CN106949086B - 一种组合式机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式机械密封装置，涉及流体机械密封领域。该组合式机械密封装置包括主轴、套于主轴外的轴套、套于轴套外的密封腔座、旋转机械密封单元及用于阻挡固体颗粒的过滤单元，机械密封单元设于密封腔的远水端，过滤单元包括设于密封腔的涉水端处的螺旋密封机构与设于密封腔进口处的过滤器。本发明综合考虑多种因素，主要从防止固体颗粒接触机械密封组件着手，通过螺旋密封结构与过滤器来阻挡固体颗粒进入密封腔，以解决含固体颗粒的流体介质的密封问题。

Description

一种组合式机械密封装置

技术领域

本发明涉及流体机械密封领域，具体地说，涉及一种组合式机械密封装置。

背景技术

组合密封系统广泛应用于流体机械等流体输送设备中，以满足不同运行工况的密封和维护检修的需要。在石油化工和海洋工程中，对具备输送固液介质能力的输送设备的需求不断增大，从各类矿井的排水到化工领域固液物料的输送，都离不开可靠的密封结构。

目前市场上所采用的针对含固体颗粒介质的密封结构一般为“填料密封+机械密封”组合。填料密封在设备运转状态下摩擦阻力大，需要配套专门的冷却润滑系统，且当输送的介质固体颗粒含量较高时，密封填料与转轴之间的配合间隙容易出现磨损导致固体颗粒泄漏进入机械密封腔，这一现象在高压环境下更为明显，机械密封工作时，固体颗粒容易加速密封端面磨损，较大颗粒甚至会使机械密封中的弹簧出现卡滞现象，使密封寿命和可靠性大大降低。

发明内容

本发明的目的为提供一种适于在固液物料环境中使用的组合式机械密封装置。

为了实现上述目的，本发明提供的组合式密机械封装置包括主轴、套于主轴外的轴套、套于轴套外的密封腔座、旋转机械密封单元及用于阻挡固体颗粒的过滤单元。密封腔座设有环绕轴套的密封腔及密封腔进口；过滤单元包括水密地套装于主轴的轴肩上的泵送环、套于泵送环外且与泵送环螺旋密封连接的泵送座以及设于密封腔进口处的过滤器；旋转机械密封单元包括端面相互贴合的静环与动环及用于迫使静环紧贴动环的弹性件，动环套于轴套外并与之水密固定连接，静环可沿轴套的轴向滑动地套于轴套外；静环位于密封腔的远水端且与密封腔座水密连接，泵送座位于密封腔的近水端且与密封腔座固定连接。

通过机械密封单元中的动环与静环相配合，而对密封腔内的液体进行密封。通过泵送环形成泵送效应而阻挡沙子等固体颗粒从泵送环与泵送座间的间隙进入密封腔，并通过过滤器将沙子等固体颗粒阻挡于密封腔进口外，二者相配合组成过滤单元，以防止沙子等固体颗粒进入密封腔内，即有效地防止沙子等固体颗粒进入动环与静环间而对二者的密封端面造成破坏和/或卡入弹性件内而造成卡滞现象。

具体的方案为泵送环包括一级泵送环和二级泵送环，一级泵送环与二级泵送环相邻端面水密连接且外环壁均设有螺旋槽结构，且泵送环与泵送座间的间隙为迷宫密封结构。

通过设置迷宫密封结构，可进一步提高泵送环与泵送座间的密封性能。

另一具体的方案为泵送座设有若干环绕主轴且贯通泵送座的两轴向端面的扇环形通孔，密封腔座设有与扇环形通孔对接且与密封腔进口连通的扇环形通孔。

另一具体的方案为旋转机械密封单元还包括动环座、静环座及静环卡环；动环座套接于轴套外且二者间压有密封圈，动环与动环座固定且二者相邻接的端面间压有密封圈；静环座套于静环与静环卡环外，静环卡环与静环座固定连接，静环座与静环间压有密封圈，弹性件为压于静环卡环与静环的端面间的压簧，静环与静环卡环的相邻端面间存有间隙；密封腔座套接于静环座外且二者间压有密封圈，且静环座上设有与密封腔座的端面相抵靠的轴肩。

