CN104214350A - 一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺，包括呈环形的密封环本体，密封环本体在径向上断裂形成两个半圆的密封件，密封件之间通过相互配合的断裂面密闭连接。本发明采用局部加热利用热胀冷缩的原理将在密封环本体断形成两个半圆的密封件，密封件之间形成相互配合的断裂面，通过两个断裂面的配合，可以形成完整的密封面，相对于传统的密封方式中，每一个平面改变一次流向和流速的方式，大大增加了液体流向的改变次数，从而极大地提高了密封效果，由于采用局部加热的方式形成断面，相对于多个配合面的加工而言，不需要高精度的加工设备，也大大缩短了加工时间，从而大大降低了生产成本。

Description

一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺

技术领域

本发明涉及机械密封领域，具体是指一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺。

背景技术

机械密封(mechanical seal)是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。弹力加载机构与辅助密封是金属性纹管的机械密封我们称为金属波纹管密封。在轻型密封中，还有使用橡胶波纹管作辅助密封的，橡胶波纹管弹力有限，一般需要辅以弹簧来满足加载弹力。 “机械密封”通常被人们简称为“机封”。

机械密封是反应釜乃至整个工艺流程可能发生故障最频繁的部位之一，一旦密封发生故障需要检修时，机械密封装置拆卸麻烦、维修周期长。大罐机封在安装时要拆除大罐上的轴承、减速机、电机等部件，那些部件不但沉重，而且拆卸麻烦，必须使用吊葫芦什么的，在将部件拆除之后你还需将机封从轴上拆卸下来又要费一番功夫，在将机封更换完毕后又要将部件安装回原位，其中大约要1个星期的时间，费时又费力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺，解决目前的机械密封中，密封环密封效果不好、加工工序复杂的问题，达到简化加工工艺、降低成本，增强密封效果的目的。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种密封环，包括呈环形的密封环本体，所述密封环本体在径向上断裂形成两个半圆的密封件，密封件之间通过相互配合的断裂面密闭连接。申请人在从事机械密封的生产和使用过程中发现：现有的迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的，但是这样的密封依然存在问题：每一个密封齿的密封都是依赖面与面的密封，这个面是通过机械加工得到的，也就是说，需要两个面的高度重合才可以实现密封，当这个面中存在一个点不匹配的时候，整个面的密封效果就降低甚至丧失，当多个密封齿都失效的时候，整个密封基本上就报废了，其密封的效果与加工工艺存在很重大的联系，当加工工艺达不到要求，密封是不可能完成的，对加工设备等的要求很高，直接影响了制造的成本居高不下；而且，每一个密封面的加工都会是一个独立的工序，迷宫密封面越多，也就造成加工工序越多，时间越长、成本也就越高；这样的密封方式在机加工领域中已经是最为先进的密封方式，这些问题固然存在，但是没有任何的技术手段可以解决这些问题，申请人在一次偶然现象中发现了解决该问题的方案：摔坏的碗进过拼合以后可以用于盛水，申请人认为，可以利用这个原理来进行密封：碎块之间拼合后可以消除间隙，形成完整的密封面，基于这样的原理，申请人采用局部加热利用热胀冷缩的原理将在密封环本体断形成两个半圆的密封件，密封件之间形成相互配合的断裂面，通过两个断裂面的配合，可以形成完整的面，而且，断裂面的表面是不光滑的，存在凹凸不平的面，当两个非平面进行配合，实际上形成了无数个迷宫面，如果液体要经过该密封面，实际上需要经过无数次的流向改变，每改变一次流向，就会减小流动的动力，相对于传统的密封方式中，每一个平面改变一次流向和流速的方式，大大增加了液体流向的改变次数，从而极大地提高了密封效果，由于采用加热的方式使其断裂，相对于多个配合面的加工而言，不需要高精度的加工设备，也大大缩短了加工时间，从而大大降低了生产成本。

