CN112682513B - 自润滑机械密封 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自润滑机械密封，涉及机械密封技术领域，解决了常见机械密封使用寿命短的问题，其包括动环和静环，所述动环和所述静环之间设置有自润滑环，所述动环和所述静环的表面硬度均大于所述自润滑环的表面硬度，向球铁/球墨铸铁/合金钢中添加硫化物至饱和状态以制得所述自润滑环，所述自润滑环中的含硫量在0.9%‑2.5%之间。本申请具有自润滑功能、不易磨损、使用寿命长的效果。

Description

自润滑机械密封

技术领域

本申请涉及机械密封技术领域，尤其是涉及一种自润滑机械密封。

背景技术

机械密封(mechanical seal)是指由至少一对垂直于旋转轴线端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合且相对滑动所构成的防止流体泄漏的装置。

目前的机械密封主要构件为动环、静环和压紧装置，在机械密封工作过程中，静环一般都保持不动状态，而动环会被带动高速且长时间旋转，且在压紧装置的推动下，动环、静环在大部分时间都是处于接触状态。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷:在粉尘较大的环境或者有杂质的液体环境中运行时，动环高速且长时间旋转的过程中，动环和静环的接触面之间一直摩擦，摩擦生热，导致动环和静环之间的接触面很容易磨损，从而使用一段时间之后（一般为6-12个月），动环和静环的厚度会越来越小，直至机械密封损坏报废，需要工作人员花费大量的时间去更换机械密封，维护成本高，因此目前的机械密封普遍存在使用寿命低的问题，故而有待改进。

发明内容

为了提升机械密封的使用寿命，本申请提供一种自润滑机械密封。

本申请提供一种自润滑机械密封，采用如下的技术方案:

一种自润滑机械密封，包括动环和静环，所述动环和所述静环之间设置有自润滑环，所述动环和所述静环的表面硬度均大于所述自润滑环的表面硬度，向球铁/球墨铸铁/合金钢中添加硫化物至饱和状态以制得所述自润滑环，所述自润滑环中的含硫量在0.9%-2.5%之间。

通过采用上述技术方案，由于自润滑环夹设在动环和静环之间，而且自润滑环中的含硫量比较高，动环和静环的表面硬度比较大，所以在工作过程中，自润滑环的两个端面会比动环和静环的接触面先磨损，磨损所产生的细小自润滑粉末（具体为硫化物和/或二硫化钼等）具有良好的自润滑作用，从而大幅度减小动环和静环的磨损速度，起到了保护动环和静环的接触面的效果，一般情况下一两年甚至更长时间，动环、静环和自润滑环都不会被快速磨损至很薄状态，延长了该自润滑机械密封的使用寿命，无需工作人员花费大量的时间去更换机械密封，维护成本低。

优选的，所述自润滑环包括按质量百分比组成的下列成分:C:2.5-3.2，Si:1.0-1.8，Mn:0.8-1.32，Cr:1.6-2.6，Mo:0.5-0.9，W:0.4-1.0，Ae:0.5-0.9，V:0.1-0.5，S:1.0-2.0，P:≤0.08，Re:≥0.05，其余为Fe。

通过采用上述技术方案，由上述配方所制得的自润滑环，具有合适的强度和表面硬度，同时其表面磨损所产生的细小自润滑粉末具有更为优质的润滑特性，进一步延长了该自润滑机械密封的使用寿命。

优选的，所述自润滑环的内环壁上设置有若干润滑槽，所述润滑槽沿所述自润滑环的中心轴线方向布置，所述润滑槽的两端分别连通至所述自润滑环的两个端面。

通过采用上述技术方案，润滑槽可以供细小的自润滑粉末穿过，而且也能供润滑油等其他润滑介质穿过，从而达到润滑效果更加均匀的目的，更有利于减缓动环、静环和自润滑环的磨损速度，进一步延长该自润滑机械密封的使用寿命。