通过设置动环座、静环座与静环卡环，从而便于实现静环与密封腔座间的间接水密连接，及动环与轴套间的间接水密固定连接，以便于零部件的加工及装配。

再一具体的方案为还包括位于静环背离密封腔一侧的应急密封单元，应急密封单元包括应急密封控制机构及套于轴套外的应急密封环、密封圈与安全环座，密封圈设于应急密封环与安全环座间且与一者的端面固定连接，应急密封环可沿轴套的轴向滑动地与密封腔座水密连接，安全环座与轴套水密固定连接，应急密封控制机构用于控制应急密封环相对安全环座沿轴套的轴向移动至压紧密封圈。

在旋转机械密封单元出现故障而造成密封腔内的液体泄漏时，先对设备进行停车，接着通过应急密封控制机构推动应急密封环与安全环座间的相对移动而压紧密封圈，从而重新在密封腔的远水端构建一个密封结构，以对密封腔内的液体进行密封。

一个更具体的方案为应急密封控制机构包括拉杆、拉环、手柄环座、应急支撑环座及与手柄环座固定连接的旋转手柄；应急支撑环座套于安全环座与拉环外且与密封腔座固定连接；应急支撑环座上设有导孔，拉杆穿过导孔后，一端与应急密封环固定连接，另一端与拉环固定连接；手柄环座套于应急支撑环座外且与之螺纹连接，拉环与手柄环座通过拉环压盖轴向压紧连接。

应急密封单元的密封功能的启动可以为人工致动也可以为致动器致动，本处选为人工致动，其可方便应急密封单元的迅速启动。

再具体的方案为应急支撑环座上设有与手柄环座的端面相抵靠的轴肩，轴肩肩台面与手柄环座的端面各设有相互配合成一销孔的销孔部；应急密封控制机构还包括轴销、与轴销相配合的开口销及与销孔相配合的锁死销，应急支撑环座的外壁上设有与锁死销相配合的锁定块，锁死销与锁定块上各设有与轴销相配合的通孔。

通过设置锁死销、销孔、轴销及开口销，为了在正常工作状态时，保持应急支撑环座与手柄环座间相对位置不变，有效地防止意外触碰旋转手柄而使密封圈被压紧，在随主轴旋转过程中被磨损而破坏，使应急密封单元失效。

另一个更具体的方案为旋转机械密封单元还包括静环座及静环卡环；静环座套于静环与静环卡环外，静环卡环与静环座固定连接，静环座与静环间压有密封圈，弹性件为压于静环卡环与静环的端面间的压簧，静环与静环卡环的相邻端面间存有间隙；密封腔座套接于静环座外且二者间压有密封圈，且静环座上设有与密封腔座的端面相抵靠的轴肩；静环座套于应急密封环外且二者间压有密封圈。

再具体的方案为旋转机械密封单元还包括动环座；动环座套接于轴套外且二者间压有密封圈，动环与动环座固定且二者相邻接的端面间压有密封圈。

由以上方案可见，本发明的有益效果为：

(1)采用过滤单元和旋转机械密封单元组成的组合式密封装置，具有结构紧凑、可靠性高的特点；

(2)本发明的组合式机械密封装置，具有结构紧凑、防沙可靠、维修替换便捷的优点，既能大幅减小固体颗粒机械密封结构的磨损，提高密封使用寿命，又能避免危险流体泄漏事故的发生。

