CN111379859A - 一种免冲洗机械密封 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免冲洗机械密封，包括：第一轴套，其固设在旋转轴上；压盖，其固设在壳体上；第一密封结构，其设在所述第一轴套和压盖之间、且靠近大气侧；第二密封结构，其设在所述第一轴套和压盖之间、且靠近介质侧，所述第二密封结构的密封端面上设有向外径侧泵送的动压槽；免冲洗结构，其用于实现第二密封结构的免冲洗冷却。通过设置动压槽和免冲洗结构，第二密封结构的密封端面处液体的持续流动，起到降温的作用，避免设置用于冲洗第二密封结构的冷却系统，有利于结构简化；第二密封结构的密封端面处于全液膜润滑状态，有利于提高密封装置耐高温和高压能力，减少密封端面摩擦、磨损，降低摩擦过程中产生过大的摩擦热，提高密封使用寿命。

Description

一种免冲洗机械密封

技术领域

本发明属于机械密封技术领域，具体涉及一种免冲洗机械密封。

背景技术

随着石油、化工、航天、天然气输送等行业日趋发展，对机械密封要求越来越高，对输送高温介质，且没有冲洗系统下的机械密封要求更高，在密封运行运转过程中，动、静环密封端面之间互相摩擦、磨损，从而产生大量摩擦热，导致密封端面间温度急剧升高，在没有外部冲洗系统下，密封端面产生巨大热应力，严重的会导致密封端面发生相变，如汽化、空蚀等，造成磨损加剧，从而严重缩短密封使用寿命。因而需要设置与外界连通的冷却系统，开设有进液孔，使得流体冲击到密封端面，对于密封端面的冲洗冷却，并设置出液孔，使得流体循环，起到冷却密封端面的作用；在轴端设置串联设置的多个密封结构时，每个密封结构的密封端面均设置冷却系统，使得机械密封结构复杂。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明针对现有技术中上述的问题，提出一种免冲洗机械密封，。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种免冲洗机械密封，包括：

第一轴套，其固设在旋转轴上；

压盖，其固设在壳体上；

第一密封结构，其设在所述第一轴套和压盖之间、且靠近大气侧；

第二密封结构，其设在所述第一轴套和压盖之间、且靠近介质侧，所述第二密封结构的密封端面上设有向外径侧泵送的动压槽；

免冲洗结构，其用于实现第二密封结构的免冲洗冷却；所述免冲洗结构具有位于所述第二密封结构的密封端面外径侧的第一密封腔、位于所述第二密封结构的密封端面内径侧的第二密封腔、与第二密封腔连通的过流腔、用于为所述过流腔供给液体的供流腔，在所述过流腔内设有可移动的、且用于实现所述第一密封腔与所述过流腔连通或所述供流腔与所述过流腔连通的第一密封圈。

进一步的，所述过流腔与所述第一密封腔和供流腔中液体压力大的一个连通。

进一步的，所述第一密封腔和供流腔中的液体的压力差推动所述第一密封圈在所述过流腔内移动。

进一步的，还包括固设在所述旋转轴上的第二轴套，所述第二轴套的外端面上开设有向所述第一密封腔泵送液体的泵送槽，所述第二密封结构位于第一轴套和第一密封结构之间。

进一步的，在所述第一轴套上开设有连通所述第二密封腔和过流腔的第一通孔，所述第一通孔用于将所述过流腔内的液体供给到第二密封腔内。

进一步的，所述第一通孔具有沿轴向向远离所述第二密封腔方向延伸设置的轴向段和沿径向延伸设置的径向段。

进一步的，所述第一轴套上开设有连通所述第二密封腔和供流腔的第二通孔，所述第二通孔的直径大于所述第一通孔的直径。

进一步的，所述第一通孔与第二密封腔靠近介质侧的一端连接，所述第二密封结构的密封端面位于所述第一通孔和第二通孔之间。

进一步的，还包括冷却结构系统，其用于实现对于第一密封结构的冲洗冷却，所述冷却结构具有开设在所述压盖上的进液孔和出液孔，所述进液孔位于所述第一密封结构的密封端面外径侧；在所述第一密封结构和压盖之间限定出与所述进液孔连通的第三密封腔，所述出液孔与所述第二密封腔连通。

进一步的， 在所述第三密封腔和第二密封腔之间设有用于将所述第三密封腔内的液体向所述第二密封腔内泵送的泵送环，所述泵送环设在所述第一轴套上。

进一步的，在所述压盖上设有套设在所述泵送环外侧的限定环，所述泵送环和限定环之间具有所述第三密封腔和第二密封腔连通的间隙。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是： 通过设置动压槽和免冲洗结构，形成流经第二密封结构的用于降温的第二循环流路，使得第二密封结构的密封端面处液体的持续流动，用于将第二密封结构的密封端面处的热量带走，起到降温的作用，避免设置用于冲洗第二密封结构的冷却系统，有利于结构简化；并且由于液体的持续流经第二密封结构的密封端面处，使得降温效果更好，以及实现第一密封结构的密封端面处于全液膜润滑状态，有利于提高密封装置耐高温和高压能力，减少密封端面摩擦、磨损，降低摩擦过程中产生过大的摩擦热，提高密封使用寿命。设置第一密封圈，保证免冲洗结构中各腔室根据其内的液体压力，可实现自我调节，保证第二循环流路的持续运行，保证对于第二密封结构的密封端面的冷却效果。

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

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为本发明所提出的一种免冲洗机械密封的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中部分结构的示意图；

图3为图2中第二密封结构处的放大结构示意图；

图4为图2中第一密封结构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，术语 “上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，以靠近内筒轴线的方向为“内”，反之为“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。

参见图1-图4，是本发明所提出的一种免冲洗机械密封的一个实施例，一种免冲洗机械密封，包括：第一轴套10、压盖20、第一密封结构30、第二密封结构40和免冲洗结构50，第一轴套10固设套装在旋转轴100上，压盖20固设在机械设备的壳体200上；第一密封结构30和第二密封结构40轴向串联设置在第一轴套10和压盖20之间，第一密封结构30靠近大气侧，第二密封结构40靠近介质侧；第二密封结构40的密封端面上设有向外径侧泵送的动压槽；免冲洗结构50用于实现第二密封结构的免冲洗冷却，免冲洗结构50具有位于第二密封结构40的密封端面外径侧的第一密封腔51、位于第二密封结构40的密封端面内径侧的第二密封腔52、与第二密封腔52连通的供流腔53和过流腔55，在过流腔55内设有可移动的第一密封圈56，通过第一密封圈56的移动，用于实现第一密封腔51与过流腔55连通或供流腔53与过流腔55连通。

压盖20具有装配在一起的第一压盖21和第二压盖22，其中第一压盖21用于固定第一密封结构30的第一静环31，第二压盖22用于固定第二密封结构40的第二静环41。在供流腔53与过流腔55连通时，第一密封圈56位于过流腔55的介质侧，也就是位于图示的左侧，此时第一密封圈56将第一密封腔51和过流腔55之间密封，供流腔53与过流腔55之间连通，供流腔53内的液体可以到达过流腔55内，并供给到第二密封腔52内；第二密封结构40的密封端面上的动压槽，将液体从内径侧向外径侧泵送，也就是从第二密封腔52泵送到第一密封腔51，液体流经第二密封结构40的密封端面，用于将热量带走，给予第二密封结构40的密封端面降温；动压槽的持续泵送，使得第一密封腔51内的液体压力增高，当第一密封腔51内的液体压力大于供流腔53内的液体压力时，过流腔55内的第一密封圈56被推动，向大气侧移动，使得供流腔53与过流腔55之间密封，第一密封腔51和过流腔55之间连通；使得第一密封腔51内的液体流入过流腔55，之后进入第二密封腔52，在流经第二密封结构40的密封端面后流到第一密封腔51内，形成了流经第二密封结构40的用于降温的第二循环流路。当供流腔53内的液体压力大于第一密封腔51内的液体压力时，供流腔53内和第一密封腔51内的液体的压力差，推动过流腔55内的第一密封圈56向介质侧移动，使得供流腔53与过流腔55之间连通。设置第一密封圈56，保证免冲洗结构中各腔室根据其内的液体压力，可实现自我调节，调整第一密封腔51与过流腔55连通或供流腔53与过流腔55连通，保证第二循环流路的持续运行，保证对于第二密封结构40的密封端面的冷却效果。

通过设置动压槽和免冲洗结构，并形成流经第二密封结构40的用于降温的第二循环流路，使得第二密封结构40的密封端面处液体的持续流动，用于将第二密封结构40的密封端面处的热量带走，起到降温的作用，避免设置用于冲洗第二密封结构40的冷却结构，有利于结构简化，以及实现第二密封结构40的密封端面处于全液膜润滑状态，有利于提高密封装置耐高温和高压能力，减少密封端面摩擦、磨损，降低摩擦过程中产生过大的摩擦热，提高密封使用寿命；由于液体的持续流经第二密封结构40的密封端面处，使得降温效果更好。

第一密封圈56的移动，是供流腔53内和第一密封腔51内的液体的压力差的推动，不用设置驱动第一密封圈56移动的结构，也不用设置对于免冲洗结构的监控系统，实现了自我调节，有利于结构的简化；过流腔55与第一密封腔51和供流腔53中液体压力大的一个连通，也就是如第一密封腔51中的液体压力大于供流腔53中的液体压力，则过流腔55与过流腔55连通；如第一密封腔51中的液体压力小于供流腔53中的液体压力，则供流腔53与过流腔55连通。

为了实现对于第一密封腔51内的保压，免冲洗机械密封包括固设在旋转轴100上的第二轴套60，第二轴套60的外端面上开设有向第一密封腔51泵送液体的泵送槽，第二密封结构40位于第一轴套10和第一密封结构30之间。在旋转轴100旋转过程中，带动第二轴套60一起旋转，通过第二轴套60上的泵送槽，将介质泵送至第一密封腔51中，在第二密封结构40密封端面上的动压槽和第二轴套60上的泵送槽共同作用下，压力达到动态平衡后，第一密封腔51内的液体压力最高，工作介质不会外窜，并第一密封腔51、过流腔55、第二密封腔52、第二密封结构40的密封端面，形成了第二循环流路，快速带走高温工况下第二密封结构40的密封端面处产生的热量，减少第二密封结构40的密封端面相对运动产生的摩擦热，提高机械密封性能，延长密封使用寿命。

本实施例中，过流腔55和供流腔53均为与第一轴套10同轴设置的环形腔体，在第一轴套10的内径侧开设的环形槽，在第一轴套10套装到旋转轴100后，在第一轴套10和旋转轴100之间形成过流腔55和供流腔53，过流腔55与供流腔53之间通过第一轴套10与旋转轴100之间的间隙连通，第一密封腔51与过流腔55之间也是通过第一轴套10与旋转轴100之间的间隙连通。这样的设置有利于结构的简化，并有利于加工制造，有利于降低制造成本，并有利于保证第一轴套10的结构强度。

为了实现第二密封腔52和过流腔55的连通，在第一轴套10上开设有第一通孔57，第一通孔57的一端连接第二密封腔52、另一端连接过流腔55，第一通孔57用于将过流腔55内的液体供给到第二密封腔52内。具体的，第一通孔57与第二密封腔52靠近介质侧的一端连接，第一通孔57具有沿轴向向远离第二密封腔52方向延伸设置的轴向段571和沿径向延伸设置的径向段572，轴向段571的长度与径向段572的长度之比为5:2。通过设置轴向段571，使得流经第一通孔57后进入第二密封腔52的液体沿轴向向大气侧方向流动，有利于液体向第二密封结构40的密封端面处流动，有利于第二密封腔52内的液体的流动；并且设置轴向段571，有利于过流腔55在轴向上向第一密封腔51的靠近，有利于过流腔55与第一密封腔51之间的间隙的距离缩短。

