可隨壓力自適應變形的機械密封裝置制造方法
【專利摘要】可隨壓力自適應變形的機械密封裝置，在旋轉軸外側分別與固定結構定位連接的靜止密封環(huán)組件以及與旋轉軸傳動連接的旋轉密封環(huán)組件，其中靜止密封環(huán)與旋轉密封環(huán)軸向相對設置，且在其軸向相對的端面部有可相互接觸的密封面。在靜止/旋轉密封環(huán)中至少一個的密封面徑向外側部位的密封環(huán)體中，設有經設定寬度的軸向間隙與限位結構相配合的變形結構區(qū)。該密封裝置可根據(jù)密封介質的壓力情況自適應改變密封的型式。在低壓情況下為常規(guī)的彈簧靜止式的接觸式機械密封，能有效保證密封在低壓情況下的正常長壽命運行；在高壓情況下，通過密封環(huán)體中變形結構區(qū)的受控變形，密封型式可自適應轉化為流體靜壓式機械密封，以更好地承受高壓，保證密封不受損壞，有效避免了災難性的事故發(fā)生。
【專利說明】可隨壓力自適應變形的機械密封裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種機械密封裝置，具體講是一種可隨壓力變化而通過結構變形實現(xiàn)自適應改變密封型式的機械密封裝置。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)代工業(yè)應用中，特別是在輸送高溫、高壓或有毒、有害流體設備中，已更多地采用了由靜止密封環(huán)和旋轉密封環(huán)相配合實現(xiàn)的端面機械密封系統(tǒng)。該機械密封的基本結構，是在旋轉軸外側分別經防轉結構和具有軸向作用力的彈簧定位設置在固定結構上的靜止密封環(huán)組件，以及與旋轉軸直接或間接傳動連接的旋轉密封環(huán)組件。其中的靜止密封環(huán)與旋轉密封環(huán)沿軸向相對設置，并以其軸向相對端面為可相互接觸的密封面。該密封結構可以根據(jù)需要用于靜止式的接觸式機械密封，或用于流體靜壓式機械密封等不同情況。在某些工業(yè)應用中，由于對密封的性能要求很高，而密封壓力的波動范圍相當大，且一旦密封破壞，將造成災難性的影響。例如，在密封正常工作的時候，密封腔內壓力較低，但在特殊工況下，密封需要承受高壓。如果選用常規(guī)的接觸式機械密封結構很難保證正常工作，而單獨選用靜壓式密封的話，無法保證低壓情況下端面打開，造成端面斜面傾角磨損，最終導致密封參數(shù)與設計不符，無法保證密封正常運行。
實用新型內容
[0003]針對上述情況，本實用新型提供了一種可隨密封壓力自適應調整改變密封型式的機械密封裝置，根據(jù)密封介質的壓力情況，在低壓時可以常規(guī)多彈簧接觸式密封狀態(tài)工作，在高壓情況下，可自適應轉化為流體靜壓型非接觸式密封，從而保證密封在低壓與高壓情況下都正常工作。
[0004]本實用新型可隨壓力自適應變形的機械密封裝置，具有常規(guī)機械密封裝置的基本結構，即包括有在旋轉軸外側分別與靜環(huán)座或密封端蓋等固定結構定位連接的靜止密封環(huán)組件，以及與旋轉軸傳動連接的旋轉密封環(huán)組件，其中的靜止密封環(huán)與旋轉密封環(huán)沿軸向相對設置，在其軸向相對的端面部有可相互接觸的密封面。其中，在靜止密封環(huán)和旋轉密封環(huán)中至少一個的密封面徑向外側部位的密封環(huán)體中，設有經設定寬度的軸向間隙與限位結構相配合的變形結構區(qū)，即所說的該變形結構區(qū)既可以分別單獨設置在靜止密封環(huán)或旋轉密封環(huán)的環(huán)體上，也可以同時設置在靜止密封環(huán)和旋轉密封環(huán)的環(huán)體上。
[0005]本實用新型上述機械密封裝置的工作過程和原理是，在密封介質的壓力低于設定值時，密封環(huán)在介質壓力、密封端面的液膜反力的共同作用下，可使靜止密封環(huán)與旋轉密封環(huán)間的密封端面保持為相互接觸貼合的常規(guī)多彈簧、靜止式的接觸式機械密封型式；隨著密封介質壓力的升高，密封環(huán)體上的該變形結構區(qū)會逐漸發(fā)生輕微的微觀變形，當壓力增大至達到設定值后，密封環(huán)體上的該變形結構區(qū)所發(fā)生的變形，可使密封端面間產生一種由外向內呈徑向收斂型的錐形間隙。當該錐形間隙達到一定程度，其間的液膜即可產生明顯的流體靜壓效應，密封型式即由低壓時的接觸式轉化為高壓狀態(tài)下的非接觸式密封。密封環(huán)體上該變形結構區(qū)的變形程度隨密封壓力的升高而增大到該變形結構區(qū)與相應的限位結構相抵觸時，即限制了其進一步的變形，從而實現(xiàn)對兩密封環(huán)密封面間該收斂間隙的有效控制，保證了密封端面間流體靜壓型非接觸式密封的可靠性。經實驗，上述裝置中所說的設定寬度的軸向間隙的具體寬度值，根據(jù)實際情況一般可在< 1_的范圍中選擇，以保證流體靜壓式機械密封的有效性和可靠性。
