CN118602116A - 机械密封结构及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机械密封结构及压缩机，包括静环、动环，还包括相对所述静环固定的磁力件及设置在所述动环上的磁动件，所述磁力件与所述磁动件通过磁场相互作用使得所述动环与所述静环相互靠近。本发明由于使得所述动环保持朝向所述静环的预紧力为磁力，磁力可以采用吸引的方式，而不是向弹簧那样顶推的方式，所以不会因为所述动环的移动而减小，相反，由于所述动环的移动使得所述磁力件与所述磁动件距离更近后，还可以使得磁性吸引力更大，从而使得预紧力更大。

Description

机械密封结构及压缩机

技术领域

本发明涉及轴密封技术领域，特别涉及机械密封结构及压缩机。

背景技术

机械密封是一种垂直于旋转轴端面,在弹力或其他作用力的配合下，对端面保持贴合且相对滑动用于防止流体泄露的装置。机械密封通常由静环、动环等元件组成，机械密封为确保密封性，需要机械密封动环和机械密封静环贴合紧密，防止介质外泄，因此通常使用动环预紧弹簧等补偿部件实现机械密封动环和机械密封静环贴合紧密；但在长时间运行后，机械密封动环和机械密封静环会被磨损(通常是较软的机械密封动环磨损更明显)，以弹簧为代表的补偿部件随着压缩量的降低，弹力下降，导致泄漏增加甚至密封彻底失效。

发明内容

为解决磨损导致动环预紧力下降的问题，本发明提出机械密封结构，利用磁力为动环提供预紧力，使得预紧力不会随动环的磨损而变小，进一步提出应用于该机械密封结构的压缩机。

本发明采用的技术方案是，设计机械密封结构，包括静环、动环，还包括相对所述静环固定的磁力件及设置在所述动环上的磁动件，所述磁力件与所述磁动件通过磁场相互作用使得所述动环与所述静环相互靠近。

在某些实施方式中，所述磁力件为磁体，所述磁动件为铁磁性物体。

在某些实施方式中，所述磁力件为同轴的套在所述动环外的电磁线圈。

在某些实施方式中，所述磁动件为与所述动环同轴连接的环体，所述环体相对所述静环偏离所述电磁线圈的中心。

在某些实施方式中，还包括相对所述动环固定设置的永磁体、及与所述磁体对应相对所述静环固定设置的磁感线圈，所述磁感线圈与所述电磁线圈电连接，所述磁感线圈的导线方向与所述永磁体的磁场方向垂直。

在某些实施方式中，所述动环滑动的设置在伸缩腔内，所述伸缩腔与所述动环之间设置有预紧弹簧，所述预紧弹簧与所述动环之间设置有两个滑块，两个所述滑块与所述伸缩腔的腔壁形成封闭空间，所述封闭空间内充有磁流变液体。

在某些实施方式中，所述磁力件为电磁铁。

在某些实施方式中，所述磁力件与所述磁动件均为磁体。

在某些实施方式中，所述动环与所述静环之间设置有同轴的过渡环，所述过渡环的周向均布有数个闭合线圈，所述静环周向均布有数个所述磁力件，所述动环周向均布有数个所述磁动件。

压缩机，包括所述的机械密封结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明由于使得所述动环保持朝向所述静环的预紧力为磁力，磁力可以采用吸引的方式，而不是向弹簧那样顶推的方式，所以不会因为所述动环的移动而减小，相反，由于所述动环的移动使得所述磁力件与所述磁动件距离更近后，还可以使得磁性吸引力更大，从而使得预紧力更大，如果与预紧弹簧配合实用，可以补偿预紧弹簧由于伸长而造成的预紧力的损失。

附图说明

下面结合具体实施例和附图对发明进行详细的说明，为了展示细节，便于理解其原理，其不一定是按比例绘制的，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的实施例。其中：

图1是实施例一的示意图。

图2是图1中A处的放大示意图。

图3是实施例二的示意图。

图4是实施例三的示意图。

图5是实施例四的示意图。

图6是实施例四的动环上的磁体分布的示意图。

图7是实施例四的过渡环上的闭合线圈分布的示意图。

图8是实施例五的示意图。

图中，1、静环；2、动环；3、磁力件；4、磁动件；5、预紧弹簧；6、电磁线圈；7、环体；8、滑块；9、磁流变液体；10、过渡环；11、闭合线圈；12、输入轴；13、耐压壳体；14、转动永磁体；15、磁感线圈。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例，以下实施方式并不限制权利要求书所涉及的发明。此外，实施方式中说明的特征的所有组合未必是发明的解决方案所必须的。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

