机械密封装置的制作方法 专利技术说明

工程元件,部件;绝热;紧固件装置的制造及其应用技术1.本发明涉及一种根据所附权利要求书的用于离心分离器的机械密封装置。本发明还涉及一种根据所附权利要求书的包括机械密封装置的离心分离器。背景技术：2.离心分离器构造成将液体、气体和固体颗粒彼此分离。另外，混合在一起的不同密度的液体也可在离心分离器中彼此分离。混合在一起的不同密度的气体也可在离心分离器中彼此分离。离心分离器应当密封以便防止液体、气体或固体颗粒从离心分离器泄漏出。由于离心分离器的一些部分旋转，故旋转部分和静止部分之间可能发生泄漏。因此，机械密封可布置在分离器中的旋转部分和静止部分之间。由于旋转部分和静止部分之间的相对旋转移动，故可能在布置在这些旋转部分和静止部分之间的机械密封的密封表面之间生成热。在一些离心分离器应用中，机械密封可提供气密密封。3.文献us 2020/016610a1公开了一种用于离心分离器的密封组件。密封组件包括布置成使得在两个密封环接合时形成双接触密封的两个密封环。一个或两个密封环中的室可供应有冷却流体。室可用于检测密封组件中的泄漏。此外，压力下的流体可供应到室，以便防止密封组件中的泄漏。4.文献us 4654023a公开了一种用于离心分离器的壳的机械密封。两个密封环沿轴向抵靠彼此，一个可旋转且一个不可旋转，以便密封壳的内部以免经由壳的底部中的开口与围绕径向轴承的空间连接。技术实现要素：5.由于密封表面之间的相对移动而在机械密封中生成的热可缩短机械密封的寿命。另外，机械密封中生成的热可导致密封失效和泄漏。此外，机械密封的不同区域中的大温差可导致密封失效和泄漏，并且缩短寿命。因此，有需要开发一种用于离心分离器的机械密封装置，其具有较长寿命，并且提供没有密封失效和泄漏的紧密密封。此外，有需要开发一种用于离心分离器的机械密封装置，其中密封中的温差小。另外，有需要开发一种离心分离器，该离心分离器设有具有长寿命并且提供没有密封失效和泄漏的紧密密封的机械密封装置。6.因此，本发明的一个目的在于开发一种用于离心分离器的机械密封装置，其具有长寿命并且提供没有密封失效和泄漏的紧密密封。此外，有目的在于开发一种用于离心分离器的机械密封装置，其提供气密密封。此外，有目的在于开发一种用于离心分离器的机械密封装置，其中密封中的温差小。另外，有目的在于开发一种离心分离器，该离心分离器设有具有长寿命并且提供没有密封失效和泄漏的紧密密封的机械密封装置。7.这通过根据所附权利要求书的用于离心分离器的机械密封装置来实现。这也通过根据所附权利要求书的包括机械密封装置的离心分离器来实现。8.根据本发明的一个方面，提供了一种用于离心分离器的机械密封装置。该机械密封装置包括：包括第一密封表面的第一密封环；包括第二密封表面的第二密封环，其中第一密封表面和第二密封表面构造成彼此面对以形成密封环的密封；第一密封环具有第一中心轴线，并且第二密封环具有第二中心轴线，其中第一密封环的第一中心轴线构造成与第二密封环的第二中心轴线重合；用于冷却流体的至少一个通道布置在第一密封环中，其中至少一个通道包括入口和出口；至少一个通道的出口布置在第一密封环的第一密封表面处，其中至少一个通道的出口布置在距第一中心轴线比形成的密封的外半径更大的径向距离处。9.因此，密封组件是可形成气密密封的机械密封。密封组件用于在静止部分和可旋转部分之间形成密封。此机械密封装置具有长寿命，并且将提供具有降低的密封失效和泄漏的风险的紧密密封。此外，机械密封装置中的温差也将是小的。10.根据本公开，至少一个通道的出口布置在距第一中心轴线比形成的密封的外半径更大的径向距离处。