[0006]由于密封環(huán)體上的該變形結構區(qū)在隨密封壓力的增高而發(fā)生傾斜變形時，會對所說該設定寬度的軸向間隙進行擠壓，為使該變形結構區(qū)軸向兩側的壓力能保持平衡，必要時還可以在該變形結構區(qū)與限位結構之間的軸向間隙與允許的密封泄漏區(qū)之間設有相應的連通通道，以達到防止在該間隙中形成封閉的局部高壓空間，保證密封的正常工作。
[0007]在上述軸向間隙與密封泄漏區(qū)之間設置連通通道時，一般至少可設置一個。根據(jù)需要也可以為沿圓周等間距分布設置的兩個或多個。
[0008]對于具體的結構設置方式，上述結構中所說密封面的徑向外側部位密封環(huán)體中的變形結構區(qū)與所說的限位結構，可以采用將其同時設置在同一個靜止密封環(huán)和/或旋轉密封環(huán)的環(huán)體上、并經所說該設定寬度的軸向間隙軸向相對的整體型結構，也可以采用使所說密封環(huán)體中的該變形結構區(qū)與所說的限位結構，經所說該設定寬度的軸向間隙，以軸向相對方式分別設置在密封環(huán)體和包括用于設置該密封環(huán)體的定位連接結構在內的其它結構上的分體型的結構。
[0009]相對于旋轉軸而言，由于靜止密封環(huán)是非旋轉運動的靜止部件，旋轉密封環(huán)則是須隨旋轉軸同步轉動的運動部件，因此在旋轉密封環(huán)體上設置所說的該變形結構區(qū)，其結構一般相對會復雜些。特別是將所說的限位結構采用與旋轉密封環(huán)采用分體型結構設置時，優(yōu)選的方式之一，是在將所說該變形結構區(qū)設在旋轉密封環(huán)上，經設定寬度的軸向間隙與之軸向相對的限位結構，設置在可與旋轉軸或能隨旋轉軸同步旋轉的軸套作傳動連接的旋轉密封環(huán)座上，或是由該旋轉密封環(huán)座直接同時兼做為限位結構。進一步，還可以使該旋轉密封環(huán)座的限位結構與旋轉密封環(huán)間經配合有聯(lián)接桿和具張緊力的彈簧的連接套，以保持恒定、并可自適應調節(jié)的軸向張緊力的方式相互連接，在實現(xiàn)對該旋轉密封環(huán)變形結構區(qū)及密封端面傾斜變形量的控制的同時，還可以能自行調整與旋轉密封環(huán)座間的聯(lián)接力，不會對密封端面的變形產生影響。
[0010]此外，采用上述分體型結構，將變形結構區(qū)設置在旋轉密封環(huán)環(huán)體上和以該旋轉密封環(huán)座形式的限位結構時，可采用適當?shù)姆绞绞剐D密封環(huán)座與旋轉軸或與隨旋轉軸同步旋轉的軸套相互定位鎖緊，以防止工作時其軸向位移或竄動。一種優(yōu)選方式，是可采用鎖緊環(huán)使旋轉密封環(huán)座與旋轉軸或能隨旋轉軸同步旋轉的軸套相互鎖緊定位。
[0011]本實用新型上述密封裝置中所說的各密封環(huán)體，都可以采用整體結構的硬質合金環(huán)形式，或是采用在金屬環(huán)體的密封端面部位噴涂或堆焊如硬質合金、Cr3C2等硬質耐磨材料的結構形式。
[0012]可以理解，本實用新型上述結構形式的機械密封裝置，能根據(jù)密封介質的壓力情況自適應調節(jié)和改變?yōu)槟芘c該密封壓力項適應的密封型式。在低介質壓力的情況下，其可以為常規(guī)的彈簧靜止式的接觸式機械密封，并能有效保證密封在低壓情況下的正常長壽命運行；在高介質壓力的情況下，通過密封環(huán)體中該變形結構區(qū)的受控變形，密封型式可以自適應地轉化為流體靜壓式機械密封，以更好地承受高壓，保證密封不受損壞，有效避免了災難性的事故發(fā)生。
