CN103470772A - 高速高压机械密封装置 - Google Patents

Abstract

高速高压机械密封装置，包括与旋转轴经传动连接而能随轴旋转的动密封环和经弹簧配合于固定座内的静密封环，动密封环与静密封环以端面轴向相对设置，其轴向相对端面为密封面，其中动密封环为矩形截面形状，并采用分体镶嵌浮装方式分别设置在动环座轴向相背两端的两个；静密封环为分别与两动密封环对应配合设置的两个，在静密封环与固定座的配合部位经挡圈设有静环O形密封圈。该装置能提高高速、高压下密封的可靠性，并大幅度延长了密封装置的使用寿命。

Description

高速高压机械密封装置

技术领域

本发明涉及一种用于旋转设备轴向端面的机械密封装置，特别是一种能在高速下承受高压且稳定可靠的高速高压机械密封装置。

背景技术

    机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点，是流体输送机械应用最广的密封形式，已广泛用于石油、化工、冶金、煤化工、食品、医疗、电力、纺织、环保等诸多领域。机械密封装置的基本结构中，设置有与旋转轴经传动连接而能随轴旋转的动密封环和经弹簧配合于固定座内的静密封环，动密封环与静密封环以端面轴向相对设置，其轴向相对端面为密封面。目前的机械密封装置中，有采用整体结构形式的动密封环，或采用将动密封环做成一定的形状放入环座的形式。整体形式的动密封环在承受高压时一旦碎裂，在高速旋转下其坚硬的材料碎片就象无数把刀，会将设备损坏。而在动密封环上加工销孔或凸耳等与环座配合形状，会使环体产生局部应力集中，承受高压时这些加工过的地方容易产生裂纹，导致密封失效。因此，目前可用于高速（25m/s≤v(线速度) ≤100m/s）机械密封的压力（P）范围多在3~6MPa内，在5MPa≤P≤15MPa的高压领域中，由于结构方面的原因，机械密封装置的使用寿命都很短。

发明内容

    鉴于此，本发明提供了一种新结构形式的机械密封装置，能提高密封的可靠性，特别是能大幅度延长在高速高压条件下密封装置的使用寿命。

    本发明高速高压机械密封装置的基本，同样包括有与旋转轴经传动连接而能随轴旋转的动密封环和经弹簧配合于固定座内的静密封环，动密封环与静密封环以端面轴向相对设置，其轴向相对端面为密封面。其中，动密封环为矩形截面形状，并采用分体镶嵌浮装方式分别设置在动环座轴向相背两端的两个；静密封环相应也为分别与两动密封环对应配合设置的两个，在静密封环与固定座的配合部位经挡圈设有静环O形密封圈。

    上述结构中，具有矩形截面形状的动密封环在圆周上的受力能更为均匀，不会出现应力集中造成变形。在静密封环与固定座的配合部位经挡圈设置静环O形密封圈后，有利于防止在高压下该静环O形圈从静密封环与固定座配合部位间的缝隙挤出。为此，所说该挡圈与固定座间可以采用尽量小的间隙配合。

在上述结构的基础上，可以进一步单独或任意组合采用的方式还包括：

在所说动环座的两轴向端部，优选分别经至少一个O形弹性圈与所邻的动密封环接触。例如，在一个具体的实施方式中，动环座的两轴向端部与所邻的动密封环间采用了设置有大小不同直径的两个O形弹性圈的形式。该O形圈的设置，一方面可以防止动密封环与动环座之间的介质泄漏，而且在高压下动密封环与该O形圈压紧后，具有足够弹力的O形圈还可以防止动环座与动密封环全面接触的可能，从而降低了对接触面的形状及粗糙度的加工精度要求。