优选的，所述润滑槽设置有3-8个，且多个所述润滑槽等间隔布置于所述自润滑环的内环壁上。

通过采用上述技术方案，在润滑槽少于3个情况下，不利于润滑介质快速流通，会影响润滑效果，在润滑槽大于8个情况下，自润滑环的制作成本显著增加，而且没有数量更多的必要性，所以润滑槽的数量优选为3-8个之间；多个润滑槽等间隔对称布置，可以确保自润滑环的重心统一，进一步减缓了自润滑环的磨损速度，进一步延长了该自润滑机械密封的使用寿命。

优选的，所述自润滑环的内环壁棱边处和外环壁棱边处均设置有倒角。

通过采用上述技术方案，增加设置的倒角，不仅可以方便工作人员安装自润滑环，而且自润滑环的内环壁棱边处的倒角和动环、静环的接触面之间形成一定的空腔，该空腔内可以储存一部分润滑介质（例如磨损得到的细小自润滑粉末或者润滑油等），且该部分润滑介质能够长期反复使用，起到了更好的润滑效果，进一步延长了该自润滑机械密封的使用寿命。

优选的，所述自润滑环沿中心轴线方向的宽度在10-20毫米之间。

通过采用上述技术方案，在上述宽度小于10毫米情况下，自润滑环的结构强度会受影响，而且上述宽度越小，自润滑环可使用的时间越短，越容易断裂，上述宽度大于20毫米情况下，自润滑环的制作成本显著增加，而且没有更宽的必要性，所以上述宽度优选为10-20毫米之间。

优选的，所述静环远离所述自润滑环的一侧端面凸出设置有第一环形台阶，所述第一环形台阶上套设有第一密封圈。

通过采用上述技术方案，第一密封圈有效提升了该自润滑机械密封靠近静环一侧的密封效果。

优选的，所述动环的内环壁中间位置设置有环槽，所述环槽内设置有第二密封圈。

通过采用上述技术方案，第二密封圈有效提升了该自润滑机械密封靠近动环一侧的密封效果，而且第二密封圈还可以有效避免自润滑环磨损所产生的少量细小自润滑粉末（润滑介质）流失，进一步延长了该自润滑机械密封的使用寿命。

优选的，该自润滑机械密封还包括弹性压紧件，所述弹性压紧件包括固定环和弹簧，所述固定环上设置有多个机米螺丝，所述固定环通过所述机米螺丝固定于转动轴上，所述弹簧夹设于所述动环和所述固定环之间。

通过采用上述技术方案，固定环和转动轴固定之后，固定环具有隔挡弹簧的作用，弹簧的弹性力会驱使动环具有靠近静环的趋势，从而实现静环和动环配合夹紧自润滑环的目的，有利于自润滑环的两个端面与静环和动环的接触面顺利贴合，转动轴转动时，有利于自润滑环的两个端面被摩擦，促进细小自润滑粉末（润滑介质）产生，进一步延长了该自润滑机械密封的使用寿命。

优选的，所述动环远离所述自润滑环的一侧端面凹陷设置有第二环形台阶，所述弹簧的一端插接于所述第二环形台阶内，所述固定环靠近所述动环的一侧端面凹陷设置有第三环形台阶，所述弹簧的另一端插接于所述第二环形台阶内。

通过采用上述技术方案，第二环形台阶和第三环形台阶配合使用，对弹簧的两端具有隔挡限位作用，有效防止弹簧变形（直径变大），有利于提升弹簧的稳定性和使用寿命。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果:

1.自润滑环的两个端面会比动环和静环的接触面先磨损，磨损所产生的细小自润滑粉末具有良好的自润滑作用，从而大幅度减小动环和静环的磨损速度，起到了保护动环和静环的接触面的效果；

2.润滑槽可以供细小的自润滑粉末穿过，而且也能供润滑油等其他润滑介质穿过，从而达到润滑效果更加均匀的目的，更有利于减缓动环、静环和自润滑环的磨损速度，进一步延长该自润滑机械密封的使用寿命。

