用于机械密封件的内部冷却系统及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及用于机械密封件的内部冷却系统，主要目的是向该机械密封件提供更大可靠性和更长使用寿命的条件，特别是当用于旋转泵送装置时，该旋转泵送装置在低于420℃的温度下操作，它的压力小于3.3MPa，是容易根据密封件的尺寸、要泵送的产品和它的转速而变化的压力。该系统包括在机械密封件的本体中的内部回路的实施方式，冷却流体将通过该内部回路而循环，优选是在稳定压力下的惰性气体，该惰性气体将冷却关键区域，因此防止在这些点中的温度超过180℃。该系统还能够用于现有的密封件，只要已知工作条件。该冷却系统用于密封件，以便密封化学或石化产品，例如泵送原油及其衍生物。
【专利说明】用于机械密封件的内部冷却系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于机械密封件的内部冷却系统，主要目的是向该机械密封件提供更大可靠性和更长使用寿命的条件，特别是当用于旋转泵送装置时，该旋转泵送装置在低于420°C的温度下操作，优选是在200°C和420°C之间，且它的压力小于3.3MPa，优选是在1.2MPa和3.3MPa之间(根据机械密封件的直径)。
【背景技术】
[0002]这些年来，用于旋转设备(主要与离心泵相关联，该离心泵使得化学或石化产品运动，例如在高温和高压下泵送原油及其衍生物)的密封系统是多种研究的主题，以便提高它的效率，因此，应用它们的泵送设备有更好的生产性，以避免由于泄露和非生产性设备的无效而引起的停机和维护服务以及严重环境问题，这有很高成本。
[0003]当设备在低于250°C的温度下操作时，高压问题已经通过液压补偿技术和合适的总体尺寸以及相容材料来解决。
[0004]具有最高解决难度的技术问题是当设备在超过1.6MPa的压力和高于250°C的温度下通过容易硬化和焦化的粘性产品进行操作时，由于任何原因，都要停止和进行产品的相应冷却。
[0005]一些制造商发展了一种密封系统-机械密封件，称为波纹管，该密封系统在高于250°C的温度下具有合适水平的效率，但是当设备在超过1.6MPa的压力下操作时并不足以防止这些波纹管在非常短的时间内被破坏。这些破坏将不可避免地引起要泵送产品的溢出，这除了经济损失还将有严重的环境问题。
[0006]机械密封件主要由具有小面的静止环来制造，该静止环由同样有小面的另一环来按压，该另一环旋转，具有作为压力辅助装置的一个或多个弹簧，该弹簧推压这些面(静止面和旋转面)，以便不会相互偏离，我们称它为主密封件。该密封件必须由指定的辅助密封件来配合辅助，该辅助密封件可以由聚合物材料来制造，优选是动态或静态弹性体，没有它们将不能实现密封。在非连续工作时，这些辅助密封件的耐温限制(根据它们的固有特征)直到最大250°C，从而是机械密封件的限制因素。
[0007]在它的轴向运动中(该轴向运动是用于密封的面的所需运动)，旋转或静止环将必须在轴向滑动区域(也称为补偿直径)中有O形环密封件，该O形环密封件能够由聚合物材料制造，优选是弹性体，如上所述，该弹性体具有有限的耐温性。集成有这些环的泵在可能达到370°C和400°C之间的温度下工作，从而不允许使用弹性体类型的材料。
[0008]波纹管排除了使用聚合物材料作为辅助密封件，并使用支持更高温度的石墨来代替它，但是它们只能够用作静止接头，且它们也代替应用的一个或多个弹簧。不过，它的脆弱结构不能承受高于1.5MPa的压力，该压力将非常快地引起材料的疲劳和因此破坏。这种机械密封件称为波纹管密封件。
[0009]另一缺陷是波纹管与要泵送的产品接触，且当该产品冷却时，它在波纹管的空隙中硬化和结壳，从而使它产生刚性体，不能通过摇摆现象而进行它的轴向运动操作，这引起它们的“破坏”，因此产品逸出至外部。与另一静止刚性体接触的旋转刚性体通过摩擦而形成在接触面之间的温度升高，从而产生膨胀现象，这可能导致它的粘接(通常称为咬合)和它的破裂。
[0010]同样，压力增加至高于1.5MPa将使得波纹管快速破坏和产品的相应泄露-波纹管由钢制造，具有非常薄的叶片，它不支持高于1.5MPa的压力。它的设计专用于直到最大
1.5MPa的压力并在非常低侵蚀性的条件下，且即使这样也有材料的过早疲劳。
[0011]因此，本发明涉及具有内部冷却系统的机械密封件的发展形式，该机械密封件的设计特征促使泵送设备的功能性大大提高，例如:
[0012]消除波纹管系统；
[0013]应用金属合金弹簧，该金属合金弹簧完全与要泵送的产品隔离，因此保证它的可操作性；
[0014]使用由聚合物材料制造的辅助密封件，优选是弹性体，它将考虑参数(例如由泵达到的温度和要泵送的产品)来选择；
[0015]能够使用石墨密封件，该石墨密封件将用于静止位置和最容易受到温度的区域，例如主机械密封件的旋转部分-产品侧-旋转密封侧；
[0016]允许在密封-轴/套筒中使用弹性体垫圈。
[0017]上述总体特征受到机械密封件能够在可以达到3.3MPa的压力和直到420°C的温度下操作。
