CN104179974B - 抗轴向振动型机械密封装置 - Google Patents

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Abstract

抗轴向振动型机械密封装置，包括由动环和静环接触构成的密封付，所述的动环和静环的密封端面的垂直方向定义为轴向，其特征在于：所述的动环设置在动环座内，所述的静环设置在静环座内，所述的动环座和静环座都固结在基座上；还包括一个由弹性部件和振子组成的弹簧振子系统，所述的弹性部件连接所述的动环座和振子，所述的振子仅有轴向自由度；所述的静环与静环座挠性连接，静环仅有轴向自由度，动环固结在动环座上，或者，所述的动环与动环座挠性连接，动环仅有轴向自由度，静环固结在静环座上。

Description

抗轴向振动型机械密封装置
技术领域
本发明涉及一种旋转机械的轴端密封，具体涉及一种有一定的轴向振动频率或在一定频率范围内轴向振动的旋转机械轴端密封。
背景技术
机械密封以其低泄漏、低功耗、长寿命等显著的性能优势在旋转机械的轴端密封上获得广泛应用，如压缩机、泵、反应釜及风机等各种旋转机械。但在很多旋转机械中，由于工况的复杂性，使其转轴存在剧烈的轴向振动，从而破坏了机械密封的稳定运行，同时也限制了机械密封的进一步推广。具体表现在：接触式机械密封在轴向振动剧烈的状态下密封端面磨损严重，密封寿命和性能迅速下降；而对于非接触式机械密封，剧烈的轴向振动使得密封端面间隙无法正常保持，甚至使密封端面上的动压槽迅速磨损，从而导致非接触式机械密封的失效。由于旋转机械大多是在固定转速下运转，因此大多数旋转机械的轴向振动都具有一定的频率，针对这种情况，很有必要研究一种抗轴向振动型机械密封装置，使其在一定范围的振动频率内能有效控制转轴的轴向振动，从而增加密封的稳定性，延长其使用寿命。
早在1928年，美国的奥蒙德罗伊德和邓哈托就提出了动力吸振器的原理。其原理可简述为只需在消振对象上用弹簧附加一个小振子，让小振子的固有频率和外界的激励频率相等。则激励力只能激发起小振子的激烈振动，而直接受激励的物体却纹丝不动。从能量的观点分析，由于激励频率和小振子的固有频率相等，使小振子处于共振状态，所产生的惯性力与激励力平衡，吸收了外界激励的全部能量，则物体的振动就被抑制为零。由于不需要消耗能源就能达到消除振动的效果，动力吸振器是很理想的消振方案。在实际应用方面，动力吸振器原理也得到广泛应用，如理发推子、内燃机的曲柄轴以及台北101大楼等的抗振系统。
利用动力吸振器原理，可以设计出一种简单有效的抗轴向振动型机械密封装置，从而消除或减小旋转机械轴向振动，提高机组密封运行的稳定性，延长其使用寿命。
发明内容
本发明要克服现有技术轴向抗震性差的缺点，提供一种抗轴向振动型机械密封装置，该机械密封装置可消除机组转轴在受到一定频率的轴向激励下所产生的轴向振动。
抗轴向振动型机械密封装置，包括由动环和静环接触构成的密封付，所述的动环和静环的密封端面的垂直方向定义为轴向，所述的动环设置在动环座内，所述的静环设置在静环座内，所述的动环座和静环座都固结在基座上；还包括一个由弹性部件和振子组成的弹簧振子系统，所述的弹性部件连接所述的动环座和振子，所述的振子仅有轴向自由度；所述的静环与静环座挠性连接，静环仅有轴向自由度，动环固结在动环座上，或者，所述的动环与动环座挠性连接，动环仅有轴向自由度，静环固结在静环座上。
进一步，所述的密封付有2级以上。
进一步，所述的弹性部件采用下列结构之一：周向均布的多个小弹簧，或一个大弹簧，或一个金属波纹管。
