CN110397741B - 一种轴端机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴端机械密封装置，设置在端盖组件和轴套组件之间，包括：主密封组件、在所述主密封组件靠近介质侧的一侧设有节流套组件，在所述主密封组件和节流套组件之间设有与所述轴套组件密封的唇形片密封组件；所述唇形片密封组件包括固设在所述端盖组件上的第一唇形片，所述第一唇形片向内且向所述节流套组件方向弯曲延伸、并与所述轴套组件之间形成密封。在机械密封处于非运转状态时，第一唇形片处的工业介质给予第一唇形片轴向的朝向主密封方向的力，使得第一唇形片的密封端面具有靠近轴套组件的移动趋势，增加所述第一唇形片与所述轴套组件之间的密封性，阻挡工艺介质向主密封组件方向反窜，有利于机械密封的运行稳定性和可靠性。

Description

一种轴端机械密封装置

技术领域

本发明属于机械密封技术领域，具体涉及一种轴端机械密封装置。

背景技术

随着石油化工、炼油化工、煤化工、电力、冶金、核电等行业的不断快速发展，对装置配套的旋转动设备如机、泵、釜等运行稳定性和可靠性提出高要求和高标准；而机械密封作为旋转动设备的关键基础零部件，对其要求亦日益苛刻，更需满足高可靠性和长使用寿命等。

对于特殊工艺介质如易聚合、易结晶等旋转动设备采用的接触式机械密封，在设备停车及切换泵长时间不运转情况下，下次开车时工艺介质严重污染机械密封工作环境，致使密封发生严重的泄漏问题。同时，接触式机械密封在运行工况出现异常或外界干扰波动时如频繁启停工况等，接触式机械密封端面由混合摩擦状态极易变为边界摩擦或干摩擦等状态，导致机械密封因密封摩擦副间摩擦、磨损并产生大量的摩擦热，使得密封环发生温升过高，热变形加剧、甚至发生相变等，显著降低机械密封运行稳定性和可靠性，缩短密封的使用寿命，难以满足现代化工业对装置长周期安全、稳定运行、节能、环保等的必然要求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种轴端机械密封装置，通过设置与轴套组件形成密封的唇形片密封组件，确保机械密封处于非运转状态时，第一唇形片与所述轴套组件之间密封，阻挡工艺介质向主密封方向反窜，有利于机械密封的运行稳定性和可靠性，解决了停车时工艺介质易反窜并污染主密封工作环境的问题。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种轴端机械密封装置，设置在端盖组件和轴套组件之间，包括：主密封组件、在所述主密封组件靠近介质侧的一侧设有节流套组件，在所述主密封组件和节流套组件之间设有与所述轴套组件密封的唇形片密封组件；所述唇形片密封组件包括固设在所述端盖组件上的第一唇形片，所述第一唇形片向内且向所述节流套组件方向弯曲延伸、并与所述轴套组件之间形成密封。

进一步的，所述节流套组件与唇形片密封组件之间为第一腔室，在所述端盖组件上开设有与所述第一腔室相连通的、用于注入具有压力的液体的注液通道。

进一步的，所述注液通道流出流体冲击到第一唇形片上且给予所述第一唇形片径向向内的冲击力。

进一步的，所述第一唇形片具有径向设置的固定部、沿所述固定部的内端向内延伸设置的弯曲部、以及沿所述弯曲部内端向内延伸的密封部。

进一步的，在所述密封部的密封端面相对的一侧设有第一动压槽。

进一步的，所述唇形片密封组件包括轴向设置一级压板和二级压板，所述固定部位于所述一级压板和二级压板之间，所述二级压板上靠近所述第一唇形片的一侧设有与所述弯曲部相匹配的弧形面。

