CN105143735B - 具有轴向偏压组件的剖分式机械密封件 - Google Patents

Abstract

用于安装到容纳旋转轴的壳体的剖分式机械密封件，包括能够安装到壳体并形成腔室的压盖组件，其中压盖组件包括顶表面，顶表面具有在其上形成的压盖凹槽。压盖凹槽至少部分由自顶表面轴向向外延伸的至少一个凸起壁部分形成。密封件还包括固定密封环，固定密封环具有形成在内表面中的凹槽或凹部。

Description

具有轴向偏压组件的剖分式机械密封件

相关申请

本申请要求2012年12月7日提交的名称为“采用能够选择性接合的轴向偏压组件的自对准剖分式机械密封件”的美国临时专利申请序列No.61/734691的优先权，所述申请的内容通过引用合并于此。该申请还涉及与此同时提交的名称为“采用具有非平端面的旋转密封环的自对准剖分式机械密封件”的美国专利申请序列No.14/100806，所述申请的内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种用于相对于固定壳体构件密封轴或杆的密封组件。本发明整体涉及机械密封件。更具体地，本发明涉及易于安装在各种泵壳体上的通用剖分式机械密封件。

背景技术

传统机械密封组件用在很多不同的环境和设置中，例如用在机械设备中以提供流体密封。密封组件通常围绕安装在固定机械壳体中或从固定机械壳体伸出的旋转轴或旋转杆定位。

剖分式机械密封件应用在很多不同的机械装置中来提供压力密封和流体密封。机械密封件通常围绕安装在固定壳体中或从固定壳体伸出的旋转轴定位。机械密封组件通常在轴出口处用螺栓固定到壳体外侧，从而防止来自壳体的加压工艺流体的损失。传统剖分式机械密封件包括面型机械密封件，所述面型机械密封件包括围绕轴同心地设置并且彼此轴向间隔开的一对密封环。密封环均具有密封面，密封面被传统偏压机构偏压使得彼此密封接触，所述传统偏压机构包括偏压夹或弹簧。通常，一个密封环保持固定(即，固定密 封环)同时另一密封环接触轴并随其旋转(即，旋转密封环)。机械密封通过偏压密封环密封面使其彼此密封接触来防止加压工艺流体泄漏到外部环境。旋转密封环通常安装在保持器组件中，保持器组件设置在由压盖组件形成的腔室中。保持器组件可具有通过螺钉固定在一起的一对保持器半部。类似地，压盖组件可具有同样由螺钉固定在一起的一对压盖半部。密封环通常被分成几段，每段具有一对密封面，从而使得每个环是可以围绕轴安装而无需释放轴端中一端的剖分环。

传统密封环初始形成为环形的单体密封元件。一对凹槽在相对位置处沿着内径部分形成并且以轴向方向从密封环的顶部延伸到密封环的底部。这些凹槽利用熟知技术形成在密封元件中，包括使用传统往复式机器或磨盘。一旦形成凹槽，在与凹槽成约90度的位置处向密封环的内部施加径向向外方向的足够的压力以沿凹槽破裂和剖分密封环元件。所得到的密封环段具有相对平的和光滑的轴向外露面。任何表面不规则度是名义上的并且通常仅仅是由密封环材料的颗粒结构导致的。

现有技术的剖分式机械密封件具有围绕轴组装然后用螺栓安装到待密封设备上的旋转组件和固定组件。在围绕轴组装所述段之后将旋转密封面插入到旋转金属夹具中。接着，组装旋转面段和压盖段，然后用螺栓将剖分式压盖组件固定到泵壳体。

之前的剖分式机械密封设计具有很多问题。现有剖分式机械密封设计的第一问题涉及将旋转密封环插入到围绕轴夹持的保持器组件中。O型圈将旋转密封面以轴向方向密封到夹持的保持器。必须将旋转密封面推入到夹持的保持器内部紧密空间中，这时经常会遇到一些困难。将旋转密封面密封到保持器的弹性体O型圈需要被压缩用于密封，并且需要一定量的力将密封面插入到夹持的保持器内部。此外，由于O型圈容易抓住密封环并抑制滑动，所以现有技术的机械密封组件设计的旋转密封面在被插入之后有“弹出(pop-out)”的趋势。另外，在安装时O型圈的运动可导致O型圈被设置成弯曲 姿态，而不是相对于旋转密封环更加优选的落座姿态。安装人员需要将O型圈从弯曲姿态运动回初始姿态，这是非常困难的。在安装过程中该过程需要多次尝试来使旋转密封面适当地落座在夹持的保持器内。

另一重要考量是维持旋转密封面垂直于轴以平稳运转。很有可能会使旋转密封面的一侧或剖分段比另一侧更进一步进入夹持的保持器内。该结果是旋转密封面相对于轴轴线的脱方度条件。这又形成固定密封环的来回运动，因为为了使旋转密封环跟随轴的每次旋转，固定密封环左右翘起。如果足够显著的话，这会导致缩短密封寿命。

另一问题存在于安装人员在安装地点围绕轴组装机械密封件时。对于安装人员来说，保持旋转密封环半部相对于彼此对准是非常困难的。类似地，安装人员也难以保持固定密封环半部对准。随着使密封环彼此接触，由于它们的剖分属性，密封环半部会相对于彼此浮动。因此，安装人员必须不断地对准所述半部以确保正确安装。随着机械密封组件的剩余部分被围绕密封环放置，偏压机构迫使密封环过早地彼此接触。因此，安装人员必须在安装过程中手动克服该偏压力。这些各种问题的结果就是密封环被不断地彼此强力接触，这通常会对密封环造成损害。

另外，由于密封环半部的轴向剖分表面是相对光滑和平坦的，对于安装人员来说也很难在安装过程中保持所述面对准。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种采用易于相对于彼此对准的旋转和固定密封环段的剖分式机械密封件。

本发明的另一目的是提供一种剖分式机械密封件，其采用可在安装过程中选择性地移除施加到密封环之一例如固定密封环的轴向偏压力的结构。

本发明提供一种用于密封诸如泵或任意类型旋转设备的构件的 改进的机械密封组件。所述机械密封组件可包括连接到被密封设备的运动构件的旋转密封环；连接到被密封设备的固定构件并且与旋转密封环形成密封的固定密封环；以及相关组装构件。所述改进的机械密封组件可包括围绕轴夹持的旋转密封环保持器，用于以选定位置和构造保持旋转密封环。旋转密封环保持器能够促进将旋转密封环安装到旋转密封环保持器中并维持旋转密封面垂直于被密封轴。旋转密封环可包括用于捕获和对准诸如O型圈的密封元件的止动部分，用于与旋转密封环的径向外表面形成密封。

本发明的机械密封件还提供剖分式密封环构件，其具有与相对密封环段上的对应密封环面联锁的非平、轴向延伸密封环面。当放置在一起时，密封环段联锁并从而自对准。密封环段的轴向密封环面的非平属性使得能够以促进所述段彼此接合同时减少或防止所述段相对于彼此滑动的方式使所述段相互作用。

剖分式机械密封件还包括用于落座和保持旋转密封环元件的保持器组件。保持器组件具有用已知紧固机构保持在一起的一对弧形保持器段。每个保持器段在环形主体上具有阶梯式径向内表面，所述径向内表面包括止动凹槽，以便于O型圈的插入和落座。

本发明的剖分式机械密封组件还包括压盖组件，其具有相互作用的配合半部以促进压盖半部的接合并减少或防止当来自螺栓、设备壳体、垫圈支撑和/或其他来源的力被施加到压盖组件时压盖半部相对于彼此的滑动。