【发明内容】
[0018]本发明的目的是介绍一种用于机械密封件的内部冷却系统，它包括:
[0019]在机械密封件的本体内的内部回路，该内部回路包括连接部分，该连接部分实现于密封件的更大直径中，具有在2.5和6.0mm之间的直径,该连接部分将与在先实施于本体内部的腔室连接，还包括在它的周边中的区域，辅助密封件将施加于该区域中，且冷却流体将在该区域中循环；
[0020]冷却流体的至少一个进口点；
[0021 ] 冷却流体的至少一个出口点；
[0022]至少两个保护擦拭器环。
[0023]在优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统有在0.7MPa的稳定压力下引入机械密封件中的冷却流体。
[0024]在还一优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统有冷却流体的进口点和出口点，该进口点和出口点与相应供给网络连接的部分。
[0025]在优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统有具有相同直径的、冷却流体的进口点和出口点。
[0026]在还一优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统有冷却流体的进口点和出口点，该进口点和出口点的直径彼此不同，并在2.0和4.0mm之间。
[0027]在优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统有在冷却流体的进口点和出口点之间的分离器。
[0028]在还一优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统有用于静止环和盖密封件的区域的、在2.5和6.0mm之间的直径。
[0029]在优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统有保护擦拭器环，该保护擦拭器环施加在静止部件上，紧邻要泵送的产品和套筒/轴接头。
[0030]在还一优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统具有喷洒类型系统，其中，冷却流体通过雾化而从轴至套筒发射至辅助密封件的区域。
[0031]在优选实施例中，用于机械密封件的内部冷却系统能够无补偿、简单补偿、双倍背靠背和双倍串联地用于简单的机械密封件。
[0032]本发明的还一目的是提出用于机械密封件的内部冷却系统使用在离心泵上，该离心泵使得化学或石化产品运动。
[0033]发明的总体说明
[0034]用于机械密封件的内部冷却系统的设计和发展的目标主要是促使它达到用于更大可靠性和更长使用寿命周期的状态，特别是当用于旋转泵设备时，该旋转泵设备在低于420°C的温度下(优选是在200°C和420°C之间)和小于3.3MPa的压力下(优选是在1.2MPa和3.3MPa之间)操作(根据机械密封件的尺寸)。
[0035]当用于这种设备和在上述条件下时，波纹管密封件是只能解决温度问题的密封件，但不能解决压力问题，该压力通常为大约1.8至2.0MPa，这导致它们的使用寿命大大降低，并因此导致密封故障，这可能很严重。
[0036]内部冷却系统将产生用于应用具有更坚固特征(当与波纹管密封件相比时)的密封件的条件，因此它们能够在直到3.3MPa的压力下操作(根据机械密封件的尺寸以及低于420°C的温度，优选是在200°C和420°C之间。
[0037]为了实现该目的，必须使得某些关键的温度区域(例如施加辅助密封件的区域)的温度降低至可使用普通辅助密封件(即聚合物材料，优选是弹性体)的水平。
[0038]本发明范围的实际和非限定实例是这种机械密封件用于离心泵中，该离心泵在250°C下操作，从而被迫需要使得确定区域的温度降低至低于180°C的值。
[0039]为了降低机械密封件的操作温度，系统必须精心设计，包括内部回路实施于机械密封件的本体中，冷却流体将通过该内部回路循环，优选是惰性气体，或者甚至更优选是压缩空气或液氮，在0.7MPa的稳定压力下，该冷却流体将冷却关键区域，从而防止在这些点中的温度超过180°C。该系统还能够用于已经存在的金属密封件，只要工作条件已知。
[0040]内部回路包括连接部分，该连接部分实现于密封件本体的更大直径中，且连续实现有直径在2.5和6.0mm之间的孔，该孔将与在先实施于本体内部的腔室连接，且它包括在其周边中的区域，辅助密封件将施加于该区域中，所述密封件防止与在密封箱中的操作温度相关。实际上，这是将需要控制温度的最关键区域。
[0041]通过该回路和与要泵送的产品完全隔离的冷却流体有通向外部的至少一个出口，该出口布置成非常靠近进口，该进口也能够是多个。冷却系统的这些进口点和出口点与冷却流体的主供给源连接。进口点和出口点有相同尺寸。在一些优选实例中，能够使得出口直径在2.0至4.0mm之间,或者优选是2.0mm,以便增加冷却流体的抽取速度。