因此，至少一个通道的出口将布置在密封装置的形成的密封的径向外侧。在两个相对密封表面之间没有进一步密封形成在机械密封装置中的通道的出口的径向外侧的相同轴向平面中。11.冷却流体吸收机械密封装置中的热，并且因此降低机械密封装置中的温度。此外，由于至少一个通道的出口布置在第一密封环的第一密封表面处（即附近或旁边），故冷却流体将邻近第一密封表面并且因此邻近形成的密封经过。当冷却流体在至少一个通道中流动时，由第一密封表面和第二密封表面的相对移动生成的热可由冷却流体吸收。至少一个通道构造成均衡密封环中的温度。密封环中的均衡温度可防止密封环以及第一密封表面和第二密封表面的裂纹和变形。当冷却流体流出至少一个通道时，冷却流体流到第一密封表面和第二密封表面的区域，这是由于至少一个通道的出口布置在第一密封表面和第二密封表面之间的密封装置的形成的密封处，即附近或旁边。当冷却流体具有与第一密封表面和第二密封表面的流体连接时，由第一密封表面和第二密封表面的相对移动生成的热可由冷却流体吸收。这将降低第一密封表面和第二密封表面的温度。12.根据本发明的一个方面，提供了一种离心分离器。离心分离器包括本文中公开的机械密封装置。13.设有本文中公开的机械密封装置的此类离心分离器将具有长寿命，并且还将提供具有降低的密封失效和泄漏的风险的紧密密封。14.对于本领域中的技术人员，从以下细节并且通过实行本发明将清楚本发明的其它目的、优点和新颖特征。尽管下面描述了本发明，但应当清楚本发明可不限于具体描述的细节。能够获得本文的教导的本领域中的技术人员将认识到在本发明的范围内的其它领域中的其它应用、修改和结合。附图说明15.为了更充分地理解本公开及其进一步的目的和优点，下面陈述的详细描述应当与附图一起阅读，在附图中，相同的参考标记表示在各个图中相似的项目，并且在附图中：图1示意性地示出了根据示例的离心分离器，图2示意性地示出了根据示例的离心分离器的入口和出口装置的截面视图，图3示意性地示出了沿图2中的线i-i的截面视图，以及图4示意性地示出了图2的详细视图。具体实施方式16.根据本公开，提供了一种用于离心分离器的机械密封装置。机械密封装置包括：包括第一密封表面的第一密封环和包括第二密封表面的第二密封环，其中第一密封表面和第二密封表面构造成彼此面对以形成机械密封装置的密封。第一密封环具有第一中心轴线，并且第二密封环具有第二中心轴线，其中第一密封环的第一中心轴线构造成与第二密封环的第二中心轴线重合。这意味着第一密封环和第二密封环可具有共同的中心轴线。用于冷却流体的至少一个通道布置在第一密封环中，其中至少一个通道包括入口和出口。至少一个通道的出口布置在第一密封环的第一密封表面处，即附近或旁边。至少一个通道的出口布置在距第一中心轴线比形成的密封的外半径更大的径向距离处。17.因此，机械密封装置的形成的密封位于通道的出口的径向内侧。机械密封装置在第一密封环和第二密封环的相对表面之间未形成在与第一表面和第二表面相同的轴向平面中沿径向延伸（即在用于冷却流体的通道的径向外侧）的进一步密封或密封界面。因此，形成的密封是单接触密封的类型。18.机械密封装置可布置在离心分离器中的旋转部分和静止部分之间。备选地，机械密封装置可布置在具有不同旋转速度的两个旋转部分之间。机械密封装置可构造成防止流体或气体经过密封。然而，流体或气体可在密封的密封表面之间形成非常薄的膜。该薄膜对密封表面具有润滑作用。19.机械密封装置可提供防止任何流体或气体经过密封的气密密封。20.离心分离器可构造成用于分离具有不同密度的流体和气体。分离器可包括转子，该转子在其自身内形成分离室，在操作期间流体或气体的离心分离在该分离室中发生。