CN106151523B - 一种多级防护的组合式机械密封结构 - Google Patents

一种多级防护的组合式机械密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多级防护的组合式机械密封结构，包括设置在操作舱外、泵壳体内泵轴上的第一皮碗密封和集装式机械密封，以及设置在操作舱内泵轴上的手动应急密封；集装式机械密封位于第一皮碗密封和手动应急密封之间。第一皮碗密封防止密封腔内的油脂泄漏并有效封阻海水中的大颗粒杂质进入密封腔，为集装式机械密封提供一个良好的工作环境；集装式机械密封可有效阻止泄漏介质进入操作舱；当第一皮碗密封和集装式机械密封全部失效时可启动手动应急密封，防止泄漏介质泄漏至操作舱。本发明采用多级防护措施，大大提高了密封系统的可靠性，保证了操作舱内的安全性。

Description

一种多级防护的组合式机械密封结构
技术领域
本发明属于密封技术领域，涉及一种组合式机械密封结构。
背景技术
鱼雷发射装置介于海水与操作舱之间，若出现泄漏，将严重影响操作舱内电控设备仪器和人员的安全，因此鱼雷发射装置对密封装置的可靠性要求极高，国内外一般采用复合填料环密封或机械密封结构，复合填料密封工作寿命较短，摩擦功耗大，一般的机械密封对轴的窜动跳动较敏感，并且泄漏安全性较低，装配及维护均较复杂。
由于鱼雷发射密封装置要求频繁启动、振动剧烈，现有密封结构难以满足其要求，并且密封介质泥沙含量大，现有密封结构难以在该介质下长时间工作。
发明内容
为解决现有的鱼雷发射密封装置无法满足频繁启动、振动剧烈的要求，以及难以在泥沙含量大的密封介质环境下长时间工作的问题，本发明提供了一种多级防护的组合式机械密封结构，满足如下技术条件：
密封介质压力：0～4.5MPa；
密封介质：GB3097-1997规定的第四类海水；
运转速度：1500±100r/min；
使用寿命：5年。
本发明的技术方案是：
本发明提供了一种多级防护的组合式机械密封结构，其特殊之处在于：包括设置在操作舱外、泵壳体内泵轴上的第一皮碗密封和集装式机械密封，以及设置在操作舱内泵轴上的手动应急密封；所述集装式机械密封位于第一皮碗密封和手动应急密封之间；
所述手动应急密封包括带有第一凸台311的第二轴套5、操作组件307、调整挡环308、阀盖302和密封阀304以及分布在同一圆周上多个调整螺钉305；
所述调整挡环308、阀盖302和密封阀304依次套装在第二轴套5上；所述阀盖302通过多个第三螺钉301固定安装在泵壳体上，阀盖302的内侧面与所述第一凸台311相对应；阀盖302端面上的第一环形凸台312伸入泵壳体与泵轴所形成的第一空腔内；第一环形凸台312的外侧面紧贴泵壳体的内侧面；所述密封阀304位于所述第一环形凸台312和第二轴套5所形成的环形凹槽内；密封阀304的外侧面紧贴所述第一环形凸台312的内侧面；密封阀304靠近所述第一凸台311的端面上安装有第四胶圈306；密封阀304的外侧面与第一环形凸台312的内侧面之间安装有第五胶圈303；
所述调整螺钉305沿泵轴的轴向依次穿过调整挡环308、操作组件307、阀盖302和密封阀304；调整螺钉305的螺纹部分位于密封阀304内，调整螺钉305的非螺纹部分与调整挡环308、阀盖302之间均为间隙配合；
所述操作组件307包括操控部和旋接部；所述操作组件307通过其旋接部套装在阀盖302外，旋接部的第一内侧面与阀盖302的外侧面螺纹连接，旋接部的第二内侧面位于调整螺钉305所分布的圆周外；
非密封状态时，沿泵轴的轴向，所述密封阀304距离阀盖302和第一凸台311有一定间距；扳动操作组件时，其操控部带动旋接部旋出阀盖302，旋接部的端面触碰调整挡环308，带动调整挡环308外移，进而由调整挡环308带动密封阀304外移至密封阀304与所述第一凸台311贴紧，压紧第四胶圈306，实现应急密封。
