專利名稱：一種浮環(huán)密封裝置的制作方法
發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)軸的密封，特別涉及一種浮環(huán)密封裝置。主要用于石油化工等行業(yè)的透平，離心壓縮機(jī)等流體機(jī)械的軸端密封。
浮環(huán)密封裝置是透平、離心壓縮機(jī)等流體機(jī)械使用的一種傳統(tǒng)密封產(chǎn)品，如“化工密封技術(shù)”一書(化學(xué)工業(yè)出版社1990年9月第一版)P422-P499所述(參見

圖1)，流體機(jī)械的機(jī)殼1-7和旋轉(zhuǎn)軸1-8之間構(gòu)成安裝密封裝置的空間，密封腔體1-6置于該空間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體的中心，二者之間有間隙，其他零件裝在密封腔體1-6內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸1-8上固定有軸套1-1，軸套外圓面上裝有內(nèi)浮環(huán)1-2、外浮環(huán)1-3，內(nèi)浮環(huán)位于靠近被密封介質(zhì)側(cè)1-4，該被密封介質(zhì)為具有一定壓力的危險(xiǎn)性氣體，密封裝置的作用就是防止該氣體泄漏；外浮環(huán)位于靠近大氣側(cè)1-5，軸套外圓面與內(nèi)、外浮環(huán)的內(nèi)孔之間均留有間隙，密封腔體1-6內(nèi)充入密封油，如箭頭所示。密封油的壓力高于被密封介質(zhì)1-4的壓力，其差值稱為油氣壓差，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸1-8旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓力高的密封油必將沿著軸套與內(nèi)浮環(huán)之間較小的間隙A流向壓力低的被密封介質(zhì)側(cè)1-4，阻止被密封介質(zhì)經(jīng)過此間隙向大氣側(cè)泄漏，達(dá)到密封的目的；與此同時(shí)，根據(jù)流體潤滑理論的雷諾方程，密封油在上述間隙A內(nèi)產(chǎn)生油膜，并具有浮升力，將內(nèi)浮環(huán)浮起，避免旋轉(zhuǎn)軸與內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔接觸，延長零件的壽命；而密封油沿著上述間隙A流向被密封介質(zhì)側(cè)，這就是內(nèi)泄漏，應(yīng)當(dāng)盡力減少。絕大部分密封油沿著軸套1-1與外浮環(huán)1-3之間較大的間隙B流向大氣側(cè)，返回到油箱，循環(huán)使用。浮環(huán)密封的主要優(yōu)點(diǎn)是它屬于非接觸式密封，壽命長，可靠性高，適用于高速、高壓工況。其主要缺點(diǎn)是密封油向被密封介質(zhì)一側(cè)的泄漏較大，即內(nèi)泄漏較大，污油回收系統(tǒng)復(fù)雜，并存在密封油污染被密封介質(zhì)或者被密封介質(zhì)污染密封油的可能性。
為了解決內(nèi)泄漏大的問題，許多技術(shù)改革和專利技術(shù)相繼問世，如中國專利98201564.X。這些技術(shù)是將浮環(huán)密封技術(shù)與螺旋密封(也稱粘性密封)技術(shù)結(jié)合在一起，將原本是光滑的內(nèi)浮環(huán)2-1的內(nèi)孔壁面分成兩段一段為原來的光滑內(nèi)孔壁面2-2；另一段則將光滑內(nèi)孔壁面加工成多頭螺紋2-3。參見圖2，該圖只畫出了內(nèi)浮環(huán)的局部剖視圖。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸2-4旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封油在上述光滑內(nèi)孔壁面2-2與軸套之間的間隙A內(nèi)產(chǎn)生油膜，并具有浮升力，將內(nèi)浮環(huán)2-1浮起，該段為浮升段；另一段內(nèi)孔壁面上的多頭螺紋2-3則將上述間隙中泄漏出來的密封油朝反向推壓，克服油氣壓差造成的泄漏，從而減少內(nèi)泄漏，該段為防漏段。