分离室设有成堆叠的截头圆锥形分离盘，以便于流体或气体的有效分离。成堆叠的截头圆锥形分离盘是表面扩大插入件的示例，并且居中且与转子同轴地装配。在分离器的操作期间，待分离的流体或气体带入分离空间中。取决于密度，流体或气体中的不同相在分离盘之间分离。流体或气体的较重组分在分离盘之间沿径向向外移动，而最低密度的相在分离盘之间沿径向向内移动并且被强制通过布置在分离器中径向最内层处的出口。替代地，较高密度的组分被强制向外通过较大径向距离处的出口。流体中任何可能的固体或污泥将积聚在分离室的周边，并且通过打开的一组径向污泥出口从分离空间间歇性地排空，于是污泥排出。21.第一密封环可具有适合于离心分离器的类型和尺寸的直径和轴向延伸。第一密封环的第一密封表面具有圆形构造。第一密封表面具有提供流体和气体的有效密封的光滑度。22.第二密封环可具有适合于离心分离器的类型和尺寸的直径和轴向延伸。第二密封环的第二密封表面具有圆形构造。第二密封表面具有提供流体和气体的有效密封的光滑度。23.第一密封表面和第二密封表面构造成彼此面对。第一密封表面和第二密封表面之间的接触区域构成机械密封装置的密封。备选地，由第一密封表面和第二密封表面之间的流体或气体的薄膜提供的界面构成机械密封装置的密封。24.第一密封表面和第二密封表面可具有相同或不同的区域。第一密封表面和第二密封表面可具有相同或不同的光滑度。25.致动器可布置成将第一密封表面和第二密封表面推到一起。此类致动器可为弹簧，如螺旋弹簧。26.由于第一密封表面和第二密封表面之间的相对旋转移动，故可能在密封表面中以及在第一密封环和第二密封环中生成热。另外，在离心分离器中待分离的流体和气体可能具有高温，这可能升高第一密封环和第二密封环中的温度。布置在第一密封环中的至少一个通道构造成降低机械密封装置中的温度。另外，至少一个通道构造成均衡第一密封环中的温度。第一密封环中的均衡温度可防止第一密封环和第一密封表面中的裂纹和变形。另外，至少一个通道构造成均衡第二密封环中的温度。第二密封环中的均衡温度可防止第二密封环和第二密封表面中的裂纹和变形。27.冷却流体可从冷却流体源提供，该冷却流体源连接到离心分离器和机械密封装置的至少一个冷却通道。冷却流体可在冷却流体源中冷却。冷却流体在其进入离心分离器时可能具有一定的初始温度，其适合于离心分离器中特定的分离过程。冷却流体可为液体、气体或粉末。冷却流体可具有润滑特性。冷却流体吸收机械密封装置中的热，并且因此降低机械密封装置中的温度。泵可布置成用于在至少一个通道中生成冷却流体流。重力可在至少一个通道中生成冷却流体流。28.至少一个通道包括布置在第一密封环中的入口和出口。冷却流体构造成通过入口进入至少一个通道，并且通过出口离开至少一个通道。因此，至少一个通道可形成冷却通道。29.由于至少一个通道的出口布置在第一密封环的第一密封表面处（即旁边），故冷却流体将邻近第一密封表面经过。当冷却流体在至少一个通道中流动时，由第一密封表面和第二密封表面的相对移动生成的热可由冷却流体吸收。当冷却流体流出至少一个通道时，冷却流体流到第一密封表面和第二密封表面的区域。当冷却流体具有与第一密封表面和第二密封表面的流体连接时，由第一密封表面和第二密封表面的相对移动生成的热可由冷却流体吸收。这将降低第一密封表面和第二密封表面的温度。30.此外，由于至少一个通道的出口布置在距第一中心轴线比形成的密封的外半径更大的径向距离处，故至少一个通道的出口将布置在第一密封环的第一密封表面的外半径的径向外侧。该构造将降低密封环中以及还有第一密封表面和第二密封表面中的温度。31.根据一个方面，至少一个通道的出口布置成与第一密封环的第一密封表面和第二密封环的第二密封表面流体连接。32.根据一个方面，第二密封环的第二密封表面的外半径大于第一密封环的第一密封表面的外半径，并且其中至少一个通道的出口方向朝第二密封环的第二密封表面。因此，至少一个通道的出口至少部分地布置和定位在第二密封环的第二密封表面的外半径的径向内侧。这将导致冷却流体在第二密封表面的定位在第一密封环的第一密封表面的外半径的径向外侧的那部分上流动。当冷却流体具有直接地与第二密封表面的流体连接时，第二密封环中生成的热然后可由冷却流体有效地吸收。这将降低第二密封表面的温度。此外，当冷却流体在第二密封表面的定位在第一密封环的第一密封表面的外半径的径向外侧的那部分上流动时，冷却流体可容易地进入密封表面之间并且在密封表面之间形成非常薄的膜。该薄膜对密封表面具有润滑作用。33.根据一个方面，限制部分布置在至少一个通道中或在至少一个通道处，以用于限制冷却流体流。34.限制部分将降低至少一个通道中的冷却流体的流速。另外，至少一个通道中的冷却流体的体积流量将由限制部分减小。限制部分可为至少一个通道的具有减小直径的部分。至少一个通道的整个长度可设有减小的直径，以便实现减小的流速和体积流量。35.根据一个方面，限制部分构造成至少部分地覆盖至少一个通道的入口开口。36.限制部分可为布置成部分地覆盖入口开口并且因此限制冷却流体进入入口开口的部件。限制部分可为布置在入口开口中和至少一个通道中以用于部分地覆盖入口开口的部件。限制部分可为布置在入口开口的外侧上并且因此在至少一个通道的外侧上以用于部分地覆盖入口开口的部件。限制部分将减小至少一个通道中的冷却流体的流速和体积流量。37.根据一个方面，限制部分是垫圈元件，其构造成搁置在第一密封环上并且构造成至少部分地覆盖至少一个通道的入口。38.垫圈元件的内直径可大于第一密封环的内直径。第一密封环中的至少一个通道的入口可由垫圈元件的内周边部分地覆盖。垫圈元件的外直径可小于第一密封环的外直径。第一密封环中的至少一个通道的入口可由垫圈元件的外周边部分地覆盖。垫圈元件的内周边或外周边可设有斜面，该斜面适合使得垫圈元件部分地覆盖至少一个通道的入口。备选地，垫圈元件可包括具有比至少一个通道的入口更小的直径的通孔。39.根据一个方面，至少两个通道围绕第一密封环均匀地分布。40.围绕第一密封环均匀地分布至少两个通道可通过通道均匀地分布冷却流体流。这将均衡第一密封环中的温度，并且因此避免第一密封环中的任何温度梯度。41.根据一个方面，通道的数量可在区间2-10（如4-8）中，例如6，该通道围绕第一密封环均匀地分布。因此，可围绕密封环的周边提供充分的冷却，同时不会负面地影响机械性能。然而，设有具有大直径的机械密封装置的大型离心分离器可能包括更多数量的通道，该通道围绕第一密封环均匀地分布。42.通过围绕第一密封环均匀地分布通道可通过通道均匀地分布冷却流体流。这将均衡第一密封环中的温度，并且因此避免第一密封环中的任何温度梯度。43.根据一个方面，第二密封环中的材料比第一密封环中的材料更硬。44.由于在第一密封环和第二密封环之间的相对移动期间第一密封环的第一密封表面可在第二密封环的第二密封表面上滑动，因此可能发生表面的磨损。由于第二密封环中的材料比第一密封环中的材料更硬，故磨损将基本上发生在第一密封环中。因此，在机械密封装置的维护期间，可仅更换第一密封环。45.根据一个方面，第二密封环中的材料包括碳化硅，并且第一密封环中的材料是石墨。46.第二密封环中的碳化硅比第一密封环中的石墨更硬。因此，磨损将基本上发生在第一密封环中。因此，在机械密封装置的维护期间，可仅更换第一密封环。由石墨制成的第一密封环可以以低成本制造。因此，第一密封环的更换可低成本完成。47.根据一个方面，第二密封环中的材料具有比第一密封环中的材料的导热率更大的导热率。48.第二密封环中较大的导热率可吸收来自密封表面的相对移动中的热生成的热，并且将热从第二密封表面传递出去。由于至少一个通道布置在第一密封环中，故生成的热将借助于冷却流体从第一密封环传递出去。49.根据一个方面，第一密封环中的至少一个通道具有与第一中心轴线平行的延伸。50.通过将第一密封环布置在使得第一中心轴线在离心分离器中具有竖直延伸的位置，第一密封环中的至少一个通道也将具有竖直延伸。如果通道具有竖直延伸，则冷却流体可通过重力在至少一个通道中流动。51.根据一个方面，第一密封环的第一密封表面具有第一法线，并且第二密封环的第二密封表面具有第二法线，并且其中第一法线和第二法线的方向与第一密封环的第一中心轴线的方向以及与第二密封环的第二中心轴线平行。52.第一密封表面和第二密封表面构造成彼此面对以形成密封。因此，密封表面的第一法线和第二法线方向朝彼此。该布置将导致没有密封失效和泄漏的紧密密封。第一密封表面和第二密封表面的接触区域将由第一密封环和第二密封环的内直径和外直径限定。53.根据一个方面，第一密封环构造成静止布置，并且第二密封环构造成可旋转地布置。54.静止的第一密封环可简化引导冷却流体通过至少一个通道的布置。55.根据本公开，提供了一种离心分离器。离心分离器包括本文中公开的机械密封装置。56.设有本文中公开的机械密封装置的此类离心分离器将具有延长寿命，并且还将提供具有降低的密封失效和泄漏的风险的紧密密封。另外，离心分离器中机械密封装置的维护将被简化并且低成本完成。57.现在将与附图一起描述用于离心分离器的机械密封装置和包括机械密封装置的离心分离器。58.图1示意性地示出了根据示例的离心分离器1。分离器1包括转子2，该转子在其自身内形成分离室4，在操作期间流体或气体的离心分离在该分离室中发生。分离室4设有成堆叠的截头圆锥形分离盘6，以便于流体或气体的有效分离。在分离器的操作期间，待分离的流体或气体通过离心分离器1的入口和出口装置8带入分离室4中。取决于密度，流体或气体中的不同相在分离盘之间分离。流体或气体的较重组分将在分离盘6之间沿径向向外移动，而最低密度的相将在分离盘6之间沿径向向内移动并且被强制通过布置在分离器1中的径向最内层处的第一出口10并且进一步到入口和出口装置8。较高密度的组分被强制向外通过较大径向距离处的第二出口12，该组分将从分离室4间歇地排空。入口和出口装置8包括用于待分离的流体或气体的第一入口14。59.图2示意性地示出了根据示例的离心分离器1的入口和出口装置8的截面视图。入口和出口装置8包括第一入口14和第一出口10。机械密封装置16布置在入口和出口装置8中。机械密封装置16包括具有第一密封表面20的第一密封环18和具有第二密封表面24的第二密封环22。第一密封表面20和第二密封表面24构造成彼此面对以形成密封。用于冷却流体的通道26布置在第一密封环18中。每个通道26包括入口28和出口30。每个通道26的出口30布置在第一密封环18的第一密封表面20处，即旁边。每个通道26布置成与第一密封环18的第一密封表面20和第二密封环22的第二密封表面24流体连接。冷却流体由冷却流体源32提供，该冷却流体源连接到离心分离器1的第二入口34。第一密封环18构造成静止布置在入口和出口装置8中。第二密封环22连接到离心分离器1的可旋转构件，并且因此第二密封环22构造成可旋转地布置。60.第一密封环18具有第一中心轴线36，并且第二密封环22具有第二中心轴线38。第一密封环18中的通道26与第一中心轴线36平行延伸。第一密封环18的第一中心轴线36与第二密封环22的第二中心轴线38重合。61.冷却流体通过第二入口34进入离心分离器1。冷却流体从第二入口34流入腔39中，在该腔中布置致动器41以用于将第一密封表面20和第二密封表面24推到一起。在图2中，致动器41是弹簧。62.图3示意性地示出了沿图2中的线i-i的截面视图。六个通道26布置在第一密封环18中。通道26围绕第一密封环18均匀地分布，使得通过通道26的冷却流体流均匀地分布。第一密封环18中均匀地分布的通道26将均衡第一密封环18中的温度，并且因此避免第一密封环18中的任何温度梯度。63.图4示意性地示出了图2的详细视图。详细视图更详细地示出了机械密封装置16。垫圈元件40构造成搁置在第一密封环18上，并且构造成至少部分地覆盖通道26的入口28。垫圈元件40将限制通道26中的冷却流体流。通过将垫圈元件或该类型的其它限制物与每个通道相关联，通过通道26的冷却流体流可均匀地分布。64.第一密封环18的第一密封表面20具有第一法线42，并且第二密封环22的第二密封表面24具有第二法线44。第一法线42和第二法线44的方向与第一密封环18的第一中心轴线36的方向以及与第二密封环22的第二中心轴线38平行。机械密封装置16的密封和/或密封界面50形成在第一密封表面20和第二密封表面24之间。65.图4中的箭头46代表冷却流体的流动方向和流动路径。冷却流体通过第二入口34（见图2）进入离心分离器1并且进一步到腔39中。冷却流体从腔39流动通过形成在垫圈元件40与离心分离器1的入口和出口装置8的静止元件48之间的圆形通路。此后，冷却流体流入通道26的入口28中并且流向出口30。66.通道26的出口30布置在距第一中心轴线36比第一密封环18的第一密封表面20的外半径r1更大的径向距离d处。由于密封形成在第一密封表面20和第二密封表面24之间，故外半径r1也形成对于形成的密封50的外半径r1。因此，通道26的出口30将布置在第一密封环18的第一密封表面20的外半径r1的径向外侧。通道26的出口30布置在第一密封环18的第一密封表面20处，即旁边。因此，冷却流体将邻近第一密封表面20并且因此邻近机械密封装置的密封50经过。如从附图可看出，在第一密封环和第二密封环的第一密封表面和第二密封表面之间没有进一步密封包括在密封50的径向外侧。67.第二密封环22的第二密封表面24的外半径r2大于第一密封环18的第一密封表面20的外半径r1，并且以此方式，至少一个通道26的出口30可方向朝第二密封环22的第二密封表面24。以此方式，冷却流体将因此在第二密封表面24的定位在具有外半径r1的第一密封环18的第一密封表面20的径向外侧的部分上流动。因此，冷却流体流的小部分可进入密封表面20、24之间，并且在密封表面20、24之间形成非常薄的流体膜。然而，在经过第一密封环18和第二密封环22之后，大部分冷却流体将通过离心分离器1的出口端口（未示出）排出。68.提供本公开的示例的前述描述以用于说明性和描述性目的。不意图穷举或将本公开限制到所描述的示例和变型。对于本领域的技术人员，许多修改和变型将显然是清楚的。已经选择和描述示例以便最好地解释本公开的原理及其实际应用，并且因此使专业人员可能将本公开理解为用于各种示例并且具有适合意图用途的各种修改。









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