压盖组件在轴向最上部表面或顶部表面上包括压盖凹槽，在每个压盖段中压盖凹槽容纳可动弹簧接合机构，其选择性地接合和脱离接合偏压机构(即，夹)。当设置在接合位置时，可动部件接合偏压元件并将偏压元件施加到固定密封环的轴向偏压力移除。因此该偏压移除特征使得安装人员能够容易地围绕轴安装密封环，同时最小化可能发生的对环的接触损坏。当设置在脱离接合位置时，可动部件在凹槽内运动以从偏压元件脱离接合，从而允许偏压部件接合固定密封环并向其施加轴向偏压力。该轴向偏压力用来将固定密 封环的密封面放置成与旋转密封环的密封面密封接合接触。

压盖组件还采用多个偏压元件(即，夹组件)用来将固定密封环预安装到压盖组件的内表面上。

根据一种实践方式，本发明针对用于安装到容纳旋转轴的壳体的剖分式机械密封件。所述密封件包括能够安装到壳体并且形成腔室的压盖组件，其中压盖组件包括顶表面，顶表面具有形成在其上的压盖凹槽。压盖凹槽至少部分由自顶表面轴向向外延伸的至少一个凸起壁部分形成。剖分式机械密封件还包括固定密封环，固定密封环落座在压盖组件的腔室内并且联结到压盖组件，固定密封环具有密封表面和相对的轴向外部顶表面。保持器组件设置在腔室中并且与压盖组件成配合密封关系定位，使得保持器组件限定空间并且能够随着轴旋转。旋转密封环设置在保持器组件的空间内并且联结到保持器组件。

根据另一实践，一种用于安装到容纳旋转轴的壳体的剖分式机械密封件包括：压盖组件，其能够安装到壳体(14)并形成腔室；固定密封环，其落座在压盖组件的腔室内并联结到压盖组件；保持器组件，其设置在腔室中并定位成与压盖组件成配合密封关系，保持器组件限定空间并且能够随轴旋转；以及旋转密封环，其设置在保持器组件的空间内并且联结到保持器组件。固定密封环包括密封表面、设置成与密封表面相对的轴向外部顶表面、内表面、以及形成在内表面中的凹槽。

根据另一特征，本发明提供用于安装到容纳旋转轴的壳体的剖分式机械密封件，包括：压盖组件，其能够安装到壳体并形成腔室；固定密封环，其落座在压盖组件的腔室内并且联结到压盖组件，固定密封环具有密封表面和相对的轴向外部顶表面；保持器组件，其设置在腔室中并且定位成与压盖组件成配合密封关系，保持器组件限定空间并且能够随轴旋转；旋转密封环，其设置在保持器组件的空间内并且联结到保持器组件；以及偏压夹组件，其用于向至少固定密封环施加偏压力。

偏压夹组件包括第一内部弹簧夹部件和第二外部弹簧夹部件，第二外部弹簧夹部件的大小和构造能够安装在第一内部弹簧夹部件上方。第一内部弹簧夹部件和第二外部弹簧夹部件具有大致C形构造。

附图说明

通过结合附图参考以下具体实施方式可更透彻地理解本发明的这些以及其他特征和优点，在不同的视图中相似附图标记表示相似的元件。附图示出本发明的原理和相对尺寸，但没有按照比例。

图1是根据本发明的教导的分成两段的剖分式机械密封件的部分组装立体图；

图2和图3是根据本发明的教导的图1中机械密封件的分解截面视图；

图4是根据本发明的教导的示出保持器和旋转密封环安装关系的图1中机械密封件的局部片段截面视图；

图5是根据本发明的教导的示出图1中机械密封件的压盖、保持器以及旋转密封环的各种安装和操作关系并进一步示出设置在面彼此分开的接合位置中的可动弹簧接合机构230的截面视图；

图6是根据本发明的教导的示出图1中机械密封件的压盖、保持器以及旋转密封环的各种安装和操作关系并进一步示出设置在脱离接合位置中的可动弹簧接合机构230和从止动凹槽移位的O型圈188并且通过压盖螺栓施加轴向力之前的截面视图；

图7是根据本发明的教导的示出图1中机械密封件的压盖、保持器以及旋转密封环的各种安装和操作关系并进一步示出设置在脱离接合位置中的可动弹簧接合机构230和从止动凹槽移位的O型圈188并且通过压盖螺栓施加轴向力之后的截面视图；

图8A是根据本发明的教导的图1中机械密封件的旋转密封环20的立体图；

图8B是根据本发明的教导的图8A中旋转密封环的轴向端面的 分解视图；

图8C是根据本发明的教导的图8A中旋转密封环的替代实施方式的轴向端面的分解视图；

图9是根据本发明的教导的图1中机械密封件的可动弹簧接合机构230的立体图；

图10A是根据本发明的教导的示出设置在接合位置中的可动弹簧接合机构230的图1中机械密封件的局部片段截面视图；和

图10B是根据本发明的教导的示出设置在脱离接合位置中的可动弹簧接合机构230的图1中机械密封件的局片段部截面视图。

具体实施方式

本发明提供一种机械密封组件，用于在旋转轴或其他适合的设备上提供密封。下面将相对于示出的实施例描述本发明。本领域技术人员会意识到本发明可以实现在若干种不同的应用和实施方式中，其应用不具体局限于本文所描述的特定实施方式。

本文中使用的术语“密封组件”和“密闭组件”旨在包括各种类型的密封组件，包括单体密封件、剖分式密封件、同心式密封件、螺旋密封件、以及其他已知的密封件和密封组件类型和构造。

术语“轴”旨在表示可安装密封件的机械系统中任何适合的装置，包括轴、杆以及其他已知装置。

本文中使用的术语“轴向”和“轴向地”是指大致平行于轴的轴线的方向。本文中使用的术语“径向”和“径向地”是指大致垂直于轴的轴线的方向。术语“流体”是指液体、气体以及它们的组合。

本文中使用的术语“轴向内部”是指靠近采用密封组件的机械系统设置的固定装置和密封组件的部分。相反地，本文使用的术语“轴向外部”是指在所述机械系统远侧的固定装置和密封组件的部分。

本文使用的术语“径向内部”是指密封组件的靠近轴的部分。 相反地，本文使用的术语“径向外部”是指密封组件的远离轴的部分。

本文使用的术语“固定装置”和/或“静表面”旨在包括容纳轴或杆的任何适合的固定结构，具有压盖的密封件固定到所述轴或杆。本领域的技术人员还会认识到压盖组件可形成机械密封件的部分或固定装置的部分。

本发明的说明性实施例的机械密封组件可采用改进的旋转密封环保持器用于将旋转密封部件安装和保持在机械密封组件内的选定位置和/或采用改进的压盖组件用于将机械密封组件的固定构件连接到固定装置和/或采用改进的密封环用于将工艺流体密封在固定装置内。

本发明的密封环还被构造成使其具有非平轴向延伸面，使得密封环段彼此对准。这使密封环段能够大体上自对准。

压盖组件在轴向最上表面上还包括凹槽，在每个压盖段中凹槽容纳用于选择性地接合和脱离接合偏压机构(即，偏压夹或偏压弹簧)的可动偏压移除机构。当设置在接合位置时，可动部件接合偏压元件并将偏压机构施加到固定密封环的轴向偏压力移除。当设置在脱离接合位置时，可动部件在凹槽内运动并与偏压机构脱离接合，从而允许偏压部件接合固定密封环并向其施加轴向偏压力。该轴向偏压力用于将固定密封环的密封面放置成与旋转密封环的密封面密封接合接触。

