一种高压多级泵用机封结构及方法
阅读说明：本技术 一种高压多级泵用机封结构及方法 (Mechanical seal structure and method for high-pressure multi-stage pump ) 是由 丛小青 李奎 于 2020-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高压多级泵用机封结构,涉及钻井平台高压冲桩泵用机封技术领域,包括：安装座、补偿弹件、推环、动环组件、动环环片、静环组件、静环环片。动环环片上具有强制循环动力槽。将动环组件与静环组件进行换位,使得动环组件与推环、补偿弹件相连,使得动环环片直接受到补偿弹件的应力,减少动环环片与静环环片之间可能产生的缝隙,加强密封效果,并且在转轴高速、高压转动时,通过动环环片的强制循环动力槽接收流体,进而使得流体润滑动环环片与静环环片之间的接触面,减少干磨,此外,动环环片的旋转离心力还能将残留在强制循环动力槽中的杂质甩出,进一步降低了动环环片、静环环片的磨损率,大大加强使用寿命。(The invention discloses a mechanical seal structure for a high-pressure multi-stage pump, which relates to the technical field of mechanical seals for high-pressure pile-washing pumps of drilling platforms, and comprises the following components: the mounting base, compensation bullet spare, throw-out collar, rotating ring subassembly, rotating ring piece, quiet ring subassembly, quiet ring piece. The movable ring piece is provided with a forced circulation power groove. Transposing rotating ring subassembly and quiet ring subassembly, make the rotating ring subassembly with push away the ring, the compensation bullet links to each other, make the rotating ring piece directly receive the stress of compensation bullet piece, reduce the gap that probably produces between rotating ring piece and the quiet ring piece, strengthen sealed effect, and when the pivot is high-speed, high pressure is rotated, force circulation power groove through the rotating ring piece receives fluid, and then make the contact surface between fluid lubrication rotating ring piece and the quiet ring piece, reduce and dry-grind, in addition, the rotatory centrifugal force of rotating ring piece can also throw away the impurity that remains in force circulation power groove, the rotating ring piece has further been reduced, the wear rate of quiet ring piece, strengthen life greatly.)
技术领域
本发明涉及钻井平台高压冲桩泵用机封技术领域，特别涉及一种高压多级泵用机封结构。
背景技术