第一通孔57的径向段572的左端面与过流腔55的左端面之间的距离大于第一密封圈56的直径，第一通孔57的径向段572的右端面与过流腔55的右端面之间的距离大于第一密封圈56的直径；在第一密封圈56位于过流腔55的左侧或右侧时，第一密封圈56不会挡止在径向段572，以保证液体从过流腔55流入径向段572的液流，不会被第一密封圈56阻挡。

为了实现对于供流腔53内的液体供应，第一轴套10上开设有连通第二密封腔52和供流腔53的第二通孔54，并设置第二通孔54的直径大于第一通孔57的直径；以保证到达第二密封腔52的液体，优选通过第二通孔54到达供流腔53内，优选设置在周向上设有多个第二通孔54。

其他实施例中，可以设置供流腔53与其他腔室连通。

第一通孔57的出口端位于第二密封腔52靠近介质侧的一端，第二密封结构40的密封端面位于所述第一通孔57和第二通孔54之间。供应到第二密封腔52的液体通过第二通孔54，流入供流腔53内，在供流腔5内液体的压力大于第一密封腔51内液体的压力时，供流腔5与过流腔55连通，供流腔5内的液体流经过流腔55后，进入第二密封腔52内。

免冲洗机械密封还包括冷却结构，其用于实现对于第一密封结构的冲洗冷却，冷却结构一方面实现对于第一密封结构30的冲洗冷却，一方面抑制被密封介质泄漏至大气。冷却结构具有开设在第一压盖21上的进液孔211和出液孔212，进液孔211位于第一密封结构30的密封端面外径侧，实现对于第一密封结构30的密封端面处的冲洗；在第一密封结构30和压盖20之间限定出与进液孔211连通的第三密封腔71，出液孔212与第二密封腔52连通。外界的隔离液通过进液孔211进入第三密封腔71内，之后进入第二密封腔52内，并通过第二通孔54，流入供流腔53内；在供流腔53内液体的压力大于第一密封腔51内液体的压力时，供流腔5与过流腔55连通，供流腔53内的液体流经过流腔55后，进入第二密封腔52内，再经出液孔212流出；液体流经进液孔2、第三密封腔71、第二密封腔52、供流腔53与过流腔55、第二密封腔52、出液孔212的路径为第一循环流路，实现对于第一密封结构30的降温，以及用于为第二循环流路补给液体，用于调节各腔的液体压力。在旋转轴100旋转过程中，第二密封结构40的密封端面上的动压槽的持续泵送，使得第一密封腔51内的液体压力增高，当第一密封腔51内的液体压力大于供流腔53内的液体压力时，过流腔55内的第一密封圈56被推动，向大气侧移动，使得供流腔53与过流腔55之间密封，第一密封腔51和过流腔55之间连通；达到各腔的动压平衡，使得第一密封腔51内的液体流入过流腔55，之后进入第二密封腔52，在流经第二密封结构40的密封端面后流到第一密封腔51内，形成了流经第二密封结构40的用于降温的第二循环流路。此时，第一循环流路中的供流腔5与过流腔55之间不连通，也就是使得第一循环流路中的液体流经进液孔2、第三密封腔71、第二密封腔52、出液孔212。

为了实现第三密封腔71和第二密封腔52之间的液体可流通，在第三密封腔71和第二密封腔52之间设有用于将第三密封腔52内的液体向第二密封腔52内泵送的泵送环81，泵送环81设在第一轴套10上，在旋转轴100旋转时，泵送环81随第一轴套10一起旋转，将第三密封腔71内的液体向第二密封腔52内泵送；保证第一循环流路的循环，通过泵送的方式使得第三密封腔71和第二密封腔52之间的液体流通，有利于保证第二密封腔52内液体的压力。具体的，在压盖20上设有套设在泵送环81外侧的限定环23，泵送环81和限定环23之间具有第三密封腔71和第二密封腔52连通的间隙。