上述第一皮碗密封包括安装在泵轴上的第一轴套4、依次套装在第一轴套4上的第一压盖107、第一支撑圈105、第一皮碗104、第一垫圈102和第一卡环101；所述第一压盖107通过第一螺钉106固定安装在泵壳体上，第一压盖107与第一轴套4形成第二空腔；第一压盖107的内侧壁开设有第一卡槽109；所述第一支撑圈105、第一皮碗104、第一垫圈102和第一卡环101均位于所述第二空腔内；所述第一皮碗104内安装有起支撑作用的第一骨架103；第一皮碗104与第一轴套4、第一皮碗104与第一压盖107均为过盈配合；第一皮碗104的唇口朝向密封腔；所述第一支撑圈105的一端紧靠第一压盖107的底部，另一端顶紧第一皮碗104的一端；所述第一垫圈102紧贴所述第一皮碗104的另一端；第一卡环101安装在所述第一卡槽109内，且第一卡环101紧贴所述第一垫圈102。
上述集装式机械密封包括安装在第一轴套4上的机械端面密封和第二皮碗密封；其中，机械端面密封靠近所述第一皮碗密封；所述第二皮碗密封包括第二压盖214、第二支撑圈219、第二皮碗220、第二垫圈222和第二卡环223；所述第二压盖214通过第二螺钉215固定安装在泵壳体上，与第一轴套4形成第三空腔；所述第二压盖214的内侧壁上设置有第二卡槽224、弹簧孔225以及定位板226；所述第二支撑圈219、第二皮碗220、第二垫圈222和第二卡环223均位于所述第三空腔内；所述第二皮碗220内安装有起支撑作用的第二骨架221；第二皮碗220与第一轴套4、第二皮碗220与第二压盖214均为过盈配合；第二皮碗220的唇口朝向所述机械端面密封；所述第二支撑圈219的一端紧靠所述定位板226，另一端顶紧第二皮碗220的一端；所述第二垫圈222紧贴所述第二皮碗220的另一端；所述第二卡环223安装在第二卡槽224内，且第二卡环223紧贴第二垫圈222；所述机械端面密封包括动环组件和设置在压盖上的静环组件；所述动环组件包括动环座203和设置在动环座203上的动环207；所述动环座203通过紧定螺钉201固定安装在第一轴套4上，动环座203与第一轴套4之间安装有第一胶圈202；所述动环座203具有第二环形凸台；所述动环207通过传动销206固定在动环座203上，动环207的外侧面紧贴所述第二环形凸台的内侧面，动环207的外侧面与第二环形凸台的内侧面之间安装有第二胶圈208；所述静环组件包括设置在所述弹簧孔225内的弹簧213、通过防转螺钉204固定在第二压盖214上的静环座212和设置在静环座212上的静环209；所述静环209的外侧面与第二压盖214的内侧面之间安装有第三胶圈210和氟斯挡圈211；所述静环座212及静环209被弹簧213顶向动环207，静环209与动环207摩擦接触。
上述防转螺钉204的端部安装有挡圈218，防止在装配时防转螺钉204、静环座212及静环209在弹簧213的作用下弹出第二压盖214。
为减轻阀盖302的重量，上述第一环形凸台312的中部开设有环形凹槽。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用了多级组合式密封，相对于传统密封结构，安全系数高，在频繁启动、振动剧烈的工况环境下不易失效。通过第一皮碗密封，有效防止密封腔内的油脂泄漏并封阻海水中的大颗粒杂质进入密封腔，为集装式机械密封提供了一个良好的工作环境，并且在发射装置的操作舱内设计了一处手动应急密封，通过手动应急操作，最大限度的提高了密封装置的可靠性，保证了操作舱内电控设备仪器和人员的安全。
2、本发明耐海水腐蚀及启动冲击性好，可以在海水环境下长时间浸泡。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所提供的多级防护的组合式机械密封结构包括设置在操作舱外、泵壳体内泵轴上的第一皮碗密封和集装式机械密封，以及设置在操作舱内泵轴上的手动应急密封；所述集装式机械密封位于第一皮碗密封和手动应急密封之间。
