CN106439036A - 流体动压型机械密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体动压型机械密封结构，其包含：套设在轴上的轴保护套；设置在轴封室与轴保护套之间的轴封部件；设置在轴封室与轴保护套之间并连接轴封部件的端盖，轴封部件和端盖组成的连接体与轴封室之间形成第二密封腔；动环组件，与轴保护套连接，其跟随轴保护套转动；导向套，与轴封部件连接；静环组件，套设在导向套上，其一端与动环组件的一端接触形成密封面，其另一端通过弹性件、销与轴封部件连接；轴封部件和端盖组成的连接体与轴保护套、动环组件、静环组件、销、弹性件及导向套组成的连接体之间形成第一密封腔，所述轴封部件上的第一孔道连通第一密封腔与第二密封腔；节流件，其位于第二密封腔中。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程技术领域，具体涉及一种流体动压型机械密封结构。
背景技术
机械密封由于泄漏量低和不需要日常维护的特点，已广泛取代了压盖软填料密封。而其中的流体动压型机械密封是将密封面设计为特殊的几何结构，利用相对旋转自行产生流体动压效应。
核主泵是反应堆冷却剂泵的简称，为反应堆冷却剂提供驱动压头，通过提供反应堆冷却剂系统水的强制循环将堆芯的热量带到蒸汽发生器，然后蒸汽发生器将热量传递给二回路进行发电。典型反应堆核主泵运行参数如下：运行温度293℃，运行压力15.5MPa，轴密封设计寿命＞26000h。
因此，要求核主泵使用的流体动压型机械密封必须耐高压、耐放射性工作介质，并且具有很长的使用寿命。而我国核主泵还处在技术引进，消化吸收及部分关键部件的试制阶段，流体动压机械密封的自主设计水平仍然较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体动压型机械密封结构，通过合理的结构设计，能够更好的实现高压放射性工作环境中的密封功能，防止核主泵中的反应堆冷却剂泄漏，起到密封保护作用。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种流体动压型机械密封结构，用于核主泵上，并设置在轴封室与轴之间，其特征是，包含：
轴保护套，套设在轴上，其跟随轴转动；
轴封部件，设置在轴封室与轴保护套之间，轴封部件上设有第一孔道；
端盖，设置在轴封室与轴保护套之间，并连接轴封部件，轴封部件和端盖组成的连接体与轴封室之间形成第二密封腔；
动环组件，与轴保护套连接，其跟随轴保护套转动；
导向套，与轴封部件连接；
静环组件，套设在导向套上，其一端与动环组件的一端接触形成密封面，其另一端通过弹性件以及销与轴封部件连接；轴封部件和端盖组成的连接体与轴保护套、动环组件、静环组件、销、弹性件及导向套组成的连接体之间形成第一密封腔，所述轴封部件上的第一孔道连通第一密封腔与第二密封腔；
节流件，其位于第二密封腔中；
高压流体引入第一密封腔后，受旋转产生的离心效应影响，贴近动环组件的流体与动环组件的转速相同，而贴近静环组件的流体则是静止的，从而在密封面处产生液膜，实现密封功能，弹性件具有自动补偿功能，使静环组件沿着导向套沿轴向动态滑动调整，从而保证密封面的良好贴合；同时，第一密封腔中的高压流体经过轴封部件上第一孔道流入第二密封腔，最后经过节流件降压后流出本流体动压型机械密封结构。
上述的流体动压型机械密封结构，其中：
所述静环组件包含一静环，静环的一端设有若干第一凹槽，若干第一凹槽首尾依次相接形成与静环的圆心同心的正多边形，且相邻两第一凹槽的连接处与静环的外圆周面贯通以连通第一密封腔，保证了流体动压产生液膜所需的高压流体引入，同时增加了高压流体容积；
所述动环组件包含一动环，动环的一端与静环组件的静环一端接触形成所述密封面。
上述的流体动压型机械密封结构，其中：
所述动环和静环均选用碳化硅-石墨复合材料。
上述的流体动压型机械密封结构，其中：
端盖上设有第二孔道；
轴保护套上设有第三孔道，高压流体由该第二孔道和第三孔道流入第一密封腔中。
上述的流体动压型机械密封结构，其中：