所述的密封环本体采用碳化硅或者硬质合金制成。采用碳化硅或者硬质合金制成密封环本体，其加工工艺成熟，加工难度低。

一种剖分式密封结构，包括静环座、动环座、推环、以及弹簧座，在动环座内侧安装有动密封环，在静环座内安装有静密封环，所述的动密封环、静密封环均为权利要求1或2所述的密封环，即动密封环、静密封环均包括呈环形的密封环本体，所述密封环本体在径向上断裂形成两个半圆的密封件，密封件之间通过相互配合的断裂面密闭连接。本发明是对现有的剖分式密封结构做出的改进，包括现有技术中的静环座、动环座、推环、以及弹簧座，还包括必须的弹簧、螺栓等连接部件，在在动环座内侧安装有动密封环，在静环座内安装有静密封环，本发明的改进之处是将传统的动密封环和静密封环全部替换成新的密封环，这个密封环包括呈环形的密封环本体，在密封环本体的径向上局部加热，利用局部热胀冷缩的原理将密封环本体拉断形成两个半圆的密封件，密封件之间形成相互配合的断裂面，通过自然断裂面之间的相互配合，增加了液体流经的方向改变次数，从而提高密封性能。

所述的动密封环外侧设置有缓冲槽，在缓冲槽内安装有缓冲条。缓冲条的作用主要是实现动密封座与动密封环的缓冲， 防止动密封环被动密封座挤裂 。

所述推环与动密封环之间形成凹槽，在凹槽内安装有O形密封圈。O形密封圈的作用主要是实现动密封环与工件之间的密封，防止下方的液体经过动密封环与工件之间的间隙流出。

所述的静密封环与静环座之间采用锥度配合连接。通过锥度配合连接，可以使得静密封环与静环座之间的连接更加紧密，减少相互转动的可能性。

一种密封环的加工工艺，包括以下步骤：

（a）制造环形的密封环本体，使得密封环本体的形状参数与使用参数相匹配；

（b）切割开口：在密封环本体的任意一个径向上，在密封环本体的内侧面机加工形成一道开口，开口所在的径向面为预设的断裂面；

（c）断裂：在密封环本体开口处进行加热，直至密封环本体在开口处断裂，形成相互配合的自然断裂面。

申请人为了实现密封环的自然断裂，并控制其产品的稳定性，对加工工艺做了无数次的实验和总结，经过多年的研究，终于摸索出一套切实可行的工艺来进行自然断裂面的加工，首先制造成品的密封环本体，密封环本体整体的圆环状结构，其横截面的形状与夹装环境相匹配，然后进行较为重要的步骤切割开口，切割开口的位置是密封环本体的内圆柱表面，两条开口关于密封环本体的轴线对称，通常是在同一个平面上，该面平经过密封环本体的轴线，并且开口在径向上呈对称设置，保持两侧的开口对称，使得其受力情况相同，最后对这个开口进行局部快速地加热，由于开口处的横截面积小于其余位置的面积，其所受的极限拉力也小于其余位置，内部应力的缺陷处形成断裂的导向槽，当快速加热的时候，密封环本体热胀冷缩，加热处的热胀冷缩使得内部应力变化，从而使得切口处的密封环本体实现分裂，形成两个相互配合的自然断裂面；两侧的断裂面可以配合形成完整的密封结构；申请人也做过其它方式的断裂面加工实验，例如利用压力机构对密封环本体进行弯折的方式，虽然这样的方式也可以形成断裂面，但是由于折断时，密封环内部受力不均匀，容易造成断裂面的边缘形成多处的缺失、断裂面上局部的缺失，甚至是断裂形成较多的碎块从而造成断裂面不匹配。

切割开口的深度为密封环本体径向厚度的3%～8%。在实际的加工过程中，申请人发现开口的深度对于产品的质量以及加工成本都有着显著的影响，当切割开口的深度小于密封环本体径向厚度的3%时，自然断裂面的导向不明显，使得产品的稳定性较差，当切割开口的深度大于密封环本体径向厚度的8%时，密封环本体形成断裂面面积显著减小，不利于密封质量地提升；当切割开口的深度为密封环本体径向厚度的3%～8%时，每个自然断裂面上，最高点与最低点之间的距离能够控制在3～5mm，使得产品稳定。

在进行步骤（c）断裂时，加热温度在2000℃～3000℃，从常温加热到断裂的时间是2～4秒。经过多次的实验和总结，申请人总结出了较好的断裂温度和加热时间，这些参数对于产品的成功率有着非常显著的影响，当加热速度太慢即加热到断裂温度的时间大于4秒时，由于密封环本体的导热性，使得加热的面积过大，开口处的热胀冷缩不明显，不易形成断裂面，当加热速度过快时即加热到断裂温度的时间小于2秒，很容易形成较多的断裂面，从而形成多个断裂块，造成颗粒较多，剩下的断裂面不能够匹配密封。

所述步骤（a）中的密封环本体是利用碳化硅或硬质合金制成的。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺，采用局部加热利用热胀冷缩的原理将在密封环本体断形成两个半圆的密封件，密封件之间形成相互配合的断裂面，通过两个断裂面的配合，可以形成完整的面，而且，断裂面的表面是不光滑的，存在凹凸不平的面，当两个非平面进行配合，实际上形成了无数个迷宫面，如果液体要经过该密封面，实际上需要经过无数次的流向改变，每改变一次流向，就会减小流动的动力，相对于传统的密封方式中，每一个平面改变一次流向和流速的方式，大大增加了液体流向的改变次数，从而极大地提高了密封效果，由于加工工艺中至需要牵引机进行牵拉，使其断裂，相对于多个配合面的加工而言，不需要高精度的加工设备，也大大缩短了加工时间，从而大大降低了生产成本；

2本发明一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺，首先制造成品的密封环本体，密封环本体整体的圆环状结构，其横截面的形状与夹装环境相匹配，然后进行较为重要的步骤切割开口，切割开口的位置是密封环本体的内圆柱表面，两条开口关于密封环本体的轴线对称，通常是在同一个平面上，该面平经过密封环本体的轴线，并且开口在径向上呈对称设置，保持两侧的开口对称，使得其受力情况相同，最后对这个开口进行局部快速地加热，由于开口处的横截面积小于其余位置的面积，其所受的极限拉力也小于其余位置，内部应力的缺陷处形成断裂的导向槽，当快速加热的时候，密封环本体热胀冷缩，加热处的热胀冷缩使得内部应力变化，从而使得切口处的密封环本体实现分裂，形成两个相互配合的自然断裂面；

 3本发明一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺，当切割开口的深度小于密封环本体径向厚度的3%时，自然断裂面的导向不明显，使得产品的稳定性较差，当切割开口的深度大于密封环本体径向厚度的8%时，密封环本体形成断裂面面积显著减小，不利于密封质量地提升；当切割开口的深度为密封环本体径向厚度的3%～8%时，每个自然断裂面上，最高点与最低点之间的距离能够控制在3～5mm，使得产品稳定；