[0042]假定冷却流体的进口点和出口点稍微接近，分离器也能够施加在腔室中，由机械加工板来制造，因此避免在离开流体和进入流体之间传递热量。
[0043]由于导热而在泵内部产生的温度通过轴和套筒而传递给密封件，该轴和套筒与产品直接接触，且在套筒的出口处布置在密封件的后部，还考虑在该点处也需要施加辅助密封件。
[0044]从进入的冷却流体的主回路引出有:孔，该孔有在2.5和6.0mm之间的直径；以及腔室，该腔室的冷却流体穿过腔室循环，冷却所有这样的区域-静止环密封件和盖密封件。
[0045]还可以预期，应用至少两个保护擦拭器环来避免产品通过进入关键密封件-产品的静止侧和在相同侧的套筒接头/轴。
[0046]在最后的封闭盖的内周边中，产生了喷洒类型系统，其中，冷却流体通过雾化而从轴至套筒发射至辅助密封件区域。当盖静止和轴/套筒旋转时，冷却在其周边中恒定。
[0047]该系统能够用于任意类型的已知机械密封件，简单的无补偿、简单补偿、双倍背靠背和双倍串联。不过，它的应用取决于存在用于它们插入的物理空间。
[0048]在双重密封件中，例如如图2中所示，密封件A称为主密封件，因为它是与要泵送的产品直接接触的密封件，而密封件B称为密封填料或泄露警告密封件。在密封件A上，接头(2)不能是石墨，因为它将必须密封和同时方便轴向移动，主要是静止环(I)。这种接头密封(动态接头)必须非常地压缩，这防止环移动，关键点是，只有通过使用弹性体接头，密封/轴向运动才能够组合。
[0049]因为现有的弹性体并不支持高于180°C的温度，因此需要改进或发展能够使用弹性体的系统。
[0050]在测试发展阶段，优选实施例精心设计成这样，其中，机械密封件受到360°C的温度，但是这些关键区域并不超过95°C。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]为了更容易理解本发明而附加了附图，附图表示了本发明的优选实施例，不过该优选实施例将并不是限制本发明的目的。
[0052]图1是具有冷却系统的机械密封件的剖视图。
[0053]图2是串联的双重盒密封件，其中，能够看见多个静止弹簧的存在，与要泵送的产品隔离，并有离心旋转环。
[0054]图3是具有冷却系统的机械密封件的视图，详细表示了关键区域，其中，冷却系统将表不有用的。
[0055]下面的权利要求是本发明的附加优选实施例。
【权利要求】
1.一种用于机械密封件的内部冷却系统，包括: 在机械密封件的本体内的内部回路，该内部回路包括连接部分，该连接部分实现于密封件的更大直径中，具有在2.5和6.0mm之间的直径，该连接部分将与在先实施于本体内部的腔室连接，还包括在它的周边中的区域，辅助密封件将施加于该区域中，且冷却流体将在该区域中循环； 冷却流体的至少一个进口点； 冷却流体的至少一个出口点； 至少两个保护擦拭器环。
2.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:冷却流体在0.7MPa的稳定压力下引入机械密封件中。
3.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:冷却流体的进口点和出口点与相应供给网络连接。
4.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:冷却流体的进口点和出口点具有相同直径。
5.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:冷却流体的进口点和出口点有不同的直径，该直径包括在2.0和4.0mm之间。
6.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:分离器施加在冷却流体的进口点和出口点之间。
7.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:有用于静止环密封件和盖密封件的区域的、在2.5和6.0mm之间的直径。
8.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:保护擦拭器环施加在静止部件上，紧邻要泵送的产品和套筒/轴接头。
9.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:具有喷洒类型系统，其中，冷却流体通过雾化而从轴至套筒发射至辅助密封件的区域。
10.根据前述权利要求所述的用于机械密封件的内部冷却系统，其中:它用于无补偿、简单补偿、双倍背靠背和双倍串联的机械密封件。
11.根据权利要求1至10所述的、用于机械密封件的内部冷却系统的使用，用于离心泵上，该离心泵使得化学或石化产品运动。
【文档编号】F16J15/34GK104204632SQ201280062787
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2011年11月11日
【发明者】J·达科斯塔内维斯 申请人:伊奎佩特罗尔-工业贸易机械设备股份有限公司