附图说明

图1是本申请实施例的自润滑机械密封的结构示意图。

附图标记说明:1、动环；11、第二环形台阶；2、静环；21、第一环形台阶；3、自润滑环；31、润滑槽；32、倒角；4、第一密封圈；5、第二密封圈；6、弹性压紧件；61、固定环；611、第三环形台阶；62、弹簧；63、机米螺丝。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种自润滑机械密封。参照图1，自润滑机械密封包括动环1、静环2、自润滑环3、第一密封圈4、第二密封圈5和弹性压紧件6。

动环1、静环2、自润滑环3的内径和外径均一致，且该自润滑机械密封工作时，动环1、静环2、自润滑环3和弹性压紧件6均穿设于一转动轴上，动环1固定于设备主体上，动环1和静环2的制作材料为以下材料中一种：硬质合金、合金钢、高铬铁、碳化硅、氧化铝、氧化锆或者氮化硼等材料。

动环1和静环2的表面硬度均大于自润滑环3的表面硬度，自润滑环3的表面粗糙度要大于动环1和静环2的表面粗糙度，自润滑环3的大致生产工艺为：向球铁/球墨铸铁/合金钢中添加硫化物至饱和状态，自润滑环3中的含硫量在0.9%-2.5%之间，自润滑环3沿中心轴线方向的宽度为12毫米（在其他实施例中该宽度还可以为10毫米、11毫米、13毫米、14毫米、15毫米、16毫米、17毫米、18毫米、19毫米或者20毫米）。

自润滑环3包括按质量百分比组成的下列成分:C:2.5-3.2，Si:1.0-1.8，Mn:0.8-1.32，Cr:1.6-2.6，Mo:0.5-0.9，W:0.4-1.0，Ae:0.5-0.9，V:0.1-0.5，S:1.0-2.0，P:≤0.08，Re:≥0.05，其余为Fe。本实施例中自润滑环3包括按质量百分比组成的下列成分:C:3，Si:1.5，Mn:1，Cr:2，Mo:0.7，W:0.8，Ae:0.6，V:0.4，S:1.5，P:0.07，Re:0.09，其余为Fe。由上述配方所制得的自润滑环3，具有良好的抗拉强度，而且表面硬度比较低，同时其表面磨损所产生的细小自润滑粉末具有更为优质的润滑特性。

自润滑环3的内环壁上设置有4个润滑槽31（在其他实施例中润滑槽31的数量可以为1个、2个、3个、5个、6个、7个或者8个），润滑槽31沿自润滑环3的中心轴线方向布置，润滑槽31的两端分别连通至自润滑环3的两个端面，且4个润滑槽31等间隔布置于自润滑环3的内环壁上，润滑槽31的截面为半圆形状。

自润滑环3的内环壁棱边处和外环壁棱边处均设置有倒角32，自润滑环3的内环壁棱边处的倒角32和动环1、静环2的接触面之间形成一定的空腔，该空腔内可以储存一部分润滑介质（例如磨损得到的细小自润滑粉末或者润滑油等），且该部分润滑介质能够长期反复使用，起到了更好的润滑效果。

第一环形台阶21凸出设置（一体成型）于静环2远离自润滑环3的一侧端面，第一密封圈4套设于第一环形台阶21上，第一密封圈4和第二密封圈5的截面均为圆形（在其他实施例中该截面的形状还可以为“Y”形状或者“X”形状，同样具有较佳的密封效果），动环1的内环壁中间位置设置有环槽，第二密封圈5嵌设于环槽内，第二密封圈5凸出于动环1的内环壁。

弹性压紧件6包括固定环61和弹簧62，弹簧62具体为合金钢材质且具有高强度，固定环61的制作材质和动环1、静环2制作材质一样，固定环61上设置有两个机米螺丝63（在其他实施例中机米螺丝63的数量可以为3个、4个或者更多，且均匀间隔布置），两个机米螺丝63对称布置，固定环61设置有与机米螺丝63相适配的螺纹孔，固定环61通过机米螺丝63固定于转动轴上（在其他实施例中机米螺丝63可以更换为卡销，固定环61通过卡销固定于转动轴上），弹簧62夹设于动环1和固定环61之间。

