潜水式马达泵、马达泵及串联机械密封的制作方法
【专利说明】潜水式马达泵、马达泵及串联机械密封
[0001]本申请是申请日为2010年10月7日、国际申请号为PCT/JP2010/068099、国家申请号为201080063522.6、名称为“潜水式马达栗、马达栗及串联机械密封”的进入中国国家阶段的国际申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及具有用于马达的冷却机构的潜水式马达栗。
[0003]本发明还涉及用于输送液体的马达栗。
[0004]本发明进一步涉及用于潜水式马达栗的串联机械密封。
【背景技术】
[0005]潜水式马达栗广泛地用于输送例如污水、废水或河水的含有污染物和灰尘混合物的液体。通常，马达布置在叶轮上方。因此，在低水位条件下，栗在马达暴露于大气的情况下操作。为了在这种情形下也充分地冷却马达，围绕马达设置水套并使液体循环经过水套以由此冷却马达。
[0006]用于冷却马达的液体包括栗的处理液(即将要通过栗传送的液体)和专用于冷却目的的冷却剂。在使用栗的处理液的情况下，灰尘和污染物会在水套内积累或造成水套阻塞。结果，需要频繁的维护。因此，越来越需要使用专门冷却剂的水套。
[0007]在使用冷却剂(或冷却液)的情况下，除了用于输送处理液的主叶轮外，有必要安装用于循环冷却剂的机构。作为这种循环机构，已经提出了一种叶轮，其独立于主叶轮设置在转动轴上，用于循环冷却剂。冷却剂应当与马达和处理液充分隔离。此外，马达也应当与处理液分离。具有串联布置的两个机械密封的串联机械密封通常用作用于将马达与处理液分离的密封机构。还提出了将循环机构的叶轮设置在两个机械密封之间。然而，含有叶轮的串联机械密封具有复杂的结构。特别是，当使用离心叶轮作为用于循环冷却剂的叶轮时，必须设计用于组装的结构。
[0008]此外，在使用冷却剂的马达冷却机构中，必须提供用于消散从马达传递到冷却剂的循环通道外部中的热的机构。提出的其中一种方案是通过冷却剂和经过栗壳体的处理液之间的热交换来消散冷却剂的热量。然而，马达和栗壳体之间的空间有限，因此难以确保用于热交换的充分传热区域。此外，有可能在主叶轮的外壳空间(即，主叶轮上方的区域，特别是主叶轮后面的区域中)形成空气袋(即，被捕集的空气)。这种空气袋会妨碍冷却剂和处理液之间的热交换。而且，空气袋还会妨碍机械密封的润滑和冷却。因此，机械密封的寿命会缩短。
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]因此，本发明的第一目的在于提供一种能够在循环经过围绕马达的水套的冷却剂和通过栗处理的液体之间有效地进行热交换的潜水式马达栗。
[0011]本发明的第二目的在于提供一种能够快速和可靠地驱逐留在用于输送液体的主叶轮后侧的空气的马达栗。
[0012]本发明的第三目的在于提供一种具有布置在两个机械密封之间的用于循环冷却剂的离心叶轮的串联机械密封。
[0013]冷却剂和处理液之间的热交换通过热交换构件来进行，通过离心叶轮来迫使冷却剂循环。因此，冷却剂的冷却作用基于强制对流热传递。热传递中的热量与热传递面积和热传递系数成比例。强制对流热传递中的热传递系数通过雷诺数和普朗特数表达。倘若不考虑由冷却剂的物理属性等确定的因素，冷却剂的速度越高，热传递系数越大。因此，通过提供大的热传递面积以及通过增加经过热传递表面的冷却剂的流速，可以增加热传递中的热量并增加冷却剂和处理液之间的热交换效率。为了增加流速，提供冷却剂流经的更窄的通道也是有用的。
[0014]解决问题的方案
[0015]为了实现本发明的第一目的，本发明的一方面提供一种潜水式马达栗，包括:具有冷却剂的循环通道的水套；被所述水套环绕的马达；由所述马达转动的转动轴；固定到所述转动轴的主叶轮；用于循环所述冷却剂的离心叶轮，所述离心叶轮能够与所述转动轴一起转动；能够在所述循环通道和所述离心叶轮的流体入口之间提供流体连通的抽吸通道；和能够在所述离心叶轮的流体出口和所述循环通道之间提供流体连通的排出通道。所述排出通道包括由彼此面对的两个壁表面形成的热交换通道。所述两个壁表面中的一个由与通过所述主叶轮传送的液体接触的构件构成。所述热交换通道具有从所述离心叶轮的所述流体出口径向向外延伸的圆形形状。所述热交换通道包括在所述转动轴的轴向具有长度分量的至少一个轴向通道区段。
[0016]在本发明的一个优选方面，轴向通道区段还在所述离心叶轮的径向上具有长度分量，并且所述轴向上的长度分量比所述径向上的长度分量长。
[0017]在本发明的一个优选方面，热交换通道还包括只在所述离心叶轮的径向上具有长度分量的至少一个径向通道区段。
