专利名称：一种机械密封循环保护控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及机械密封控制系统，尤其涉及一种机械密封循环保护控制系统及其方法。
背景技术：
随着我国经济的迅速发展，国民的环保意识不断加强，国家对环境保护也越来越重视，离心泵等转动设备所输送的介质很多都是对环境有威胁的，在多数的情况下不允许所输送的介质直接泄漏到外部环境中，对环境造成污染，这就要求离心泵等转动设备的密封采取保护措施，防止有害介质直接泄漏到大气，要求离心泵等转动设备采用双端面机械密封或串联机械密封结构。在标准JB/T6629和美国石油学会标准API682都规定了双端
面密封或串联机械密封结构的隔离液循环方案和要求，在API682中主要有PLAN52、PLAN53和PLAN54三种方案，PLAN52是串联机械密封结构的隔离液循环方案，PLAN53和PLAN54是双端面密封的隔离液循环方案，这两种方案要求为隔离液提供外部动力源，隔离液的压力应高于主密封腔的压力20-25Psi (即0. 135-0. 175MPa)。Plan53A :外接动力源，通常是氮气，由于直接采用氮气加压，当压力超过一定值时，氮气浸入隔离液而成为带气液体，它不仅影响热循环效果，更重要的是带气隔离液将在主密封面气体析出造成干运转而使密封失效，因此在使用压力有一个限制，要求介质压力低于2MPa。Plan53B :由另外配置的气囊式蓄能器提供动力源，气囊消除了氮气和隔离液的接触，隔离液动力源由气囊式蓄能器提供，如果介质密封腔压力较高，外侧二次保护密封隔离液的压力值必须按波动最高值设定，使机械密封经常处于高压工况条件下运行，由于气囊是个独立的封闭系统，气囊内气体受温度等影响较大，压力波动较大，使气囊的承压加大，使机械密封处于高压工况条件下运行，同时介质的成分的复杂性，可能会对气囊产生腐蚀，使气囊存在爆炸的可能。PLAN53C :由压力差为1:1. I的差压缸提供给隔离液的动力源，差压缸的大油缸接介质密封腔，小油缸(有活塞杆)接隔离液密封腔，隔离液的压力将随主密封腔介质压力按1:1. I的增压幅度随动，由于要克服大油缸和小油缸的摩擦力和弹簧的作用力，导致Plan53C系统只能适用于压力>2MPa等压力较高的工况。PLAN54是由外部系统，一般是油站系统，作为动力源，直接提供隔离液冲液，隔离液的压力应高于主密封腔的压力20-25Psi，系统结构复杂，控制点多，成本较高，适用于特殊场合或多个泵机组需要集中冲洗的场合，但是当系统发生故障时，内侧密封的介质会泄漏到外部隔离液系统，使隔离液受到污染，腐蚀系统，影响整个系统的运行。现有技术中专利号为200720099724. I “智能化油气混输双螺杆泵机械密封保护系统”、200820143842. 2 “一种船用输送浙青用双螺杆货油泵的机械密封保护系统”和201220078830. 2 “一种机械密封循环保护系统”，属于API682中的PLAN54方案。主要是通过测控仪表和调节控制器等机构来调控隔离液的密封腔压力P2，系统结构复杂，控制点多，需要测控仪表，成本较高，不适合实际使用。化工装置机泵用机械密封大多运行环境恶劣，不允许介质向大气端泄漏，需要辅助系统加以改善工作环境，对双端面机械密封来说如何相对准确控制输送介质端的密封腔压力Pl和隔离液端的密封腔压力P2之间的压差值△ P对提高机械密封的密封性能和延长使用寿命有重要的意义，要求隔离液端的密封腔压力P2大于介质密封腔压力P1，内密封泄漏将是隔离液泄漏到所输送的介质中，避免有危害的介质泄漏出来，因此隔离液压力的确定是关系到机械密封是否能够稳定、可靠运行的关键因素之一。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种机械密封循环保护控制系统及其方法。