动环1远离自润滑环3的一侧端面凹陷设置有第二环形台阶11，弹簧62的一端插接于第二环形台阶11内，固定环61靠近动环1的一侧端面凹陷设置有第三环形台阶611，弹簧62的另一端插接于第二环形台阶11内。

本申请实施例一种自润滑机械密封的实施原理为:固定环61和转动轴固定之后，固定环61具有隔挡弹簧62的作用，弹簧62的弹性力会驱使动环1具有靠近静环2的趋势，从而实现静环2和动环1配合夹紧自润滑环3的目的，有利于自润滑环3的两个端面与静环2和动环1的接触面顺利贴合，而且自润滑环3中的含硫量比较高，动环1和静环2的表面硬度比较大，所以在工作过程中，自润滑环3的两个端面会比动环1和静环2的接触面先磨损，磨损所产生的细小自润滑粉末具有良好的自润滑作用，从而大幅度减小动环1和静环2的磨损速度，起到了保护动环1和静环2的接触面的效果，一般情况下一两年甚至更长时间，动环1、静环2和自润滑环3都不会被快速磨损至很薄状态，延长了该自润滑机械密封的使用寿命，无需工作人员花费大量的时间去更换机械密封，维护成本低。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自润滑机械密封，包括动环(1)和静环(2)，其特征在于:所述动环(1)和所述静环(2)之间设置有自润滑环(3)，所述动环(1)和所述静环(2)的表面硬度均大于所述自润滑环(3)的表面硬度，向球铁/球墨铸铁/合金钢中添加硫化物至饱和状态以制得所述自润滑环(3)，所述自润滑环(3)中的含硫量在0.9%-2.5%之间；

所述自润滑环(3)包括按质量百分比组成的下列成分:C:2.5-3.2，Si:1.0-1.8，Mn:0.8-1.32，Cr:1.6-2.6，Mo:0.5-0.9，W:0.4-1.0，Ae:0.5-0.9，V:0.1-0.5，S:1.0-2.0，P:≤0.08，Re:≥0.05，其余为Fe；

所述自润滑环(3)的内环壁棱边处和外环壁棱边处均设置有倒角(32)；

该自润滑机械密封还包括弹性压紧件(6)，所述弹性压紧件(6)包括固定环(61)和弹簧(62)，所述固定环(61)上设置有多个机米螺丝(63)，所述固定环(61)通过所述机米螺丝(63)固定于转动轴上，所述弹簧(62)夹设于所述动环(1)和所述固定环(61)之间；

所述动环(1)远离所述自润滑环(3)的一侧端面凹陷设置有第二环形台阶(11)，所述弹簧(62)的一端插接于所述第二环形台阶(11)内，所述固定环(61)靠近所述动环(1)的一侧端面凹陷设置有第三环形台阶(611)，所述弹簧(62)的另一端插接于所述第二环形台阶(11)内。

2.根据权利要求1所述的自润滑机械密封，

其特征在于:所述自润滑环(3)的内环壁上设置有若干润滑槽(31)，所述润滑槽(31)沿所述自润滑环(3)的中心轴线方向布置，所述润滑槽(31)的两端分别连通至所述自润滑环(3)的两个端面。

3.根据权利要求2所述的自润滑机械密封，其特征在于:所述润滑槽(31)设置有3-8个，且多个所述润滑槽(31)等间隔布置于所述自润滑环(3)的内环壁上。

4.根据权利要求1所述的自润滑机械密封，其特征在于:所述自润滑环(3)沿中心轴线方向的宽度在10-20毫米之间。

5.根据权利要求1所述的自润滑机械密封，其特征在于:所述静环(2)远离所述自润滑环(3)的一侧端面凸出设置有第一环形台阶(21)，所述第一环形台阶(21)上套设有第一密封圈(4)。

6.根据权利要求1所述的自润滑机械密封，其特征在于:所述动环(1)的内环壁中间位置设置有环槽，所述环槽内设置有第二密封圈(5)。

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