随着人类对油气资源开发利用的深化，油气勘探开发从陆地转入海洋。因此，钻井工程作业也必须在浩瀚的海洋中进行。
而在进行钻井工程作业前，需将钻井平台(海上平台)在海上进行固定，因此需将固定桩打入海底来固定该钻井平台，进而使得钻井平台上的工作人员能正常进行钻井工程作业。等钻井工程作业完成后，又需将钻井平台移动到其他地方进行探索或者去完成另外的钻井工程作业，故这个时候需要钻井平台高压冲桩泵，通过该泵把海水打到固定桩周围，把淤泥或者石块等等冲开，进而使得固定桩起拔，使得钻井平台能够移动。
但是在钻井平台高压冲桩泵进行工作时，其扬程600米(6MPA)，即需要承受60公斤水压的情况下进行工作，该高压冲桩泵的线速度，压力都会超过机封的极限。因此该高压冲桩泵中套设在转轴上的动环环片与静环环片之间会产生干磨现象，大大降低该高压冲桩泵的使用寿命。
发明内容
本发明目的之一是解决现有技术中钻井平台高压冲桩泵因高速、高压导致动环环片与静环环片之间的接触面产生干磨，导致使用寿命降低的问题。
本发明目的之二是提供一种高压多级泵用机封方法。
为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：一种高压多级泵用机封结构，其中，包括：安装座；补偿弹件，所述补偿弹件的左端与所述安装座相连；推环，所述推环的左端连接所述补偿弹件的右端；动环组件，所述动环组件的左端连接所述推环的右端：动环环片，所述动环环片设置在所述动环组件的右端上，所述动环环片上具有：强制循环动力槽，所述强制循环动力槽由所述动环环片的右端局部端面内凹形成；静环组件，所述静环组件位于所述动环组件的右端；静环环片，所述静环环片设在所述静环组件的左端上，所述静环环片与所述动环环片相贴合接触；所述安装座、所述补偿弹件、所述推环、所述动环组件、所述动环环片、所述静环组件、所述静环环片套设在转轴上。
在转轴高速、高压转动时，通过动环组件中动环环片的强制循环动力槽接收流体(海水)，进而使得流体进入动环环片与静环环片之间的接触面进行润滑，减少高速、高压下的干磨现象。
所述推环半包裹所述动环组件。所述动环环片以镶嵌的连接方式嵌入至所述动环组件的右端。所述静环环片以镶嵌的连接方式嵌入至所述静环组件的左端。
将动环环片、静环环片镶嵌至的动环组件、静环组件中，避免动环环片、静环环片在高压下变形过大，导致动环环片、静环环片不稳定(加剧摩擦力度)，以及可能触碰到转轴，导致磨损加剧，影响使用寿命的问题。
动环环片为宽环，静环环片为窄环。
由于工况是海水，含有脏物和颗粒，而动环环片相比静环环片要宽，因此动环环片右端面能够更快接触脏物和颗粒，在旋转作用力下甩开触脏物和颗粒，避免触脏物和颗粒进入动环环片与静环环片的端面之间，造成磨损，影响使用寿命。
并且，动环环片作为宽环，不仅使得强制循环动力槽易开，还能加强强制循环动力槽流动效果，此外，作为窄环的静环环片也能最为有效密封接触动环环片，进一步加强密封效果，将使用寿命效果最大化。
进一步地，在本发明实施例中，所述强制循环动力槽位于所述动环环片右端面边缘位置，所述强制循环动力槽为开放式槽型。开放式槽型的形成为去除所述动环环片右端面边缘局部结构后，形成直接连通外界的内凹面构造。
或者将所述强制循环动力槽限定为月牙形，所述强制循环动力槽两端贯通所述动环环片。仅包含强制循环动力槽的两端贯通所述动环环片。相比于开放式的强制循环动力槽，月牙形的强制循环动力槽能够大概率避免海中的颗粒杂质进入至强制循环动力槽中，导致海中的颗粒杂质进入至动环环片与静环环片之间造成磨损，降低使用寿命。
进一步地，在本发明实施例中，所述动环组件与所述静环组件分别具有第一去应力槽与第二去应力槽，所述动环环片左端角位于所述第一去应力槽，所述静环环片的右端角位于所述第二去应力槽。
通过在动环组件与静环组件中设置第一去应力槽与第二去应力槽，使得动环环片、静环环片在变形时有足够的变形延伸空间，减少动环环片、静环环片摩擦力度，进而使得强制循环动力槽流体能够更好的进入动环环片、静环环片之间，减少干磨现象，加强使用寿命。
进一步地，在本发明实施例中，所述静环环片与所述动环环片为面接触，所述静环环片的材质采用硬质合金，所述动环环片的材质采用碳化硅。
碳化硅研磨要求表面粗糙度0.05um,硬质合金要求表面粗糙度0.01um,执行WN150和WN120标准。环面的表面粗糙度会影响密封的承载能力。
进一步地，在本发明实施例中，所述静环环片与所述动环环片分别与转轴之间存在间隙。防止大颗粒流体介质冲进到动环环片和静环环片的接触面之间进行摩擦。