动力液出口管线通过三通分别与可控调节阀上的动力液输入口和可控单向阀上的压力控制口连接，可控调节阀上的动力液输出口通过管线与可控单向阀上的压力输入口连接，可控调节阀上的隔离液压力口通过管线与蓄能器上的隔离液回液口连接，可控调节 阀上的动力液回液口通过管线与动力源动力液回液管线连接，可控调节阀上的介质压力口通过管线与泵输送介质密封腔连接；可控单向阀上的压力控制口通过管线与动力液出口管线连接，压力输入口通过管线与可控调节阀的隔离液输出口连接，压力输出口通过管线与蓄能器上的取压口连接，可控单向阀上的泄压口通过管线与动力源动力液回液管线连接；蓄能器上的隔离液出液口通过管线与隔离液密封腔入口连接，隔离液回液口通过三通分别与可控调节阀的隔离液压力口和隔离液密封腔出口连接，取压口通过管线与可控单向阀的压力输出口连接，补液口通过管线与手动给油泵连接，由手动给油泵补充隔离液；
所述的蓄能器从上到下依次设有上六角螺栓、盖板、回位弹簧、保护筒、活塞杆密封圈、端盖密封圈、中六角螺栓、外筒套、活塞杆、活塞密封圈、活塞、缸筒密封圈、缸筒、下六角螺栓，在外筒套上设有隔尚液出液口，在缸筒上左侧设有隔尚液回液口，中心位置上设有取压口，在右侧设有补液口。所述的可控调节阀从上到下依次设有调节螺丝、定位螺母、调节杆密封圈、调节阀阀体、调节杆、调节弹簧、上密封圈、调节阀阀芯、下密封圈、阀盖密封圈、调节阀阀盖、连接螺栓。在调节阀阀体上左侧上部设有介质压力口，在左侧下部设有动力液回液口，下部中心位置设有隔尚液压力口，在右侧下部设有动力液输出口，在右侧上部设有动力液输入口。所述的可控单向阀从上到下依次设有上连接螺栓、上盖板、上盖板密封圈、阀杆、单向阀阀体、单向阀阀芯、弹簧、下盖板密封圈、下盖板和下连接螺栓，在可控单向阀上部中心位置设有压力控制口，在左侧设有压力输入口，在右侧下部设有压力输出口，在右侧上部设有泄压口。机械密封循环保护控制方法是作为整个系统动力源的动力液出口管线通过三通分别与可控调节阀上的动力液输入口和可控单向阀上的压力控制口连接，动力液出口压力作用在可控单向阀上，可控单向阀工作，可控单向阀上的压力输入口和压力输出口导通，压力输出口通过管线与蓄能器上的取压口连接，可控调节阀上的动力液输出口的压力传递到蓄能器上的取压口，再通过活塞，使储存在蓄能器中的隔离液获得压力，隔离液经过蓄能器上的隔离液出液口、隔离液密封腔和隔离液回液口及可控调节阀的隔离液压力口，在隔离液的压力作用下，隔离液压力口上的隔离液推动调节阀阀芯向上移动，调节可控调节阀上的动力液输出口的压力，使调节阀阀芯到达工作位置，调节可控调节阀上的动力液输出口的压力，使隔离液压力口达到稳定的隔离液压力，介质压力口通过管线与泵输送介质密封腔上的连接口连接，介质密封腔的压力为P1，隔离液压力P2和介质密封腔压力Pl的差值A P=P2-PI=(F-Fs)/A，其中，A为调节阀阀芯308截面积，F是调节弹簧306的作用力，Fs是摩擦力，通过调节调节螺丝301，调节调节弹簧306的弹簧力F，实现隔离液压力P2和介质密封腔压力Pl的差值A P可调。本发明与现有技术相比具有的有益效果
1)通过调节可控调节阀，调节隔离液端的密封压力P2，使输送介质端的密封腔压力Pl和隔离液端的密封压力P2之间的压差值△ P维持在一定范围内，能大大提高机械密封的密封性能和延长使用寿命；
2)简化双端面机械密封结构的加压系统，使系统获得稳定的压力，避免了现阶段整个密封保护系统人工控制的人为因素和操作的时间影响； 3)该系统调节压力方便，简单又准确；
4)适用介质压力范围大，压差调节范围大；
5)当系统出现故障，可控单向阀使蓄能器能够维持工作压力，使蓄能器中的隔离液压力大于介质密封腔压力，防止介质泄漏到隔离液中；