一、第一皮碗密封
第一皮碗密封包括依次安装在泵轴上的第一轴套4、套装在第一轴套4上的第一压盖107、第一支撑圈105、第一皮碗104、第一垫圈102和第一卡环101。第一压盖107通过第一螺钉106固定安装在泵壳体上，第一压盖107与第一轴套4形成第二空腔；第一压盖107的内侧壁开设有第一卡槽109；第一支撑圈105、第一皮碗104、第一垫圈102和第一卡环101均位于所述第二空腔内；第一皮碗104内安装有起支撑作用的第一骨架103；第一皮碗104与第一轴套4、第一皮碗104与第一压盖107均为过盈配合；第一皮碗104的唇口朝向密封腔；第一支撑圈105的一端紧靠第一压盖107的底部，另一端顶紧第一皮碗104的一端；第一垫圈102紧贴所述第一皮碗104的另一端；第一卡环101安装在所述第一卡槽109内，且第一卡环101紧贴所述第一垫圈102。
二、集装式机械密封
集装式机械密封包括套装在第一轴套4上的机械端面密封和第二皮碗密封；其中，机械端面密封靠近所述第一皮碗密封。
第二皮碗密封包括第二压盖214、第二支撑圈219、第二皮碗220、第二垫圈222和第二卡环223；第二压盖214通过第二螺钉215固定安装在泵壳体上，与第一轴套4形成第三空腔；第二压盖214的内侧壁上设置有第二卡槽224、弹簧孔225以及定位板226；第二支撑圈219、第二皮碗220、第二垫圈222和第二卡环223均位于所述第三空腔内；第二皮碗220内安装有起支撑作用的第二骨架221；第二皮碗220与第一轴套4、第二皮碗220与第二压盖214均为过盈配合；第二皮碗220的唇口朝向所述机械端面密封；第二支撑圈219的一端紧靠定位板226，另一端顶紧第二皮碗220的一端；第二垫圈222紧贴第二皮碗220的另一端；第二卡环223安装在第二卡槽224内，且第二卡环223紧贴第二垫圈222；
机械端面密封包括动环组件和设置在第二压盖214上的静环组件；动环组件包括动环座203和设置在动环座203上的动环207；动环座203通过紧定螺钉201固定安装在第一轴套4上，动环座203与第一轴套4之间安装有第一胶圈202；动环座203具有第二环形凸台；动环207通过传动销206固定在动环座203上，动环207的外侧面紧贴所述第二环形凸台的内侧面，动环207的外侧面与第二环形凸台的内侧面之间安装有第二胶圈208；静环组件包括设置在所述弹簧孔225内的弹簧213、通过防转螺钉204固定在第二压盖214上的静环座212和设置在静环座212上的静环209；静环209的外侧面与第二压盖214的内侧面之间安装有第三胶圈210和氟斯挡圈211；静环座212及静环209被弹簧213顶向动环207，静环209与动环207摩擦接触；防转螺钉204的端部安装有挡圈218，防止在装配时防转螺钉204、静环座212及静环209在弹簧213的作用下弹出第二压盖214。
三、手动应急密封
手动应急密封包括安装在泵轴上的带有第一凸台311的第二轴套5、操作组件307、调整挡环308、阀盖302和密封阀304以及分布在同一圆周上多个调整螺钉305；
调整挡环308、阀盖302和密封阀304依次套装在第二轴套5上；阀盖302通过多个第三螺钉301固定安装在泵壳体上，阀盖302的内侧面与第二轴套5上的第一凸台311相对应；阀盖302端面上的第一环形凸台312伸入泵壳体与泵轴所形成的第一空腔内；第一环形凸台312的外侧面紧贴泵壳体的内侧面；密封阀304位于第一环形凸台312和第二轴套5所形成的环形凹槽内；密封阀304的外侧面紧贴第一环形凸台312的内侧面；密封阀304靠近第一凸台311的端面上安装有第四胶圈306；密封阀304的外侧面与第一环形凸台312的内侧面之间安装有第五胶圈303；
调整螺钉305沿泵轴的轴向依次穿过调整挡环308、操作组件307、阀盖302和密封阀304；调整螺钉305的螺纹部分位于密封阀304内，调整螺钉305的非螺纹部分与调整挡环308、阀盖302之间均为间隙配合；