上述減少內(nèi)泄漏的措施是在密封油壓力高于被密封介質(zhì)壓力的前提下才能達(dá)到相應(yīng)的目的，即油氣壓差為正值。但是，流體機(jī)械在運(yùn)行中可能出現(xiàn)密封油壓力低于被密封介質(zhì)壓力的不正常情況，油氣壓差為負(fù)值。這時(shí)，被密封介質(zhì)會沿著上述間隙反向流入密封腔內(nèi)，間隙內(nèi)的油膜被破壞，內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔與軸套外圓面接觸，高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱將密封零件破壞，造成密封裝置失效。為克服該缺點(diǎn)，中國專利00262138.X，又在上述減少內(nèi)泄漏措施的基礎(chǔ)上將原本是光滑的內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔壁面分成三段一段為反向多頭螺紋3-1、一段為原來的光滑內(nèi)孔壁面3-2、另一段則為多頭螺紋3-3。參見圖3，該圖只畫出了內(nèi)浮環(huán)的局部剖視圖。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸3-4旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一段的反向多頭螺紋3-1是將密封油的壓力提高，足以彌補(bǔ)流體機(jī)械在運(yùn)行中可能出現(xiàn)密封油壓力低于被密封介質(zhì)壓力的不正常情況，保證密封油壓力高于被密封介質(zhì)的壓力，油氣壓差為正值，密封裝置得以正常運(yùn)行，該段為升壓段。第二段為原來的光滑內(nèi)孔壁面3-2，其作用仍然是將內(nèi)浮環(huán)浮起，該段為浮升段。第三段的多頭螺紋3-3的作用還是將上述間隙中泄漏出來的密封油朝反向推壓，克服油氣壓差造成的泄漏，以減少內(nèi)泄漏，該段為防漏段，它的多頭螺紋的旋向與第一段的反向多頭螺紋的旋向相反，而且，第三段的多頭螺紋軸向長度比第一段的反向多頭螺紋長，足以克服油氣壓差和第一段的反向多頭螺紋提高的壓力，起到既減少內(nèi)泄漏又防止密封油壓力降低時(shí)造成的事故。
上述減少內(nèi)泄漏的措施，雖然能起到其作用，但有一個(gè)明顯的問題是由于防漏段多頭螺紋對從浮升段泄漏出來的密封油的推壓作用，使密封油積存在軸套與內(nèi)浮環(huán)之間的間隙內(nèi)，間隙內(nèi)的密封油粘度較大，當(dāng)軸套隨旋轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸套與密封油之間產(chǎn)生大量的摩擦熱，盡管采取增加傳熱、加大密封油的循環(huán)量等措施，但是，間隙內(nèi)的密封油產(chǎn)生大量的熱仍然威脅著密封裝置的安全運(yùn)行。
本發(fā)明的目的是當(dāng)流體機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，減少軸套與內(nèi)浮環(huán)之間的間隙內(nèi)積存的密封油產(chǎn)生的摩擦熱量，降低內(nèi)浮環(huán)的溫度，提高密封裝置運(yùn)行的安全性。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種新型浮環(huán)密封裝置包括密封腔體、端蓋、軸套、彈性元件、內(nèi)浮環(huán)、外浮環(huán)流體機(jī)械的機(jī)殼和旋轉(zhuǎn)軸之間的空間內(nèi)安裝有所述密封裝置的上述零件，筒狀的密封腔體與盤狀的端蓋連為一體，置于流體機(jī)械的機(jī)殼內(nèi)，流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體和端蓋的中心，旋轉(zhuǎn)軸與密封腔體、端蓋之間均留有間隙；旋轉(zhuǎn)軸上固定有軸套，軸套與密封腔體之間的空間內(nèi)依次安裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)、彈性元件和環(huán)狀的外浮環(huán)；靠近被密封氣體側(cè)的內(nèi)浮環(huán)套在軸套的外圓面上，二者之間有間隙，內(nèi)浮環(huán)的一個(gè)端面與密封腔體的內(nèi)端面緊密貼合；靠近大氣側(cè)的外浮環(huán)套在軸套的外圓面上，二者之間有間隙，外浮環(huán)的一個(gè)端面與端蓋的內(nèi)端面緊密貼合；彈性元件緊貼在內(nèi)浮環(huán)的另一個(gè)端面和外浮環(huán)的另一個(gè)端面之間；內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔與軸套的外圓面之間設(shè)置有浮升段、防漏段；其特征是在內(nèi)浮環(huán)的環(huán)形壁面內(nèi)具有連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于在內(nèi)浮環(huán