6)当动力源系统采用外部油站系统时，由于隔离液的隔离作用油站系统不与介质直接接触，当系统出现故障或介质发生泄漏时，不受介质污染。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。图I为机械密封循环保护控制系统结构示意 图2为本发明的蓄能器结构示意 图3为本发明的可控调节阀结构示意 图4为本发明的可控单向阀结构示意 图中蓄能器I、手动给油泵2、可控调节阀3、可控单向阀4、上六角螺栓101、盖板102、回位弹簧103、保护筒104、活塞杆密封圈105、端盖密封圈106、中六角螺栓107、外筒套108、活塞杆109、活塞密封圈110、活塞111、缸筒密封圈112、缸筒113、下六角螺栓114、调节螺丝301、定位螺母302、调节杆密封圈303、调节阀阀体304、调节杆305、调节弹簧306、上密封圈307、调节阀阀芯308、下密封圈309、阀盖密封圈310、调节阀阀盖311、连接螺栓312、上连接螺栓401、上盖板402、上盖板密封圈403、阀杆404、单向阀阀体405、单向阀阀芯406、弹簧407、下盖板密封圈408、下盖板409、下连接螺栓410、动力液出口 P、隔离液出液口 la、隔尚液回液口 lb、取压口 lc、补液口 Id、介质压力口 3a、动力液回液口 3b、隔尚液压力口 3c、动力液输出口 3d、动力液输入口 3e、压力控制口 4a、压力输入口 4b、压力输出口4c和泄压口 4d。
具体实施例方式本发明针对现有的双端面机械密封的隔离液循环方案中的不能有效控制双端面机械密封隔离液端的密封腔压力P2和输送介质端的密封腔压力Pl之间的压差值AP= P2-Pl的问题，提供设计一种根据介质端的密封腔压力P1，通过可控调节阀来控制两个密封腔之间的压差值AP的一种机械密封循环保护控制系统，从而达到提高机械密封的密封性能和延长使用寿命的目的。本发明的目的是为机械密封隔离液系统提供一个稳定可靠的系统及其方法，通过调节机构使机械密封隔离液的密封腔压力P2和输送介质的密封腔压力Pl之间的压差值AP= P2-P1，并在一定压力差范围内可调，适用介质压力范围大。如图I所示，机械密封循环保护控制系统中动力液出口 P管线通过三通分别与可控调节阀3上的动力液输入口 3e和可控单向阀4上的压力控制口 4a连接，可控调节阀3上的动力液输出口 3d通过管线与可控单向阀4上的压力输入口 4b连接，可控调节阀3上的隔离液压力口 3c通过管线与蓄能器I上的隔离液回液口 Ib连接，可控调节阀3上的动力液回液口 3b通过管线与动力源动力液回液管线连接，可控调节阀3上的介质压力口 3a通过管线与泵输送介质密封腔连接；可控单向阀4上的压力控制口 4a通过管线与动力液出口管线连接，压力输入口 4b通过管线与可控调节阀3的隔离液输出口 3d连接，压力输出口 4c通过管线与蓄能器I上的取压口 Ic连接，可控单向阀3上的泄压口 4d通过管线与动力源动力液回液管线连接；蓄能器I上的隔离液出液口 Ia通过管线与隔离液密封腔入口连接， 隔离液回液口 Ib通过三通分别与可控调节阀3的隔离液压力口 3c和隔离液密封腔出口连接，取压口 Ic通过管线与可控单向阀4的压力输出口 4c连接，补液口 Id通过管线与手动给油泵连接，由手动给油泵2补充隔离液。如图2所示，所述的蓄能器I从上到下依次设有上六角螺栓101、盖板102、回位弹簧103、保护筒104、活塞杆密封圈105、端盖密封圈106、中六角螺栓107、外筒套108、活塞杆109、活塞密封圈110、活塞111、缸筒密封圈112、缸筒113、下六角螺栓114。在外筒套上设有隔尚液出液口 Ia,在缸筒上左侧设有隔尚液回液口 Ib,中心位置上设有取压口 Ic,在右侧设有补液口 Id。如图3所示，所述的可控调节阀3从上到下依次设有调节螺丝301、定位螺母302、调节杆密封圈303、调节阀阀体304、调节杆305、调节弹簧306、上密封圈307、调节阀阀芯308、下密封圈309、阀盖密封圈310、调节阀阀盖311、连接螺栓312。在调节阀阀体304上左侧上部设有介质压力口 3a,在左侧下部设有动力液回液口 3b,下部中心位置设有隔尚液压力口 3c，在右侧下部设有动力液输出口 3d，在右侧上部设有动力液输入口 3e。如图4所示，所述的可控单向阀4从上到下依次设有上连接螺栓401、上盖板402、上盖板密封圈403、阀杆404、单向阀阀体405、单向阀阀芯406、弹簧407、下盖板密封圈408、下盖板409和下连接螺栓410。