀態(tài)，特別是當(dāng)用于旋轉(zhuǎn)泵設(shè)備時(shí)，該旋轉(zhuǎn)泵設(shè)備在低于420°C的溫度下(優(yōu)選是在200°C和420°C之間)和小于3.3MPa的壓力下(優(yōu)選是在1.2MPa和3.3MPa之間)操作(根據(jù)機(jī)械密封件的尺寸)。
[0035]當(dāng)用于這種設(shè)備和在上述條件下時(shí)，波紋管密封件是只能解決溫度問題的密封件，但不能解決壓力問題，該壓力通常為大約1.8至2.0MPa，這導(dǎo)致它們的使用壽命大大降低，并因此導(dǎo)致密封故障，這可能很嚴(yán)重。
[0036]內(nèi)部冷卻系統(tǒng)將產(chǎn)生用于應(yīng)用具有更堅(jiān)固特征(當(dāng)與波紋管密封件相比時(shí))的密封件的條件，因此它們能夠在直到3.3MPa的壓力下操作(根據(jù)機(jī)械密封件的尺寸以及低于420°C的溫度，優(yōu)選是在200°C和420°C之間。
[0037]為了實(shí)現(xiàn)該目的，必須使得某些關(guān)鍵的溫度區(qū)域(例如施加輔助密封件的區(qū)域)的溫度降低至可使用普通輔助密封件(即聚合物材料，優(yōu)選是彈性體)的水平。
[0038]本發(fā)明范圍的實(shí)際和非限定實(shí)例是這種機(jī)械密封件用于離心泵中，該離心泵在250°C下操作，從而被迫需要使得確定區(qū)域的溫度降低至低于180°C的值。
[0039]為了降低機(jī)械密封件的操作溫度，系統(tǒng)必須精心設(shè)計(jì)，包括內(nèi)部回路實(shí)施于機(jī)械密封件的本體中，冷卻流體將通過該內(nèi)部回路循環(huán)，優(yōu)選是惰性氣體，或者甚至更優(yōu)選是壓縮空氣或液氮，在0.7MPa的穩(wěn)定壓力下，該冷卻流體將冷卻關(guān)鍵區(qū)域，從而防止在這些點(diǎn)中的溫度超過180°C。該系統(tǒng)還能夠用于已經(jīng)存在的金屬密封件，只要工作條件已知。
[0040]內(nèi)部回路包括連接部分，該連接部分實(shí)現(xiàn)于密封件本體的更大直徑中，且連續(xù)實(shí)現(xiàn)有直徑在2.5和6.0mm之間的孔，該孔將與在先實(shí)施于本體內(nèi)部的腔室連接，且它包括在其周邊中的區(qū)域，輔助密封件將施加于該區(qū)域中，所述密封件防止與在密封箱中的操作溫度相關(guān)。實(shí)際上，這是將需要控制溫度的最關(guān)鍵區(qū)域。
[0041]通過該回路和與要泵送的產(chǎn)品完全隔離的冷卻流體有通向外部的至少一個(gè)出口，該出口布置成非?？拷M(jìn)口，該進(jìn)口也能夠是多個(gè)。冷卻系統(tǒng)的這些進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)與冷卻流體的主供給源連接。進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)有相同尺寸。在一些優(yōu)選實(shí)例中，能夠使得出口直徑在2.0至4.0mm之間,或者優(yōu)選是2.0mm,以便增加冷卻流體的抽取速度。
[0042]假定冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)稍微接近，分離器也能夠施加在腔室中，由機(jī)械加工板來制造，因此避免在離開流體和進(jìn)入流體之間傳遞熱量。
[0043]由于導(dǎo)熱而在泵內(nèi)部產(chǎn)生的溫度通過軸和套筒而傳遞給密封件，該軸和套筒與產(chǎn)品直接接觸，且在套筒的出口處布置在密封件的后部，還考慮在該點(diǎn)處也需要施加輔助密封件。
[0044]從進(jìn)入的冷卻流體的主回路引出有:孔，該孔有在2.5和6.0mm之間的直徑；以及腔室，該腔室的冷卻流體穿過腔室循環(huán)，冷卻所有這樣的區(qū)域-靜止環(huán)密封件和蓋密封件。
[0045]還可以預(yù)期，應(yīng)用至少兩個(gè)保護(hù)擦拭器環(huán)來避免產(chǎn)品通過進(jìn)入關(guān)鍵密封件-產(chǎn)品的靜止側(cè)和在相同側(cè)的套筒接頭/軸。
[0046]在最后的封閉蓋的內(nèi)周邊中，產(chǎn)生了噴灑類型系統(tǒng)，其中，冷卻流體通過霧化而從軸至套筒發(fā)射至輔助密封件區(qū)域。當(dāng)蓋靜止和軸/套筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，冷卻在其周邊中恒定。
[0047]該系統(tǒng)能夠用于任意類型的已知機(jī)械密封件，簡單的無補(bǔ)償、簡單補(bǔ)償、雙倍背靠背和雙倍串聯(lián)。不過，它的應(yīng)用取決于存在用于它們插入的物理空間。