进一步的，所述第一唇形片采用为非金属弹性体材料。

进一步的，所述第一动压槽沿周向均布，所述第一动压槽的型线角度约20-40°，所述第一动压槽的槽深约0.5-1.5cm。

进一步的，所述注液通道的出液口位于所述第一动压槽的外侧，所述第一动压槽穿过所述出液口所在径向截面。

进一步的，所述轴套组件包括套设在主轴上的轴套本体、在所述轴套本体的外侧设有陶瓷层，所述陶瓷层与第一唇形片之间密封。

进一步的，所述陶瓷层的厚度为0.05-0.10mm。

进一步的，所述唇形片密封组件还包括与所述第一唇形片平行间隔设置的第二唇形片，第二唇形片位于所述第一唇形片与主密封组件之间。

进一步的，所述节流套组件具有节流套，在所述节流套的内端面上开设有用于将节流套与轴套组件之间的工艺介质逆流泵送至介质侧的逆流泵送槽。

进一步的，在所述主密封组件靠近大气侧的一侧设有辅密封组件，所述主密封组件具有主动环和在所述主动环靠近大气侧的一侧设有主静环，所述辅密封组件包括辅动环和在所述辅动环靠近介质侧的一侧设有辅静环。

进一步的，所述轴套组件包括轴套本体和套设在所述轴套本体上的定位套，所述主动环和辅动环均设在轴套本体上，所述定位套位于所述主动环和辅动环之间。

进一步的，在所述主动环的左右两侧设有对称设置的截面为半圆形的两个第一环形槽。

进一步的，所述环形槽的截面半径约为0.5-1.5cm。

进一步的，在所述主动环的密封端面上开设有自流型动压槽，所述自流型动压槽的内径小于所述主静环的内径；在所述辅动环的密封端面上开设有逆流动压槽，所述逆流动压槽的外径大于或等于所述辅静环的外径。

进一步的，所述主密封组件还包括可轴向移动的设在所述端盖组件上的主保持架，所述主静环固定在所述主保持架，在所述主保持架与端盖组件之间设有主弹簧。

进一步的，所述辅密封组件还包括可轴向移动的设在所述端盖组件上的辅保持架，所述辅静环固定在所述辅保持架，在所述辅保持架与端盖组件之间设有辅弹簧。

进一步的，所述主密封组件与辅密封组件之间为第二腔室，在所述端盖组件上开设有与所述第二腔室连通的阻塞液进液通道和出液通道。

本发明提供的一种轴端机械密封装置，在机械密封处于非运转状态时，工业介质具有向主密封组件方向反窜的趋势，第一唇形片处的工业介质给予第一唇形片轴向的朝向主密封方向的力，由于设置所述第一唇形片向内且向所述节流套组件方向弯曲延伸，使得第一唇形片的密封端面具有靠近轴套组件的移动趋势，增加所述第一唇形片与所述轴套组件之间的密封性，阻挡工艺介质向主密封组件方向反窜，有利于机械密封的运行稳定性和可靠性，解决了停车时工艺介质易反窜并污染主密封工作环境的问题。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明所提出的轴端机械密封装置的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中节流套组件和唇形片密封组件处的放大结构示意图；

图3为图2中第一唇形片处的放大结构示意图；

图4为图3中第一唇形片的放大结构示意图；

图5为图4的部分截面立体结构图；

图6为图2中节流套的部分截面立体结构图；

图7为图1中主密封组件和辅密封组件处的放大结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，在径向上以靠近主轴的方向为“内”，以远离主轴的方向为“外”；术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1-图7，是本发明所提出的轴端机械密封装置的一个实施例，如图1所示，腔体70和端盖组件60围成密封腔，在密封腔内设有工业介质；主轴可旋转的位于密封腔内、并两端伸出密封腔；在主轴上套装有用于固定轴套组件，在端盖组件和轴套组件之间设有轴端机械密封装置。在轴向上轴端机械密封装置的一侧为大气侧，另一侧为介质侧，如图1所示，右侧为大气侧，左侧为介质侧。图1中为设置在主轴右端的轴端机械密封装置，主轴左端的轴端机械密封装置对称设置。

参见图1和图2所示，一种轴端机械密封装置包括：主密封组件10、在主密封组件10靠近介质侧的一侧设有节流套组件20，在主密封组件10和节流套组件20之间设有唇形片密封组件30，节流套组件30与唇形片密封组件30之间为第一腔室80，唇形片密封组件30包括固设在端盖组件60上的第一唇形片31，第一唇形片30向内且向所述节流套组件方向弯曲延伸，第一唇形片30与轴套组件50接触并形成密封；唇形片密封组件30与轴套组件50之间密封，也就是挡止唇形片密封组件30左右两侧的液体向对方窜动。在机械密封处于非运转状态时，工业介质具有向主密封组件10方向反窜的趋势，也就是第一唇形片31处的工业介质给予第一唇形片31轴向的朝向主密封方向的力，由于设置第一唇形片31向内且向节流套组件20方向弯曲延伸，使得第一唇形片31的密封端面具有靠近轴套组件50的移动趋势，增加第一唇形片31与所述轴套组件之间的密封性，阻挡工艺介质向大气侧反窜，有利于机械密封的运行稳定性和可靠性，解决了停车时工艺介质易反窜并污染主密封工作环境的问题。