在可控单向阀4上部中心位置设有压力控制口 4a，在左侧设有压力输入口 4b，在右侧下部设有压力输出口 4c，在右侧上部设有泄压口 4d。机械密封循环保护控制方法是作为整个系统动力源的动力液出口 P管线通过三通分别与可控调节阀3上的动力液输入口 3e和可控单向阀4上的压力控制口 4a连接，动力液出口 P压力作用在可控单向阀4上，可控单向阀4工作，可控单向阀4上的压力输入口4b和压力输出口 4c导通，压力输出口 4c通过管线与蓄能器I上的取压口 Ic连接，可控调节阀3上的动力液输出口 3d的压力传递到蓄能器I上的取压口 lc，再通过活塞111，使储存在蓄能器I中的隔离液获得压力，隔离液经过蓄能器I上的隔离液出液口 la、隔离液密封腔和隔离液回液口 Ib及可控调节阀3的隔离液压力口 3c，在隔离液的压力作用下，隔离液压力口 3c上的隔离液推动调节阀阀芯308向上移动，调节可控调节阀3上的动力液输出口3d的压力，使调节阀阀芯308到达工作位置，调节可控调节阀3上的动力液输出口 3d的压力，使隔离液压力口 3c达到稳定的隔离液压力P2，介质压力口 3a通过管线与泵输送介质密封腔上的连接口连接，介质密封腔的压力为P1，隔离液压力P2和介质密封腔压力Pl的差值A P=P2-PI=(F-Fs)/A，其中，A为调节阀阀芯308截面积，F是调节弹簧306的作用力，Fs是摩擦力，通过调节调节螺丝301，调节调节弹簧306的弹簧力F，实现隔离液压力P2和介质密封腔压力Pl的差值AP可调。当动力源系统出现故障，动力源动力液出口 P降低，导致可控单向阀4不工作，可控单向阀4在隔离液压力和弹簧407作用下，单向阀阀芯406向上移动，可控单向阀4上的压力输入口 4b和压力输出口 4c不导通，蓄能器I维持工作压力P2，使蓄能器I中的隔离液压力P2大于介质密封腔压力Pl，防止介质泄漏到隔离液中。动力源系统可以是泵的出口压力做为动力源，用于单台泵运行，也可以采用外部油站来做为动力源，一般用于多台泵运行，为多台泵提供动力源。当动力源系统采用外部油站系统做为动力源时，油站系统只是为蓄能器中的隔离液提供动力来源，不与泵所输送的介质直接接触，当机械密封发生意外出现泄漏时，介质泄漏到蓄能器，由于隔离液的隔离作 用油站系统不受介质污染，保证油站系统的安全运行。
权利要求
1.一种机械密封循环保护控制系统，其特征在于动力液出口(P)管线通过三通分别与可控调节阀(3)上的动力液输入口(3e)和可控单向阀(4)上的压力控制口(4a)连接，可控调节阀(3)上的动力液输出口(3d)通过管线与可控单向阀(4)上的压力输入口(4b)连接，可控调节阀(3)上的隔离液压力口(3c)通过管线与蓄能器(I)上的隔离液回液口(Ib)连接，可控调节阀(3)上的动力液回液口(3b)通过管线与动力源动力液回液管线连接，可控调节阀(3)上的介质压力口(3a)通过管线与泵输送介质密封腔连接；可控单向阀(4)上的压力控制口(4a)通过管线与动力液出口管线连接，压力输入口(4b通过管线与可控调节阀(3)的隔离液输出口(3d)连接，压力输出口(4c)通过管线与蓄能器(I)上的取压口(Ic)连接，可控单向阀(3)上的泄压口(4d)通过管线与动力源动力液回液管线连接；蓄能器(I)上的隔离液出液口(Ia)通过管线与隔离液密封腔入口连接，隔离液回液口(Ib)通过三通分别与可控调节阀(3)的隔离液压力口(3c)和隔离液密封腔出口连接，取压口(Ic)通过管线与可控单向阀(4)的压力输出口(4c)连接，补液口( Id)通过管线与手动给油泵连接，由手动给油泵(2)补充隔离液。
2.如权利要求I所述的一种机械密封循环保护控制系统，其特征在于所述的蓄能器(I)从上到下依次设有上六角螺栓(101)、盖板(102)、回位弹簧(103)、保护筒(104)、活塞杆密封圈(105)、端盖密封圈(106)、中六角螺栓(107)、外筒套(108)、活塞杆(109)、活塞密封圈(110)、活塞(111)、缸筒密封圈(112)、缸筒(113)、下六角螺栓(114)，在外筒套上设有隔尚液出液口( Ia),在缸筒上左侧设有隔尚液回液口(Ib),中心位置上设有取压口(Ic),在右侧设有补液口(Id)。