所述轴保护套与所述动环组件之间、所述轴保护套与轴之间、静环组件与导向套之间、轴封室与轴封部件之间均设有O型圈。
上述的流体动压型机械密封结构，其中：
所述节流件为一盘管式的节流管。
上述的流体动压型机械密封结构，其中：
所述轴保护套的一端设有一轴肩，动环组件的一端与该轴肩的一侧接触，以起到轴向限位作用；
所述动环组件还包含一第一环体以及定心环，第一环体套设在轴保护套外并位于所述轴肩的一侧，所述动环套设在该第一环体外且其另一端与轴肩的一侧贴合，定心环套设在该动环外并通过定位环和锁紧件与轴肩固定连接；
所述静环组件还包含一第二环体以及静环座，第二环体间隙套设在轴保护套外并位于所述动环组件的另一端，静环套设在第二环体外，静环座套设在静环外，且该静环座一端的内圈具有用于卡嵌静环的第二凹槽，起到轴向限位作用，静环座的另一端内圈对应套设在所述导向套外，使静环组件能沿着导向套沿轴向动态滑动调整；
所述轴封部件内侧对应静环座另一端的位置设有盲孔；
所述弹性件设在轴封部件的盲孔中，一端与盲孔内壁面相抵，其另一端与静环座的另一端相抵；
所述销一端与轴封部件螺纹连接，另一端与设在静环座上的孔连接，起定位导向作用。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、设计了一种新的流体动压机械密封几何结构，更好的实现了在高压放射性工作环境中的密封功能；
2、选用合适的材料和制造工艺，更好的实现了核主泵用机械密封的密封特性并延长了使用寿命；
3、通过多个辅助密封结构设计，更好的防止了在高压环境中的低压泄漏；
4、通过盘管式节流管设计，实现了高压流体的压降，使得高压泄漏可控。
附图说明
图1为本发明的实施例中的局部结构示意图；
图2为本发明的实施例中的整体结构示意图a；
图3为本发明的实施例中的整体结构示意图b；
图4为本发明的静环的主视图；
图5为静环上局部剖视图；
图6为本发明的动环的主视图；
图7为图6的A-A剖视图；
图8为本发明的实施例中节流件的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1、2、3所示；一种流体动压型机械密封结构，用于核主泵上，并设置在轴封室25与轴32之间，其包含：轴保护套3，套设在轴32上，其跟随轴32转动；轴封部件22，设置在轴封室25与轴保护套3之间，轴封部件22上设有第一孔道31；端盖9，设置在轴封室25与轴保护套3之间，并通过螺钉10连接轴封部件22，轴封部件22和端盖9组成的连接体与轴封室25之间形成第二密封腔30；动环组件，与轴保护套3连接，其跟随轴保护套3转动；导向套15，通过锁紧件18与轴封部件22连接；静环组件，套设在导向套15上，其一端与动环组件的一端接触形成密封面27，其另一端通过销34与轴封部件22连接；轴封部件22和端盖9组成的连接体与轴保护套3、动环组件、静环组件、弹性件20、销34及导向套15组成的连接体之间形成第一密封腔26，所述轴封部件22上的第一孔道31连通第一密封腔26与第二密封腔30；节流件11，其位于第二密封腔30中；高压流体引入第一密封腔26后，受旋转产生的离心效应影响，贴近动环组件的流体与动环组件的转速相同，而贴近静环组件的流体则是静止的，从而在密封面27处产生液膜，实现密封功能，弹性件20具有自动补偿功能，使静环组件沿着导向套15沿轴向动态滑动调整，从而保证密封面27的良好贴合；同时，第一密封腔26中的高压流体经过轴封部件22上第一孔道31流入第二密封腔30，最后经过节流件11降压后流出本流体动压型机械密封结构。本发明通过合理的结构设计，引入高压流体，防止核主泵中的反应堆冷却剂泄漏，起到密封保护作用。
如图4、5所示，所述静环组件包含一静环14，静环14的一端设有若干第一凹槽44，若干第一凹槽44首尾依次相接形成与静环14的圆心同心的正多边形，且相邻两第一凹槽44的连接处与静环14的外圆周面贯通以连通第一密封腔26，保证了流体动压产生液膜所需的高压流体引入，同时增加了高压流体容积，可以更好的实现机械密封在不同工况下的受力均匀性及液膜稳定性；如图6、7所示，所述动环组件包含一动环4，动环4的一端与静环组件的静环14一端接触形成所述密封面27。本实施例中，如图5所示，所述的第一凹槽44开设12个，形成正十二变形，第一凹槽44为毫米级的矩形槽；动环4端面设为与静环14端面平行的结构，通过研磨确保密封面27的粗糙度及平面度。