[0048]在雙重密封件中，例如如圖2中所示，密封件A稱為主密封件，因?yàn)樗桥c要泵送的產(chǎn)品直接接觸的密封件，而密封件B稱為密封填料或泄露警告密封件。在密封件A上，接頭(2)不能是石墨，因?yàn)樗鼘⒈仨毭芊夂屯瑫r(shí)方便軸向移動(dòng)，主要是靜止環(huán)(I)。這種接頭密封(動(dòng)態(tài)接頭)必須非常地壓縮，這防止環(huán)移動(dòng)，關(guān)鍵點(diǎn)是，只有通過使用彈性體接頭，密封/軸向運(yùn)動(dòng)才能夠組合。
[0049]因?yàn)楝F(xiàn)有的彈性體并不支持高于180°C的溫度，因此需要改進(jìn)或發(fā)展能夠使用彈性體的系統(tǒng)。
[0050]在測試發(fā)展階段，優(yōu)選實(shí)施例精心設(shè)計(jì)成這樣，其中，機(jī)械密封件受到360°C的溫度，但是這些關(guān)鍵區(qū)域并不超過95°C。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]為了更容易理解本發(fā)明而附加了附圖，附圖表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不過該優(yōu)選實(shí)施例將并不是限制本發(fā)明的目的。
[0052]圖1是具有冷卻系統(tǒng)的機(jī)械密封件的剖視圖。
[0053]圖2是串聯(lián)的雙重盒密封件，其中，能夠看見多個(gè)靜止彈簧的存在，與要泵送的產(chǎn)品隔離，并有離心旋轉(zhuǎn)環(huán)。
[0054]圖3是具有冷卻系統(tǒng)的機(jī)械密封件的視圖，詳細(xì)表示了關(guān)鍵區(qū)域，其中，冷卻系統(tǒng)將表不有用的。
[0055]下面的權(quán)利要求是本發(fā)明的附加優(yōu)選實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，包括: 在機(jī)械密封件的本體內(nèi)的內(nèi)部回路，該內(nèi)部回路包括連接部分，該連接部分實(shí)現(xiàn)于密封件的更大直徑中，具有在2.5和6.0mm之間的直徑，該連接部分將與在先實(shí)施于本體內(nèi)部的腔室連接，還包括在它的周邊中的區(qū)域，輔助密封件將施加于該區(qū)域中，且冷卻流體將在該區(qū)域中循環(huán)； 冷卻流體的至少一個(gè)進(jìn)口點(diǎn)； 冷卻流體的至少一個(gè)出口點(diǎn)； 至少兩個(gè)保護(hù)擦拭器環(huán)。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:冷卻流體在0.7MPa的穩(wěn)定壓力下引入機(jī)械密封件中。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)與相應(yīng)供給網(wǎng)絡(luò)連接。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)具有相同直徑。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)有不同的直徑，該直徑包括在2.0和4.0mm之間。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:分離器施加在冷卻流體的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)之間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:有用于靜止環(huán)密封件和蓋密封件的區(qū)域的、在2.5和6.0mm之間的直徑。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:保護(hù)擦拭器環(huán)施加在靜止部件上，緊鄰要泵送的產(chǎn)品和套筒/軸接頭。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:具有噴灑類型系統(tǒng)，其中，冷卻流體通過霧化而從軸至套筒發(fā)射至輔助密封件的區(qū)域。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其中:它用于無補(bǔ)償、簡單補(bǔ)償、雙倍背靠背和雙倍串聯(lián)的機(jī)械密封件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10所述的、用于機(jī)械密封件的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的使用，用于離心泵上，該離心泵使得化學(xué)或石化產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】F16J15/34GK104204632SQ201280062787
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月11日
【發(fā)明者】J·達(dá)科斯塔內(nèi)維斯 申請人:伊奎佩特羅爾-工業(yè)貿(mào)易機(jī)械設(shè)備股份有限公司