实施例一

机械密封为确保足够的密封性能，需要机械密封动环和机械密封静环贴合紧密，以便防止介质外泄，因此通常使用动环预紧弹簧等补偿部件实现机械密封动环和机械密封静环贴合紧密；但在长时间运行后，机械密封动环和机械密封静环会被磨损(通常是较软的机械密封动环磨损更明显)，以弹簧为代表的补偿部件随着压缩量的降低，弹力下降，导致泄漏增加甚至密封彻底失效。且在机械密封动环磨损不多时，弹簧对机械密封动环提供的预紧力分布不均匀。因此需要设计一种在机械密封动环磨损消耗的情况下，对机械密封动环作用力影响不大的结构。

为此，如图1、2所示，提供机械密封结构，包括静环1、动环2，还包括相对所述静环1固定的磁力件3及设置在所述动环2上的磁动件4，所述磁力件3与所述磁动件4通过磁场相互作用使得所述动环2与所述静环1相互靠近，进而使得所述动环2与所述静环1保持靠近，即使得所述动环2具有朝向所述静环1的预紧力。

如此设置的有益效果在于：由于使得所述动环2保持朝向所述静环1的预紧力为磁力，磁力可以采用吸引的方式，而不是向弹簧那样顶推的方式，所以不会因为所述动环2的移动而减小，相反，由于所述动环2的移动使得所述磁力件3与所述磁动件4距离更近后，还可以使得磁性吸引力更大，从而使得预紧力更大，如果与预紧弹簧配合实用，可以补偿预紧弹簧由于伸长而造成的预紧力的损失。

所述磁力件3为磁体，所述磁动件4为铁磁性物体，即所述磁力件3为可产生磁场的磁体，而所述磁动件4为可被磁体吸引的铁磁性物体，例如铁块。

如此设置的有益效果在于：由于仅需要设置磁体及铁块，所以结构简单，安装方便，简单的，仅通过将永磁铁嵌入到所述静环1中而铁块嵌入到所述动环2中即可实现，不影响机械密封的传统结构，依然可以保留预紧弹簧5。由于所述动环2磨损使得所述永磁铁与所述铁块距离更近后，使得所述永磁铁对所述铁块的磁性吸引力变大，从而使得预紧力增大，从而可以补充所述预紧弹簧5的弹力。

所述磁力件3可以为电磁铁。

如此设置的有益效果在于：可以通电通过所述电磁铁的磁场力的大小，进而控制对所述磁动件4的作用力的大小，即可以根据需要调节所述动环2预紧力的大小。

实施例二

如图3所示，与上述实施例不同的是，所述磁力件3为同轴的套在所述动环2外的电磁线圈6，所述电磁线圈6通电后会产生沿所述动环2轴向的磁场，该磁场作用于所述磁动件4，从而使得所述磁动件4朝向所述静环1方向移动，从而为所述动环2提供朝向所述静环1方向的预紧力。

如此设置的有益效果在于：利用电磁线圈6的磁力实现对所述磁动件4的控制，可以通电通过所述电磁线圈6电流的大小控制所述电磁线圈6产生的磁场力的大小，进而控制对所述磁动件4的作用力的大小，即可以根据需要调节所述动环2预紧力的大小。

进一步，所述磁动件4为与所述动环2同轴连接的环体7，所述环体7相对所述静环1偏离所述电磁线圈6的中心，即所述环体7的主要部位于所述电磁线圈6的中心的一侧，而所述静环1位于所述电磁线圈6的中心的另一侧。

如此设置的有益效果在于：由于所述环体7的主要部位于所述电磁线圈6的中心的一侧，所以当所述电磁线圈6产生沿所述环体7轴线方向的磁场时，所述环体7具有朝向所述电磁线圈6的中心运动的趋势，如此使得所述环体7具有朝向所述静环1的预紧力，由于所述磁动件4为与所述动环2同轴连接的环体7，所以，作用于所述环体7周向各部位的顶推力较为均匀。

实施例三

如图4所示，与上述实施例不同的是，所述动环2滑动的设置在伸缩腔内，所述伸缩腔与所述动环2之间设置有预紧弹簧5，所述预紧弹簧5与所述动环2之间设置有两个滑块8，两个所述滑块8与所述伸缩腔的腔壁形成封闭空间，所述封闭空间内充有磁流变液体9。所述磁力件3为同轴的套在所述动环2外的电磁线圈6，所述电磁线圈6通电后会产生沿所述动环2轴向的磁场。

磁流变液体是一种特殊的流体，其粘度可以通过外部磁场的变化而实时调节。这种材料通常由微小的磁性颗粒悬浮在液体介质中而成。当外加磁场施加在磁流变液体上时，磁性颗粒会重新排列，从而改变了液体的流动性质，使得其粘度增加或减小。