操作组件307包括操控部和旋接部；操作组件307通过其旋接部套装在阀盖302外，旋接部的第一内侧面与阀盖302的外侧面螺纹连接，旋接部的第二内侧面位于调整螺钉305所分布的圆周外；
非密封状态时，沿泵轴的轴向，密封阀304距离阀盖302和第一凸台311有一定间距；扳动操作组件时，其操控部带动旋接部旋出阀盖302，旋接部的端面触碰调整挡环308，带动调整挡环308外移，进而由调整挡环308带动密封阀304外移至密封阀304与所述第一凸台311贴紧，压紧第四胶圈306，实现应急密封。
本发明的工作原理是：
本发明可在海水环境下长时间浸泡，为了减小海水对本发明的腐蚀及冲击，可在密封腔中注入抗磨液压油脂。工作前，先将抗磨液压油脂注入密封腔，加满后将注油口关闭。
工作时，第一皮碗密封的第一皮碗104唇口朝向密封腔方向安装，防止密封腔内的液压油脂泄漏；并且由于第一皮碗104与第一轴套4是过盈配合，海水中的较大颗粒的泥沙和块状颗粒无法进入密封腔，仅允许部分海水经第一皮碗密封过滤后进入密封腔，此时海水与液压油脂混合并对机械端面密封加载；由于密封腔的体积限制，混入的海水量有限，故为集装式机械密封的动环207和静环209的摩擦磨损提供了良好的工作环境。
当集装式机械密封在高压环境下启动，抱轴器带动第一轴套4、动环207等组件一同旋转，并通过设定的比压值实现动环和静环的良好贴合，完成对密封腔内介质的密封。
若在长时间的运转过程中，集装式机械密封的动环207和静环209出现磨损，导致泄漏，则集装式机械密封的第二皮碗密封可以有效阻止泄漏介质进入发射装置的操作舱。
若第一皮碗密封和集装式机械密封全部失效，则可以手动开启手动应急密封，确保操作舱内电控设备仪器和人员的安全。

Claims (3)

1.一种多级防护的组合式机械密封结构，其特征在于：
包括设置在操作舱外、泵壳体内泵轴上的第一皮碗密封和集装式机械密封，以及设置在操作舱内泵轴上的手动应急密封；所述集装式机械密封位于第一皮碗密封和手动应急密封之间；所述第一皮碗密封和集装式机械密封之间的密封腔中注有抗磨液压油脂；
所述手动应急密封包括安装在泵轴上的带有第一凸台(311)的第二轴套(5)、操作组件(307)、调整挡环(308)、阀盖(302)和密封阀(304)以及分布在同一圆周上多个调整螺钉(305)；
所述调整挡环(308)、阀盖(302)和密封阀(304)依次套装在第二轴套(5)上；所述阀盖(302)通过多个第三螺钉(301)固定安装在泵壳体上，阀盖(302)的内侧面与所述第一凸台(311)相对应；阀盖(302)端面上的第一环形凸台(312)伸入泵壳体与泵轴所形成的第一空腔内；第一环形凸台(312)的外侧面紧贴泵壳体的内侧面；所述密封阀(304)位于所述第一环形凸台(312)和第二轴套(5)所形成的环形凹槽内；密封阀(304)的外侧面紧贴所述第一环形凸台(312)的内侧面；密封阀(304)靠近所述第一凸台(311)的端面上安装有第四胶圈(306)；密封阀(304)的外侧面与第一环形凸台(312)的内侧面之间安装有第五胶圈(303)；
所述调整螺钉(305)沿泵轴的轴向依次穿过调整挡环(308)、操作组件(307)、阀盖(302)和密封阀(304)；调整螺钉(305)的螺纹部分位于密封阀(304)内，调整螺钉(305)的非螺纹部分与调整挡环(308)、阀盖(302)之间均为间隙配合；
所述操作组件(307)包括操控部和旋接部；所述操作组件(307)通过其旋接部套装在阀盖(302)外，旋接部的第一内侧面与阀盖(302)的外侧面螺纹连接，旋接部的第二内侧面位于调整螺钉(305)所分布的圆周外；