3.如权利要求I所述的一种机械密封循环保护控制系统，其特征在于所述的可控调节阀(3)从上到下依次设有调节螺丝(301)、定位螺母(302)、调节杆密封圈(303)、调节阀阀体(304)、调节杆(305)、调节弹簧(306)、上密封圈(307)、调节阀阀芯(308)、下密封圈(309)、阀盖密封圈(310)、调节阀阀盖(311)、连接螺栓(312)，在调节阀阀体304上左侧上部设有介质压力口 3a,在左侧下部设有动力液回液口 3b,下部中心位置设有隔尚液压力口3c，在右侧下部设有动力液输出口 3d，在右侧上部设有动力液输入口 3e。
4.如权利要求I所述的一种机械密封循环保护控制系统，其特征在于所述的可控单向阀(4 )从上到下依次设有上连接螺栓(401)、上盖板(402、上盖板密封圈(403 )、阀杆(404 )、单向阀阀体(405)、单向阀阀芯(406)、弹簧(407)、下盖板密封圈(408)、下盖板(409)和下连接螺栓(410 )，在可控单向阀(4)上部中心位置设有压力控制口( 4a)，在左侧设有压力输入口(4b)，在右侧下部设有压力输出口(4c)，在右侧上部设有泄压口(4d)。
5.一种使用如权利要求I所述系统的机械密封循环保护控制方法，其特征在于作为整个系统动力源的动力液出口(P)管线通过三通分别与可控调节阀(3)上的动力液输入口(3e)和可控单向阀(4)上的压力控制口(4a)连接，动力液出口(P)压力作用在可控单向阀(4)上，可控单向阀(4)工作，可控单向阀(4)上的压力输入口(4b)和压力输出口(4c)导通，压力输出口(4c)通过管线与蓄能器I上的取压口(Ic)连接，可控调节阀(3)上的动力液输出口( 3d)的压力传递到蓄能器(I)上的取压口( Ic )，再通过活塞(111 )，使储存在蓄能器(I)中的隔离液获得压力，隔离液经过蓄能器(I)上的隔离液出液口(la)、隔离液密封腔和隔离液回液口(Ib)及可控调节阀(3)的隔离液压力口(3c)，在隔离液的压力作用下，隔离液压力口(3c)上的隔离液推动调节阀阀芯(308向上移动，调节可控调节阀(3)上的动力液输出口(3d)的压力，使调节阀阀芯(308)到达工作位置，调节可控调节阀(3)上的动力液输出口(3d)的压力，使隔离液压力口(3c)达到稳定的隔离液压力P2，介质压力口(3a)通过管线与泵输送介质密封腔上的连接口连接，介质密封腔的压力为P1，隔离液压力P2和介质密封 腔压力Pl的差值AP=P2-P1=(F-Fs)/A，其中，A为调节阀阀芯(308)截面积，F是调节弹簧(306)的作用力，Fs是摩擦力，通过调节调节螺丝(301)，调节调节弹簧(306)的弹簧力F，实现隔离液压力P2和介质密封腔压力Pl的差值Λ P可调。
全文摘要
本发明公开了一种机械密封循环保护控制系统及其方法。动力液出口管线通过三通分别与动力液输入口和压力控制口连接，动力液输出口通与压力输入口连接，隔离液压力口与隔离液回液口连接，动力液回液口与动力源动力液回液管线连接，介质压力口与泵输送介质密封腔连接；压力控制口与动力液出口管线连接，压力输入口与隔离液输出口连接，压力输出口与取压口连接，泄压口与动力源动力液回液管线连接；隔离液出液口与隔离液密封腔入口连接，隔离液回液口通过三通分别与隔离液压力口和隔离液密封腔出口连接，取压口与可控单向阀的压力输出口连接，补液口与手动给油泵连接；本发明压差调节范围大、调节压力方便、能提高机械密封的密封性能和延长使用寿命。
文档编号F04D29/08GK102797695SQ20121029284
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者金庆明 申请人:金庆明