所述动环4和静环14均选用碳化硅-石墨复合材料，密封面27属于“硬对硬”配合。碳化硅属于新型陶瓷材料，接近金刚石的硬度使其具有优秀的耐磨性，同时具有寿命长，导热性良好，配对材料的摩擦学相容性好，粘着倾向小等优点。除了在高温下溶融强碱和强氧化气体外，在全浓度硫酸和沸点接近的苛性碱中也能使用，特别是能够在很大温度范围内保持耐腐蚀性和耐磨性。是核主泵用机械密封中应用最广泛的材料之一。石墨具有良好的自润滑性、化学惰性以及成本低的特点。石墨的自润滑性是因为其与金属或陶瓷摩擦时，在微观上会有一层石墨转移膜迅速涂覆在摩擦表面。本发明的动环4、静环14选用反应烧结碳化硅加碳技术，其中含有一定比例的游离硅和碳，同时具有“硬材料”碳化硅和“软材料”石墨的上述优良特性，承受高压及放射性工作介质的同时，又极大地提高了本流体动压型机械密封的使用寿命。
本实施例中，端盖9上设有第二孔道29；轴保护套3上设有第三孔道28，高压流体由该第二孔道29和第三孔道28流入第一密封腔26中，高压流体通过节流管11上的出口33流出本流体动压型机械密封结构。
如图8所示，所述节流件11为一盘管式的节流管，通过固定件12和螺钉23固定到轴封部件22上。
所述轴保护套3的一端设有一轴肩，动环组件的一端与该轴肩的一侧接触，以起到轴向限位作用；所述动环组件还包含一第一环体2以及定心环6，第一环体2、动环4以及定心环6公差配合组成动环组件，由于动环4材料硬度高，塑性差，价格高，为了保护动环4和其他金属安装过程中的完好性，并降低生产成本，在其内外侧分别设计了金属环2和环6，预先通过过盈配合形成动环组件，第一环体2套设在轴保护套3外并位于所述轴肩的一侧，所述动环4套设在该第一环体2外且其另一端与轴肩的一侧贴合，定心环6套设在该动环4外并与轴肩固定连接，本实施例中，所述轴保护套3的轴肩的圆周上设有朝轴保护套3另一端方向延伸的凸起，定心环5外圈呈阶梯状，通过锁紧件7以及定位环8将定心环5通过阶梯面压紧后与轴保护套3轴肩上的凸起锁紧；所述静环组件还包含一第二环体13以及静环座21，第二环体13为环形金属件，作用同第一环体2，第二环体13间隙套设在在轴保护套3外并位于所述动环组件的另一端，静环14套设在第二环体13外，静环座21套设在静环14外，静环14、第二环体13以及静环座21预先通过过盈配合组成静环组件，且该静环座21一端的内圈具有用于卡嵌静环14的第二凹槽，起到轴向限位作用，静环座21的另一端内圈对应套设在所述导向套15外，使静环组件能沿着导向套15沿轴向动态滑动调整；所述轴封部件22内侧对应静环座21另一端的位置设有盲孔；所述销34一端与轴封部件22上的螺纹孔连接，另一端与设在静环座21上的孔连接，起定位导向作用；所述弹性件20设在轴封部件22的盲孔中，其一端与盲孔内壁面相抵，其另一端与静环座21的另一端相抵；本实施例中，弹性件20为弹簧。
为了密封静止的泄漏通道，或为静止零件和旋转零件提供一定的回弹力，使其在弹性变形范围内。所述轴保护套3与所述动环组件之间设有第一O型圈5，防止动环组件旋转过程中第一密封腔26中的流体经此泄漏；所述轴保护套3与轴32之间第二O型圈1；静环组件与导向套15之间设有第三O型圈17以及背圈16，背圈16和第三O型圈17属于滑动密封，防止静环座21在弹性件20补偿力作用下滑动时流体从此处泄漏；轴封室25与轴封部件22之间均设有第四O型密封圈24，防止第二密封腔30中的流体经此泄漏。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种流体动压型机械密封结构，用于核主泵上，并设置在轴封室(25)与轴(32)之间，其特征在于，包含：
轴保护套(3)，套设在轴(32)上，其跟随轴(32)转动；
轴封部件(22)，设置在轴封室(25)与轴保护套(3)之间，轴封部件(22)上设有第一孔道(31)；