)的壁面上具有連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道，內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔表面上無論是由浮升段、防漏段兩段組成；還是由升壓段、浮升段、防漏段三段組成，積存在浮升段與防漏段之間的密封油通過連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道流回密封腔體，將密封油在軸套與內(nèi)浮環(huán)之間的間隙內(nèi)產(chǎn)生的大量的摩擦熱帶走，這部分密封油與密封腔體內(nèi)的密封油混合，絕大部分經(jīng)過軸套與外浮環(huán)之間的間隙流回油箱；從而有效的降低內(nèi)浮環(huán)的溫度，保證密封裝置的安全運(yùn)行。
圖4為本發(fā)明的新型浮環(huán)密封裝置的縱向剖視圖。
圖中1—密封腔體 11—內(nèi)浮環(huán)端面 21—防漏段2—端蓋 12—密封腔體端面22—通道3—機(jī)殼 13—大氣側(cè) 23—通道軸線4—旋轉(zhuǎn)軸 14—外浮環(huán)間隙 24—旋轉(zhuǎn)軸線5—軸套 15—外浮環(huán)端面 25—進(jìn)油孔6—內(nèi)浮環(huán) 16—端蓋端面7—彈性元件 17—內(nèi)浮環(huán)另端面8—外浮環(huán) 18—外浮環(huán)另端面9—被密封介質(zhì) 19—升壓段10—內(nèi)浮環(huán)間隙20—浮升段現(xiàn)結(jié)合圖4所表示的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖4為本發(fā)明的新型浮環(huán)密封裝置的縱向剖視圖。筒狀的密封腔體1與盤狀的端蓋2連為一體，置于流體機(jī)械的機(jī)殼3和旋轉(zhuǎn)軸4之間的空間內(nèi)，流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸4穿過密封腔體1和端蓋2的中心，旋轉(zhuǎn)軸4與密封腔體1、端蓋2之間均留有間隙；軸套5固定在旋轉(zhuǎn)軸4上，密封腔體1與軸套5之間的空間內(nèi)依次安裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)6、彈性元件7和環(huán)狀的外浮環(huán)8；靠近被密封介質(zhì)側(cè)9的內(nèi)浮環(huán)6套在軸套5的外圓面上，二者之間有間隙10，此間隙一般為0.03-0.10mm，內(nèi)浮環(huán)6的一個(gè)端面11與密封腔體1的內(nèi)端面12緊密貼合，兩個(gè)貼合面都是精密加工的，保證密封油不能從此處泄漏。這種兩個(gè)貼合面的結(jié)構(gòu)也可以是一個(gè)為環(huán)形平面，另一個(gè)環(huán)形平面內(nèi)設(shè)有“O”形圈槽，槽內(nèi)置有O形圈的結(jié)構(gòu)，前一個(gè)環(huán)形平面與后者的“O”形圈緊密貼合，保證密封油不能從此處泄漏?？拷髿鈧?cè)13的外浮環(huán)8套在軸套5的外圓面上，二者之間有間隙14，此間隙一般為0.10-0.20mm，外浮環(huán)8的一個(gè)端面15與端蓋2的內(nèi)端面16緊密貼合，兩個(gè)貼合面都是精密加工的，保證密封油不能從此處泄漏，當(dāng)然，這種兩個(gè)貼合面的結(jié)構(gòu)也可以是上述的環(huán)形平面與O形圈貼合的結(jié)構(gòu)。彈性元件7緊貼在內(nèi)浮環(huán)的另一個(gè)端面17和外浮環(huán)的另一個(gè)端面18之間，通常，彈性元件為圓柱形螺旋彈簧，其一端放在外浮環(huán)端面18的彈簧孔內(nèi)，另一端壓緊內(nèi)浮環(huán)的端面，使得內(nèi)浮環(huán)與密封腔體的貼合面緊密貼合，外浮環(huán)與端蓋的貼合面緊密貼合。內(nèi)浮環(huán)6的內(nèi)孔與軸套的外圓面之間設(shè)置有升壓段19、浮升段20、防漏段21，所謂升壓段，防漏段都是在內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔壁上加工的多頭螺紋，只不過二者的螺紋旋向相反，浮升段就是內(nèi)浮環(huán)光滑的內(nèi)孔壁；本發(fā)明的特征是在內(nèi)浮環(huán)6的環(huán)形壁面內(nèi)具有連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道22，該通道位于浮升段20和防漏段21之間的內(nèi)浮環(huán)的環(huán)形壁面內(nèi)。該通道也可以位于防漏段的內(nèi)浮環(huán)的環(huán)形壁面內(nèi)。該通道可以是圓形截面，也可以是方形截面。該通道的截面積為0.1-15.0mm2；最佳為0.2-8.0mm2。該通道的數(shù)量為4-36個(gè)。該通道的軸線23與軸套的旋轉(zhuǎn)軸線24垂直；該通道的軸線也可以與軸套的旋轉(zhuǎn)軸線不垂直，二者的夾角大于50°，而小于90°。