压盖组件还采用多个偏压元件(即，夹组件)用来将固定密封环预安装和/或保持在压盖组件的内表面上。

机械密封组件的密封压盖组件可采用联锁的重叠压盖半部以防止在操作过程中压盖半部相对于彼此滑动。

图1-7描绘根据本发明的优选实施例的剖分式机械密封件10。机械密封件10优选围绕轴12同心设置，轴12沿图7中第一轴线13延伸并且固定到壳体14的外壁，例如泵或其他系统。轴12可至少部分地安装在壳体内或邻近壳体安装。根据本发明的教导构造的机 械密封件10提供流体密封，从而防止工艺介质例如液压流体从壳体14逸出。流体密封是通过示出为一对剖分式密封环20和30的密封部件实现的。示出的密封部件包括在它们之间形成密封的第一或旋转密封环20和第二或固定密封环30。每个密封环20和30分别具有光滑弧形密封表面21和31。每个密封环的光滑弧形密封表面21、31被偏压与另一密封环的对应密封表面21或31密封接触。优选地，密封环20和30被分别分成一对段以促进安装，如以下所述。密封环的密封表面21、31提供能够在很多操作条件下操作的流体密封，包括真空条件，下面将更加详细地描述。

如图4所示，保持器组件110限定用于接收和保持旋转密封环20的空间111。保持器组件110可被剖分以促进组装和安装。在一种实施例中，保持器组件110包括配合形成环形保持器组件110的一对弧形保持器段112、114。保持器组件110或每个弧形保持器段(如果保持器组件被剖分的话)具有面向压盖组件40的径向外表面116，和用于密封密封环20并限定用于接收和保持旋转密封环20的空间111的第一大致径向内表面124(除了内表面138之外)。

诸如O型圈188的密封元件围绕旋转密封环20同心地设置，以在旋转密封环20和保持器组件110之间密封。如图所示，O型圈优选围绕旋转密封环20的轴向内部部分的径向外表面184设置，如下面描述的，并密封保持器组件110的径向内表面124。如下面详细描述的，保持器组件110的径向内表面124可包括用于接收和落座O型圈188的止动凹槽189，所述O型圈188围绕旋转密封环20设置，以促进密封组件的组装和操作并维持旋转密封环20处于最优位置。

其他密封部件可密封机械密封组件10的不同构件之间的交接部。例如在示例性实施例中，平的环形弹性体垫圈60密封密封压盖组件40和壳体14之间的交接部。如以下所述，如果保持器组件110被剖分，保持器垫圈160将保持器段112、114密封在一起。示出为O型圈142的保持器/轴弹性体部件密封在旋转密封环保持器组件110和轴12之间。示出为O型圈202的固定密封环/压盖弹性体部件 在固定密封环30和压盖组件40之间的交接处密封并在固定密封环30上提供径向向内压力。本领域的技术人员会认识到机械密封组件可具有用于密封在不同构件之间的任何适合的工具。

此外，示出的剖分式机械密封件10还包括抗旋转机构(未示出)，例如在旋转密封环20和保持器组件110之间轴向延伸的销或平表面元件，以防止旋转密封环和保持器组件110的相对旋转运动。另外，对中按钮(未示出)可任择地设置在密封环保持器组件110的径向外表面116和压盖组件40之间以促进围绕轴12对中机械密封组件。本领域的技术人员还会认识到可提供保持器螺钉170的第一凹头螺帽来将保持器组件110固定在一起，同时第二凹头螺帽固定压盖组件40，如图1-3所示。密封件10还包括可用来将压盖组件40固定到装置14的螺栓或螺栓凸片(bolt tabs)(未示出)。

本发明的机械密封件10的某些构件类似于美国专利No.5571268和7708283中描述的机械密封组件，所述专利的内容通过引用合并于此。

如图1-7进一步示出的，用于安装旋转密封环20的保持器组件110设置在由压盖组件40形成的腔室24中，并且与压盖组件40径向向内隔开。但是应该理解，保持器组件110不需要设置在压盖组件40内。相反，保持器组件110可与压盖组件40轴向隔开。

根据本发明的一种替代实施例，并且如美国专利No.5571268和7708283中描述的，保持器组件110可设计和配置成通过使用双引入角来促进将旋转密封环20安装在其中，以及促进机械密封件的整体操作。例如，保持器组件110可具有径向内表面(例如大致内表面124)，其包括自轴向外端121延伸的至少两个斜面，使得径向内表面124通过从轴向外端121处的相对宽开口到用于接收旋转密封环20的窄空间111的两级缩减。这样就使得径向内表面124形成从保持器110的轴向外端121沿内壁延伸到止动凹槽189的双角度引入倒角。

如图4-7所示，大致内部径向表面124还包括形成第二轴向延伸 面133的向内阶梯表面。径向内表面124和轴向延伸面133具有形成在它们之间的径向向内延伸第一壁132。如图所示，内部轴向延伸面133和径向最内轴向延伸面或保持器内部面138限定它们之间的轴向最内第二壁134。最内或第二径向延伸壁134限定旋转密封环接收空间111的最内部分。

在一种优选实施例中，用于密封在旋转密封环20和旋转密封环保持器110之间的O型圈188落座在形成在保持器组件110的径向内表面124上的诸如止动凹槽的凹槽189中。止动凹槽189的尺寸、位置和构造能够接收O型圈188的顶部径向外侧以在安装过程中相对于保持器组件110落座O型圈188而无需让步性能。止动凹槽189优选将O型圈188落座在阶梯壁132上方。替代地，止动凹槽189将O型圈落座在保持器组件110和旋转密封环20之间的另一位置中。

当落座在止动凹槽189中时，O型圈优选邻接旋转密封环20的第二轴向倾斜外表面182和径向最内表面184，如图2所示

根据本发明，止动凹槽189形成在保持器组件110的径向内表面124上。根据将O型圈188插入到保持器组件内所需要的载荷力，止动凹槽可放置在沿表面124的各种位置处。止动凹槽189和凹槽在保持器的径向内表面124上的放置的显著优点是减少将O型圈落座在凹槽中所需要的压缩量。

替代地，止动凹槽189可形成在径向内表面124的另一面上，优选与径向壁132隔开以促进与旋转密封环20形成密封。

通过止动凹槽189落座的O型圈188优选足够有弹性以使每个旋转段密封面与另一段密封接触，从而在最终组装时形成流体密封和压力密封。具体地，当O型圈188落座在止动凹槽189内时，O型圈的压缩可能足够或可能不足够形成压力密封。在将压盖组件40通过螺栓固定到装置14上之后，施加到机械密封件10的该附加轴向力以轴向向下方向(箭头240)驱动旋转密封环以及固定密封环，使得O型圈188被迫使离开止动凹槽189。此时，O型圈会被定位 在由内表面124、径向壁132以及形成在旋转密封环的外径上的止动凹槽92形成的腔中。这实质上形成提供O型圈上必要压缩以产生压力密封的腔。O型圈188还与示出为偏压夹组件210的诸如弹簧的偏压部件或组件配合用作轴向弹性偏压工具，用于浮动地和非刚性地支撑相对于压盖组件40和保持器组件110的刚性壁和面成轴向间隔浮动关系的旋转密封环20和固定密封环30。该浮动关系在美国专利No.4576384中首次描述，所述专利转让给本发明的受让人，并且所述专利的教导通过引用合并于此。

旋转密封环20、O型圈188以及保持器段112或114形成为两个预组装单元。止动凹槽189接收并自动地对中O型圈188，将旋转密封表面21放置到垂直于轴12的轴线的位置。所描述的保持器的构造减少或消除在安装过程中保持密封面就位的需求。