端盖(9)，设置在轴封室(25)与轴保护套(3)之间，并连接轴封部件(22)，轴封部件(22)和端盖(9)组成的连接体与轴封室(25)之间形成第二密封腔(30)；
动环组件，与轴保护套(3)连接，其跟随轴保护套(3)转动；
导向套(15)，与轴封部件(22)连接；
静环组件，套设在导向套(15)上，其一端与动环组件的一端接触形成密封面(27)，其另一端通过弹性件(20)以及销(34)与轴封部件(22)连接；轴封部件(22)和端盖(9)组成的连接体与轴保护套(3)、动环组件、静环组件、弹性件(20)、销(34)及导向套(15)组成的连接体之间形成第一密封腔(26)，所述轴封部件(22)上的第一孔道(31)连通第一密封腔(26)与第二密封腔(30)；
节流件(11)，其位于第二密封腔(30)中；
高压流体引入第一密封腔(26)后，受旋转产生的离心效应影响，贴近动环组件的流体与动环组件的转速相同，而贴近静环组件的流体则是静止的，从而在密封面(27)处产生液膜，实现密封功能，弹性件(20)具有自动补偿功能，使静环组件沿着导向套(15)沿轴向动态滑动调整，从而保证密封面(27)的良好贴合；同时，第一密封腔(26)中的高压流体经过轴封部件(22)上第一孔道(31)流入第二密封腔(30)，最后经过节流件(11)降压后流出本流体动压型机械密封结构。
2.如权利要求1所述的流体动压型机械密封结构，其特征在于：
所述静环组件包含一静环(14)，静环(14)的一端设有若干第一凹槽(44)，若干第一凹槽(44)首尾依次相接形成与静环(14)的圆心同心的正多边形，且相邻两第一凹槽(44)的连接处与静环(14)的外圆周面贯通以连通第一密封腔(26)，保证了流体动压产生液膜所需的高压流体引入，同时增加了高压流体容积；
所述动环组件包含一动环(4)，动环(4)的一端与静环组件的静环(14)一端接触形成所述密封面(27)。
3.如权利要求2所述的流体动压型机械密封结构，其特征在于：
所述动环(4)和静环(14)均选用碳化硅-石墨复合材料。
4.如权利要求1所述的流体动压型机械密封结构，其特征在于：
端盖(9)上设有第二孔道(29)；
轴保护套(3)上设有第三孔道(28)，高压流体由该第二孔道(29)和第三孔道(28)流入第一密封腔(26)中。
5.如权利要求1所述的流体动压型机械密封结构，其特征在于：
所述轴保护套(3)与所述动环组件之间、所述轴保护套(3)与轴(32)之间、静环组件与导向套(15)之间、轴封室(25)与轴封部件(22)之间均设有O型圈。
6.如权利要求1所述的流体动压型机械密封结构，其特征在于：
所述节流件(11)为一盘管式的节流管。
7.如权利要求2所述的流体动压型机械密封结构，其特征在于：
所述轴保护套(3)的一端设有一轴肩，动环组件的一端与该轴肩的一侧接触，以起到轴向限位作用；
所述动环组件还包含一第一环体(2)以及定心环(6)，第一环体(2)套设在轴保护套(3)外并位于所述轴肩的一侧，所述动环(4)套设在该第一环体(2)外且其另一端与轴肩的一侧贴合，定心环(6)套设在该动环(4)外并通过定位环(8)和锁紧件(7)与轴肩固定连接；
所述静环组件还包含一第二环体(13)以及静环座(21)，第二环体(13)间隙套设在轴保护套(3)外并位于所述动环组件的另一端，静环(14)套设在第二环体(13)外，静环座(21)套设在静环(14)外，且该静环座(21)一端的内圈具有用于卡嵌静环(14)的第二凹槽，起到轴向限位作用，静环座(21)的另一端内圈对应套设在所述导向套(15)外，使静环组件能沿着导向套(15)沿轴向动态滑动调整；
所述轴封部件(22)内侧对应静环座(21)另一端的位置设有盲孔；
所述弹性件(20)设在轴封部件(22)的盲孔中，其一端与盲孔内壁面相抵，另一端与静环座(21)的另一端相抵。
所述销(34)一端与轴封部件(22)螺纹连接，另一端与设在静环座(21)上的孔连接，起定位导向作用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170222 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |