机封冷却结构及具有其的高压热水泵

技术领域

本发明涉及高压热水泵相关技术领域，特别是涉及一种机封冷却结构及具有其的高压热水泵。

背景技术

部分离心泵用于输送温度较高的液体，如锅炉水等，其介质温度能达到110°～260°，为保证输送介质保持液体状态，此类输送介质通常会被施以高压，从而对离心泵的密封性具有较高要求；而离心泵机械密封中的O形圈等密封件容易因高温导致变质失效，会导致离心泵的密封性下降，因此对于高压热水泵，机械密封的冷却降温十分重要；

目前，对于机械密封的降温有多种不同的标准冲洗方案，其中，密封标准冲洗方案PLAN23一般为自冲洗，在机封腔上连接一条经过外置换热器的密封管路，使得机封腔内的输送介质能够经过该密封管路实现自循环，且外置换热器对密封管路内的输送介质实现降温；

但是，此类换热系统虽然对机械密封的降温效果明显，但占地面积较大，且管路连接十分复杂，换热系统整体成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对传统PLAN23方案采取外置换热器的方式，占地大，管路连接复杂问题，换热系统成本较高的问题，提供一种占地小、成本低的机封冷却结构及具有其的高压热水泵。

本发明首先提供一种机封冷却结构，包括泵体、冷却段、主轴、以及密封组件；所述冷却段固设于所述泵体，所述主轴贯穿所述冷却段至所述泵体内，所述冷却段内环绕所述主轴开设有机封腔，所述冷却段内还开设有环绕所述机封腔开设的冷却腔；所述密封组件包括平衡鼓以及机械密封，所述平衡鼓位于所述冷却段靠近所述泵体的一侧，以连通所述泵体与所述机封腔，所述机械密封位于所述冷却段远离所述泵体的一侧且位于所述机封腔内；所述机封冷却结构还包括冷却组件，所述冷却组件包括冷却管，所述冷却管设置于所述冷却腔内，且两端分别与所述机封腔连通。

上述机封冷却结构，通过在冷却腔内设置两端分别与机封腔连通的冷却管，使得机封腔内的液体能够在平衡鼓两侧压差作用下，沿冷却管实现自循环，并通过冷却管，与冷却腔内的冷却液进行热交换，完成换热降温，大大减少冷却系统的占地面积以及生产成本，仅需要一组冷却腔进出水管即可满足冷却降温需求，大大减少了后续检修维护的难度。

在其中一个实施例中，所述冷却组件还包括设置于所述机封腔内的辅助叶轮，所述辅助叶轮固设于所述主轴，且与所述冷却管靠近所述泵体一侧的开口对应，以将所述机封腔内的液体输入至所述冷却管内。

可以理解的是，辅助叶轮转动时能够将机封腔内的液体主动泵送至冷却管内，从而增加冷却管内液体的流速，进而增加对机械密封的冷却效果。

在其中一个实施例中，所述辅助叶轮的进液口朝向所述机械密封一侧，出液口朝向所述冷却管靠近所述泵体一侧的开口。

可以理解的是，回输至机封腔内的输送液体，能够在直接输送至辅助叶轮的入口，从而形成一完整的内循环，避免因泵体侧的高温液体大量进入机封腔引入大量热量，导致机械密封失效的情况发生。

在其中一个实施例中，所述辅助叶轮的有效流量为0.4kg/m，扬程为4m～5m。

可以理解的是，该参数下，辅助叶轮送输送的液体在经过冷却管并从靠近机械密封处的出口流出时，液体温度恰好降低至与冷却腔内冷却液的温度接近或相等，以使得冷却管的换热效果能够得到充分利用。

在其中一个实施例中，所述冷却组件还包括设置于所述机封腔内的阻挡件，所述阻挡件位于所述冷却管的两个开口之间，以阻挡液体从所述机封腔靠近所述泵体的一侧流至所述机械密封一侧。

可以理解的是，阻挡件的阻挡作用能够有效避免泵体内的高温液体未经过冷却管的降温，大量的直接通过机封腔流至机械密封处，从而导致机械密封的密封效果失效的情况发生。

在其中一个实施例中，所述阻挡件为阻挡块，所述阻挡块位于所述机封腔的侧壁与所述辅助叶轮的外周面之间，且与所述机封腔的侧壁固定连接。

在其中一个实施例中，所述冷却管以所述主轴为中心，沿所述主轴的轴线方向螺旋设置。

可以理解的是，螺旋设置能够有效增加冷却管与冷却液的接触面积，从而增加换热效果。

在其中一个实施例中，所述冷却管的出水口与所述机封腔的顶壁固设，入水口与所述机封腔的底壁固设。

可以理解的是，根据液体受热后的性质，能够有利于冷却液的循环。

在其中一个实施例中，所述冷却管为金属管。

本发明第二方面提供一种高压热水泵，包括上述的机封冷却结构。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高压热水泵的剖视结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图；

图3为图2中B处的放大结构示意图；

附图标记：10、冷却段；11、机封腔；12、冷却腔；20、泵体；30、主轴；40、密封组件；41、平衡鼓；42、机械密封；50、冷却组件；51、冷却管；52、辅助叶轮；53、阻挡块。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

离心泵的泵体与冷却段之间通常设置有平衡鼓，平衡鼓具有一定缝隙，使得位于平衡鼓两侧的液体(泵体内的液体以及机封腔内的液体)处于一动态平衡状态，从而能够起到平衡轴向力的作用；

但是，对于高压热水泵而言，通过平衡鼓进入机封腔的高温液体，会导致机械密封中的O形圈等零件变质失效，从而导致机械密封的寿命及密封效果受到影响；

目前的PLAN23密封标准冲洗方案，离心泵连接两组进出水管，其中一组进出水管连接冷却腔，通过持续通入冷却液，以带走冷却段内的热量，从而完成间接完成对机械密封的降温；

另一组进出水管连接机封腔，且形成一自循环，由于平衡鼓两侧的压差作用(泵体一侧的液体为经过增压的出口液体，其压力大于机封腔内的液体)，机封腔内的液体会沿自循环管路持续流动，该自循环管路位于离心泵外侧部分的管道，会经过一外置换热器，换热器内持续通有冷却液，从而使得自循环管路在换热器内能够通过冷却液的换热作用，完成对自循环管路内的输送介质的降温，进而降低机封腔内的液体温度，达到对机械密封降温的效果；

但是，上述冷却方案，由于具有独立的换热器，占地面积较大，且管路连接十分复杂，至少包括冷却腔管路、机封腔自循环管路以及换热器冷却液管路三组管路，在后期检修维护时十分繁琐，从而导致冷却系统的生产及使用成本均较高。

针对上述问题，请参阅图1和图2所示，本申请首先提供一种机封冷却结构，包括泵体20、冷却段10、主轴30、以及密封组件40；冷却段10固设于泵体20，主轴30贯穿冷却段10至泵体20内，冷却段10内环绕主轴30开设有机封腔11，冷却段10内还开设有环绕机封腔11开设的冷却腔12；密封组件40包括平衡鼓41以及机械密封42，平衡鼓41位于冷却段10靠近泵体20的一侧，以连通泵体20与机封腔11，机械密封42位于冷却段10远离泵体20的一侧且位于机封腔11内；

机封冷却结构还包括冷却组件50，冷却组件50包括冷却管51，冷却管51设置于冷却腔12内，且两端分别与机封腔11连通。

通过在冷却腔12内设置两端分别与机封腔11连通的冷却管51，使得机封腔11内的液体能够在平衡鼓41两侧压差作用下，沿冷却管51实现自循环，并通过冷却管51，与冷却腔12内的冷却液进行热交换，完成换热降温；

相当于将现有技术中的自循环管路内置于冷却段10内，并用冷却腔12以及持续通入的冷却液代替了现有技术中的换热器，大大减少冷却系统的占地面积以及生产成本，同时相较于现有技术中的三组管路，本申请中仅需要一组冷却腔12进出水管即可满足冷却降温需求，大大减少了后续检修维护的难度。

在图2所示的实施例中，冷却组件50还包括设置于机封腔11内的辅助叶轮52，辅助叶轮52固设于主轴30，且与冷却管51靠近泵体20一侧的开口对应，以将机封腔11内的液体输入至冷却管51内；

通过设置辅助叶轮52，使得辅助叶轮52转动时能够将机封腔11内的液体主动泵送至冷却管51内，从而增加冷却管51内液体的流速，进而增加对机械密封42的冷却效果，避免因仅依靠平衡鼓41两侧压差驱动，导致沿冷却管51自循环流动的液体流速较小，冷却效果不足的情况发生；

此外，将辅助叶轮52固设于主轴30，使得辅助叶轮52能够由主轴30直接带动，无需设置额外的驱动件进行驱动，结构简单，不易损坏，能够有效增加在机封腔11内的高温高压环境下的使用寿命，降低后续维护成本。

本申请中，机封腔11内的流体路线如下：

主轴30开始转动后，冷却腔12内开始持续通入冷却液，主轴30会带动辅助叶轮52一同转动，从而使得机封腔11内的液体沿辅助叶轮52的入口进入辅助叶轮52，并获得增压后，沿辅助叶轮52的出口流至冷却管51内；

此时，冷却管51内的高温液体会与冷却腔12内的冷却液发生热交换，从而实现输送液体的降温，降温后的液体会从冷却管51靠近机械密封42处的开口回输至机封腔11内，以实现对机械密封42的降温。

通过将辅助叶轮52设置为与冷却管51靠近泵体20一侧的开口对应，以使得经冷却后的液体能够通过冷却管51靠近机械密封42的开口回输至机封腔11中，以进一步增加对机械密封42的冷却效果。

在图3所示的实施例中，辅助叶轮52的进液口朝向机械密封42一侧，出液口朝向冷却管51靠近泵体20一侧的开口；以使得经冷却管51靠近机械密封42处的开口回输至机封腔11内的输送液体，能够在直接输送至辅助叶轮52的入口，从而形成一完整的内循环，通过内循环内的输送液体实现对机械密封42的持续降温；

与辅助叶轮52的进液口朝向泵体20一侧相比，能够减少因泵体20侧的高温液体大量进入机封腔11所引入的热量，进而增加对机械密封42的冷却效果。

在图2所示的实施例中，辅助叶轮52的有效流量为0.4kg/m，扬程为4m～5m；在该叶轮参数下，辅助叶轮52送输送的液体在经过冷却管51并从靠近机械密封42处的出口流出时，液体温度恰好降低至与冷却腔12内冷却液的温度接近或相等，以使得冷却管51的换热效果能够得到充分利用；

若在此基础上降低辅助叶轮52的相应参数，会使得所输送液体的流速降低，从而使得输送液体仍处于冷却腔12内的冷却管51内，但其温度已经降低至与冷却腔12内的冷却液温度相同或接近，从而导致从该位置往后部分的冷却管51的换热效果无法得到充分利用，整体换热效率相对较低；

若在此基础上增加辅助叶轮52的相应参数，会使得所输送液体的流速增加，从而使得输送液体从冷却管51靠近机械密封42的出口流出时，液体温度仍高于冷却腔12内冷却液的温度，即输送液体的流速过快，而由于辅助叶轮52的驱动动力来源于主轴30的转动，因此，过度增加辅助叶轮52的相应参数，会导致主轴30能量的浪费，从而导致离心泵整体效率下降。

在图2所示的实施例中，冷却组件50还包括设置于机封腔11内的阻挡件，阻挡件位于冷却管51的两个开口之间，以防止辅助叶轮52开始工作后，高温液体液体从机封腔11靠近泵体20的一侧直接流至机械密封42一侧；

阻挡件与辅助叶轮52之间存在一定间隙，一方面防止转动部件与非转动部件咬死；另一方面允许冷却液从泵体20一侧流至机械密封42处，以保证初始状态下机封腔11能够被冷却液充满；

通过设置阻挡件，能够有效避免泵体20内的高温液体，未经过冷却管51的降温，大量的直接通过机封腔11流至机械密封42处，从而导致机械密封42的密封效果失效的情况发生；

在本申请中，经过平衡鼓41进入机封腔11的高温液体，在阻挡件的阻挡作用下，大部分进入冷却管51，小部分液体仍然可能经过阻挡件直接流至机械密封42处，但是，由于冷却管51靠近机械密封42侧的开口会持续输出经降温后的液体，降温后的液体会与上述的小部分高温液体混合，避免液体温度过高对机械密封42造成影响。

在图3所示的实施例中，阻挡件为阻挡块53，阻挡块53位于机封腔11的侧壁与辅助叶轮52的外周面之间，且与机封腔11的侧壁固定连接；通过平衡鼓41处的狭小缝隙，以及以及阻挡块53与辅助叶轮52外周面之间的缝隙，能够形成等同于迷宫密封的效果，进一步优化阻挡效果，避免高温液体直接流入机械密封42处。

在图2所示的实施例中，冷却管51以主轴30为中心，沿主轴30的轴线方向螺旋设置；以尽可能增加冷却管51与冷却腔12内冷却液的接触面积，即增加冷却管51的换热面积，从而能够起到增加冷却管51换热效果的作用。

在图2所示的实施例中，冷却管51的出水口与机封腔11的顶壁固设，入水口与机封腔11的底壁固设；由于液体温度不同时密度会存在差别，通常高温液体密度较低，位于上侧，而低温液体密度较高，位于下侧；

通过将冷却管51的出水口与机封腔11的顶部固设，使得位于机封腔11上侧的高温液体能够从出水口直接进入冷却管51中，而冷却管51冷却后的低温液体，能够通过冷却管51的入水口回流至机封腔11的底部，有利于冷却液的循环。

在图2所示的实施例中，冷却管51为金属管；金属材质具有较为优秀的热传递效率，将金属管作为冷却管51，能够有效增加冷却管51的换热效果；优选的，冷却管51为紫铜管。

本发明第二方面提供一种高压热水泵，该高压热水泵包括上述的机封冷却结构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。