保持器段112、O型圈188以及旋转密封面段20’被预组装以形成单元，然后联结到围绕轴的另一预组装半部。

止动凹槽189可形成在保持器组件110的径向内表面上，保持器组件110优选不包括双角度引入倒角。替代地，可采用该双角度引入。

参照图1-4，保持器组件110的保持器段外表面116具有第一轴向延伸外表面146、径向向内倾斜的第二外表面148、以及径向向内阶梯式的第三外表面154。如图2所示，第三外表面154和第二外表面148组合形成径向向内延伸的第一外壁150。为清楚示出起见，其他附图省略了该外壁。保持器组件110的外表面优选与压盖组件40的内表面54、56隔开，如图5所示。

如图5-7所示，保持器组件110的第一轴向延伸外表面146面向压盖组件40上的轴向延伸内部压盖面54，第一外表面146的外径优选小于压盖段面54的内径。在一种优选实施例中，在组装机械密封件时，保持器段第三外表面154的外径小于压盖段的与表面154相对的面56的直径。该间隙允许保持器组件110落座在压盖组件40内在其中没有障碍地旋转运动。

保持器段112的第四径向最内面或表面138具有形成在其上的用于安装O型圈142的环形通道140。当安装在通道140中时，O型圈142与轴12密封配合，从而沿着保持器和轴交接处提供流体密封，如图4所示。保持器组件具有形成在其中的由内壁138和外壁146定界的腔室136。腔室136被限定大小和尺寸用于接收和落座旋转密封环20和密封元件188。

保持器段112、114还可具有形成在每个剖分式保持器密封面118和120上的保持器垫圈凹槽158，如图2所示。与凹槽158形状互补的保持器垫圈160落座在凹槽158中。当落座在凹槽158中时，保持器垫圈160可延伸越过保持器密封面118、120，如图1最佳示出的。垫圈160的外露部分落座在形成于相对的保持器段密封面中的互补凹槽中。该布置提供比如上所述的选定值高的压力的流体密封。所述垫圈优选由任何适合的可变形材料构成，例如弹性体橡胶。

保持器段112、114还可具有安装用于将保持器段112、114固定在一起的螺钉170的紧固件接收孔164。螺钉170被安装在紧固件接收孔164中并由其强制地(positively)保持。

旋转密封环组件20还可包括一对弧形旋转密封环段20’和20”，而固定密封环组件可包括一对弧形固定密封环段30’和30”。每个密封环段分别具有光滑弧形密封表面21、31，并且分别具有一对段密封面25、35。每个密封环的光滑弧形密封表面21、31分别被偏压成与另一密封环段的对应表面密封接触，以形成流体密封。类似地，环段的段密封面25、35被偏压成与彼此成密封关系以形成每个密封环20和30。因此，这些单独的密封面提供能够在很多不同操作条件包括真空条件下操作的流体密封。

示出为弧形旋转密封环段20’和20”的所示旋转密封环或元件20优选具有大致光滑弧形内表面172和外表面，包括表面182和184的若干表面和止动凹槽92形成在它们之间，如图2和图4-7中最佳示出的。形成在旋转密封环20中的止动凹槽92执行至少两个主要功能：第一，凹槽92帮助将旋转密封环定位在相对于保持器组件110 的正确位置中；第二，凹槽92允许通过形成双捕获凹槽(位于保持器止动凹槽189和旋转密封环止动凹槽92之间)将O型圈189捕获在它们之间同时将旋转密封环保持在保持器内来将旋转密封环预组装在保持器组件中。内表面172可具有形成在其上的大致矩形凹口(未示出)，其安装在保持器凸出部(未示出)上方用于将构件联结在一起。

更具体地，旋转密封环的外表面具有：径向向内倾斜外表面182或邻接部；内部轴向延伸表面184；以及形成在每个表面上或它们之间的止动凹槽92，其被限定大小并配置用于落座O型圈188。旋转密封环段还优选具有设置在环20的顶部的光滑弧形密封表面21。旋转密封段内表面172的内径大于轴的直径以允许安装在其上。旋转密封段外表面184的直径等于或稍小于保持器段的轴向延伸面133的直径，用于与保持器组件110安装接合。旋转密封段外表面的直径小于保持器段的内表面124的内径。根据本发明的教导，本领域的技术人员容易认识到旋转密封环20可具有用于与诸如固定密封环30的另外密封元件交接并形成密封的任何适合的构造。

尽管所示出的密封环20具有形成在外表面处的邻接部182，但是本领域普通技术人员会认识到也可采用非倾斜的阶梯环形表面。

传统剖分式密封环段具有相对光滑和平坦的外露轴向端面。由于轴向面是平的，它们容易相对于彼此运动。这常常会使得在安装过程中难以将密封环段一起对准。根据本发明，本发明的旋转密封环20包括剖分式密封环段20’和20”，它们具有与相对的密封环段上相应密封环面联锁的非平轴向延伸端面25。本文中使用的术语“非平”旨在涵盖具有多于标称量或程度的表面特征的密封环面，所述表面特征独立于由于密封环的材料的颗粒结构而形成在剖分式表面上的任何特征。当以从轴向端面的轴向最外表面向轴向最内表面的轴向方向和/或以从径向最外轴向端面向径向最内轴向端面的径向方向观察轴向端面25时，如果轴向端面25上存在除了自然材料颗粒异常之外的表面特征，则将轴向端面视为是非平的。例如，轴向端 面可包括具有倾斜形状、下降形状、V形形状、曲折形状(当以截面方向观察时)、弯曲或非线性形状、或任何其他适合的非平形状的非平表面特征。本发明还设想在轴向端面的表面上方和/或下方的端面上形成多个表面特征。当以彼此面对的关系设置时，相对的密封环段上的相对的轴向端面的形状与该形状互补。当放置在一起时，密封环段联锁并因此自对准。密封环段的轴向密封环面的非平本质使所述段能够以促进段彼此接合同时减少或防止段相对于彼此滑动的方式彼此互相作用。配置的非平轴向端面25还有助于确保对准段的密封面21以提供相对高程度的密封面“准度(trueness)”或足够的面平度以防止工艺流体从密封面意外渗漏。利用该技术，剖分式机械密封件可实现约80微英寸或更小的级别的面平度。

如图8A-8B所示，根据第一实施例，密封环段20’、20”的轴向端面25具有形成在其上的非平表面特征。虽然旋转密封环20被示出为具有该特征，但是本领域的普通技术人员容易认识到固定密封环30也可采用该特征，尽管不是必需的。当以从径向最外表面朝径向最内表面的径向方向观察时，密封环段20’的轴向端面25包括过渡到表面特征的第一平表面26。所示的表面特征具有反向V形形状，其具有在平表面上方或远离平表面的顶点处相交的第一直倾斜表面27和第二直倾斜表面27。轴向端面包括径向最向内平表面26。如图所示，具有倾斜表面27、27的凸起表面特征在轴向端面上形成非平表面特征，否则轴向端面会是具有平表面26、26的平面(即，平的)。所示出的倾斜表面具有可以介于约130°到约160°之间范围内的任意处的夹角(或钝角)。

另一环段20”的轴向端面25与具有凸起表面特征的段20’上的端面相对。所述端面根据本发明被塑形成具有互补表面特征。如图所示，端面具有平表面26、以及在一点处向内相交以形成表面特征的一对直下倾表面28。当一起组对时，段20’和20”的相对的轴向端面25联锁以帮助防止彼此在轴向方向上的相对运动。因此联锁表面特征帮助密封环段自对准，并从而使得安装人员容易安装和对准密 封环段。