为了进一步防止工业介质向主密封组件10反窜，在端盖组件60上开设有与第一腔室80相连通的注液通道61，注液通道61用于注入一定压力的液体至第一腔室80，用于增加第一腔室80内的液体压力，有利于给予第一唇形片31径向向内的压力，增加第一唇形片31与所述轴套组件之间的密封性。优选设置注液通道61流出流体冲击到第一唇形片31上、且给予第一唇形片31径向向内的冲击力。确保机械密封处于非运转状态时，通过注液通道注入的具有压力的液体，给予第一唇形片31径向向内的冲击力，有利于增加所述第一唇形片与所述轴套组件之间的接触应力，增加密封性阻挡工艺介质向大气侧反窜。

参见图3所示，对于第一唇形片31的结构，第一唇形片31具有径向设置的固定部311、沿固定部311的内端向内延伸设置的弯曲部312、以及沿弯曲部312内端向内延伸的密封部313，密封部313的密封端面贴合在轴套组件50上，也就是密封部313的密封端面为轴向的端面。固定部311在径向的尺寸为L1，弯曲部312在径向的尺寸为L2，密封部313在径向的尺寸为L3，其中L1：L2为0.7-1，优选设置L1：L2为0.8；L2：L3为3-5，优选设置L2：L3为4。弯曲部312的径向的尺寸大于轴向尺寸，弯曲部312的径向的尺寸与轴向尺寸比为1.5-2.5；密封部313在径向的尺寸小于轴向尺寸，密封部313在径向的尺寸与轴向尺寸比为0.2-0.3。

参见图2-图5所示，在密封部313的密封端面相对的一侧设有第一动压槽314，也就是在密封部313的外侧设有第一动压槽314；优选设置注液通道61的出液口位于第一动压槽314的外侧，具体的，设置注液通道61的出液口位于第一动压槽314的外侧，第一动压槽314穿过注液通道61的出液口所在的径向截面，使得从注液通道61的出液口流出的液体可以之际冲击到第一动压槽314内。通过注液通道61流入的具有一定压力的液体，一方面进一步阻止工艺介质沿轴向流向主密封组件10一侧，另一方面液体流入第一动压槽314内，在剪切力的作用下产生流体动压效应，沿径向为第一唇形片31施加径向压力，增强第一唇形片31与轴套组件50之间的接触应力，进一步提高密封性能，尤其是停车非工作状态时；从根本上解决了停车时工艺介质易反窜并污染主密封组件的工作环境、导致密封故障和失效等诸多问题。

第一唇形片31采用非金属弹性体材料；第一唇形片31沿周向均布多个第一唇形片31，优选设置在第一唇形片31设置8-20个第一动压槽314。第一动压槽314优选设置为螺旋槽、或斜直线槽、或V型槽等；第一动压槽314的型线角度为20°-40°，第一动压槽314的槽深为0.5-1.5cm，优选设置密封部313的厚度为第一动压槽314的槽深的两倍。为了便于通过注液通道61流出的液体在周向均布，在一级压板2上设有注液通道61与连通的环形沟槽611、以及周向设置的且与环形沟槽611连通的多个引流孔612，引流孔612的内端口为注液通道61的出液口。

参见图2所示，为了提高轴套组件50的摩擦特性，轴套组件50包括套设在主轴上的轴套本体51、在轴套本体51的外侧设有陶瓷层52，在轴套本体51上开设有用于容纳陶瓷层52的槽口，也就是在轴套本体51靠近介质侧的一端的外径侧开设有周向的环形槽口，在槽口内喷涂陶瓷层，陶瓷层52为圆筒形；在轴套本体51靠近介质侧的一端的外径侧喷涂陶瓷层52，以改进轴套本体51的表面粗糙度，进而降低第一唇形片31与轴套组件50间的摩擦特性，提高使用寿命。陶瓷层52的厚度为0.05-0.10mm，陶瓷层52的厚度为径向尺寸，陶瓷层52的表面粗糙度小于等于0.4μm。

