CN103759008B - 一种预装防喷射的二级机械密封装置及其防喷射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：包括外压盖、内压盖、轴套、一级密封组件及二级密封组件，其中：所述轴套套设在转轴上；所述内压盖套设在轴套的介质端，内压盖的内壁与轴套的外壁之间形成一级密封腔，一级密封组件设置在上述一级密封腔内；所述外压盖套设在轴套的大气端，外压盖的内壁与轴套外壁之间形成二级密封腔，二级密封组件预装在上述二级密封腔内；上述二级密封组件包括分离预装的二级动环组件及二级静环组件，二级动环组件与轴套之间设有钢丝挡圈；上述二级动环组件的外端面的外侧设有卡簧，上述钢丝挡圈的外侧设有环形槽。本发明防喷射的方法主要为控制介质压力F2与二级弹簧的压力F1，通过机械手段实现对突发喷射状况的控制和调节。本发明密封结构紧凑、正常使用时二级密封组件不消耗泵功率，设计可控性强，安全可靠。

Description

一种预装防喷射的二级机械密封装置及其防喷射方法

技术领域

本发明涉及机械密封装置，特别指一种预装防喷射的二级机械密封装置及其防喷射方法。

背景技术

机械密封是离心泵、回转泵及搅拌器等设备重要的组成部分，密封效果直接影响设备的正常运行及安全。常用机械密封形式主要有单端面及双端面，根据不同的工况条件选用不同的密封形式及系统，单端面密封通常大气侧有节流环，双端面形式配有复杂昂贵的密封系统，相对于单端面密封而言双端面具有更加好的密封效果，其密封较为稳定。

但在实际生产中，会出现的一种情况是机械密封因各种原因出现密封突然失效，介质产生喷射时，对于单端面密封因为只有一个密封端面，因此密封失效即为该机械密封失效，介质直接泄漏到大气，对于双端面密封，包括介质侧密封及大气侧密封，当介质侧密封突然失效时，理论上大气侧密封应该承担密封作用，但在实际中，由于介质侧主密封突然失效时，原密封系统也同时失效，由于缺乏冲洗系统，大气侧安全密封也坚持不了多长时间而损坏失效。在现有的密封形式中，自动应对上述喷射现象的措施手段非常有限，对人身安全、环境、正常生产均会产生危害，所以开发一种应对突发性喷射类密封故障的机械密封设备尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种密封结构紧凑、正常使用时二级密封组件不接触，不消耗泵功率，设计可控性强，安全可靠的预装防喷射的二级机械密封装置及其防喷射方法。

本发明采取的技术方案如下，一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：包括外压盖、内压盖、轴套、一级密封组件及二级密封组件，其中：所述轴套套设在转轴上；所述内压盖套设在轴套的介质端，内压盖的内壁与轴套的外壁之间形成一级密封腔，一级密封组件设置在上述一级密封腔内；所述外压盖套设在轴套的大气端，外压盖的内壁与轴套外壁之间形成二级密封腔，二级密封组件预装在上述二级密封腔内；上述二级密封组件包括分离预装的二级动环组件及二级静环组件，两者未形成密封端面，轴向间隙为t₃，二级动环组件与轴套之间设有钢丝挡圈；上述二级动环组件的外端面的外侧设有卡簧，二级动环组件的外端面与卡簧之间的距离为t₂，上述钢丝挡圈的外侧设有环形槽；钢丝挡圈的圆心与环形槽的圆心之间的距离为t₂；一级密封组件失效，介质喷射将二级动环组件向外推动t₂的距离，则钢丝挡圈嵌入环形槽内，二级动环组件的外端面贴紧卡簧限位，二级动环组件与二级静环组件贴紧，形成二级密封端面。

优选地，所述的一级密封组件包括一级动环组件及一级静环，其中：上述一级动环组件又包括一级动环、一级动环座及一级弹簧；上述一级动环座通过第一螺钉固定在轴套上；上述一级动环外圈设有凹槽，该凹槽与一级动环座内圈的卡块配合，使一级动环与一级动环座连接，一级动环的外端面为窄端面，该窄端面与一级静环的内端面贴紧，形成一级密封端面；上述一级静环固定在内压盖的内径凸环的内侧端面上。

优选地，所述动环座的内圈与轴套外圈之间设有辅助套；动环座的外端面上设有至少二个轴向的通孔，至少二个一级弹簧设置在该轴向通孔内，一级弹簧的外端连接弹簧座，上述动环的内端连接在弹簧座上，上述一级弹簧为动环提供弹力补偿。

优选地，所述的二级动环组件包括二级动环及二级动环座，二级动环座通过平键连接在轴套上，二级动环座的外端面开有环形凹槽，二级动环设置在上述环形凹槽内，通过防转销限位，通过挡环轴向卡位，二级动环的外端面伸出二级动环座的凹槽端面。

优选地，所述的二级动环座内端面的内外径开有凹槽，形成中部凸起的台阶环面，二级动环座内端面上的外径凹槽内嵌有节流套，内径凹槽内设有钢丝挡圈；上述节流套通过第二螺钉固定在二级动环座的内端面上，节流套的内端伸入内压盖内径凸环的外凹槽面内；上述外凹槽面内设有耐磨环，节流套的外圈与耐磨环的内圈不接触，两者之间的单边间隙为δ，形成环缝隙构造，上述单边间隙δ的范围为0.2-0.35mm。

优选地，所述的二级静环组件包括二级静环、静环座及二级弹簧；上述静环座通过第三螺钉连接在外压盖的内圈台阶面上，静环座与外压盖的内圈之间设有第四密封圈，形成滑动密封；上述二级静环设置在静环座内端面的凹环内，二级静环的内端面为窄端面，该窄端面与二级动环的外端面距离为t₃，上述t₃的范围为0.5-0.8mm。

优选地，所述的外压盖的内圈台阶面上开有至少二个轴向的弹簧孔，上述至少二个二级弹簧设置在该弹簧孔内，二级弹簧的内端连接在静环座上，为静环座提供弹性补偿；上述二级弹簧预装压缩距离为t₁。

优选地，所述的外压盖与内压盖上分别设有第一冲洗孔及第二冲洗孔，第一冲洗孔第二及冲洗孔分别连通二级密封腔与一级密封腔；上述外压盖上还设有排液口。

优选地，所述的轴套的外端套有驱动环，驱动环通过第四螺钉将轴套固定在转轴上；所述的外压盖的内圈与轴套的外圈连接处设有节流环；外压盖的外端面的外侧设有安装板，安装板卡合在轴套的外圈凹槽内，以便轴向定位外压盖。

一种通过控制上述的预装防喷射的二级机械密封装置的设计及装配参数而防喷射方法，其特征在于：

a、分析二级弹簧的压力F₁：一级密封失效时，介质突然喷射，介质压力作用于节流套的内端面，推动动环组件移动t₂的距离，使钢丝挡圈滑入预设在轴套上的环形槽中，二级弹簧的总压缩量为t₁+t₂-t₃，根据胡克定律F=kx可计算出弹簧的压力F₁，其中k为劲度系数，根据实际采用的弹簧型号可知，X为弹簧的形变量，即上述t₁+t₂-t₃；

b、分析介质作用于节流套内端面的压力F₂：上述预装防喷射的二级机械密封装置的一级密封腔内端介质压强为P₁，节流套）的外径为d₁，节流套与耐磨环的轴向尺寸重合距离为t₂，安装二级动环座处轴套的外径为d₂，耐磨环的内径与节流套的外径之间的单边间隙为δ，根据流体力学相关公式可知：作用于节流套内端面的压强P₂为：

P₂=P₁-{(12·μ·t₂·Q)/[π·(d₁+2δ₁)·(δ)³]}/2

上式中，μ为介质动力粘度，Q为缝隙流损失的流量，δ₁为一级密封失效前耐磨环的内径与节流套的外径之间的单边间隙；

则作用于节流套内端面的压力F₂为：F₂=[(d₁ ²-d₂ ²)·π/4]·P₂。

c、分析二级密封组件的滑动摩擦阻力F₃：动环组件在介质压力作用下向外滑动时，钢丝挡圈与轴套之间、第三密封圈与轴套之间及第四密封圈与外压盖内圈之间均产生滑动摩擦阻力，记二级密封组件的总滑动摩擦阻力为F₃；

d、分析F₁、F₂及F₃的关系，控制F₂的大小：一级密封刚失效时，二级动环组件与二级静环组件的距离为t₃，此时动环组件仅承受介质压力F₂及与其反向的滑动摩擦阻力F₃（F₃在实际中很小，可忽略不计），F₃为定量，F₂为变量，由上述分析可知，F₂与d₁、d₂及δ有关，实际应用中为保证F₂的大小在二级密封组件可承受的范围内，控制δ的取值范围在0.2-0.35mm内；动环组件向外侧移动t₂距离时，二级密封组件受力为F₂、F₁与F₃，其中F₁与F₃是F₂的反向作用力，为保证二级密封端面的形成即二级动环贴紧二级静环，需满足F₂>(F₁+F₃)，同时考虑到二级密封端面的承压能力，控制t₃的取值范围在0.5-0.8mm之间。