根据一种实施例，密封环段20’上的另一轴向端面可具有形状互补的表面特征。该形状布置也可在另一密封环段20”上见到，如图8A所示。

如以上所述，本发明的非平表面特征明显不同于现有技术，因为分裂过程不再依赖于直凹槽，所述直凹槽形成在密封环的内径上以形成现有技术密封环设计的相对平的(平面)端面特性。相反，本发明设想使用沿密封环的内径形成的非直凹槽，之前不希望在密封环段的轴向端面上形成这些类型的表面。因此，现有技术密封环段的轴向端面不能自动对准(即，不是自对准的)。这样，形成在本发明的密封环上的表面特征可利用利用激光刻蚀技术或使用电火花线加工(EDM)技术来形成。使用激光刻蚀或EDM技术可在密封环段的轴向端面上形成若干不同的非平表面特征。如图8C所示，可在密封环段20’的轴向端面25上形成非直蜿蜒形状22。也可形成其他形状。与以上类似，形成在相对的密封环段20”的轴向端面上的形状是互补形状。

所示出的机械密封件10除了旋转密封环20和固定密封环30之外包括用于将固定密封构件安装到装置14的密封压盖组件40和用于安装旋转密封环20的密封环保持器组件110，以下将会进行详细描述。

本发明的密封环可由适合于其环境以及其预期目的的任何材料形成。适合于用作本发明的剖分式机械密封件中密封环的材料的示例包括碳化硅和碳。

如图1、3和5-7中最佳示出的，所示出的固定密封环30可类似地包括一对弧形密封环段30’和30”，每个环段彼此相同或大致相同。示例性弧形固定密封环段具有平行于第一轴线13延伸的大致光滑弧形内表面32和密封环的外表面36，如图3所示。内表面32具有沿内壁形成的连续周向延伸凹部或凹槽33，所述凹部或凹槽33被限定大小并且配置用于接收偏压夹组件210的部分，下面将会对其进行 详细描述，所述偏压夹组件210用于将固定密封环30安装或保持到压盖组件40。凹槽可以是连续或非连续的。如果是非连续的，凹槽可形成为沿内表面间隔开的一系列凹部。固定密封环段外表面36优选具有终止于径向向外延伸邻接部192的轴向延伸第一外表面190。固定密封环30优选具有轴向外部(相对于壳体14)顶表面194和设置在环的底部的光滑轴向内部弧形环密封表面31。所述顶表面具有沿顶表面形成的一系列凹部196，其被限定大小并配置用于选择性地落座和/或接合偏压夹组件210的至少部分。该布置有助于将固定密封环30对准和落座在腔室24中，并且用作机械阻抗用于防止固定密封环30随轴12和旋转密封环20旋转。

固定段内表面32的内径大于轴直径，并且如果需要的话可大于旋转密封环20的内表面172的直径，从而允许它们之间的相对运动。因此，固定密封环30保持固定而轴12旋转。弹性体部件，例如O型圈202，提供足够的径向向内偏压力以将固定密封环段30’和30”的段密封面35放置成与另一固定密封环段密封接触。此外，O型圈202在压盖组件40和固定密封环30之间形成流体密封和压力密封。如图5-7所示，O型圈202落座在由压盖第一壁48、压盖阶梯第二面50、以及固定环外表面190限定的第一安装区域204中。在一种优选实施例中，邻接部192相对于固定环外表面190形成的角度优选介于约30°到约60°之间，最优选为约45°。固定密封环30优选由碳或陶瓷材料构成，例如氧化铝或碳化硅等。

通过轴向偏压密封环使固定密封表面21和旋转密封表面31彼此密封接触来提供用于固定密封环20和旋转密封环30的弹性支撑，在说明性实施例中示出为偏压夹组件210的本发明的剖分式机械密封件的偏压部件或组件也可起到轴向偏压装置的作用。如图5-7所示，密封环20、30被浮动地和非刚性地支撑，相对于压盖组件40和保持器组件110的刚性壁和面成间隔浮动关系。该浮动和非刚性支撑以及间隔关系允许旋转密封段和固定密封段相对于轴12的小的径向和轴向浮动运动，同时仍然允许旋转密封表面21跟随固定密封 环30的光滑弧形密封表面31并放置成与其密封接触。从而，由于该浮动作用，旋转密封环密封表面21和固定密封环密封表面31是自对准的。

说明性的机械密封组件10还可包括改进的密封压盖组件40以改进密封组件的运行，如图1和3所示。说明性的密封压盖组件40具有配合形成环形密封压盖组件40的一对弧形压盖段41、42。压盖段能够彼此接合以促进机械密封组件的组装和运行。说明性的压盖组件段41、42具有联锁机构以促进两个段41、42的接合。与现有压盖设计相比，每个压盖段41、42具有至少一个非平形状交接表面64或轴向端面66以将螺栓力传递到另一配合压盖半部并防止压盖半部相对于彼此滑动。在说明性实施例中，压盖段交接表面具有分别形成在两段之间的至少一个交接部上的形成连锁凸出部和凹部的阶梯面。每个凸出部适配到对应凹部中使得两段交接表面之间形成重叠以接合相应压盖段。优选地，配合形成重叠的平轴向延伸表面大致垂直于机械密封组件的纵向轴线13延伸，从而允许将转移到压盖段的螺栓力传递至另一压盖段而不会导致压盖段分离。本领域的技术人员会认识到凸出部和相应凹部可具有任何适合的构造。另外，凸起表面传递施加到压盖的螺栓力并且促进压盖段半部的连接和对准。重叠构件减少和/或防止由将压盖组件栓接到设备壳体的螺栓压盖在压盖剖分部件处引起的分离力。美国专利No.7708283中对压盖段的剖分式联锁面的细节进行了详细描述，所述专利的内容之前通过引用合并于此。

参照图3-7和10A-10B，并且尤其是参照图7，每个示例性压盖段41、42可具有内表面，所述内表面具有第一面46和从第一面46径向向外延伸的一体形成的阶梯第二面50。第一面46和第二面50组合形成第一连接环形壁48。第二面被限定轮廓以落座围绕固定密封环30的O型圈202。形成压盖内表面54的阶梯第三面从第二面50径向向外延伸并且与第二面50组合形成第二环形连接壁52，第二环形连接壁52可以是阶梯形的并且/或者包括延伸到第二面50的 倾斜表面。倾斜第四面57从压盖段第三面54径向向内延伸。由面46、50、52、54和57形成的压盖段内表面限定用于接收保持器组件110的空间24，如以上描述的。

每个压盖密封面64、66还可具有形成在其上的压盖垫圈凹槽70，如图3所示。与压盖凹槽70形状互补的弹性体压盖垫圈76落座在压盖的凹槽70中。当落座在凹槽70中时，垫圈76可延伸越过压盖端面64、66，如图1最佳示出的。当组装压盖段41、42时，垫圈76的外露部分被捕获在形成在另一压盖段41的剖分压盖密封面上的互补凹槽中。在相对的剖分压盖密封面之间捕获垫圈76的两端防止在经受高于选定最大压力的压力时垫圈76挤出到形成在剖分压盖密封面之间的间隙中。从而该双捕获特征允许压盖段41、42承受较大压力而不会形成压力泄漏，以及放宽机械密封件10的其他构件的机械公差。压盖垫圈76优选由任何适合的弹性材料形成，例如弹性体橡胶。另外，虽然垫圈76具有示出的形状，但是本领域普通技术人员会认识到垫圈76及其对应凹槽70可具有任何适合的几何构造。