所说的动密封环优选为经过盈配合于其外周的动环套装配在动环座中，有利于使动密封环的结构更为简单，并可以提高其强度。

在所说动环座的外周面上优选还设有可与动密封环接触的螺纹孔，以使能用螺栓将动密封环从动环座中顶取，便于更换动密封环。

所说的动环座与轴优选采用滑配合，并经两端的轴套压紧而随轴旋转，以方便装配。

所说各静密封环中，在与密封面邻接的径向外侧部位，优选分别设有向后外展的斜面结构，一方面有利于增大静密封环的散热面积，同时能促进密封面附近介质的流动。

在所说用于设置静密封环的固定座内孔中，优选过盈配合有带周向定位结构的衬套，静密封环以周向定位方式设置在衬套的内孔中。

所说的各静密封环优选采用经覆盖其尾端面的推环，与沿圆周等间距设置的各弹簧配合设置在固定座内，以保证静密封环轴向受力的均衡。

    本发明上述结构的机械密封装置，在较小的轴向空间内以面对面的方式布置有两套密封，结构更为紧凑，配合使用美国石油协会API682标准，即《离心旋转泵的轴封系统》规定的PLAN53或PLAN54系统，可用于腐蚀性、含有杂质和固体颗粒、聚合性或粘度较高的液体场合。密封腔内可充满能与输送介质相容的隔离液，通过相应的循环装置，使密封能始终在润滑相对较好的环境下工作，有效改善了密封运行条件，为密封提供更好的性能，而且能在高速下承受较大的端面比压，在高速下使用压力可达10MPa，并有效地解决了在高速、高压下传统机械密封可能出现的问题。此外，本发明上述的机械密封装置中，还可以使静密封环通过更短的轴向尺寸和较大的径向尺寸，使其具有更高的强度，减小密封环在高压下的应力变形，从而减小密封端面变形。在静密封环中与密封面邻接的径向外侧部位设置了向后外展的斜面结构，既增大了静密封环的散热面积，也促进了密封面部位液体的流动，进一步有利于将密封端面的温升控制在希望的范围。这些措施都有效地提高了密封装置在高速、高压下使用的密封稳定性和使用寿命。

以下结合附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

    图1是本发明密封装置的一种结构示意图。

图2是图1中用于设置静密封环的固定座的结构示意图。

图3是图1中动密封环的结构示意图。

具体实施方式

    图1~3所示的是本发明的一种高速高压机械密封装置。结构中包括有与旋转轴经传动连接而能随轴10旋转的动密封环13，以及通过沿圆周等间距设置的若干弹簧2配合于经螺栓与泵体固连的固定座1内的静密封环6。动密封环13与静密封环6以端面轴向相对设置，其轴向相对端面为密封面。其中，动密封环13为矩形截面形状，并采用分体镶嵌浮装方式分别设置在动环座8轴向相背两端的两个；静密封环6则相应也为分别与两动密封环13对应配合设置的两个。

动环座8与轴10滑配合，并经其轴向两端的轴套12压紧而能随轴10旋转。动密封环13经过盈配合于其外周的动环套82装配在动环座8中。在动环座8的两轴向端部，经设置的不同直径的两个O形弹性圈83，85与所邻的动密封环13接触。在动环座8的外周面上分别设有可与两侧的动密封环13接触的螺纹孔84。

在设置静密封环6的固定座1的内孔中，过盈配合有带有“凸耳”型周向定位结构62的衬套61，静密封环6以周向定位方式设置在衬套61的内孔中，经配合于衬套61内孔面上环槽中的卡圈7将静密封环6与固定座1联为一体并轴向限位。该定位结构62可以防止静密封环6径向转动。各静密封环6经覆盖其尾端面的推环3，与沿圆周等间距设置的各弹簧2配合设置在固定座1内。在各静密封环6中与密封面邻接的径向外侧部位，分别设有向后外展的斜面结构11。在静密封环6与固定座1的配合部位，经与固定座1间采用小间隙配合的挡圈5设置有静环O形密封圈4。在固定座1与泵体的结合面部位还设有阻止介质泄漏的密封圈9。

Claims (9)

1.高速高压机械密封装置，包括与旋转轴经传动连接而能随轴（10）旋转的动密封环和经弹簧（2）配合于固定座内的静密封环，动密封环与静密封环以端面轴向相对设置，其轴向相对端面为密封面，其特征是动密封环（13）为矩形截面形状，并采用分体镶嵌浮装方式分别设置在动环座（8）轴向相背两端的两个；静密封环（6）为分别与两动密封环（13）对应配合设置的两个，在静密封环（6）与固定座（1）的配合部位经挡圈（5）设有静环O形密封圈（4）。

2.如权利要求1所述的密封装置，其特征是所说动环座（8）的两轴向端部分别经至少一个O形弹性圈与所邻的动密封环（13）接触。

3.如权利要求2所述的密封装置，其特征是所说动环座（8）的两轴向端部与所邻的动密封环（13）间设置有不同直径的两个O形弹性圈（83，85）。

4.如权利要求1所述的密封装置，其特征是所说的动密封环（13）经过盈配合于其外周的动环套（82）装配在动环座（8）中。

5.如权利要求1所述的密封装置，其特征是所说动环座（8）的外周面上设有可与动密封环（13）接触的螺纹孔（84）。

6.如权利要求1所述的密封装置，其特征是所说动环座（8）与轴（10）小间隙配合定位，并经两端的轴套（12）压紧后，随轴（10）旋转。

7.如权利要求1至6之一所述的密封装置，其特征是所说各静密封环（6）中与密封面邻接的径向外侧部位，分别设有向后外展的斜面结构（11）。

8.如权利要求1至6之一所述的密封装置，其特征是所说设置静密封环（6）的固定座（1）内孔中过盈配合有带有周向定位结构（62）的衬套（61），静密封环（6）以周向定位方式设置在衬套（61）的内孔中。

9.如权利要求1至6之一所述的密封装置，其特征是所说的各静密封环（6）经覆盖其尾端面的推环（3）与沿圆周等间距设置的各弹簧（2）配合设置在固定座（1）内。

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