當(dāng)密封油從進(jìn)油孔25進(jìn)入密封腔體1，旋轉(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于密封油的壓力高于被密封介質(zhì)的壓力，絕大部分密封油沿著軸套5與外浮環(huán)8之間較大的間隙14流向大氣側(cè)13，返回到油箱，循環(huán)使用。少部分密封油進(jìn)入軸套5與內(nèi)浮環(huán)6之間的間隙10，經(jīng)過升壓段19后壓力進(jìn)一步提高，再進(jìn)入浮升段20，將內(nèi)浮環(huán)6浮起；流出浮升段20的密封油在防漏段21的多頭螺紋的推壓下不能流向被密封介質(zhì)側(cè)9，而是經(jīng)過連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道22流回密封腔體1，密封油不積存在間隙10內(nèi)，而是將間隙10內(nèi)的熱量帶到密封控體1內(nèi)，再經(jīng)過外浮環(huán)與軸套之間的間隙14流回油箱。正是由于有了通道22，原本積存在間隙10內(nèi)的密封油不再積存，也就不會產(chǎn)生大量的摩擦熱，有效的降低了內(nèi)浮環(huán)的溫度，提高密封裝置運(yùn)行的安全性。
連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道22可以位于浮升段20和防漏段21之間，這是由于在加工防漏段多頭螺紋時(shí)，會在浮升段與防漏段之間加工退刀槽，將通道22設(shè)置在退刀槽處可以減少內(nèi)浮環(huán)的軸向長度。當(dāng)然，通道22也可以設(shè)置在防漏段21處，應(yīng)該盡量靠近浮升段側(cè)。
連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道22的軸線23可以與軸套的旋轉(zhuǎn)軸線24垂直，也可以不垂直，二者之間的夾角大于50°，而小于90°，使得從通道22流出的密封油更容易與從進(jìn)油孔25進(jìn)入的密封油混合，順暢地進(jìn)入外浮環(huán)。
在上述實(shí)施例中，內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔有升壓段19、浮升段20、防漏段21。由于升壓段的作用，密封油壓力升高，流經(jīng)浮升段后，其壓力高于密封腔體壓力，密封油沿著連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道22流回密封腔體；如果內(nèi)浮環(huán)6的內(nèi)孔中沒有升壓段19，只有浮升段20和防漏段21時(shí)，則密封油直接進(jìn)入浮升段20，從靜止的狀態(tài)來看，連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道22的兩端壓力，一端為密封腔體壓力，另一端為內(nèi)浮環(huán)內(nèi)孔壓力，兩處的壓力幾乎相等，密封油不會沿通道22流回密封腔體內(nèi)。但是，當(dāng)流體機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)流體潤滑理論的雷諾方程，在旋轉(zhuǎn)軸的垂直截面中的內(nèi)浮環(huán)孔與旋轉(zhuǎn)軸外表面之間的間隙內(nèi)，存在油膜承載區(qū)，該區(qū)內(nèi)的油膜壓力高于密封控體內(nèi)的油壓。此外，內(nèi)浮環(huán)孔與旋轉(zhuǎn)軸套外表面之間的間隙內(nèi)的密封油并不是簡單的沿著間隙作軸向流動，根據(jù)牛頓粘性剪切定律，與內(nèi)浮環(huán)內(nèi)孔接觸的密封油的圓周速度為零，而與軸套接觸的密封油的圓周速度為軸套外圓面的圓周速度，因此密封油同時(shí)還作圓周運(yùn)動，間隙內(nèi)的密封油存在離心力，在離心力和上述油膜承載力的作用下，仍然有密封油從上述通道22流回密封腔體內(nèi)，還是具有減少油膜內(nèi)的摩擦熱的作用。