如图1和3中所示，每个压盖段41、42也可具有与其一体形成的一对螺钉壳体80、82。每个螺钉壳体具有大致穿过其形成的横向紧固件接收孔84。横向孔84安装具有示出构造的螺钉90。每个螺钉90将螺钉壳体80、82紧固在一起。如美国专利No.7708283之前公开的，螺钉90被强制地保持在紧固件孔84中。

密封压盖组件40也可具有沿压盖组件40的底部59形成的壳体垫圈凹槽58。所述凹槽58落座平的环形弹性垫圈60。

保持器组件110、压盖组件40以及螺钉90可由任何适合的刚性材料形成，例如不锈钢。

如图3、5-7以及9-10A所示，密封压盖组件40的顶部61优选包括形成在其上用于保持或落座可动弹簧接合机构230的压盖凹槽100。所述凹槽部分由从顶表面61向外延伸的凸起壁部分形成。凸起壁部分可以是连续的或非连续的，优选是非连续的。凹槽优选部分由从压盖的顶表面61轴向向外延伸的一系列间隔的、离散的并且 相对的凸起壁部分62形成。凸起壁部分具有限定长度并且沿压盖组件的圆周彼此周向隔开以在它们之间形成偏压夹接合部分212。凸起壁部分还允许可动弹簧接合机构230在它们之间运动。凸起壁部分可以沿压盖组件的圆周均匀隔开或者可以采用任何其他适合的间隔布置。如图3所示，偏压夹接合部分212具有切口部分214，其被限定大小和尺寸以在组装时落座偏压夹组件的部分。切口部分可具有任何适合的形状，优选具有反向T形形状。

根据一种优选实施例，所述系列(多个)凸起壁部分62包括沿压盖组件的内周布置的多个第一凸起壁部分。内周限定具有第一直径的圆。所述系列凸起壁部分62还包括沿压盖组件的外周布置的多个第二凸起壁部分，并且如此限定的圆的第二直径大于第一直径。根据一种优选实施例，多个第一凸起壁部分与多个第二凸起壁部分在径向方向上对准。

所示出的可动弹簧接合机构230是包括主体部分的相对平的弧形元件，主体部分具有在其顶表面234上形成的一系列间隔开的表面特征232。所述表面特征优选是均匀间隔的，虽然也可采用任何其他间隔布置。所述表面特征能够在使用时接合和提升偏压夹组件210。所述表面特征可与可动弹簧接合机构的主体一体地形成，例如通过其他已知技术的冲压。替代地，表面特征可以是安装或固定到可动弹簧接合机构230的顶表面234的单独元件。本领域的普通技术人员容易认识到具有任何适合形状的任何适合的元件可被安装到接合机构以形成表面特征。可动弹簧接合机构230优选以类似于凹槽100的形状的弧形方式塑形。机构230也可限定长度以在完全落座在凹槽中时适配在凹槽内。

可动弹簧接合机构230在第一外露终端还包括弯曲平部分236，弯曲平部分236充当密封压盖接合部分并且能够在使用时接合相对地设置的密封压盖段的轴向密封面。例如如图1所示，安装在形成于压盖段42中的凹槽中的可动弹簧接合机构230的弯曲平部分能够在使用中接合密封压盖段41的轴向端面64。本领域普通技术人员容 易认识到密封压盖接合部分可具有任何适合的形状和构造，使其与密封压盖段的轴向端面接合并且能够在压盖凹槽100内运动可动弹簧接合机构230，下面将进行详细描述。

可动弹簧接合机构230能够接合和提升偏压夹组件210，从而移除由偏压元件施加到固定密封环的轴向偏压力。因此该偏压移除特征使安装人员能够容易和方便地围绕轴安装密封环同时最小化可能发生的对环的接触损坏。可动弹簧接合机构230能够在接合位置与脱离接合位置之间调整或运动，在接合位置时表面特征232设置在偏压夹组件210下方并与其接合(参见例如图5)，在脱离接合位置时表面特征232设置成周向地邻近偏压夹组件但是不与其接触或接合(参见例如图6-7)。当设置在接合位置时，可动部件接合偏压元件并移除由偏压元件施加到固定密封环的轴向偏压力。因此该偏压移除特征使安装人员能够容易和方便地围绕轴安装密封环同时最小化可能发生的对环的任何接触损坏。当设置在脱离接合位置时，可动部件在凹槽内运动以与偏压元件脱离接合，从而允许偏压部件接合固定密封环并向其施加轴向偏压力。该轴向偏压力用来将固定密封环的密封面放置成与旋转密封环的密封面密封接合接触。

本发明的剖分式机械密封件优选采用安装在压盖组件40的轴向最外端上的一系列偏压夹组件210。因为偏压夹组件是相同的，我们这里只需要描述夹组件中的一个。偏压夹组件210优选采用限定为内部弹簧夹216和外部弹簧夹218的一对大致C形弹簧夹。内部弹簧夹216具有第一下端，第一下端具有落座在切口部分214内的脊部分220。内部弹簧216的脊部分与形成在压盖的顶表面中的切口部分214的接合帮助将内部弹簧夹保持在其中并且帮助将偏压夹组件210附接到压盖组件40。内部弹簧夹216在相对的端部处还包括落座在压盖的顶表面的偏压弹簧接合部分212内的弯曲部分222。弯曲部分接触固定密封环的顶表面，并且具体地接触形成在密封环的顶表面上的凹部部分196以向其提供轴向偏压力。因此弯曲部分起到轴向偏压部件的作用，用于向密封环构件施加轴向偏压力。如本领 域普通技术人员已知的，轴向偏压力是如图5中向下箭头240示出的指向下的力，其帮助分别将密封环20、30的密封面21、31放置成彼此密封接触。

偏压夹组件210还包括能够安装在内部弹簧夹216上方的外部弹簧夹218。外部弹簧夹218包括大致圆形的第一端部224，其能够安装在内部弹簧夹的外表面上并与其接合，如图所示。外部弹簧夹包括相对的端部，其具有从其向外延伸的弯曲凸片部分228。弯曲凸片部分能够覆盖内部弹簧夹的弯曲部分222和连接到并接合沿固定密封环30的内表面形成的凹部33。外部弹簧夹218的弯曲凸片部分将固定密封环30保持或安装到压盖组件40。通过将固定密封环保持或安装到压盖组件，这些构件可被预组装，这有助于促进剖分式机械密封件10的方便安装。

本领域的普通技术人员容易认识到内部弹簧夹216和外部弹簧夹218可具有任何适合的形状和构造，使它们保持在压盖组件中，将固定密封环联结到压盖的内表面，并且向固定密封环施加轴向偏压力。

在组装和运行过程中，通过将形成在密封环段的轴向端面25上的表面特征对准在一起来将旋转密封段20’和20”联结在一起，如图8A-8B所示。形成在轴向端面上的表面特征帮助将密封环段对准在一起并且有助于防止所述段相对于彼此在轴向方向上的相对滑动。配置的非平轴向端面还有助于确保对准所述段的密封面21以提供相对高程度的密封面“准度”或足够的面平度，以防止工艺流体从密封面意外泄漏。

每个O型圈188段围绕旋转密封段20’和20”同心地设置，并且优选设置成与旋转密封外表面182、184和旋转密封环止动凹槽92接触以形成旋转密封环预组装组件。然后将旋转密封环预组装组件插入到保持器组件段中直到O型圈落座在凹槽189内，如图4所示，以形成保持器环预组装单元。然后围绕轴12设置预组装单元。可采用诸如驱动平部的联结机构来将旋转密封环可旋转地联结到保持器 组件用于随其旋转。联结机构可设置在保持器组件或旋转密封环上，在一种优选实施例中，设置在旋转密封环和固定密封环二者上。