(3)进一步，通过设置应急密封单元，可以实现设备的应急密封，避免危险流体泄漏事故的发生。

附图说明

图1是本发明实施例在正常工作状态下的剖视结构示意图；

图2是图1中A局部放大图；

图3是图1中B局部放大图；

图4是本发明实施例在应急状态下的剖视结构示意图；

图5是图4中C局部放大图；

图6是图4中D局部放大图。

其中：100、主轴；101、密封腔；102、密封腔进口；103、轴肩；1、紧固螺母；2、定位轴套；3、安全环座；4、应急密封环；5、静环卡环；6、静环座；7、静环；8、动环；9、动环座；10、紧定螺钉；11、轴套；12、一级泵送环；13、二级泵送环；14、泵送座；15、密封圈；16、齿形结构；17、密封圈；18、密封垫；19、密封腔座；20、密封圈；21、密封圈；22、密封圈；23、压簧；24、密封圈；25、密封圈；26、拉杆；27、密封圈；28、拉环；29、应急支撑环座；30、手柄环座；31、拉环压盖；32、过滤器；33、孔用挡圈；34、开口销；35、轴销；36、锁死销；37、旋转手柄；38、锁定块；39、销孔；40、扇环形通孔；41、扇环形通孔；42、密封圈；43、密封圈。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1至图6，本组合式机械密封装置包括主轴100、套于主轴100外的轴套11、套于轴套11外的密封腔座19、过滤单元、旋转机械密封单元和应急密封单元，密封腔座19设有环绕轴套11且在其轴向两端敞口的密封腔101及密封腔进口102。

过滤单元包括一级泵送环12、二级泵送环13、泵送座14和过滤器32。轴套11右端套装顶紧于一级泵送环12内，且轴套11与一级泵送环12内环面间隙配合，轴套11与一级泵送环12的端面间通过密封垫18进行密封，密封垫18材料选为聚四氟乙烯，从而使密封腔101与主轴100间形成水密封结构。一级泵送环12与二级泵送环13一起构成本实施例的泵送环。

一级泵送环12和二级泵送环13通过轴套11与密封垫18轴向压紧固定安装于主轴100的轴肩103处，二级泵送环13与轴肩103形成过渡配合，通过二级泵送环13与主轴100之间的密封圈15以及两级泵送环之间的密封圈17实现高压介质不会沿主轴100的周面泄露。二级泵送环13外伸段有较大倒圆角。一级泵送环12与二级泵送环13的外环壁均开设有螺旋密封沟槽，旋向为在主轴100运转时向密封腔外泵送方向。泵送座14套于两级泵送环外并通过螺钉与密封腔座19固定相连，而与两级泵送环构成螺旋密封连接，且两级泵送环与泵送座14之间设有一定的间隙，间隙大小根据允许通过的最大固体颗粒直径确定。两级泵送环与泵送座14之间形成迷宫密封结构，泵送座14上在迷宫密封结构处设有齿形结构16。泵送座14开有若干环绕主轴100且贯通泵送座14的两轴向端面的扇环形通孔40，密封腔座19设有与扇环形通孔40对接且与密封腔101进口连通的扇环形通孔41。

过滤器32设有多层滤网，安装在密封腔座19内的密封腔进口102处，对进入密封腔101内的固体颗粒进行过滤，下端与密封腔座19内的凹槽过渡配合，上端通过孔用挡圈33固定。过滤器32根据实际需要可沿主轴100的圆周方向设置多组。旋转机械密封单元包括静环卡环5、静环座6、静环7、动环8、动环座9和压簧23，静环7和动环8的端面在压簧23的弹性恢复力的作用下保持贴合。

动环8套装在动环座9内，动环8外侧开设有三个槽，动环座9上设置与上述三个槽一一对应的三个爪且与之过渡配合，以实现动环8与动环座9同步旋转并固定连接；动环8与动环座9固定且二者相邻接的端面间压有密封圈21，动环座9套接于轴套11外通过紧定螺钉10固定且二者间压有密封圈20，从而使动环9与轴套11间构成间接的水密固定连接。