本发明的有益效果在于：

a、一种优选方式，二级静环组件的密封端面与二级动环密封端面在密封运行时不接触，距离为t₃，设计中t₃取值约为0.5～0.8mm。其有益效果为：1、二级密封组件只是备用，在正常情况下没有形成密封端面，不消耗功率；2、本发明与双端面（或串联）密封的安全密封不同之处就是二级密封组件的两端面不接触，但密封端面间隙很小，不需复杂的密封系统。

b、一种优选方式，钢丝挡圈容纳在由节流套与二级动环座右侧内台阶孔组成的空间里。其有益效果为：1、由于钢丝挡圈有一定的弹性，与轴套外圆抱紧有径向预紧力，限制动环组件向静环镶环组件侧位移。2、为主密封若突然失效喷射时，二级机械密封装置可以自动定位做准备。当介质侧主密封突然失效介质向外喷射时，因节流套与耐磨环形成密封效应的阻挡作用，介质压力直接作用于节流套背部，产生的推力将二级密封装置的动环组件推向静环组件，钢丝挡圈滑入对应设计的轴套环形槽中，二级动环座也抵接卡簧端面，静环座中的二级弹簧再次被压缩，总压缩量为（t₁+t₂-t₃），达到预装密封设计压缩量，二级密封组件可以开始工作。期间二级密封端面由开始接触前到达到压缩量过程中，会有少量无压的介质沿二级密封面泄漏被收集至外压盖排液口连接的外部管线。此时由卡簧及钢丝挡圈承受轴向力，将动环组件牢牢地固定在轴套上，由平键传递旋转扭矩。

c、一级密封失效时，一级密封腔体内介质压强为P₁；节流套外径为d₁；节流套与耐磨环轴向尺寸重合距离为t₂；安装动环组件处轴套外径为d₂；耐磨环内径与节流套外圆单边间隙δ，实际取值0.2～0.35mm，取值越小节流效果越明显，介质压力损失越小。二级密封组件的动环组件中，第三密封圈与轴套的滑动摩擦阻力、钢丝挡圈与轴套的滑动摩擦阻力及第四密封圈与外压盖内圈的滑动摩擦阻力的综合阻力为F₃，根据实践经验F₃很小，可忽略不计。根据流体力学知识，随着动环组件的移动，节流套与耐磨环轴向尺寸重合距离成为变量，但与压力损失成正比，计算时取平均值；则：根据流体力学相关公式可知：作用于节流套3E背部的压强P₂为：

P₂=P₁-{(12·μ·t₂·Q)/[π·(d₁+2δ₁)·(δ)³]}/2

上式中，μ为介质动力粘度；Q为缝隙流损失的流量；

作用于节流套3E背部的压力F₂为：F₂=[(d₁ ²-d₂ ²)·π/4]·P₂。

进一步，二级密封装置的弹力补偿元件弹簧压缩量为（t₁+t₂-t₃）时，弹簧总弹力在设计时为已知量F₁，通过调节d₂与δ取值，可以使F₂>(F₁+F₃)，也可以控制一级密封组件泄漏到二级密封组件的介质泄漏量。

一种优选方式，通过调节上述各种变量，可以做到二级密封组件的可控性数字化设计，既能使该预制的二级密封起到作用，也能控制介质对动环组件的推力不能过大对构件造成冲击。

进一步，当外侧预装的二级机械密封开始工作时，设置于第一冲洗孔外部管线的压力传感器探测二级密封腔内的压力上升是否超过设定值，压力报警通知控制室一级密封已经失效而喷射，位于内压盖的第二冲洗孔管线关闭，外压盖上的第一冲洗口管线打开，开始给二级密封腔提供冲洗液，冲洗压力高于原密封腔体压力，冲洗液冷却密封端面后沿节流套与耐磨环的较大缝隙回到介质侧，完成冲洗与冷却后，二级密封组件开始正常工作。其有益效果是：可以完全阻止一级密封组件失效，介质喷射产生的严重后果，也为维护人员更换一级密封组件赢得了充裕的时间。

d、一种优选方式，二级静环组件为静止式弹力补偿组件；其有益效果为：二级弹簧不受离心力影响，同时，采用多个二级弹簧均布，其轴向的推力分布更为均匀，弹性补偿组件的整体浮动性较好；将小弹簧放置于外压盖上均布的弹簧孔中，结构紧凑。一种优选方式，特制的第三螺钉穿过静环座大端轴向沉孔锁紧在外压盖内端面，第三螺钉大头端面与沉孔抵接。