参见图2所示，说明唇形片密封组件30的结构，唇形片密封组件30包括第一唇形片31、第二唇形片32、一级压板33、二级压板34、二级托板35，一级压板33、二级压板34、二级托板35在轴向上依次固定在端盖组件60上，第一唇形片31固定在一级压板33和二级压板34之间，第二唇形片32固定在二级压板34和二级托板35之间，第一唇形片31和第二唇形片32轴向并排设置。本实施例中，设有结构相同的第一唇形片31和第二唇形片32，当然在其他实施例中，也可以只设置一个唇形片，或者设置三个或以上的唇形片。

设置二级压板34靠近第一唇形片31的一侧设有与弯曲部312相匹配的弧形面，第一唇形片31弯曲部312倚靠在二级压板34上，或者说是二级压板34的弧形面支撑弯曲部312，有利于增加第一唇形片31承受冲击的能力，增加使用寿命。在二级托板35上也设有用于支撑第二唇形片32的弧形面。

参见图2和图6所示，说明节流套组件20的结构，节流套组件20具有节流套21和定位卡环22，在节流套21的内端面上开设有用于将节流套21与轴套组件50之间的工艺介质逆流泵送至介质侧的逆流泵送槽211，显著降低工艺介质流至密封侧。在一级压板33上设有定位槽，定位卡环22位于定位槽内，用于卡合安装节流套21；定位卡环22的截面形状为四边形，节流套22的材质为非金属材料或弹性体材料，可采用高强度、润滑性能好的碳石墨，或者弹性性能好的聚四氟乙烯或聚醚醚酮等；逆流泵送槽211可以为螺旋槽、或斜直线槽等；逆流泵送槽211沿周向均布的数量为10-30个，型线角度约15-30°，槽深约0.5-2.0cm。

参见图1所示，，轴端机械密封装置还包括在主密封组件10靠近大气侧的一侧设有辅密封组件40，主密封组件10和辅密封组件40采用背靠背设计，使得主密封组件10的密封端面和辅密封组件40的密封端面均承受内压，有利于增加主密封组件10和辅密封组件40的密封性能。

参见图7所示，说明主密封组件10和辅密封组件40的结构，主密封组件10包括设置在轴套组件50上的主动环11、设置在端盖组件60上的主静环12、主保持架13和主弹簧14，主静环12固定在主保持架13上，主保持架13可轴向移动的设置在端盖组件60上，主弹簧14设置在主保持架13和端盖组件60，用于推动主保持架13的移动。辅密封组件40包括设置在轴套组件50上的辅动环41、设置在端盖组件60上的辅静环42、辅保持架43和辅弹簧44，辅静环42固定在辅保持架43上，辅保持架43可轴向移动的设置在端盖组件60上，辅弹簧44设置在辅保持架43和端盖组件60，用于推动辅保持架43的移动。主密封组件10和辅密封组件40在结构上对称设置，也就是形成了背靠背的结构，主动环11靠近大气侧的一侧设有主静环12，辅动环41靠近介质侧的一侧设有辅静环42。

轴套组件50包括轴套本体51和套设在轴套本体51上的定位套53，主动环11和辅动环41均设在轴套本体51上，定位套53位于主动环11和辅动环41之间，用于固定主动环11和辅动环41。

在主动环11的左右两侧设有对称设置的截面为半圆形的两个第一环形槽111，用于降低主动环11在较高压力和较高温度工况下运行发生的力变形和热变形，从而实现力热变形释放；优选设置，第一环形槽的截面半径约为0.5-1.5cm。辅主动环41的左右两侧设有对称设置的截面为半圆形的两个第二环形槽411，用于降低辅主动环41在较高压力和较高温度工况下运行发生的力变形和热变形，从而实现力热变形释放。