静环7可沿轴套11的轴向滑动地套于轴套11外，与静环卡环5滑动连接。静环座6套于静环7与静环卡环5外，静环卡环5与静环座6固定连接。压簧23压于静环卡环5与静环7的端面间，确保静环7与动环8始终紧密贴合，静环7与静环卡环5的相邻端面间存有间隙，且静环7与静环座6间压有密封圈22。静环座6与密封腔座19间压有密封圈43，且静环座6上设有与密封腔座19的端面相抵靠的轴肩，即静环7位于密封腔101的远水端且与密封腔座19构成间接的水密连接。静环7内侧开设有三个槽，静环卡环5上设有与上述三个槽一一对应的三个爪且与之间隙配合，可实现静环7与静环卡环5滑动连接的同时，防止静环7发生旋转；静环卡环5与静环座6通过螺钉固定。将静环座6、静环卡环5、压簧23和静环7组装到一起作为一个组件，以便于对该组件进行拆装和更换。

应急密封单元位于静环7背离密封腔101一侧，包括应急密封控制机构、应急密封环4、密封圈25与安全环座3。应急密封环4上与安全环座3对应面开设燕尾槽，密封圈25置于燕尾槽内。安全环座3与应急密封环4之间有一定间隙，大小约为1毫米至2.5毫米，避免对密封圈25的磨损。安全环座3与轴套11间压有密封圈27而水密连接，并通过紧固螺母1压紧定位轴套2实现固定。应急密封环4套装于静环座6内与静环座6通过密封圈24密封连接，可沿静环座6左右滑动；正常运转情况下，应急密封环4与静环卡环5接触，应急密封情况下，应急密封环4左移直到与安全环座3接触。

静环座6套于应急密封环4外，且二者间压有密封圈42，从而使应急密封环4可沿轴套11的轴向滑动地与密封腔座19构成间接的水密连接。

应急密封控制机构用于控制应急密封环4相对安全环座3沿轴套11的轴向往复移动，包括拉杆26、拉环28、手柄环座30、应急支撑环座29及与手柄环座30固定连接的旋转手柄37。应急支撑环座29套于安全环座3与拉环28外且与密封腔座19固定连接。应急支撑环座29上设有导孔，拉杆26穿过导孔后，一端与应急密封环4固定连接，另一端与拉环28固定连接。拉环28一端通过拉杆26与应急密封环4固定，另一端通过拉环压盖31固定于手柄环座30上，拉环28与应急支撑环座29可轴向滑动，手柄环座30套于应急支撑环座29外且与之螺纹连接。

应急支撑环座29上设有与手柄环座30的端面相抵靠的轴肩，轴肩的肩台面与手柄环座30端面各设有相互配合成一销孔39的销孔部，应急支撑环座29与手柄环座30之间设有可拆卸地插入销孔39内的锁死销36，在应急支撑环座29的外壁上设有与锁死销36相配合的锁定块38，锁死销36与锁定块38上各设有与轴销35相配合的通孔，从而可以通过轴销35和开口销34锁死应急支撑环座29与手柄环座30。

本发明的组合式机械密封装置实际工作时，二级泵送环13套装于主轴100的轴肩103上，一级泵送环12通过套装在主轴100外部的轴套11压紧固定安装于主轴100上。密封腔座19与动力设备的壳体固定连接。其具体工作过程如下：

1、过滤

当动力设备静止状态时，密封腔101内外压差一致，介质进入密封腔101时其中的较大固体颗粒被二级泵送环13与泵送座14之间的间隙阻挡在外，间隙内的微小固体颗粒由于重力作用沉降于表面；从过滤器32处流入的介质中的固体颗粒被滤网阻挡在外，堆积到一定程度会通过扇环形通孔40受重力作用滑落。