进一步，限制所述的振子仅有轴向自由度的具体结构是：振子上开有第一轴向通槽，设置在基座上的第一销钉插入所述的第一轴向通槽内；限制所述的静环仅有轴向自由度的具体结构是：静环上设有第二轴向通槽，静环座上设置第二销钉，第二销钉插入所述的第二轴向通槽内；限制所述的动环仅有轴向自由度的具体结构是：动环上设有第三轴向通槽，动环座上设置第三销钉，第三销钉插入所述的第三轴向通槽内。
更进一步，所述的弹性部件通过第一弹簧座和第二弹簧座分别连接所述的动环座和振子，第一弹簧座通过第一螺钉连接动环座，第二弹簧座通过第二螺钉连接振子。
更进一步，所述的动环的密封端面或静环的密封端面上设有流体动压槽。
本发明具有以下特点：
1.弹簧振子系统的固有频率可根据机组转轴的轴向振动频率进行调控。
2.弹簧振子系统可以通过更换不同质量的振子来改变其固有频率。
3.能消除机组转轴在一定激励频率下的轴向振动，同时能减小激励频率在小范围波动下的轴向振动，从而使机械密封具有更高的稳定性。
(四)附图说明
图1是本发明静环为挠性安装，弹簧振子系统中弹性元件为周向均布小弹簧的一种结构示意图。
图2是本发明动环为挠性安装，弹簧振子系统中弹性元件为周向均布小弹簧的一种结构示意图。
图3是本发明弹簧振子系统中弹性元件为一个大弹簧的一种结构示意图。
图4是本发明弹簧振子系统中弹性元件为金属波纹管的一种结构示意图。
图5是本发明端面浅槽位于动环上的一种结构示意图。
图6是本发明端面浅槽位于静环上的一种结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明进行分析。
本发明具体实施种类繁多，在此根据动静环的安装方式、弹簧振子系统中弹性元件7的设置形式以及端面设置流体动压槽的位置不同举例分析说明。
实施例1
参照附图1：
图1是本发明实施例1的结构示意图。该抗轴向振动型机械密封装置包括静环座1、静环2、动环3、动环座4、弹簧振子系统和其它相关零件，所述弹簧振子系统包括第一弹簧座6、弹性元件7、螺钉8、第二弹簧座9、振子10。
抗轴向振动型机械密封装置，包括由动环3和静环2接触构成的密封付，所述的动环3和静环2的密封端面的垂直方向定义为轴向，所述的动环3设置在动环座4内，所述的静环2设置在静环座1内，所述的动环座4和静环座1都固结在基座12上；还包括一个由弹性部件和振子10组成的弹簧振子系统，所述的弹性部件连接所述的动环座4和振子10，所述的振子10仅有轴向自由度；所述的静环2与静环座1挠性连接，静环2仅有轴向自由度，动环3固结在动环座4上。
限制所述的振子10仅有轴向自由度的具体结构是：振子10上开有第一轴向通槽，设置在基座12上的第一销钉13插入所述的第一轴向通槽内；限制所述的静环2仅有轴向自由度的具体结构是：静环2上设有第二轴向通槽，静环座1上设置第二销钉11，第二销钉11插入所述的第二轴向通槽内。
所述的弹性部件通过第一弹簧座6和第二弹簧座9分别连接所述的动环座4和振子10，第一弹簧座6通过第一螺钉5连接动环座，第二弹簧座9通过第二螺钉8连接振子10。
本实施例的特点是：静环2挠性安装在静环座1上，弹簧振子系统中的弹性元件7为周向均布小弹簧，机械密封为接触式机械密封，动静环上都不设置动压槽。
根据图1，弹簧振子系统通过第一螺钉5与动环座4固定连接，振子10与第二弹簧座9也是通过第二螺钉8连接，可方便更换振子10，使弹簧振子系统的固有频率可根据机组转轴的轴向振动频率进行调节。
所需振子10的质量可计算如下：
ω2＝ωn 2＝nk/(m1+m2+m)(1)
m＝nk/ω2-m1-m2(2)
式1中ω为机组轴向振动频率，ωn为弹簧振子系统的固有频率，n为弹簧振子系统中周向均布小弹簧的个数，k为每个小弹簧的刚度，m1为第二螺钉8的质量，m2为第二弹簧座9的质量，m为振子10的质量。