在主动环11的密封端面上开设有自流型动压槽112，自流型动压槽112的内径小于主静环12的内径，在主动环11上的内径侧开设自流型动压槽112，自流型动压槽112与主密封组件10的内径侧连通；在工作旋转过程中，自流型动压槽112可以将主密封组件10内径侧的流体向外径侧导流，也就是将流体向介质侧方向导流。在辅动环41的密封端面上开设有逆流动压槽412，逆流动压槽412的外径大于或等于辅静环42的外径，在辅动环41上的外径侧开设逆流动压槽412，逆流动压槽412与辅密封组件40的外径侧连通；在工作旋转过程中，逆流动压槽412可以将辅密封组件40外径侧的流体向内径侧导流，也就是将流体向介质侧方向导流。非工作状态静压时，主密封组件10内径处的阻塞流体在压力差的作用下进入自流型动压槽112，主密封组件10密封面处于流体静压润滑状态；工作状态时，主密封组件10在自流型动压槽112的自泵送作用下，将一定流量的阻塞液泵送至外径侧；辅密封组件40密封面发生泄漏时，在逆流动压槽412的逆流泵送作用下，将泄漏的阻塞液进行反输，实现所述外侧副密封总成零泄漏。工作状态时，自流型动压槽112因自流泵送功能使得主密封组件10密封面处于流体动、静压润滑状态，；逆流动压槽412的逆流泵送功能使得辅密封组件40的密封面处于流体动压润滑状态；主密封组件10的密封面和辅密封组件40的密封面均处于非接触式运转状态，降低了密封端面摩擦、磨损，具有良好的润滑、冷却效果，显著提高密封运行稳定性和可靠性。

在主密封组件10与辅密封组件40之间为第二腔室90，在端盖组件60上开设有与第二腔室90连通的阻塞液进液通道62和出液通道63，用于向第二腔室90内循环通入阻塞液，用于保持第二腔室90内的压力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种轴端机械密封装置，设置在端盖组件和轴套组件之间，其特征在于，包括：主密封组件、在所述主密封组件靠近介质侧的一侧设有节流套组件，在所述主密封组件和节流套组件之间设有与所述轴套组件密封的唇形片密封组件；所述唇形片密封组件包括固设在所述端盖组件上的第一唇形片，所述第一唇形片向内且向所述节流套组件方向弯曲延伸、并与所述轴套组件之间形成密封；所述节流套组件与唇形片密封组件之间为第一腔室，在所述端盖组件上开设有与所述第一腔室相连通的、用于注入具有压力的液体的注液通道；所述注液通道流出流体冲击到第一唇形片上且给予所述第一唇形片径向向内的冲击力；所述第一唇形片具有与所述轴套组件接触密封的密封部，在所述密封部的密封端面相对的一侧设有第一动压槽，所述注液通道的出液口位于所述第一动压槽的外侧。

2.根据权利要求1所述的轴端机械密封装置，其特征在于，所述第一唇形片具有径向设置的固定部、沿所述固定部的内端向内延伸设置的弯曲部、以及沿所述弯曲部内端向内延伸的密封部，所述密封部与所述轴套组件接触密封。

3.根据权利要求2所述的轴端机械密封装置，其特征在于，所述唇形片密封组件包括轴向设置一级压板和二级压板，所述固定部位于所述一级压板和二级压板之间，所述二级压板上靠近所述第一唇形片的一侧设有与所述弯曲部相匹配的弧形面。

4.根据权利要求1至3任一项所述的轴端机械密封装置，其特征在于，所述轴套组件包括套设在主轴上的轴套本体、在所述轴套本体的外侧设有陶瓷层，所述陶瓷层与第一唇形片之间密封。

5.根据权利要求1至3任一项所述的轴端机械密封装置，其特征在于，所述节流套组件具有节流套，在所述节流套的内端面上开设有用于将节流套与轴套组件之间的工艺介质逆流泵送至介质侧的逆流泵送槽。

6.根据权利要求1至3任一项所述的轴端机械密封装置，其特征在于，在所述主密封组件靠近大气侧的一侧设有辅密封组件，所述主密封组件具有主动环和在所述主动环靠近大气侧的一侧设有主静环，所述辅密封组件包括辅动环和在所述辅动环靠近介质侧的一侧设有辅静环；在所述主动环的密封端面上开设有自流型动压槽，所述自流型动压槽的内径小于所述主静环的内径；在所述辅动环的密封端面上开设有逆流动压槽，所述逆流动压槽的外径大于或等于所述辅静环的外径。

7.根据权利要求6所述的轴端机械密封装置，其特征在于，在所述主动环的左右两侧设有对称设置的截面为半圆形的两个第一环形槽。