当动力设备处于运转状态时，沉积于迷宫密封结构处的微小固体颗粒在齿形结构16的搅拌作用下，被一级泵送环12以及二级泵送环13的泵送作用排出间隙，并在出口形成一定喷射速度，避免固体颗粒进入密封腔101；由于泵送作用密封腔101内外形成压力差，介质通过泵送座14上的扇环形通孔进入过滤器32，进而通过下方通孔进入密封腔101，保证密封腔101内外压力平衡。

2、旋转机械密封

当动力设备处于静止状态时，通过二级泵送环13与主轴之间的密封圈15、一级泵送环12与二级泵送环13之间的密封圈17以及轴套11与一级泵送环12之间的密封垫18实现防止在主轴上的泄露；静环7在机械密封用压簧23的作用下，始终与动环8紧密贴合并保持一定的接触比压，保证动静环之间的密封；动环8在静环7的作用下始终与动环座9密封连接，通过静环座6与静环7之间的密封圈22、动环8与动环座9之间的密封圈21以及动环座9与轴套11之间的密封圈20实现密封元件之间的静密封。

当动力设备处于运转状态时，嵌套于动环座9内的动环8在转动力矩作用下随轴套11和主轴100一起转动，由于平衡式机械密封，动静环之间的接触比压基本保持不变，静环7与动环8之间做相对摩擦运动仍可实现端面间的动密封。

3、应急密封

为防止重大泄漏事故的发生，一旦旋转密封失效，可在停车后迅速调节应急密封使之强制密封。具体如下：当旋转密封正常工作时，应急密封环4紧贴于静环卡环5一侧，与安全环座3有一定间隙，避免燕尾槽中的密封圈25被磨损；当旋转机械密封失效时可立即停车，拔下开口销34，抽出轴销35和锁死销36，并顺时针旋转手柄环座30上的旋转手柄37，手柄环座30在应急支撑环座29上螺纹的作用下向左移动，从而带动拉环28左移，进而通过拉杆26拖动应急密封环4直到其上的密封圈25与安全座3紧密贴合，从而实现设备的应急密封。

Claims (6)

1.一种组合式机械密封装置，包括主轴(100)、套于所述主轴(100)外的轴套(11)及套于所述轴套(11)外的密封腔座(19)，所述密封腔座(19)设有环绕所述轴套(11)的密封腔(101)及密封腔进口(102)；

其特征在于：

还包括旋转机械密封单元与用于阻挡固体颗粒的过滤单元；

所述过滤单元包括水密地套装于所述主轴(100)的轴肩(103)上的泵送环、套于所述泵送环外且与所述泵送环螺旋密封连接的泵送座(14)以及设于所述密封腔进口(102)处的过滤器(32)；

所述旋转机械密封单元包括端面相互贴合的静环(7)与动环(8)及用于迫使所述静环(7)紧贴所述动环(8)的弹性件，所述动环(8)套于所述轴套(11)外并与之水密固定连接，所述静环(7)可沿所述轴套(11)的轴向滑动地套于所述轴套(11)外；

所述静环(7)位于所述密封腔的远水端且与所述密封腔座(19)水密连接，所述泵送座(14)位于所述密封腔的近水端且与所述密封腔座(19)固定连接；

所述泵送环包括一级泵送环(12)和二级泵送环(13)，所述一级泵送环(12)与所述二级泵送环(13)相邻端面水密连接且外环壁均设有螺旋槽结构，所述泵送环级间结构与所述泵送座(14)间的间隙为弯曲流道的迷宫密封结构，所述泵送座上在迷宫密封结构处设有齿形结构；

所述静环(7)背离所述密封腔一侧设有应急密封单元，所述应急密封单元包括应急密封控制机构及套于所述轴套(11)外的应急密封环(4)、密封圈(25)与安全环座(3)，所述密封圈(25)设于所述应急密封环(4)与所述安全环座(3)间且与一者的端面固定连接，所述应急密封环(4)可沿所述轴套(11)的轴向滑动地与所述密封腔座(19)水密连接，所述安全环座(3)与所述轴套(11)水密固定连接，所述应急密封控制机构用于控制所述应急密封环(4)相对所述安全环座(3)沿所述轴套(11)的轴向移动至压紧所述密封圈(25)；

所述应急密封控制机构包括拉杆(26)、拉环(28)、手柄环座(30)、应急支撑环座(29)及与所述手柄环座(30)固定连接的旋转手柄(37)；

所述应急支撑环座(29)套于所述安全环座(3)与所述拉环(28)外且与所述密封腔座(19)固定连接；

所述应急支撑环座(29)上设有导孔，所述拉杆(26)穿过所述导孔后，一端与所述应急密封环(4)固定连接，另一端与所述拉环(28)固定连接；

所述手柄环座(30)套于所述应急支撑环座(29)外且与之螺纹连接，所述拉环(28)与所述手柄环座(30)通过拉环压盖(31)轴向压紧连接。

2.根据权利要求1所述的组合式机械密封装置，其特征在于：

所述泵送座(14)设有若干环绕所述主轴(100)且贯通所述泵送座(14)的两轴向端面的扇环形通孔(40)，所述密封腔座(19)设有与所述扇环形通孔(40)对接且与密封腔进口(102)连通的扇环形通孔(41)。

3.根据权利要求1所述的组合式机械密封装置，其特征在于：

所述旋转机械密封单元还包括动环座(9)、静环座(6)及静环卡环(5)；

所述动环座(9)套接于所述轴套(11)外且二者间压有密封圈(20)，所述动环(8)与所述动环座(9)固定且二者相邻接的端面间压有密封圈(21)；

所述静环座(6)套于所述静环(7)与所述静环卡环(5)外，所述静环卡环(5)与所述静环座(6)固定连接，所述静环座(6)与所述静环(7)间压有密封圈(22)，所述弹性件为压于所述静环卡环(5)与所述静环(7)的端面间的压簧(23)，所述静环(7)与所述静环卡环(5)的相邻端面间存有间隙；

所述密封腔座(19)套接于所述静环座(6)外且二者间压有密封圈(43)，所述静环座(6)上设有与所述密封腔座(19)的端面相抵靠的轴肩。

4.根据权利要求1所述的组合式机械密封装置，其特征在于:

所述应急支撑环座(29)上设有与所述手柄环座(30)的端面相抵靠的轴肩，轴肩的肩台面与所述手柄环座(30)的端面各设有相互配合成一销孔(39)的销孔部；

所述应急密封控制机构还包括轴销(35)、与所述轴销(35)相配合的开口销(34)及与所述销孔(39)相配合的锁死销(36)，所述应急支撑环座(29)的外壁上设有与所述锁死销(36)相配合的锁定块(38)，所述锁死销(36)与所述锁定块(38)上各设有与所述轴销(35)相配合的通孔。

5.根据权利要求1所述的组合式机械密封装置，其特征在于：

所述旋转机械密封单元还包括静环座(6)及静环卡环(5)；

所述静环座(6)套于所述静环(7)与所述静环卡环(5)外，所述静环卡环(5)与所述静环座(6)固定连接，所述静环座(6)与所述静环(7)间压有密封圈(22)，所述弹性件为压于所述静环卡环(5)与所述静环(7)的端面间的压簧(23)，所述静环(7)与所述静环卡环(5)的相邻端面间存有间隙；

所述密封腔座(19)套接于所述静环座(6)外且二者间压有密封圈(43)，且所述静环座(6)上设有与所述密封腔座(19)的端面相抵靠的轴肩；

所述静环座(6)套于所述应急密封环(4)外且二者间压有密封圈(24)。

6.根据权利要求5所述的组合式机械密封装置，其特征在于：

所述旋转机械密封单元还包括动环座(9)；

所述动环座(9)套接于所述轴套(11)外且二者间压有密封圈(20)，所述动环(8)与所述动环座(9)固定且二者相邻接的端面间压有密封圈(21)。