非密封状态时，沿泵轴的轴向，所述密封阀(304)距离阀盖(302)和第一凸台(311)有一定间距；扳动操作组件时，其操控部带动旋接部旋出阀盖(302)，旋接部的端面触碰调整挡环(308)，带动调整挡环(308)外移，进而由调整挡环(308)带动密封阀(304)外移至密封阀(304)与所述第一凸台(311)贴紧，压紧第四胶圈(306)，实现应急密封；
所述第一皮碗密封包括安装在泵轴上的第一轴套(4)、依次套装在第一轴套(4)上的第一压盖(107)、第一支撑圈(105)、第一皮碗(104)、第一垫圈(102)和第一卡环(101)；所述第一压盖(107)通过第一螺钉(106)固定安装在泵壳体上，第一压盖(107)与第一轴套(4)形成第二空腔；第一压盖(107)的内侧壁开设有第一卡槽(109)；所述第一支撑圈(105)、第一皮碗(104)、第一垫圈(102)和第一卡环(101)均位于所述第二空腔内；所述第一皮碗(104)内安装有起支撑作用的第一骨架(103)；第一皮碗(104)与第一轴套(4)、第一皮碗(104)与第一压盖(107)均为过盈配合；第一皮碗(104)的唇口朝向密封腔；所述第一支撑圈(105)的一端紧靠第一压盖(107)的底部，另一端顶紧第一皮碗(104)的一端；所述第一垫圈(102)紧贴所述第一皮碗(104)的另一端；第一卡环(101)安装在所述第一卡槽(109)内，且第一卡环(101)紧贴所述第一垫圈(102)；
所述集装式机械密封包括套装在第一轴套(4)上的机械端面密封和第二皮碗密封；其中，机械端面密封靠近所述第一皮碗密封；
所述第二皮碗密封包括第二压盖(214)、第二支撑圈(219)、第二皮碗(220)、第二垫圈(222)和第二卡环(223)；所述第二压盖(214)通过第二螺钉(215)固定安装在泵壳体上，与第一轴套(4)形成第三空腔；所述第二压盖(214)的内侧壁上设置有第二卡槽(224)、弹簧孔(225)以及定位板(226)；
所述第二支撑圈(219)、第二皮碗(220)、第二垫圈(222)和第二卡环(223)均位于所述第三空腔内；所述第二皮碗(220)内安装有起支撑作用的第二骨架(221)；第二皮碗(220)与第一轴套(4)、第二皮碗(220)与第二压盖(214)均为过盈配合；第二皮碗(220)的唇口朝向所述机械端面密封；所述第二支撑圈(219)的一端紧靠所述定位板(226)，另一端顶紧第二皮碗(220)的一端；所述第二垫圈(222)紧贴所述第二皮碗(220)的另一端；所述第二卡环(223)安装在第二卡槽(224)内，且第二卡环(223)紧贴第二垫圈(222)；
所述机械端面密封包括动环组件和设置在第二压盖(214)上的静环组件；所述动环组件包括动环座(203)和设置在动环座(203)上的动环(207)；所述动环座(203)通过紧定螺钉(201)固定安装在第一轴套(4)上，动环座(203)与第一轴套(4)之间安装有第一胶圈(202)；所述动环座(203)具有第二环形凸台；所述动环(207)通过传动销(206)固定在动环座(203)上，动环(207)的外侧面紧贴所述第二环形凸台的内侧面，动环(207)的外侧面与第二环形凸台的内侧面之间安装有第二胶圈(208)；所述静环组件包括设置在所述弹簧孔(225)内的弹簧(213)、通过防转螺钉(204)固定在第二压盖(214)上的静环座(212)和设置在静环座(212)上的静环(209)；所述静环(209)的外侧面与第二压盖(214)的内侧面之间安装有第三胶圈(210)和氟斯挡圈(211)；所述静环座(212)及静环(209)被弹簧(213)顶向动环(207)，静环(209)与动环(207)摩擦接触。
2.根据权利要求1所述的一种多级防护的组合式机械密封结构，其特征在于：所述防转螺钉(204)的端部安装有挡圈(218)。
3.根据权利要求1至2任一所述的一种多级防护的组合式机械密封结构，其特征在于：所述第一环形凸台(312)的中部开设有环形凹槽。
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