CN110985676B - 一种高温冷却卧式机械动密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温冷却卧式机械动密封结构，包括机械密封装置、辅助密封装置和冷却介质循环系统，所述辅助密封装置是由圆锥轴套与密封壳体的邻接端面构成的楔形密封结构；楔形密封的缝隙与冷却介质循环系统连通，使得从楔形密封处泄露的工作介质进入冷却系统，实现所述密封结构整体的零泄露。同时，通过冷却通道对装置进行冷却，使得装置能够在高温高压条件下长时间安全运行，高效稳定，密封效果良好，具有广阔的市场前景。

Description

一种高温冷却卧式机械动密封结构

技术领域

本发明涉及高温高压密封结构的技术领域，特别涉及一种高温冷却卧式机械动密封结构。

背景技术

在冶金、电力、轻纺、石化、化工、橡胶、建材等一些高温高压行业中，设备运行的系统中往往存在高温高压的工作介质，一旦这些介质进入轴承箱或者电机中，则会造成电机绕组绝缘失效而出现设备事故，倘若介质泄露机外，甚至会造成人身伤害，后果极其严重。

现有密封装置在高温高压条件下，采用机械密封装置与楔形密封圈相结合的方式，解决高温高压的介质进入轴承箱或者电机的问题，这类装置相较于其他类型的密封装置具有可靠性高，机械摩擦性好，使用寿命长，适应范围广等特点，被广泛使用于高温高压密封结构的领域。

专利号201220182312.5的实用新型申请，公开了一种波纹管机械密封装置，采用两极高温波纹管，动环密封和静环密封采用柔性石墨密封圈，在两极密封之间通入冷却水，带走了高温热量，在第二高温波纹管处设置有将冷却水带入进行泵送效应环，内、外金属压盖之间采用铝质楔形密封圈代替原柔性石墨密封圈。其装置对通过冷却水对两极高温波纹管冷却，采用柔性石墨密封圈以及楔形密封圈，依靠楔形圈进行机械密封，但楔形密封圈在长时间工作后容易磨损，存在介质泄露的风险。

随着技术的发展，工业对密封提出了更为严格的要求，要求密封可以在更为严苛的高温高压的环境中运行，并且实现介质的零泄漏。因此，研究适合在高温高压环境下工作并且实现工作介质零泄漏的轴密封结构具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温冷却卧式机械动密封结构，通过机械密封装置，辅助密封装置以及冷却介质循环系统，使得装置在高温高压条件下安全稳定运行，实现工作介质零泄漏的效果。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，主要包括密封壳体、旋转环、圆锥套筒、静止环、弹簧，所述密封壳体、圆锥套筒、旋转环、静止环均同轴设置，且旋转环、静止环均位于密封壳体内部，所述密封壳体内部具有以阶梯状端面，阶梯状端面上设有弹簧座，静止环与阶梯状端面相邻设置，所述弹簧一端位于弹簧座内，且另一端支撑静止环，静止环与密封壳体之间设有第一辅助密封圈，旋转环与静止环之间设置第二辅助密封圈；密封壳体内壁、旋转环、第二辅助密封圈、静止环、第一辅助密封圈围成的空间与高温工作介质区A相连通；

密封壳体的端部与圆锥套筒相邻设置，构成密封间工作介质区B；密封壳体、圆锥套筒相互对接的端部分别设置楔形齿和楔形槽，构成楔形密封；楔形齿和楔形槽之间具有间隙；

密封壳体上与旋转环、静止环所处位置相应位置的第一冷却介质环形通道，与楔形密封相对应的位置设有第二冷却介质环形通道；所述楔形密封位于第二冷却介质环形通道与密封间工作介质区B之间的隔壁上，使第二冷却介质环形通道与密封间工作介质区B之间连通；

圆锥套筒与第二冷却介质环形通道的端部侧壁之间的缝隙处设有密封装置。

进一步的，所述楔形齿与楔形槽之间设有弹性材料。

进一步的，所述弹性材料截面的形状与楔形槽的形状相同。

进一步的，所述圆锥轴套的末端设有能够将其固定到轴上的固定装置。

进一步的，所述圆锥轴套的末端的固定装置为一个或多个均匀分布的螺纹孔。

进一步的，所述密封壳体末端圆周边缘设置法兰。

进一步的，所述机械动密封结构装到轴上时，所述旋转环通过轴肩进行轴向定位；所述圆锥轴套通过螺钉与轴进行固定连接。

进一步的，所述第一冷却介质环形通道具有第一冷却介质进口和第一冷却介质出口，所述第二冷却介质环形通道具有第二冷却介质进口和第二冷却介质出口；第一冷却介质进口与第二冷却介质出口相连通，第一冷却介质出口、第二冷却介质进口分别与外界冷却系统相连。