其有益效果为：1、将二级弹簧给予一定的压缩量t₁预装在弹簧孔中；2、第三螺钉可将弹性补偿组件预装于外密封压盖内，利于装配，避免了散装的弹性补偿组件在组装时造成的精度误差；3、同时使一级密封组件失效喷射时，动环组件移动较小的距离就可实现二级密封组件密封的功能。

一种优选地方式，二级动环通过第五密封圈浮动式置于二级动环座孔中，在二级动环座容纳二级动环的内孔边缘有一环形R槽，放置开口弹性的挡环压在二级动环外圆锥形面上，限制二级动环轴向向外移位，该挡环的截面为圆形；节流套通过止口骑在二级动环座尾部外台阶圆上，由第三螺钉锁紧，其端面抵接与轴套外圆台阶处。钢丝挡圈设置在由节流套与二级动环座右侧内台阶孔组成的空间里；二级动环座内孔有一键槽，位于二级动环座与轴套间的第三密封圈与钢丝挡圈之间；轴套外圆配有平键，轴套键槽右侧有一环形槽，环形槽中心与钢丝挡圈中心轴向距离为t₂，位于钢丝挡圈左侧；轴套还设有一卡簧槽装有卡簧，卡簧右端面与二级动环座左端面距离为t₂；内压盖左侧第二内孔镶嵌有耐磨环，其内径圆与节流套外圆有一很小缝隙，单边间隙δ，主密封若突然失效出现喷射现象，此处可以起到节流减压作用，相当于泵的口环密封，节流套与耐磨环轴向尺寸重合距离为t₂。一种优选地方式，辅助套与一级动环座为分体式设计，使所述的二级密封组件中的动环组件及其他密封构件安装更为方便。

附图说明

图1为本发明一级密封组件工作时的剖视图。

图2是本发明二级密封组件工作时的剖视图。

图3是本发明的零件装配图。

图4是图3的立体结构示意图。

图5是本发明的组件装配顺序示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步描述：

如图1至图5所示，本发明采取的技术方案如下，一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：包括外压盖5A、内压盖5B、轴套6、一级密封组件及二级密封组件，其中：所述轴套6套设在转轴01上；所述内压盖5B套设在轴套6的介质端，内压盖5B的内壁与轴套6的外壁之间形成一级密封腔，一级密封组件设置在上述一级密封腔内；所述外压盖5A套设在轴套6的大气端，外压盖5A的内壁与轴套6外壁之间形成二级密封腔，二级密封组件预装在上述二级密封腔内；上述二级密封组件包括分离预装的二级动环组件3及二级静环组件4，两者未形成密封端面，轴向间隙为t₃，二级动环组件3与轴套6之间设有钢丝挡圈3D；上述二级动环组件3的外端面的外侧设有卡簧6D，二级动环组件3的外端面与卡簧6D之间的距离为t₂，上述钢丝挡圈3D的外侧设有环形槽6E；钢丝挡圈3D的圆心与环形槽6E的圆心之间的距离为t₂；一级密封组件失效，介质喷射将二级动环组件3向外推动t₂的距离，则钢丝挡圈3D嵌入环形槽6E内，二级动环组件3的外端面贴紧卡簧6D限位，二级动环组件3与二级静环组件4贴紧，形成二级密封端面。进一步，外压盖5A与内5B通过第四螺钉5E连接，通过第二密封圈5C密封，内压盖5B与泵体之间也通过第二密封圈5C密封，安装板5F卡在轴套6的环形槽内给密封定位；上述轴套6与转轴01之间通过第六密封圈6F密封。

优选地，所述的一级密封组件包括一级动环组件1及一级静环2，其中：上述一级动环组件1又包括一级动环1A、一级动环座1F及一级弹簧1E；上述一级动环座1F通过第一螺钉1G固定在轴套6上；上述一级动环1A外圈设有凹槽，该凹槽与一级动环座1F内圈的卡块配合，使一级动环1A与一级动环座1F连接，一级动环1A的外端面为窄端面，该窄端面与一级静环2的内端面贴紧，形成一级密封端面；上述一级静环2固定在内压盖5B的内径凸环的内侧端面上，两者通过第七密封圈2B密封。

优选地，所述动环座1F的内圈与轴套6外圈之间设有辅助套1D；动环座1F的外端面上设有至少二个轴向的通孔，至少二个一级弹簧1E设置在该轴向通孔内，一级弹簧1E的外端连接推环1C，上述动环1A的内端连接在推环1C上，上述一级弹簧1E为动环1A提供弹力补偿。

优选地，所述的二级动环组件3包括二级动环3A及二级动环座3C，二级动环座3C通过平键6C连接在轴套6上，二级动环座3C的外端面开有环形凹槽，二级动环3A设置在上述环形凹槽内，通过防转销限位，通过挡环3H轴向卡位，二级动环3A的外端面伸出二级动环座3C的凹槽端面。

优选地，所述的二级动环座3C内端面的内外径开有凹槽，形成中部凸起的台阶环面，二级动环座3C内端面上的外径凹槽内嵌有节流套3E，内径凹槽内设有钢丝挡圈3D；上述节流套3E通过第二螺钉3F固定在二级动环座3C的内端面上，节流套3E的内端伸入内压盖5B内径凸环的外凹槽面内；上述外凹槽面内设有耐磨环5H，节流套3E的外圈与耐磨环5H的内圈不接触，两者之间的单边间隙为δ，形成环缝隙构造，上述单边间隙δ的范围为0.2-0.35mm。进一步，二级动环3A通过第五密封圈3B浮动式置于二级动环座3C孔中，在二级动环座3C容纳二级动环3A的内孔边缘有一环形R槽，该环形R槽内放置开口弹性的挡环3H，挡环3H压在二级动环3A的外圆锥形面上，限制二级动环3A轴向向外移位，挡环3H截面为圆形；节流套3E通过止口骑在二级动环座3C尾部外台阶圆上，由第二螺钉3F锁紧，右端面抵接与轴套6台阶处。轴用钢丝挡圈3D容纳在由节流套3F与二级动环座3C右侧内台阶孔组成的空间里；二级动环座3C内孔有一键槽，位于第三密封圈3G与钢丝挡圈3D之间；轴套6外圆配有平键6C，轴套6的键槽右侧有一环形槽6E，环形槽6E中心与钢丝挡圈3D中心轴向距离为t₂，位于钢丝挡圈3D左侧；轴套6还设有一卡簧槽装有卡簧6D，卡簧6D的右端面与二级动环座3C内左端面距离为t₂；内压盖5B左侧第二内孔镶嵌有耐磨环5H，其内径圆与节流套3E外圆有一很小缝隙，单边间隙δ₁，一级密封组件若突然失效出现喷射现象，此处可以起到节流减压作用，相当于泵的口环密封，节流套3E与耐磨环5H轴向尺寸重合距离为t₂。进一步，二级静环组件4的密封端面与二级动环3A密封端面在密封运行时不接触，距离为t₃，设计中t₃取值为0.5～0.8mm。由于钢丝挡圈3D有一定的弹性，与轴套外圆抱紧有径向预紧力，限制二级动环组件3向静环组件4一侧位移，本发明与双端面（或串联）密封的安全密封不同之处就是二级密封组件的密封组件的端面不接触，但密封端面间隙很小，二级密封组件只是备用，不需复杂的密封系统，不消耗功率。

优选地，所述的二级静环组件4包括二级静环4A、静环座4E及二级弹簧4D；上述静环座4E通过第三螺钉4B连接在外压盖5A的内圈台阶面上，静环座4E与外压盖5A的内圈之间设有第四密封圈4C，形成滑动密封；上述二级静环4A设置在静环座4E内端面的凹环内，二级静环4A的内端面为窄端面，该窄端面与二级动环3A的外端面距离为t₃，上述t₃的范围为0.5-0.8mm。进一步，二级静环组件4为静止式置于外压盖5A内孔，若干二级弹簧4D放置于外压盖5A沿圆周均匀分布的轴向盲孔中，二级弹簧4D一端推顶在二级静环组件4的二级静环座4E的大端端面；若干特制的第三螺钉4B穿过二级静环座4E大端轴向沉孔锁紧在压盖5A内端面，第三螺钉4B大头端面与沉孔抵接，将二级弹簧4D给予一定的压缩量t₁预装在弹簧孔中，由第四密封圈4C形成外压盖5A与二级静环组件4A的滑动径向密封；外压盖5A大气侧内径第二台阶孔有节流环5D。预留的二级静环组件4为静止式弹力补偿组件，二级弹簧4D不受离心力影响，同时，采用多个二级弹簧4D均布，其轴向的推力分布更为均匀，二级静环组件4的整体浮动性较好；将二级弹簧4D放置于外压盖5A上均布的弹簧孔中，结构紧凑；第三螺钉4B可将二级静环组件4预装于密封的外压盖5A内，利于装配，避免了散装的二级静环组件在组装时造成的精度误差；也使一级密封组件失效喷射时，二级动环组件移动较小的距离就可实现二级密封组件密封的功能。