说明第一密封结构30，第一密封结构30具有第一静环31、第一动环32、第一推环33、第一弹簧座34，第一静环31固设在第一压盖21上，第一弹簧座34固设在第一轴套60上，在第一弹簧座34上设有第一弹簧，在第一弹簧和第一动环32之间设有第一推环33，通过第一推环33将第一弹簧的弹力作用到第一动环32上，第一动环32可轴向移动的设在第一轴套60上。泵送环81固设在第一弹簧座34的外侧。

说明第二密封结构40，第二密封结构40具有第二静环41、第二动环42、第二推环43、第二弹簧座44，第二静环41固设在第二压盖22上，第二弹簧座44固设在第一轴套60上，在第二弹簧座44上设有第二弹簧，在第二弹簧和第二动环42之间设有第二推环43，通过第二推环43将第二弹簧的弹力作用到第二动环42上，第二动环42可轴向移动的设在第一轴套60上。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种免冲洗机械密封，其特征在于，包括：

第一轴套，其固设在旋转轴上；

压盖，其固设在壳体上；

第一密封结构，其设在所述第一轴套和压盖之间、且靠近大气侧；

第二密封结构，其设在所述第一轴套和压盖之间、且靠近介质侧，所述第二密封结构的密封端面上设有向外径侧泵送的动压槽；

免冲洗结构，其用于实现第二密封结构的免冲洗冷却；所述免冲洗结构具有位于所述第二密封结构的密封端面外径侧的第一密封腔、位于所述第二密封结构的密封端面内径侧的第二密封腔、与第二密封腔连通的过流腔、用于为所述过流腔供给液体的供流腔，在所述过流腔内设有可移动的、且用于实现所述第一密封腔与所述过流腔连通或所述供流腔与所述过流腔连通的第一密封圈。

2.根据权利要求1所述的免冲洗机械密封，其特征在于，所述第一密封腔和供流腔中的液体的压力差推动所述第一密封圈在所述过流腔内移动，所述过流腔与所述第一密封腔和供流腔中液体压力大的一个连通。

3.根据权利要求1所述的免冲洗机械密封，其特征在于，还包括固设在所述旋转轴上的第二轴套，所述第二轴套的外端面上开设有向所述第一密封腔泵送液体的泵送槽，所述第二密封结构位于第一轴套和第一密封结构之间。

4.根据权利要求1所述的免冲洗机械密封，其特征在于，在所述第一轴套上开设有连通所述第二密封腔和过流腔的第一通孔，所述第一通孔用于将所述过流腔内的液体供给到第二密封腔内。

5.根据权利要求4所述的免冲洗机械密封，其特征在于，所述第一通孔具有沿轴向向远离所述第二密封腔方向延伸设置的轴向段和沿径向延伸设置的径向段。

6.根据权利要求4所述的免冲洗机械密封，其特征在于，所述第一轴套上开设有连通所述第二密封腔和供流腔的第二通孔，所述第二通孔的直径大于所述第一通孔的直径。

7.根据权利要求6所述的免冲洗机械密封，其特征在于，所述第一通孔与第二密封腔靠近介质侧的一端连接，所述第二密封结构的密封端面位于所述第一通孔和第二通孔之间。

8.根据权利要求1至7任一项所述的免冲洗机械密封，其特征在于，还包括冷却结构系统，其用于实现对于第一密封结构的冲洗冷却，所述冷却结构具有开设在所述压盖上的进液孔和出液孔，所述进液孔位于所述第一密封结构的密封端面外径侧；在所述第一密封结构和压盖之间限定出与所述进液孔连通的第三密封腔，所述出液孔与所述第二密封腔连通。

9.根据权利要求8所述的免冲洗机械密封，其特征在于，在所述第三密封腔和第二密封腔之间设有用于将所述第三密封腔内的液体向所述第二密封腔内泵送的泵送环，所述泵送环设在所述第一轴套上。

10.根据权利要求9所述的免冲洗机械密封，其特征在于，在所述压盖上设有套设在所述泵送环外侧的限定环，所述泵送环和限定环之间具有所述第三密封腔和第二密封腔连通的间隙。

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