进一步，圆锥套筒与端部侧壁之间的缝隙处的密封装置为O型密封圈。

本发明所述的高温冷却卧式机械动密封结构，旋转环、静止环、密封壳体构成机械密封，密封壳体与圆锥套筒的结合面处的楔形密封作为辅助密封装置。高温工作介质经由机械密封装置实现一次密封，少量在机械密封后泄露出的工作介质，经由圆锥轴套与楔形密封装置实现二次密封，进一步减少了工作介质的泄露，较之现有的机械密封装置，在密封性能上有了很大的改善。另外，工作介质经由楔形密封少量泄露的工作介质进入冷却系统，通过冷却介质循环系统随冷却介质在冷却介质环形通道中循环，从而实现高温冷却卧式机械动密封结构整体的零泄漏。避免了介质因泄露至轴承箱或者电机而出现安全事故。所述密封结构装置简单，密封效果良好，达到零泄漏的目的。

另外，本发明所述的圆锥轴套在楔形密封处设置弹性材料，避免轴的轴向窜动发生刚性碰撞，减少了楔形密封装置的磨损，提高了楔形密封装置运行时的稳定性，延长了使用寿命。同时，弹性材料的截面与楔形密封的楔形端面形状一致，提高楔形密封的密封性。

本发明所述的双冷却通道由辅助密封冷却介质环形通道与机械密封冷却介质环形通道组成，在降低机械密封的工作温度同时又能起到良好的隔热效果，保证了机械密封维持在稳定的工作温度，能够在高温高压条件下安全运行，高效稳定，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为所述高温冷却卧式机械动密封结构主视剖视图。

图2为图1中I处所述楔形密封装置区域的工作介质流动方向示意图。

图中：

1、密封壳体；2、旋转环；3、圆锥轴套；401、楔形齿；402-楔形槽；5、弹性材料；6、O型密封圈；7、第二冷却介质进口；8、第二冷却介质出口；9、第一冷却介质进口；10、第一冷却介质出口；11、轴；12-弹簧座；13-静止环；14-弹簧，15-第一辅助密封圈；16-第二辅助密封圈；17、第一冷却介质环形通道；18、第二冷却介质环形通道；1801-端部侧壁；1802-隔壁；A、高温工作介质区；B、密封间工作介质区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述高温冷却卧式机械动密封结构，主要包括密封壳体1、旋转环2、圆锥套筒、静止环13、弹簧14。所述密封壳体1、圆锥套筒、旋转环2、静止环13均同轴设置，且旋转环2、静止环13均位于密封壳体1内部，构成机械密封。所述密封壳体1内部具有以阶梯状端面，阶梯状端面上设有弹簧座12，静止环13与阶梯状端面相邻设置，所述弹簧14一端位于弹簧座12内，且另一端支撑静止环13，静止环13与密封壳体1之间设有第一辅助密封圈15，旋转环2与静止环13之间设置第二辅助密封圈16；密封壳体1内壁、旋转环2、第二辅助密封圈16、静止环13、第一辅助密封圈15围成的空间与高温工作介质区A相连通。

密封壳体1的端部与圆锥套筒相邻设置，构成密封间工作介质区B；密封壳体1、圆锥套筒相互对接的端部分别设置楔形齿401和楔形槽402，楔形齿401和楔形槽402之间具有间隙，构成楔形密封；轴11在运转中带动圆锥套筒旋转，使近壁面的介质区域产生圆周方向的速度，进而使介质受到离心力的作用；相对于圆锥套筒3来说，介质在受到离心力的作用下沿着圆锥套筒3向上运动，在到达底端时受到壁面的阻碍；工作介质流动方向如图2所示，介质会沿着楔形密封的反方向流动。圆锥套筒3与楔形密封构成的辅助密封装置，作为二次密封，进一步减少了工作介质的泄露。

密封壳体1上与旋转环2、静止环13所处位置相应位置的第一冷却介质环形通道17，与楔形密封相对应的位置设有第二冷却介质环形通道18；所述楔形密封位于第二冷却介质环形通道18与密封间工作介质区B之间的隔壁1802上，使第二冷却介质环形通道18与密封间工作介质区B之间连通。工作时，高温工作介质经由楔形密封少量泄露的工作介质进入冷却系统，通过冷却介质循环系统随冷却介质在冷却介质环形通道中循环，从而实现高温冷却卧式机械动密封结构整体的零泄漏。