进一步地，在本发明实施例中，所述补偿弹件为预压紧状态，具有一定顶向所述推环的压力。在动环环片和静环环片有一定摩擦损耗时，能通过补偿弹件推动动环环片进行补偿，加长动环环片和静环环片的使用寿命。
进一步地，在本发明实施例中，所述高压多级泵用机封结构还包括：紧定螺钉，所述安装座通过所述紧定螺钉固定在转轴上。
进一步地，在本发明实施例中，所述安装座具有阶梯孔，所述高压多级泵用机封结构还包括：销钉，所述销钉穿过所述阶梯孔连接所述推环。
进一步地，在本发明实施例中，所述动环组件还具有安装槽，所述高压多级泵用机封结构还包括：挡环；密封圈，所述挡环与所述密封圈安装在所述安装槽中，用于所述动环组件与转轴之间的密封。
本发明的有益效果是：
本发明将动环组件与静环组件进行换位，使得动环组件与推环、补偿弹件相连(直接或间接)，使得动环环片直接受到补偿弹件的应力作用，减少转动时动环环片与静环组件中静环环片之间可能产生的缝隙，加强密封效果，并且在转轴高速、高压转动时，通过动环环片的强制循环动力槽接收流体，进而使得流体润滑动环环片与静环环片之间的接触面，减少干磨，此外，动环环片的旋转离心力还能将残留在强制循环动力槽中的杂质甩出，进一步降低了动环环片、静环环片的磨损率，大大加强使用寿命。
为达到上述目的之二，本发明采用以下技术方案：一种高压多级泵用机封方法，包括以下步骤：
换位，将动环组件与静环组件进行换位，使得动环组件与推环、补偿弹件相连，使得动环组件的动环环片能够受到补偿弹件的应力作用，减少转动时动环环片与静环组件中静环环片之间可能产生的缝隙；
润滑，在转轴高速、高压转动时，通过动环组件中动环环片的强制循环动力槽接收流体，进而使得流体润滑动环环片与静环环片之间的接触面；
甩离，在转轴高速、高压转动时，通过动环组件中动环环片的离心力将残留在强制循环动力槽中的海中杂质甩出。
进一步地，在本发明实施例中，动环环片为宽环，以实现最大的离心力作用。
进一步地，在本发明实施例中，将动环环片镶嵌入动环组件中，通过动环环片作为旋转作用体减少高压产生的形变。
进一步地，在本发明实施例中，通过在动环组件与静环组件中设置第一去应力槽与第二去应力槽，使得动环环片、静环环片在变形时有足够的变形延伸空间。
附图说明
图1为本发明实施例高压多级泵用机封结构的结构示意图。
图2为本发明实施例静环组件的结构示意图。
图3为本发明实施例静环环片的结构示意图。
图4为本发明实施例静环环片的正面示意图。
图5为本发明另一实施例高压多级泵用机封结构的结构示意图。
图6为本发明另一实施例静环组件的结构示意图。
图7为本发明另一实施例静环环片的结构示意图。
图8为本发明另一实施例静环环片的正面示意图。
附图中
10、安装座 11、阶梯孔
20、补偿弹件 30、推环
40、动环组件 41、动环环片 411、强制循环动力槽
42、第一去应力槽 43、安装槽
50、静环组件 51、静环环片 52、第二去应力槽
60、紧定螺钉 70、挡环 80、密封圈
90、销钉
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是。对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知高压多级泵用机封方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
实施例一：
一种高压多级泵用机封结构，其中，如图1-4或5-8所示，包括：安装座10、补偿弹件20、推环30、动环组件40、动环环片41、静环组件50、静环环片51。
补偿弹件20的左端与安装座10相连。推环30的左端连接补偿弹件20的右端。
动环组件40的左端连接推环30的右端。动环环片41设置在动环组件40的右端上，动环环片41上具有强制循环动力槽411，强制循环动力槽411由动环环片41的右端局部端面内凹形成。
静环组件50位于动环组件40的右端。静环环片51设在静环组件50的左端上，静环环片51与动环环片41相贴合接触。
安装座10、补偿弹件20、推环30、动环组件40、动环环片41、静环组件50、静环环片51套设在转轴上。
在转轴高速、高压转动时，通过动环组件40中动环环片41的强制循环动力槽411接收流体(海水)，进而使得流体进入动环环片41与静环环片51之间的接触面进行润滑，减少高速、高压下的干磨现象。
