一种适用于高温高压多级泵的轴密封装置的制作方法

本发明涉及多级泵密封领域，特别涉及一种适用于高温高压多级泵的轴密封装置。

背景技术：

随着现代工业的快速发展，越来越多的工况会使离心泵工作在高压、高速和高温的环境中，例如核电用泵中的上充泵和火电用泵中的超临界锅炉给水泵。而在这些高温、高压泵中使用水润滑轴承和机械密封存在一定的局限性。对于水润滑轴承来说，水在高温高压下粘度低，不能产生良好的润滑作用，并且泄漏损失大，所以水润滑轴承难以应用于高温高压环境中。但是对于上充泵或高压锅炉给水泵的轴承要求往往是能够长时间安全可靠的运行，其是要具有很长时间的设计使用寿命，而水润滑轴承则没有设计寿命这一概念，在润滑正常条件下，理论下是无限寿命的，所以从这一点考虑的话，水润滑轴承是非常适合此类高压高温泵的，并且在使用水润滑轴承是往往使用机械密封来解决其泄漏量大的问题。对于机械密封而言，水在高温高压下水不是很好的润滑剂，由于密封面上的压降，密封水会在流动过程中闪蒸至蒸汽。对于这种情况通常的做法是为密封提供单独的冷却水冲洗以保持其功能性，从而保持合理的耐久性并防止多余的泄漏，但是这种辅助设备的处理增加了安装和运营的费用。所以选择合适的水润滑轴承和机械密封组件至关重要。

cn104989726a公开了抗扰动自平衡水润滑推力轴承支撑结构，该方案由限位结构、支撑结构、自平衡结构、随动结构、流道结构等五结构构成。该发明增加了自平衡功能,在推力盘发生轴向移动时,能确保推力瓦和推力盘始终保持接触,避免传统水润滑轴承推力盘与推力瓦接触时的动载荷,降低了对瓦面材料的冲击。cn202674018u公开了水润滑轴承，该方案设有支撑转动件的工作面。轴承内设有用以接收加压水流的水流通道。水流通道在工作面上设有多个出水口,使得水流通道内的加压水流可通过多个出水口导引至工作面而在工作面上形成用以支撑转动件的压力水膜，从而降低材料和设计成本,提高支撑刚度。cn105673547a公开了一种水润滑止推轴承组件，该方案包括推力盘和不锈钢止推盘，推力盘包括硬质金属基体,在金属基体的环形端面覆盖有非金属耐磨层,不锈钢止推盘包括不锈钢环形基体,在环形基体的一侧设有多个不锈钢扇环形摩擦块,相邻的扇环形摩擦块之间形成润滑水槽,在环形基体的另一侧设有与扇环形摩擦块数目对应的不锈钢扇环形支撑块,相邻的扇环形支撑块之间形成冷却水槽,扇环形支撑块与扇环形摩擦块在圆周方向上交错排列,扇环形支撑块的对称轴与润滑水槽中线在基体环形端面的投影重合,从而使该水润滑止推轴承组件具有轴向承载能力强、冷却效果好、耐磨能力强、耐腐蚀性好、运行阻力小、使用寿命长等优点。

但是以上方案都没有考虑在高温高压的情况下如何选择合适的水润滑轴承和机械密封组件，并且如何使两者能够稳定良好的运行。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种适用于高温高压多级泵的轴密封装置，通过设有储水腔，孔道和螺旋槽，用来提高润滑效果和减少泄漏损失，并在此基础上增加非接触机械密封装置，在能在没有任何单独的冷却水输送系统的情况下运行。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种适用于高温高压多级泵的轴密封装置，包括水润滑轴承、机械密封和密封壳体；所述密封壳体固定在泵体上；所述水润滑轴承安装在泵轴和泵体之间，所述机械密封安装在泵轴和密封壳体之间；所述水润滑轴承包括第一轴套和轴瓦，所述的轴瓦固定在泵体上，所述的第一轴套固定在泵轴上，所述第一轴套位于轴瓦内，且第一轴套和轴瓦之间设有间隙；所述轴瓦外表面设有储水腔，所述轴瓦径向均布若干通孔，将所述储水腔与间隙连通；所述泵体内设有进水通道，所述进水通道的一侧连通多级泵的高压侧，所述进水通道另一侧连通储水腔；所述机械密封包括动环和静环，第二轴套固定在泵轴上，所述动环固定在第二轴套上，所述静环安装在密封壳体上，所述静环的非密封面与密封壳体之间沿轴向设有弹簧，通过弹簧将静环与动环压紧；所述静环的密封面边缘上设有沿径向分布的凹槽。