实施例2
参照附图2：
图2是本发明实施例2的结构示意图。其关键技术要求跟实施例1基本相同，主要区别是实施例2中的静环2是固定安装在静环座1上的，动环3是挠性安装在动环座上3的，即所述的动环3与动环座4挠性连接，动环3仅有轴向自由度，静环2固结在静环座1上。
限制所述的动环3仅有轴向自由度的具体结构是：动环3上设有第三轴向通槽，动环座4上设置第三销钉14，第三销钉14插入所述的第三轴向通槽内。
实施例3
参照附图3：
图3是本发明实施例3的结构示意图。其密封结构和关键技术要求跟实施例1基本相同，主要的区别是实施例3中弹簧振子系统中的弹性元件7为一个大弹簧，振子10质量的计算区别就是用该大弹簧的刚度替换周向均布小弹簧的总刚度。
实施例4
参照附图4：
图4是本发明实施例4的结构示意图。其密封结构和关键技术要求跟实施例1基本相同，
主要区别是实施例4中弹簧振子系统中弹性元件7为金属波纹管，振子10质量的计算区别就是用该金属波纹管刚度替换周向均布小弹簧的总刚度。
实施例5
参照附图5：
图5是本发明实施例5的结构示意图。其密封结构和关键技术要求跟实施例1基本相同，
区别处是：在动环3密封端面上设置流体动压槽。
实施例6
参照附图6：
图6是本发明实施例6的结构示意图。其密封结构和关键技术要求跟实施例1基本相同，
其区别是：在静环2密封端面上设置流体动压槽。
在以上实施例中，重点在于体现动静环的安装方式、弹簧振子系统中弹性元件7的选用以及密封端面上开槽形式。为了更清楚描述核心问题，以上实施例中均只涉及单级密封结构，而在实际使用时，可以根据需要进行各种密封总体布局，如单端面密封、双端面密封、多级串联密封、或者带有迷宫密封等的组合式密封。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.抗轴向振动型机械密封装置，包括由动环和静环接触构成的密封付，所述的动环和静环的密封端面的垂直方向定义为轴向，其特征在于：所述的动环设置在动环座内，所述的静环设置在静环座内，所述的动环座和静环座都固结在基座上；还包括一个由弹性部件和振子组成的弹簧振子系统，所述的弹性部件连接所述的动环座和振子，所述的振子仅有轴向自由度；所述的静环与静环座挠性连接，静环仅有轴向自由度，动环固结在动环座上，或者，所述的动环与动环座挠性连接，动环仅有轴向自由度，静环固结在静环座上；所述的密封付有2级以上；所述的弹性部件采用下列结构之一：周向均布的多个小弹簧，或一个大弹簧，或一个金属波纹管；限制所述的振子仅有轴向自由度的具体结构是：振子上开有第一轴向通槽，设置在基座上的第一销钉插入所述的第一轴向通槽内；限制所述的静环仅有轴向自由度的具体结构是：静环上设有第二轴向通槽，静环座上设置第二销钉，第二销钉插入所述的第二轴向通槽内；限制所述的动环仅有轴向自由度的具体结构是：动环上设有第三轴向通槽，动环座上设置第三销钉，第三销钉插入所述的第三轴向通槽内。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的弹性部件通过第一弹簧座和第二弹簧座分别连接所述的动环座和振子，第一弹簧座通过第一螺钉连接动环座，第二弹簧座通过第二螺钉连接振子。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的动环的密封端面或静环的密封端面上设有流体动压槽。
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