推环30半包裹动环组件40。动环环片41以镶嵌的连接方式嵌入至动环组件40的右端。静环环片51以镶嵌的连接方式嵌入至静环组件50的左端。
将动环环片41、静环环片51镶嵌至的动环组件40、静环组件50中，避免动环环片41、静环环片51在高压下变形过大，导致动环环片41、静环环片51不稳定(加剧摩擦力度)，以及可能触碰到转轴，导致磨损加剧，影响使用寿命的问题。
动环环片41为宽环，静环环片51为窄环。
由于工况是海水，含有脏物和颗粒，而动环环片41相比静环环片51要宽，因此动环环片41右端面能够更快接触脏物和颗粒，在旋转作用力下甩开触脏物和颗粒，避免触脏物和颗粒进入动环环片41与静环环片51的端面之间，造成磨损，影响使用寿命。
并且，动环环片41作为宽环，不仅使得强制循环动力槽411易开，还能加强强制循环动力槽411流动效果，此外，作为窄环的静环环片51也能最为有效密封接触动环环片41，进一步加强密封效果，将使用寿命效果最大化。
优选地，动环组件40与静环组件50分别具有第一去应力槽42与第二去应力槽52，动环环片41左端角位于第一去应力槽42，静环环片51的右端角位于第二去应力槽52。
通过在动环组件40与静环组件50中设置第一去应力槽42与第二去应力槽52，使得动环环片41、静环环片51在变形时有足够的变形延伸空间，减少动环环片41、静环环片51摩擦力度，进而使得强制循环动力槽411流体能够更好的进入动环环片41、静环环片51之间，减少干磨现象，加强使用寿命。
优选地，静环环片51与动环环片41为面接触，静环环片51的材质采用硬质合金，动环环片41的材质采用碳化硅。
碳化硅研磨要求表面粗糙度0.05um,硬质合金要求表面粗糙度0.01um,执行WN150和WN120标准。环面的表面粗糙度会影响密封的承载能力。
优选地，静环环片51与动环环片41分别与转轴之间存在间隙。防止大颗粒流体介质冲进到动环环片41和静环环片51的接触面之间进行摩擦。
优选地，补偿弹件20为预压紧状态，具有一定顶向推环30的压力。在动环环片41和静环环片51有一定摩擦损耗时，能通过补偿弹件20推动动环环片41进行补偿，加长动环环片41和静环环片51的使用寿命。
优选地，高压多级泵用机封结构还包括紧定螺钉60，安装座10通过紧定螺钉60固定在转轴上。
优选地，安装座10具有阶梯孔11，高压多级泵用机封结构还包括销钉90，销钉90穿过阶梯孔11连接推环30。
优选地，动环组件40还具有安装槽43，高压多级泵用机封结构还包括挡环70与密封圈80，挡环70与密封圈80安装在安装槽43中，用于动环组件40与转轴之间的密封。
实施例二：
一种高压多级泵用机封结构，其中，如图1-4所示，强制循环动力槽411位于动环环片41右端面边缘位置，强制循环动力槽411为开放式槽型。开放式槽型的形成为去除动环环片41右端面边缘局部结构后，形成直接连通外界的内凹面构造。
其余技术方案与实施例一相同。
实施例三：
一种高压多级泵用机封结构，其中，如图5-8所示，强制循环动力槽411为月牙形，强制循环动力槽411两端贯通动环环片41。仅包含强制循环动力槽411的两端贯通动环环片41。相比于开放式的强制循环动力槽411，月牙形的强制循环动力槽411能够大概率避免海中的颗粒杂质进入至强制循环动力槽411中，导致海中的颗粒杂质进入至动环环片41与静环环片51之间造成磨损，降低使用寿命。
其余技术方案与实施例一相同。
实施例四：
一种高压多级泵用机封方法，包括以下步骤：
换位，将动环组件40与静环组件50进行换位，使得动环组件40与推环30、补偿弹件20相连，使得动环组件40的动环环片41能够受到补偿弹件20的应力作用，减少转动时动环环片41与静环组件50中静环环片51之间可能产生的缝隙。
润滑，在转轴高速、高压转动时，通过动环组件40中动环环片41的强制循环动力槽411接收流体，进而使得流体润滑动环环片41与静环环片51之间的接触面。
甩离，在转轴高速、高压转动时，通过动环组件40中动环环片41的离心力将残留在强制循环动力槽411中的海中杂质甩出。
优选地，动环环片41为宽环，以实现最大的离心力作用。
优选地，将动环环片41镶嵌入动环组件40中，通过动环环片41作为旋转作用体减少高压产生的形变。
优选地，通过在动环组件40与静环组件50中设置第一去应力槽42与第二去应力槽52，使得动环环片41、静环环片51在变形时有足够的变形延伸空间。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。