綜上所述，本發(fā)明的新型浮環(huán)密封裝置消除了在軸套與內(nèi)浮環(huán)間隙之間的密封油的積存，流回密封腔體的密封油將熱量帶走，減少間隙內(nèi)的密封油產(chǎn)生的摩擦熱量，從而有效的降低內(nèi)浮環(huán)的溫度；同時(shí)，減少了內(nèi)泄漏以及防止密封油壓力降低時(shí)造成負(fù)的油氣壓差，保證密封裝置的安全運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種新型浮環(huán)密封裝置包括密封腔體、端蓋、軸套、彈性元件、內(nèi)浮環(huán)、外浮環(huán)流體機(jī)械的機(jī)殼和旋轉(zhuǎn)軸之間的空間內(nèi)安裝有所述密封裝置的上述零件，筒狀的密封腔體與盤狀的端蓋連為一體，置于流體機(jī)械的機(jī)殼內(nèi)，流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體和端蓋的中心，旋轉(zhuǎn)軸與密封腔體、端蓋之間均留有間隙；旋轉(zhuǎn)軸上固定有軸套，軸套與密封腔體之間的空間內(nèi)依次安裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)、彈性元件和環(huán)狀的外浮環(huán)；靠近被密封氣體側(cè)的內(nèi)浮環(huán)套在軸套的外圓面上，二者之間有間隙，內(nèi)浮環(huán)的一個(gè)端面與密封腔體的內(nèi)端面緊密貼合；靠近大氣側(cè)的外浮環(huán)套在軸套的外圓面上，二者之間有間隙，外浮環(huán)的一個(gè)端面與端蓋的內(nèi)端面緊密貼合；彈性元件緊貼在內(nèi)浮環(huán)的另一個(gè)端面和外浮環(huán)的另一個(gè)端面之間；內(nèi)浮環(huán)的環(huán)形內(nèi)孔壁面上設(shè)置有浮升段、防漏段；其特征是在內(nèi)浮環(huán)的環(huán)形壁面內(nèi)具有連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道位于浮升段和防漏段之間的內(nèi)浮環(huán)的環(huán)形壁面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道位于防漏段的內(nèi)浮環(huán)的環(huán)形壁面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi).孔和外壁的通道為圓形截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道為方形截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道的截面積為0.1-15.0mm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道的截面積為0.2-8.0mm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道的數(shù)量為4-36個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道的軸線與軸套的旋轉(zhuǎn)軸線垂直。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型浮環(huán)密封裝置，其特征是連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道的軸線與軸套的旋轉(zhuǎn)軸線的夾角大于50°，而小于90°。
全文摘要
一種新型浮環(huán)密封裝置的結(jié)構(gòu)為:旋轉(zhuǎn)軸上固定有軸套,軸套的外圓面上裝有靠近被密封氣體側(cè)的內(nèi)浮環(huán)和靠近大氣側(cè)的外浮環(huán),軸套與內(nèi)、外浮環(huán)之間均有間隙,內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔與軸套的外圓面之間設(shè)置有浮升段、防漏段;其特征是:在內(nèi)浮環(huán)的環(huán)形壁面內(nèi)具有連通內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔和外壁的通道。從而有效的降低內(nèi)浮環(huán)的溫度,保證密封裝置的安全運(yùn)行。
文檔編號F04D29/08GK1334408SQ0112274
公開日2002年2月6日 申請日期2001年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月14日
發(fā)明者李寶文 申請人:李寶文