圆锥套筒与第二冷却介质环形通道18的端部侧壁1801之间的缝隙处设有密封装置进行密封，防止冷却介质的泄露；具体可以采用O型密封圈6。

所述圆锥轴套3的末端设有能够将其固定到轴上的固定装置。具体的本实施例，在所述圆锥轴套3的末端开一个或多个均匀分布的螺纹孔，使用紧固螺钉将圆锥轴套3固定到轴11上。所述旋转环2通过轴肩进行轴向定位，所述密封壳体1末端圆周边缘设置法兰，通过法兰与所需密封的机械的壳体连接。

所述楔形齿401与楔形槽402之间设有弹性材料，防止轴的轴向窜动导致圆锥套筒3与密封壳体之间发生刚性碰撞，减少了楔形密封装置的磨损，提高了楔形密封装置运行时的稳定性，延长了使用寿命。进一步地，所述弹性材料截面的形状与楔形槽402的形状相同，使弹性材料与圆锥套筒3的楔形槽402更为贴合，提高楔形密封的密封性。

所述第一冷却介质环形通道17具有第一冷却介质进口9和第一冷却介质出口10，所述第二冷却介质环形通道18具有第二冷却介质进口7和第二冷却介质出口8；第一冷却介质进口9与第二冷却介质出口8相连通，第一冷却介质出口10、第二冷却介质进口7分别与外界冷却系统相连，，从而实现工作介质的循环，实现对高温工作介质区A和密封间工作介质区B的双冷却，在降低机械密封的工作温度同时又能起到良好的隔热效果，保证了机械密封维持在稳定的工作温度，使得装置能够在高温高压条件下长时间安全运行。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，主要包括密封壳体(1)、旋转环(2)、圆锥轴套(3)、静止环(13)、弹簧(14)，所述密封壳体(1)、圆锥轴套(3)、旋转环(2)、静止环(13)均同轴设置，且旋转环(2)、静止环(13)均位于密封壳体(1)内部，所述密封壳体(1)内部设有阶梯状端面，阶梯状端面上设有弹簧座(12)，静止环(13)与阶梯状端面相邻设置，所述弹簧(14)一端位于弹簧座(12)内，且另一端支撑静止环(13)，静止环(13)与密封壳体(1)之间设有第一辅助密封圈(15)，旋转环(2)与静止环(13)之间设置第二辅助密封圈(16)；密封壳体(1)内壁、旋转环(2)、第二辅助密封圈(16)、静止环(13)、第一辅助密封圈(15)围成的空间与高温工作介质区A相连通；

密封壳体(1)的端部与圆锥轴套(3)相邻设置，构成密封间工作介质区B；密封壳体(1)、圆锥轴套(3)相互对接的端部分别设置楔形齿(401)和楔形槽(402)，构成楔形密封；楔形齿(401)和楔形槽(402)之间具有间隙；

密封壳体(1)上与旋转环(2)、静止环(13)所处位置相应位置的第一冷却介质环形通道(17)，与楔形密封相对应的位置设有第二冷却介质环形通道(18)；所述楔形密封位于第二冷却介质环形通道(18)与密封间工作介质区B之间的隔壁(1802)上，使第二冷却介质环形通道(18)与密封间工作介质区B之间连通；

圆锥轴套(3)与第二冷却介质环形通道(18)的端部侧壁(1801)之间的缝隙处设有密封装置。

2.根据权利要求1所述高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，所述楔形齿(401)与楔形槽(402)之间设有弹性材料。

3.根据权利要求2所述高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，所述弹性材料截面的形状与楔形槽(402)的形状相同。

4.根据权利要求1所述高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，所述圆锥轴套(3)的末端设有能够将其固定到轴上的固定装置。

5.根据权利要求4所述高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，所述圆锥轴套(3)的末端的固定装置为一个或多个均匀分布的螺纹孔。

6.根据权利要求1所述高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，所述密封壳体(1)末端圆周边缘设置法兰。

7.根据权利要求5所述高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，所述机械动密封结构装到轴上时，所述旋转环(2)通过轴肩进行轴向定位；所述圆锥轴套(3)通过螺钉与轴(11)进行固定连接。

8.根据权利要求1所述高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，所述第一冷却介质环形通道(17)具有第一冷却介质进口(9)和第一冷却介质出口(10)，所述第二冷却介质环形通道(18)具有第二冷却介质进口(7)和第二冷却介质出口(8)；第一冷却介质进口(9)与第二冷却介质出口(8)相连通，第一冷却介质出口(10)、第二冷却介质进口(7)分别与外界冷却系统相连。

9.根据权利要求1所述高温冷却卧式机械动密封结构，其特征在于，圆锥轴套(3)与端部侧壁(1801)之间的缝隙处的密封装置为O型密封圈(6)。

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