如以上所述，保持器组件的止动凹槽189将O型圈188和相联的旋转密封环20接收并保持在最优位置中。O型圈188提供足够的向内径向力以将旋转密封环段的轴向密封面25放置成彼此密封接触。然后通过将强制地保持在紧固件接收孔164中的螺钉170上紧将保持器段112、114固定在一起。如图5-7所示，旋转密封环段20’、20”与保持器组件内表面124隔开，并且由O型圈188非刚性地支撑在其中，从而允许旋转密封环20的小的径向和轴向浮动运动。

对于压盖和固定密封环组件，首先沿着压盖组件的顶表面61的周界或周向边缘安装多个偏压夹内部夹216。内部弹簧夹216的第一端的脊部分220初始安装在形成于顶部压盖表面中的切口部分214中。接着相对的弯曲端部部分222落座在偏压夹接合部分212中。然后预组装固定密封环30与压盖组件。首先围绕固定密封环段放置O型圈202，然后沿着压盖组件40的内表面安装密封环段，如图5-7所示。O型圈202被捕获在配置的阶梯状内部面50上。如上所述，每个偏压夹组件210由至少内部弹簧夹216和外部弹簧夹218组成。然后将第二外部弹簧夹218安装在内部弹簧夹216上并且将弯曲凸片部分228落座在形成于固定密封环的内表面中的凹槽33内。该布置预安装或预组装固定密封环与压盖组件。

然后可动弹簧接合机构230落座在形成在其顶表面上的压盖凹槽100内用于每个压盖段。可动弹簧接合机构230初始仅部分安装在接合位置中的凹槽内使得表面特征232安装在偏压夹组件210下方并使得弯曲平部分236从轴向压盖面66周向地间隔开，如图1、5和10A所示。所述接合位置提升偏压夹组件和固定密封环，因为它们联结在一起，以在密封环的密封面21、31之间产生间隙空间。从而该间隙缺口移除来自剖分式机械密封件10的密封环的轴向偏压。该选择性移除轴向偏压力使得容易围绕固定到轴的旋转构件安装机械密封件的固定构件。该布置的另一优点是可防止通常由密封环之 间的过早接触导致的密封环(例如，轴向密封面25、35和密封面21、31)的损坏，因为旋转密封环和固定密封环还没有彼此接触。

然后将安装在密封压盖组件中的固定密封环段30’和30”同心地安装在轴12上并通过O型圈202固定在一起。O型圈202向固定密封环外表面36施加足够的径向向内力以将每段的轴向密封面35放置成彼此密封接触。

当适当地对准压盖组件40和保持器组件110时，压盖垫圈76和保持器垫圈160被捕获在形成在压盖段和保持器段的相对密封面上的单独的垫圈凹槽中。该双捕获构造允许机械密封件10承受较高的压力而不会降级压力和在段密封面处形成的流体密封。此外，O型圈202在压盖内表面(例如压盖第二面50和第一壁48)与固定密封环30的外表面36之间形成压力密封和流体密封。

然后使保持器组件旋转选定的量，例如90°，使组装的保持器组件的剖分部分不与密封压盖组件的剖分部分对准。

围绕保持器组件110同心地放置压盖段41、42，使面接合，并且旋转密封环20和固定密封环30通过压盖螺钉90固定在一起，压盖螺钉90安装并强制地保持在螺钉壳体80和82中的紧固件接收孔中。螺钉90不能被意外地从机械密封件10移除，因为它们被紧固件接收孔84和螺钉90固定到压盖组件40。此外，安装螺钉90不一定必须旋转轴，因为螺钉90可从压盖组件40的相同侧或相对侧固定。

随着压盖段被压盖螺钉90的上紧引在一起，可动弹簧接合机构230的弯曲平部分236接合相对压盖段的轴向端面。随着压盖段更加靠近在一起，相对压盖段经由弯曲平部分236施加到可动弹簧接合机构230的力驱动或运动可动弹簧接合机构230在压盖凹槽100内从接合位置到脱离接合位置。在脱离接合位置时，可动弹簧接合机构230在凹槽内运动使得凸起表面特征232与偏压夹组件脱离接合，如图6、7和10B所示。当设置在该位置时，偏压夹组件再次向密封环施加轴向偏压力。当轴向偏压力施加到密封环时，旋转密封环的 密封面21和固定密封环的密封面31分别与彼此接触。因此，通过压盖螺钉90将压盖段紧固在一起的简单步骤自动地将可动弹簧接合机构230从脱离接合位置运动到接合位置，从而向密封环施加轴向偏压力并进而驱动密封面彼此密封接触。

此外，通过首先从固定密封环移除轴向偏压力，密封环的密封面21、31不会彼此过早接触。这有助于防止对密封件造成意外损坏。当压盖段被紧固在一起时自动施加偏压力。

在将压盖螺栓完全紧固到壳体14之前，本领域的普通技术人员根据本发明的教导容易认识到应将轴12、保持器组件110以及旋转密封环20和固定密封环30对中在腔室24内。如上所述，止动凹槽189促进旋转密封环20的对中。此外，可视情况沿着保持器组件110的外表面设置对中间隔件以在压盖组件内对中保持器。

然后利用压盖螺栓将机械密封件10最终安装到壳体14。压盖螺栓与通常沿压盖的周边安装形成的螺栓凸片接合或与螺钉壳体80、82接合。施加到机械密封件10的附加轴向力以轴向向下方向(箭头240)驱动旋转密封环以及固定密封环，使得O型圈188被迫使离开止动凹槽189，如图6和7所示。

本发明的示例性实施例的剖分式机械密封件10与现有技术相比提供显著优势，包括机械密封组件的方便安装和功能性改进。例如，密封环20、30的非平轴向密封面允许在安装过程中自对准密封环段。在安装过程的初始阶段从密封环选择性地移除轴向偏压力大大方便了安装人员安装和组装机械密封件，同时通过防止密封环的彼此意外和过早接触防止对密封环造成损坏。本发明还提供固定密封环与压盖组件的预组装和旋转密封环与保持器组件的预组装，进而简化安装过程。

另外，止动凹槽的使用使能够改进旋转面插入，需要较少的插入力。插入力可减少约59％到70％，但是本发明不局限于该范围。通过降低插入力，安装人员在安装时不太可能损坏密封面，从而延长密封构件的寿命并改进整体运行。

从而可以看出，本发明有效地实现以上所述的通过之前描述显而易见的目的。由于可对以上构造做出某些改变而不脱离本发明的范围，所以应将以上描述中所包含的和附图中所示出的内容理解为是说明性的而并非具有限制意义。

还应该理解的是权利要求书涵盖本文描述的本发明的所有一般和特定特征，并且作为语言问题，本发明的范围内的所有说明可能落在其中。

Claims (31)

1.一种用于安装到容纳旋转轴的壳体的剖分式机械密封件，包括：

压盖组件，其能够安装到壳体并形成腔室，该压盖组件包括轴向最外的顶表面，顶表面具有形成在其上的压盖凹槽，其中压盖凹槽至少部分由间隔的、离散的多个凸起壁部分形成，所述多个凸起壁部分自所述轴向最外的顶表面轴向向外延伸，且所述轴向最外的顶表面还具有间隔的、离散的多个切口部分，所述多个切口部分形成在所述顶表面中且相对于该顶表面并相对于所述多个凸起壁部分沿轴向向内延伸，其中，所述切口部分的大小和尺寸被限定成用以落座偏压夹组件的一部分，并且所述多个切口部分在所述轴向最外的顶表面内被交替地布置在所述多个凸起壁部分之间，以使所述多个切口部分中的一个被布置在所述多个凸起壁部分中的两个之间；