4本发明一种密封环、剖分式密封结构及密封环的加工工艺，当加热速度太慢即加热到断裂温度的时间大于4秒时，由于密封环本体的导热性，使得加热的面积过大，开口处的热胀冷缩不明显，不易形成断裂面，当加热速度过快时即加热到断裂温度的时间小于2秒，很容易形成较多的断裂面，从而形成多个断裂块，造成颗粒较多，剩下的断裂面不能够匹配密封。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-调节螺杆，2-螺母，3-垫片，4-弹簧座，5-推环，6-动密封环，7-动环座，8-静密封环，9-静环座，10-弹簧，11-定位销，12-O形密封圈，13-缓冲条。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，本发明一种剖分式密封结构，包括静环座9，在静环座9内安装有静密封环8，静密封环与静环座9之间采用锥度配合固定连接，使用时，将这部分安装在设备上，还包括动环座7，动环座7位于静环座9上方，在静环座内安装有动密封环6，动密封环6的外侧表面设置有缓冲槽，在该缓冲槽内安装有缓冲条13，用于动密封环6与动环座7之间的密封，在动环座7上通过螺栓固定连接有推环5，在推环5上方设置有弹簧座4，弹簧座4与推环5之间安装有多个弹簧10，还安装有调节弹簧座4与推环5之间间距的调节螺杆1，调节螺杆1上安装有调节的螺母2、以及垫片3，推环5与动密封环6之间形成有一道环形的槽，在该槽内安装有O型密封圈12；其中的动密封环6的加工工艺如下：首先制造环形的密封环本体，使得密封环本体的形状参数与使用参数相匹配；然后，在密封环本体内圆柱面的任意一个径向上，机加工形成一道开口，开口所在的径向面为预设的断裂面，开口的深度为1.2mm，占密封环本体径向厚度的5%，也可以适当降低开口的深度或者增加其深度；最后，利用氧乙炔燃气进行快速加热，在3±1秒内将温度升高至2500℃，开口处自然断裂，形成相互配合的自然断裂面；静密封环8的加工工艺如下：首先制造环形的密封环本体，使得密封环本体的形状参数与使用参数相匹配；然后，在密封环本体的任意一个径向上，机加工形成一道开口，开口所在的径向面为预设的断裂面，开口的深度为1.5mm，占密封环本体径向厚度的7%，也可以适当降低开口的深度或者增加其深度；最后，利用氧乙炔燃气进行快速加热，在3±1秒内将温度升高至2800℃，开口处自然断裂，形成相互配合的自然断裂面；经过上述的加工工艺，得到的静密封环8、动密封环6的合格率均能达到80%。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种密封环，包括呈环形的密封环本体，其特征在于：所述密封环本体在径向上断裂形成两个半圆的密封件，密封件之间通过相互配合的断裂面密闭连接。

2.根据权利要求1所述的一种密封环，其特征在于：所述的密封环本体采用碳化硅或者硬质合金制成。

3.一种剖分式密封结构，包括静环座（9）、动环座（7）、推环（5）、以及弹簧座（4），在动环座（7）内侧安装有动密封环（6），在静环座（9）内安装有静密封环（8），其特征在于：所述的动密封环（6）、静密封环（8）均为权利要求1或2所述的密封环。

4.根据权利要求3所述的一种剖分式密封结构，其特征在于：所述的动密封环（6）外侧设置有缓冲槽，在缓冲槽内安装有缓冲条（13）。

5.根据权利要求3所述的一种剖分式密封结构，其特征在于：所述推环（5）与动密封环（6）之间形成凹槽，在凹槽内安装有O形密封圈（12）。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的一种剖分式密封结构，其特征在于：所述的静密封环（8）与静环座（9）；动密封环（7）与动环座（6）之间采用锥度配合。

7.一种密封环的加工工艺，其特征在于包括以下步骤：

（a）制造环形的密封环本体，使得密封环本体的形状参数与使用参数相匹配；

（b）切割开口：在密封环本体的任意一个径向上，在密封环本体的内侧面机加工形成一道开口，开口所在的径向面为预设的断裂面；

（c）断裂：在密封环本体开口处进行加热，直至密封环本体在开口处断裂，形成相互配合的自然断裂面。

8.根据权利要求7所述的一种密封环的加工工艺，其特征在于：切割开口的深度为密封环本体径向厚度的3%～8%。

9.根据权利要求7所述的一种密封环的加工工艺，其特征在于：在进行步骤（c）断裂时，加热温度在2000℃～3000℃，从常温加热到断裂的时间是2～4秒。

10.根据权利要求7至9中任意一项所述的一种密封环的加工工艺，其特征在于：所述步骤（a）中的密封环本体是利用碳化硅或硬质合金制成的。