进一步，所述第一轴套的外表面设有第一螺旋形沟槽，所述轴瓦的内表面上设有第二螺旋形沟槽。

进一步，所述第一螺旋形沟槽和第二螺旋形沟槽为矩形螺纹。

进一步，所述第一螺旋形沟槽的螺纹旋向与第二螺旋形沟槽的螺纹方向相反，且第一螺旋形沟槽的螺纹旋向与泵轴的旋转方向相反。

进一步，所述凹槽包括月牙槽和进水槽，所述月牙槽和进水槽按径向依次间隔分布。

进一步，所述月牙槽的半径r为8～12mm，所述月牙槽的槽深度d1为0.5～1.5mm，所述月牙槽沿径向的深度l1为2～4mm。

进一步，所述进水槽的宽度w为4～6mm，所述进水槽的槽深度d2为0.5～1.5mm。

进一步，所述进水槽沿径向的深度l2＝(1.2～2.0)l1。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的适用于高温高压多级泵的轴密封装置，通过设有储水腔、孔道和螺旋槽，使得水润滑轴承的润滑效果更好，泄漏更少，泵的容积损失更少，并且在此基础上增加了非接触机械密封装置能够进一步的减少泄漏。

2.本发明所述的适用于高温高压多级泵的轴密封装置，通过设有储水腔、孔道和螺旋槽，使得非接触机械密封装置不需要提供外部冷却的，可以在没有任何单独的冷却水输送系统的情况下运行，这样能够减少安装和运行的成本。

附图说明

图1为本发明所述的适用于高温高压多级泵的轴密封装置结构示意图。

图2为本发明所述静环凹槽示意图。

图3为图2的a-a剖视图。

图4为图2的b-b剖视图。

图中：

10-叶轮；11-泵轴；12-泵体；13-密封壳体；14-第一螺旋形沟槽；20-水润滑轴承；21-第一轴套；22-轴瓦；23-键；24-螺栓；25-通孔；26-储水腔；27-第二螺旋形沟槽；30-机械密封；31-第二轴套；31a-凸缘；32-动环；33-静环；34-弹簧；35-螺母；36-第一销杆；37-第二销杆；331-月牙槽；332-进水槽。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的适用于高温高压多级泵的轴密封装置，包括水润滑轴承20、机械密封30和密封壳体13；所述密封壳体13固定在泵体12上；所述水润滑轴承20安装在泵轴11和泵体12之间，所述机械密封30安装在泵轴11和密封壳体13之间；所述水润滑轴承20包括第一轴套21和轴瓦22，所述的轴瓦22固定在泵体12上，第一轴套21通过键23径向固定在泵轴11上，通过叶轮10和轴肩轴向固定，轴瓦22由螺栓24固定在泵体12上；所述第一轴套21位于轴瓦22内，且第一轴套21和轴瓦22之间设有间隙；所述轴瓦22外表面设有储水腔26，所述轴瓦22径向均布若干通孔25，将所述储水腔26与间隙连通；所述泵体12内设有进水通道15，所述进水通道15的一侧连通多级泵的高压侧，所述进水通道15另一侧连通储水腔26；所述机械密封30为非接触机械密封，包括动环32和静环33，第二轴套31通过键径向固定在泵轴11上，通过轴肩和螺母35轴向固定。动环32由第一销杆36固定在第二轴套31的凸缘31a上。静环33安装在密封壳体13上，静环在密封壳体13上通过第二销杆37周向固定，所述静环33的非密封面与密封壳体13之间沿轴向设有弹簧34，通过弹簧34将静环33与动环32压紧；所述静环33的密封面边缘上设有沿径向分布的凹槽。

如图1中箭头所示，轴密封装置内液流的流动形式如下，液流从高压侧通过进水通道15、储水腔26和通孔25，进入第一轴套21和轴瓦22间的间隙流道，进而一部分向前流入叶轮10侧，另一少部分向后经过机械密封30流向泵外侧。

如图1所示，所述第一轴套21的外表面设有第一螺旋形沟槽14，所述轴瓦22的内表面上设有第二螺旋形沟槽27。所述第一螺旋形沟槽14和第二螺旋形沟槽27为矩形螺纹。所述第一螺旋形沟槽14的螺纹旋向与第二螺旋形沟槽27的螺纹方向相反，且第一螺旋形沟槽14的螺纹旋向与泵轴11的旋转方向相反，这样可以确保少部分向后经过机械密封30流向泵外侧。此外若通孔25在轴瓦22的轴向位置靠近机械密封30，则经过机械密封30流向泵外侧泄露的更少。

如图2、图3和图4所示，所述凹槽包括月牙槽331和进水槽332，所述月牙槽331和进水槽332按径向依次间隔分布。所述月牙槽331的半径r为8～12mm，所述月牙槽331的槽深度d1为0.5～1.5mm，所述月牙槽331沿径向的深度l1为2～4mm。所述进水槽332的宽度w为4～6mm，所述进水槽332的槽深度d2为0.5～1.5mm。所述进水槽332沿径向的深度l2＝(1.2～2.0)l1。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。