优选地，所述的外压盖5A的内圈台阶面上开有至少二个轴向的弹簧孔，上述至少二个二级弹簧4D设置在该弹簧孔内，二级弹簧4D的内端连接在静环座4E上，为静环座4E提供弹性补偿；上述二级弹簧4D预装压缩距离为t₁。进一步，当一级密封组件突然失效介质向外喷射时，因节流套3E与耐磨环5H形成密封效应的阻挡作用，介质压力直接作用于节流套背部，产生的推力将二级动环组件3推向二级静环组件4，钢丝挡圈3D滑入对应设计的轴套6的环形槽中6E，二级动环座3C也抵接卡簧6D端面，二级弹簧4D再次被压缩，总压缩量为（t₁+t₂-t₃），达到预装密封设计压缩量，二级密封组件可以正常工作。此时由卡簧6D及钢丝挡圈3D承受轴向力，将二级动环组件3牢牢地固定在轴套6上，由平键6C传递旋转扭矩。

优选地，所述的外压盖5A与内压盖5B上分别设有第一冲洗孔B及第二冲洗孔A，第一冲洗孔B及第二冲洗孔A分别连通二级密封腔与一级密封腔；上述外压盖5A上还设有排液口C。当二级密封组件的密封端面由开始接触前到达到压缩量过程中，会有少量无压的介质沿密封面泄漏被收集至排液口C导入外接管线。进一步，当外侧预装的二级密封组件开始工作时，设置于第一冲洗孔B处的外部管线的压力传感器探测到二级密封腔内压力上升超过设定值，压力报警通知控制室一级密封组件已经失效而喷射，位于内压盖5B上的第二冲洗口A管线关闭，外压盖5A上的第一冲洗口B管线打开，开始给二级密封组件提供冲洗液，冲洗压力高于原密封腔体压力，冲洗液冷却密封端面后沿节流套3E与耐磨环5H的较大缝隙回到叶轮侧，预设的二级密封组件开始正常工作。可以完全阻止一级密封组件喷射产生的严重后果，也为维护人员更换一级密封组件赢得了充裕的时间。

优选地，所述的轴套6的外端套有驱动环6A，驱动环6A通过第四螺钉6B将轴套6固定在转轴01上；所述的外压盖5A的内圈与轴套6的外圈连接处设有节流环5D；外压盖5A的外端面的外侧设有安装板5F，安装板5F卡合在轴套6的外圈凹槽内，以便轴向定位外压盖5A。

一种通过控制上述的预装防喷射的二级机械密封装置的设计及装配参数而预防喷射的方法，其特征在于：

a、分析二级弹簧4D的压力F₁：一级密封失效时，介质突然喷射，介质压力作用于节流套3E的内端面，推动动环组件3移动t₂的距离，使钢丝挡圈3D滑入预设在轴套6上的环形槽6E中，二级弹簧4D的总压缩量为t₁+t₂-t₃，根据胡克定律F=kx(其中k为劲度系数，根据实际采用的弹簧型号可知；X为弹簧的形变量，即上述t₁+t₂-t₃)，可计算出弹簧的压力F₁；

b、分析介质作用于节流套3E内端面的压力F₂：上述预装防喷射的二级机械密封装置的一级密封腔内端介质压强为P₁，节流套3E的外径为d₁，节流套3E与耐磨环5H的轴向尺寸重合距离为t₂，安装二级动环座3C处轴套6的外径为d₂，耐磨环5H的内径与节流套3E的外径之间的单边间隙为δ，根据流体力学相关公式可知：作用于节流套3E内端面的压强P₂为：

P₂=P₁-{(12·μ·t₂·Q)/[π·(d₁+2δ₁)·(δ)³]}/2

上式中，μ为介质动力粘度，Q为缝隙流损失的流量；

则作用于节流套3E内端面的压力F₂为：F₂=[(d₁2-d₂2)·π/4]·P₂。

c、分析二级密封组件的滑动摩擦阻力F₃：动环组件3在介质压力作用下向外滑动时，钢丝挡圈3D与轴套6之间、第三密封圈3G与轴套之间及第四密封圈4C与外压盖5A内圈之间均产生滑动摩擦阻力，记二级密封组件的总滑动摩擦阻力为F₃；

d、分析F₁、F₂及F₃的关系，控制F₂的大小：一级密封刚失效时，二级动环组件3与二级静环组件4的距离为t₃，此时动环组件3仅承受介质压力F₂及与其反向的滑动摩擦阻力F₃（F₃在实际中很小，可忽略不计），F₃为定量，F₂为变量，由上述分析可知，F₂与d₁、d₂及δ有关，实际应用中为保证F₂的大小在二级密封组件可承受的范围内，控制δ的取值范围在0.2-0.35mm内；动环组件3向外侧移动t₂距离时，二级密封组件受力为F₂、F₁与F₃，其中F₁与F₃是F₂的反向作用力，为保证二级密封端面的形成即二级动环3A贴紧二级静环4A，需满足F₂>(F₁+F₃)，同时考虑到二级密封端面的承压能力，控制t₃的取值范围在0.5-0.8mm之间。