[0013]以下結合附圖所示實施例的【具體實施方式】，對本實用新型的上述內容再作進一步的詳細說明。實施例中雖都是以將所說該變形結構區(qū)設置在旋轉密封環(huán)體上的方式進行的說明，但不應將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本實用新型上述技術思想情況下，根據(jù)本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本實用新型的范圍內。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的一種可隨壓力自適應變形的機械密封裝置的結構示意圖。
[0015]圖2是本實用新型另一種可隨壓力自適應變形的機械密封裝置的結構示意圖。
[0016]圖3是圖1中旋轉密封環(huán)體上變形結構區(qū)局部放大結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]圖1所示的本實用新型可隨壓力自適應變形的機械密封裝置中，具有與目前的常規(guī)機械密封裝置一致的基本結構，包括在旋轉軸I外側分別經防轉銷13、沿圓周等間距設置的若干彈簧12及在配合部位設置的O形密封圈11，與靜環(huán)座或密封端蓋等固定結構22定位連接的靜止密封環(huán)10組件，以及與旋轉軸I保持傳動連接的旋轉密封環(huán)8組件,其中的靜止密封環(huán)10與旋轉密封環(huán)8沿軸向相對設置，在其軸向相對的端面部有可相互接觸的密封面20。旋轉密封環(huán)8經傳動銷6與旋轉密封環(huán)座5傳動連接；旋轉密封環(huán)座5在經傳動銷3與隨旋轉軸I同步轉動的軸套9傳動連接的同時，并經鎖緊環(huán)2與軸套9定位鎖緊，防止其作軸向位移或竄動。在旋轉密封環(huán)座5與軸套9和旋轉密封環(huán)8的配合部位分別相應設置有O形密封圈4和密封圈7。在位于旋轉密封環(huán)8密封面20徑向外側的密封環(huán)體部位，為經設定寬度的軸向間隙18 (寬度值可在< Imm的范圍內選擇)與同時作為限位結構的該旋轉密封環(huán)座5相配合的變形結構區(qū)21。當密封介質的壓力增高到超過設定值后，旋轉密封環(huán)上的變形結構區(qū)21受到密封腔壓力P的作用即可產生向軸向間隙18方向的傾斜變形，直至其外周擠壓該軸向間隙18到與旋轉密封環(huán)座5相抵觸，即達到預設的變形終點位置而停止，因此該旋轉密封環(huán)座5即同時起到限制變形范圍的限位結構作用。旋轉密封環(huán)上該變形結構區(qū)21的傾斜變形，可使兩密封環(huán)的密封端面間產生一種由外向內呈徑向收斂型的錐形間隙，達到一定程度后，此時其間的液膜即可產生明顯的流體靜壓效應，密封型式即由低壓狀態(tài)下的接觸式機械密封，自適應地轉化為非接觸式的流體靜壓式機械密封，以更好地承受高壓，保證密封不受損壞，從而有效避免了災難性事故的發(fā)生。
[0018]為避免旋轉密封環(huán)上的變形結構區(qū)21在密封腔壓力P作用下產生變形時對該軸向間隙18的區(qū)域產生的擠壓，使該間隙部位形成局部的封閉高壓空間，在該變形結構區(qū)21與限位結構5之間的軸向間隙18與密封泄漏區(qū)之間可設有一個，或是沿圓周等間距分布的兩個或更多個相應的連通通道19。圖3是上述旋轉密封環(huán)體上的該變形結構區(qū)21與同時作為限位結構的旋轉密封環(huán)座5間的軸向間隙18及所說的連通通道19部位的局部放大狀態(tài)。
[0019]圖1所示的是旋轉密封環(huán)8上的變形結構區(qū)21與相應的限位結構采用的是分別設置在旋轉密封環(huán)體8上和同時由旋轉密封環(huán)座5兼做的分體型結構時的一種形式。該限位結構還可以采用為同時都設置在該旋轉密封環(huán)體的徑向外側部位，并經所說該設定寬度的軸向間隙18軸向相對的整體型結構。
[0020]圖2是在圖1基礎上的另一種可隨壓力自適應變形的機械密封裝置的結構形式。與圖1結構的差別在于，旋轉密封環(huán)座形式的限位結構5與旋轉密封環(huán)8間，經聯(lián)接桿16和連接套17連接，在聯(lián)接桿16上套置有具張緊力的彈簧(如壓縮彈簧等)15，利用張緊彈簧15通過聯(lián)接桿16施加在壓緊套17和旋轉密封環(huán)座5之間恒定的張緊力，將旋轉密封環(huán)8裝在旋轉密封環(huán)座5上，并通過設定該張緊彈簧15產生適當?shù)穆?lián)接力，保證動環(huán)座與壓緊套之間具有可自適應調節(jié)的聯(lián)接力，不會影響動環(huán)端面的變形。在連接套17與旋轉密封環(huán)8的配合部位間并設有O形密封圈14。