固定密封环，其落座在压盖组件的腔室内并且联结到压盖组件，固定密封环具有密封表面和相对的轴向外部顶表面，

保持器组件，其设置在腔室中并且被定位成与压盖组件成配合密封关系，保持器组件限定空间并且能够随轴旋转，和

旋转密封环，其设置在保持器组件的空间内并且联结到保持器组件。

2.根据权利要求1所述的剖分式机械密封件，其中，凸起壁部分围绕压盖组件的圆周大致均匀隔开。

3.根据权利要求1所述的剖分式机械密封件，其中，所述多个凸起壁部分包括沿着压盖组件的所述轴向最外的顶表面的内周布置并且具有第一直径的离散的多个第一凸起壁部分、和沿着压盖组件的所述轴向最外的顶表面的外周布置并且具有第二直径的离散的多个第二凸起壁部分，其中第二直径大于第一直径。

4.根据权利要求3所述的剖分式机械密封件，其中，多个第一凸起壁部分与多个第二凸起壁部分径向对准。

5.根据权利要求1所述的剖分式机械密封件，其中，所述偏压夹组件用于在操作中向固定密封环和旋转密封环施加轴向向下偏压力以将固定密封环的密封表面放置成与旋转密封环的密封表面密封接触。

6.根据权利要求5所述的剖分式机械密封件，其中，所述偏压夹组件的第一端部部分的大小和构造被限定成用于落座在离散的所述多个切口部分中的一者内。

7.根据权利要求1所述的剖分式机械密封件，其中，固定密封环的顶表面包括形成在其中的多个凹部。

8.根据权利要求7所述的剖分式机械密封件，其中，固定密封环具有内表面和外表面，其中内表面具有形成在其中邻近所述顶表面的连续的凹槽。

9.根据权利要求8所述的剖分式机械密封件，还包括联结到压盖组件和固定密封环的偏压夹组件(210)，偏压夹组件具有联结到形成在压盖组件的所述轴向最外的顶表面中的离散的切口部分的第一端部部分、和接合并落座在所述多个凹部之一内的相对的第二端部部分，并且其中偏压夹组件还联结到沿固定密封环的内表面形成的连续的凹槽。

10.根据权利要求1所述的剖分式机械密封件，还包括大小和构造能够落座在压盖凹槽内的可动弹簧接合机构。

11.根据权利要求10所述的剖分式机械密封件，其中，可动弹簧接合机构包括具有多个间隔开表面特征的弧形形状主体。

12.根据权利要求11所述的剖分式机械密封件，其中，可动弹簧接合机构还包括在末端处形成的弯曲部分。

13.根据权利要求1所述的剖分式机械密封件，其中，保持器组件具有内表面和相对的外表面，并且其中保持器组件的内表面包括形成在其中并且能够至少部分地落座密封元件的部分的止动凹槽。

14.根据权利要求1所述的剖分式机械密封件，其中，旋转密封环包括外表面并且具有形成在其中用于至少部分地落座密封元件的部分的止动凹槽。

15.根据权利要求13所述的剖分式机械密封件，其中，旋转密封环包括外表面并且包括形成在其中用于至少部分地落座所述密封元件的另外部分的止动凹槽，其中在组装时保持器止动凹槽和旋转密封环止动凹槽能够组合落座和保持所述密封元件。

16.根据权利要求1所述的剖分式机械密封件，其中旋转密封环包括：

第一密封环段，其具有至少一个非平轴向延伸端面，和

第二密封环段，其具有至少一个非平轴向延伸端面，

其中，当组装时，第一密封环段的非平轴向延伸端面设置成与第二密封环段的非平轴向延伸端面成面对关系，并且

其中，当彼此面对时非平端面的形状是互补的。

17.根据权利要求16所述的剖分式机械密封件，其中，第一密封环段包括第一非平轴向延伸端面和第二非平轴向延伸端面，其中第一非平轴向延伸端面的形状不同于第二非平轴向延伸端面的形状。

18.一种用于安装到容纳旋转轴的壳体的剖分式机械密封件，包括：

压盖组件，其能够安装到壳体(14)和形成腔室，

固定密封环，其落座在压盖组件的腔室内并且联结到压盖组件，固定密封环具有：

密封表面，

轴向外部顶表面，其与密封表面相对设置，

内表面，以及

连续的凹槽，其在邻近所述顶表面的位置处形成在内表面中，

偏压部件，其能够联结到压盖组件和形成在固定密封环的所述内表面中的所述连续的凹槽，

保持器组件，其设置在腔室中并定位成与压盖组件成配合密封关系，保持器组件限定空间并且能够随轴旋转，和

旋转密封环，其设置在保持器组件的空间内并且联结到保持器组件。

19.根据权利要求18所述的剖分式机械密封件，其中，压盖组件还包括顶表面，顶表面具有在其上形成的压盖凹槽，其中压盖凹槽至少部分由自顶表面轴向向外延伸的凸起壁部分形成。

20.根据权利要求19所述的剖分式机械密封件，其中，凸起壁部分包括自顶表面轴向向外延伸的多个周向间隔的离散凸起壁部分。

21.根据权利要求19所述的剖分式机械密封件，还包括大小和构造能够落座在压盖凹槽内的可动弹簧接合机构。

22.根据权利要求18所述的剖分式机械密封件，其中，压盖组件的顶表面还包括在自顶表面轴向向外延伸的相邻间隔离散凸起壁部分之间形成的偏压部件接合部分。

23.根据权利要求22所述的剖分式机械密封件，其中，偏压部件接合部分具有在其中形成的切口部分。

24.根据权利要求18所述的剖分式机械密封件，其中，偏压部件包括偏压夹组件，偏压夹组件具有：

第一内部弹簧夹部件，和

第二外部弹簧夹部件，其大小和构造能够安装在第一内部弹簧夹部件上方。

25.根据权利要求24所述的剖分式机械密封件，其中，第一内部弹簧夹部件和第二外部弹簧夹部件具有大致C形构造。

26.根据权利要求24所述的剖分式机械密封件，其中，第一内部弹簧夹部件具有第一端，第一端具有在其上形成的脊部分。

27.根据权利要求26所述的剖分式机械密封件，其中，脊部分能够落座在形成于压盖组件中的切口部分内以在组装时将偏压夹组件联结到压盖组件。

28.根据权利要求26所述的剖分式机械密封件，其中，第一内部弹簧夹部件还包括在夹部件的相对端部处形成的弯曲部分，其中弯曲部分能够在操作中接触在固定密封环中形成的多个凹部之一以向其施加轴向偏压力。

29.根据权利要求24所述的剖分式机械密封件，其中，第二外部弹簧夹部件包括：

大致圆形的第一端部部分，其能够安装在第一内部弹簧夹部件的外表面上并与其接合，和

第二端部部分，其与第一端部部分相对设置，第二端部部分具有自其向外延伸的弯曲凸片部分，

其中，弯曲凸片部分能够接合沿固定密封环的内表面形成的凹槽，从而在组装时将固定密封环联结到压盖组件。

30.根据权利要求18所述的剖分式机械密封件，其中，固定密封环包括一对弧形固定密封环段。

31.根据权利要求18所述的剖分式机械密封件，其中，旋转密封环包括一对弧形旋转密封环段。