本发明的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本发明专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本发明专利权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：包括外压盖(5A)、内压盖（5B）、轴套（6）、一级密封组件及二级密封组件，其中：所述轴套（6）套设在转轴（01）上；所述内压盖（5B）套设在轴套（6）的介质端，内压盖（5B）的内壁与轴套（6）的外壁之间形成一级密封腔，一级密封组件设置在上述一级密封腔内；所述外压盖（5A）套设在轴套（6）的大气端，外压盖（5A）的内壁与轴套（6）外壁之间形成二级密封腔，二级密封组件预装在上述二级密封腔内；上述二级密封组件包括分离预装的二级动环组件（3）及二级静环组件（4），两者未形成密封端面，轴向间隙为t₃，二级动环组件（3）与轴套（6）之间设有钢丝挡圈（3D）；上述二级动环组件（3）的外端面的外侧设有卡簧（6D），二级动环组件（3）的外端面与卡簧（6D）之间的距离为t₂，上述钢丝挡圈（3D）的外侧设有环形槽（6E）；钢丝挡圈（3D）的圆心与环形槽（6E）的圆心之间的距离为t₂；一级密封组件失效，介质喷射将二级动环组件（3）向外推动t₂的距离，则钢丝挡圈（3D）嵌入环形槽（6E）内，二级动环组件（3）的外端面贴紧卡簧（6D）限位，二级动环组件（3）与二级静环组件（4）贴紧，形成二级密封端面。

2.根据权利要求1所述的一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：所述的一级密封组件包括一级动环组件（1）及一级静环（2），其中：上述一级动环组件（1）又包括一级动环（1A）、一级动环座（1F）及一级弹簧（1E）；上述一级动环座（1F）通过第一螺钉（1G）固定在轴套（6）上；上述一级动环（1A）外圈设有凹槽，该凹槽与一级动环座（1F）内圈的卡块配合，使一级动环（1A）与一级动环座（1F）连接，一级动环（1A）的外端面为窄端面，该窄端面与一级静环（2）的内端面贴紧，形成一级密封端面；上述一级静环（2）固定在内压盖（5B）的内径凸环的内侧端面上。

3.根据权利要求2所述的一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：所述一级动环座（1F）的内圈与轴套（6）外圈之间设有辅助套（1D）；一级动环座（1F）的外端面上设有至少二个轴向的通孔，至少二个一级弹簧（1E）设置在该轴向通孔内，一级弹簧（1E）的外端连接弹簧座（1C），上述一级动环（1A）的内端连接在弹簧座（1C）上，上述一级弹簧（1E）为一级动环（1A）提供弹力补偿。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：所述的二级动环组件（3）包括二级动环（3A）及二级动环座（3C），二级动环座（3C）通过平键（6C）连接在轴套（6）上，二级动环座（3C）的外端面开有环形凹槽，二级动环（3A）设置在上述环形凹槽内，通过防转销限位，通过挡环（3H）轴向卡位，二级动环（3A）的外端面伸出二级动环座（3C）的凹槽端面。

5.根据权利要求4所述的一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：所述的二级动环座（3C）内端面的内外径开有凹槽，形成中部凸起的台阶环面，二级动环座（3C）内端面上的外径凹槽内嵌有节流套（3E），内径凹槽内设有钢丝挡圈（3D）；上述节流套（3E）通过第二螺钉（3F）固定在二级动环座（3C）的内端面上，节流套（3E）的内端伸入内压盖（5B）内径凸环的外凹槽面内；上述外凹槽面内设有耐磨环（5H），节流套（3E）的外圈与耐磨环（5H）的内圈为滑动连接，两者之间的单边间隙为δ，形成环缝隙构造，上述单边间隙δ的范围为0.2-0.35mm。