[0021]上述結構中的靜止密封環(huán)和旋轉密封環(huán)，可以獨立地選擇采用整體結構的硬質合金環(huán)，或是采用金屬環(huán)體，并在密封端面部位噴涂或堆焊如硬質合金或Cr3C2等常用硬質耐磨材料的結構形式。
[0022]圖廣圖3所示的雖都是將所說密封環(huán)體上的變形結構區(qū)21設置在旋轉密封環(huán)8上的結構形式，但該變形結構區(qū)21采用類似的方式同樣可以設置在靜止密封環(huán)10的對應部位上，或采用在靜止密封環(huán)10和旋轉密封環(huán)8的環(huán)體對應部位分別同時都設有該變形結構區(qū)21等形式，以適應和滿足在不同工況環(huán)境下的使用需要。
【權利要求】
1.可隨壓力自適應變形的機械密封裝置，包括在旋轉軸(I)外側分別與固定結構(22)定位連接的靜止密封環(huán)(10)組件以及與旋轉軸(I)傳動連接的旋轉密封環(huán)(8)組件，其中的靜止密封環(huán)(10)與旋轉密封環(huán)(8)沿軸向相對設置，在其軸向相對的端面部有可相互接觸的密封面(20)，其特征是靜止密封環(huán)(10)和旋轉密封環(huán)(8)中至少一個的密封面(20)徑向外側部位的密封環(huán)體中，設有經設定寬度的軸向間隙(18)與限位結構(5)相配合的變形結構區(qū)(21)。
2.如權利要求1所述的機械密封裝置，其特征是所說設定寬度的軸向間隙(18)的寬度^ Imnin
3.如權利要求1所述的機械密封裝置，其特征是所說的變形結構區(qū)(21)與限位結構(5 )之間的軸向間隙(18 )與密封泄漏區(qū)之間設有連通通道(19 )。
4.如權利要求3所述的機械密封裝置，其特征是所說的軸向間隙(18)與密封泄漏區(qū)之間的連通通道(19)為沿圓周等間距分布的兩個或多個。
5.如權利要求1至4之一所述的機械密封裝置，其特征是所說密封面(20)徑向外側部位密封環(huán)體中的變形結構區(qū)(21)與所說的限位結構(5)，為設置在同一密封環(huán)體上并經所說設定寬度的軸向間隙(18)軸向相對的整體型結構。
6.如權利要求1至4之一所述的機械密封裝置，其特征是所說密封面(20)徑向外側部位密封環(huán)體中的變形結構區(qū)(21)與所說的限位結構(5)，為經所說設定寬度的軸向間隙(18)以軸向相對方式分別設置在密封環(huán)體和該密封環(huán)體的定位連接結構(5)上的分體型結構。
7.如權利要求6所述的機械密封裝置，其特征是所說的變形結構區(qū)(21)設在旋轉密封環(huán)(8)上，經所說設定寬度的軸向間隙(18)與之軸向相對設置的限位結構(5)，為與旋轉軸(O或與能隨旋轉軸同步旋轉的軸套(9)經傳動結構(3)連接的旋轉密封環(huán)座。
8.如權利要求7所述的機械密封裝置，其特征是所說旋轉密封環(huán)座形式的限位結構(5)與旋轉密封環(huán)(8)間經配合有聯(lián)接桿(16)和張緊彈簧(15)的連接套(17)以可自適應調節(jié)軸向壓緊力的方式相互連接。
9.如權利要求7所述的機械密封裝置，其特征是所說旋轉密封環(huán)座形式的限位結構(5)經鎖緊環(huán)(2)使其與旋轉軸(I)或能隨旋轉軸同步旋轉的軸套(9)作防止軸向位移的鎖緊定位。
10.如權利要求1至4之一所述的機械密封裝置，其特征是所說的密封環(huán)體為整體結構的硬質合金環(huán)，或在金屬環(huán)體的密封端面部位噴涂或堆焊硬質耐磨材料的結構形式。
【文檔編號】F16J15/28GK203686149SQ201320856665
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年12月24日
【發(fā)明者】黃澤沛, 張君凱, 王旭, 張智, 吳希曦, 李龍 申請人:四川日機密封件股份有限公司