[0018]在本发明的一个优选方面，潜水式马达栗还包括设置在所述径向通道区段中的引导导叶。
[0019]在本发明的一个优选方面，所述至少一个轴向通道区段包括第一轴向通道区段和第二轴向通道区段；所述至少一个径向通道区段包括第一径向通道区段和第二径向通道区段；并且所述第一径向通道区段、所述第一轴向通道区段、所述第二径向通道区段和所述第二轴向通道区段以此顺序布置以提供所述热交换通道。
[0020]在本发明的一个优选方面，所述热交换通道在其整个长度上具有大致恒定的高度。
[0021]在本发明的一个优选方面，所述循环通道包括通过隔板分开的向外通道和返回通道，所述排出通道连接到所述向外通道的入口，所述向外通道的出口连接到所述返回通道的入口，并且所述返回通道的出口连接到所述抽吸通道。
[0022]在本发明的一个优选方面，柔性块体设置在所述水套中，在所述循环通道中基本上不存在接触所述冷却剂的气体的区域。
[0023]在本发明的一个优选方面，柔性块体包括闭孔泡沫橡胶海绵。
[0024]根据本发明，采用离心叶轮作为用于循环冷却剂的叶轮。因此，冷却剂的压力可以增加，并且因此冷却剂能够循环经过狭窄通道。因此，冷却剂的流速可以很高，且可改善热交换的效率。此外，因为存在轴向通道区段，可以不扩大热交换通道的径向尺寸而增加热传递面积。此外，因为由离心叶轮形成的冷却剂的涡流在热交换通道中不被破坏，冷却剂的流速可保持很高，因此可改善热交换效率。
[0025]为了实现本发明的第二目的，本发明的一方面提供一种马达栗，包括:马达；由所述马达转动的转动轴；固定到所述转动轴的叶轮；和设置在所述叶轮上方的环形壁。所述叶轮具有用于加压液体的主叶片和面对所述环形壁的后导叶。所述环形壁的形状设置成将所述叶轮上方的空间分成内周空间和外周空间。所述环形壁具有返回通道，通过所述后导叶径向向外传送的液体的部分经过所述返回通道返回到所述内周空间。
[0026]在本发明的一个优选方面，在所述内周空间内设置用于扰乱所述液体的涡流的挡板。
[0027]在本发明的一个优选方面，所述环形壁具有向上通道，通过所述后导叶径向向外传送的液体部分经过所述向上通道从所述后导叶向上引导，并且所述向上通道与所述外周空间流体连通。
[0028]在本发明的一个优选方面，所述环形壁形成用于在所述液体和冷却剂之间进行热交换的热交换通道。所述马达栗还包括环绕所述马达的水套和用于使所述冷却剂在所述水套和所述热交换通道之间循环的循环机构。
[0029]本发明的另一方面提供一种马达栗，包括:马达；由所述马达转动的转动轴；固定到所述转动轴的叶轮和设置在所述叶轮上方的环形壁。所述叶轮具有用于加压液体的主叶片和面对所述环形壁的后导叶。所述环形壁的形状设置成将所述叶轮上方的空间分成内周空间和外周空间。所述环形壁具有向上通道，通过所述后导叶径向向外传送的液体部分经过所述向上通道从所述后导叶向上引导，并且所述向上通道与所述外周空间流体连通。
[0030]在本发明的一个优选方面，环形壁形成用于在所述液体和冷却剂之间进行热交换的热交换通道。所述马达栗还包括环绕所述马达的水套和用于使所述冷却剂在所述水套和所述热交换通道之间循环的循环机构。
[0031]根据本发明，后导叶对叶轮后侧的栗作用搅动留在叶轮上方空间中的空气以及液体，由此驱逐阻滞空气。此外，由于液体(即，由栗处理的目标液体)甚至在被驱逐后也被搅动和循环，加速了冷却剂和液体之间经过环形壁的热交换。
[0032]离心叶轮的流体出口的直径大于其流体入口的直径，并且围绕流体入口设置衬环。因此，在离心叶轮布置在串联机械密封中的情况下，有必要在离心叶轮的入口侧处将衬环插入到离心叶轮和机械密封之间的空间中。由于衬环的直径比机械密封的直径小，如果串联机械密封构造为整体组装单元，则难以插入衬环。
[0033]为了实现本发明的第三目的，本发明的一方面提供一种用于具有转动轴的转动机器的串联机械密封。该串联机械密封包括:第一密封单元，其具有安装在所述转动轴上的第一套筒、能够与所述第一套筒一起转动的第一转动密封环、与所述第一转动密封环接触的第一固定密封区段以及能够将所述第一转动密封环和所述第一固定密封区段压靠彼此的第一弹簧机构；和第二密封单元，其具有安装在所述转动轴上的第二套筒、能够与所述第二套筒一起转动的第二转动密封环、与所述第二转动密封环接触的第二固定密封区段、能够将所述第二转动密封环和所述第二固定密封区段压靠彼此的第二弹簧机构、以及能够与第二套筒一起转动的离心叶轮。当所述第一密封单元和所述第二密封单元安装到所述转动机器上时，所述第一套筒的端表面和所述第二套筒的端表面彼此接触。所述离心叶轮定位在所述第一密封单元的密封表面和所述第二密封单元的密封表面之间。
[0034]在本发明的一个优选