6.根据权利要求4所述的一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：所述的二级静环组件（4）包括二级静环（4A）、静环座（4E）及二级弹簧（4D）；上述静环座（4E）通过第三螺钉（4B）连接在外压盖（5A）的内圈台阶面上，静环座（4E）与外压盖（5A）的内圈之间设有第四密封圈（4C），形成滑动密封；上述二级静环（4A）设置在静环座（4E）内端面对凹环内，二级静环（4A）的内端面为窄端面，该窄端面与二级动环（3A）的外端面距离为t₃，上述t₃的范围为0.5-0.8mm。

7.根据权利要求6所述的一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：所述的外压盖（5A）的内圈台阶面上开有至少二个轴向的弹簧孔，至少二个上述二级弹簧（4D）设置在该弹簧孔内，二级弹簧（4D）的内端连接在静环座（4E）上，为静环座（4E）提供弹性补偿；上述二级弹簧（4D）预装压缩距离为t₁。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：所述的外压盖（5A）与内压盖（5B）上分别设有第一冲洗孔（B）及第二冲洗孔（A），第一冲洗孔（B）及第二冲洗孔（A）分别连通二级密封腔与一级密封腔；上述外压盖（5A）上还设有排液口（C），排液口（C）排出一级密封组件失效，而二级密封组件的密封端面尚未形成时进入二级密封腔内的介质。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种预装防喷射的二级机械密封装置，其特征在于：所述的轴套（6）的外端套有驱动环（6A），驱动环（6A）通过第四螺钉（6B）将轴套（6）固定在转轴（01）上；所述的外压盖（5A）的内圈与轴套（6）的外圈连接处设有节流环；外压盖（5A）的外端面的外侧设有安装板（5F），安装板（5F）卡合在轴套（6）的外圈凹槽内，以便轴向定位外压盖（5A）。

10.一种通过控制权利要求1所述的预装防喷射的二级机械密封装置的设计及装配参数而预防喷射的方法，其特征在于：

a、分析二级弹簧（4D）的压力F₁：一级密封失效时，介质突然喷射，介质压力作用于节流套（3E）的内端面，推动二级动环组件（3）移动t₂的距离，使钢丝挡圈（3D）滑入预设在轴套（6）上的环形槽（6E）中，二级弹簧（4D）的总压缩量为t₁+t₂-t₃，根据胡克定律F=kx可计算出弹簧的压力F₁，其中k为劲度系数，根据实际采用的弹簧型号可知，x为弹簧的形变量，即上述t₁+t₂-t₃；

b、分析介质作用于节流套（3E）内端面的压力F₂：上述预装防喷射的二级机械密封装置的一级密封腔内端介质压强为P₁，节流套（3E）的外径为d₁，节流套（3E）与耐磨环（5H）的轴向尺寸重合距离为t₂，安装二级动环座（3C）处轴套（6）的外径为d₂，耐磨环（5H）的内径与节流套（3E）的外径之间的单边间隙为δ，根据流体力学相关公式可知：作用于节流套（3E）内端面的压强P₂为：

P₂=P₁-{(12·μ·t₂·Q)/[π·(d₁+2δ₁)·(δ)³]}/2

上式中，μ为介质动力粘度，Q为缝隙流损失的流量,δ₁为一级密封失效前耐磨环（5H）的内径与节流套（3E）的外径之间的单边间隙；

则作用于节流套（3E）内端面的压力F₂为：F₂=[(d₁ ²-d₂ ²)·π/4]·P₂；

c、分析二级密封组件的滑动摩擦阻力F₃：二级动环组件（3）在介质压力作用下向外滑动时，钢丝挡圈（3D）与轴套（6）之间、第三密封圈（3G）与轴套之间及第四密封圈（4C）与外压盖（5A）内圈之间均产生滑动摩擦阻力，记二级密封组件的总滑动摩擦阻力为F₃；

d、分析F₁、F₂及F₃的关系，控制F₂的大小：一级密封刚失效时，二级动环组件（3）与二级静环组件（4）的距离为t₃，此时二级动环组件（3）仅承受介质压力F₂及与其反向的滑动摩擦阻力F₃，F₃为定量，F₂为变量，由上述分析可知，F₂与d₁、d₂及δ有关，实际应用中为保证F₂的大小在二级密封组件可承受的范围内，控制δ的取值范围在0.2-0.35mm内；二级动环组件（3）向外侧移动t₂距离时，二级密封组件受力为F₂、F₁与F₃，其中F₁与F₃是F₂的反向作用力，为保证二级密封端面的形成即二级动环（3A）贴紧二级静环（4A），需满足F₂>(F₁+F₃)，同时考虑到二级密封端面的承压能力，控制t₃的取值范围在0.5-0.8mm之间。