磁流变液体可以用于阻尼系统中，通过调节外部磁场的强度来改变其粘度，从而实现阻尼效果的调节。在阻尼系统中，磁流变液体通常被置于活塞和缸体之间的空腔中。当外部施加磁场时，磁性颗粒重新排列，增加了液体的粘度，从而提高了阻尼效果，减缓了活塞的运动速度。相反，当减小外部磁场时，磁流变液体的粘度减小，活塞的运动速度会相应增加。

如此设置的有益效果在于：通过电磁线圈6产生的磁场可以控制所述磁流变液体9的粘度变化，即控制所述磁流变液体9与所述伸缩腔内部的粘性阻力大小，磁场越大，粘性阻力越大，从而对滑块8在所述伸缩腔内滑动的阻力越大，如此，通过对所述滑块8的阻力控制可以控制所述预紧弹簧5对所述动环2预紧力的大小，即可以通过调节电磁线圈6产生的磁场大小调节所述动环2对所述静环1的预紧力，如此可以设置较大预紧力的弹簧，在动环2未磨损时，利用磁流变液体9的阻力抵消一部分弹簧的弹力使得所述动环2与所述静环1的接触力不至于过大，当所述动环2磨损后，弹簧伸长，使得弹簧的弹力下降时，可以降低磁流变液体9的阻力，从而保证有足够的弹力作用于所述动环2，从而所述动环2对所述静环1的预紧力。

实施例四

如图5、6、7所示，与上述实施例不同的是，所述磁力件3与所述磁动件4均为磁体，例如都为永磁体，两个所述永磁体相互吸引，从而为所述动环2与所述静环1提供预紧力。

如此设置的有益效果在于：由于仅需要设置永磁体，所以结构简单，安装方便，简单的，仅通过将永磁铁嵌入到所述静环1及所述动环2中即可实现，不影响机械密封的传统结构，依然可以保留预紧弹簧5。由于所述动环2磨损使得所述永磁铁与所述铁块距离更近后，使得所述永磁体之间的距离变大，进而使得吸引力变大，从而使得预紧力增大，从而可以补充所述预紧弹簧5的弹力。

所述动环2与所述静环1之间设置有同轴的过渡环10，所述过渡环10的周向均布有数个闭合线圈11，所述静环1周向均布有数个所述磁力件3，所述动环2周向均布有数个所述磁动件4。

如此设置的有益效果在于：当闭合线圈11与所述磁体相对转动时，所述闭合线圈11切割所述磁体的磁力线，在所述闭合线圈11内产生电流，该电流由产生感生磁场，该感生磁场于所述磁体具有相互吸引的效果，所述闭合线圈11与所述磁体的相对速度越大，这种吸引力越大，这种力对所述过渡换的转动起到了阻力的作用，所以所述过渡环10速度小于所述动环2转速，所述过渡环10相对所述静环1的转速小于所述动环2相对所述静环1的转速，由此使得所述动环2与所述静环1的端面摩擦速度变小，从而有利于减小摩擦。

压缩机机械密封结构的静环1和动环2的相对转速是影响机械密封磨损的重要因素之一。在机械密封中，静环1和动环2之间存在相对运动，而其相对转速决定了密封件表面的磨损情况。当静环1和动环2的相对转速较低时，密封件表面之间的磨擦相对较小。在这种情况下，磨损主要受到摩擦力的影响，磨损程度较轻。然而，即使是低相对转速下，长时间的运行也会导致磨损和疲劳，尤其是在密封介质具有颗粒或固体杂质的情况下。当静环1和动环2的相对转速较高时，密封件表面之间的摩擦力增加，导致磨损加剧。高速旋转会产生更大的惯性力和离心力，加剧了密封件的磨损。在这种情况下，磨损可能更快，密封件的寿命可能较短。因此，密封件的设计和选择需要考虑到实际运行条件下的相对转速。通常，高速运转的机械密封需要采取额外的措施来减少磨损。

实施例五

如图8所示，压缩机，包括所述的机械密封结构。所述机械密封结构中的动环2装配在螺杆压缩机的输入轴12上，机械密封中的静环1装配在机械密封盖板或耐压壳体13上。当输入轴12转动时，机械密封的动环2与静环1将产生摩擦副，实现动密封功能。同时随着动环2与静环1之间的摩擦，动环2逐渐产生摩擦损耗，此时预紧力将推动环2向前移动，以此来保证机械密封的有效性。

相对所述动环2固定设置的永磁体、及与所述磁体对应相对所述静环1固定设置的磁感线圈15，所述磁感线圈15与所述电磁线圈6电连接，所述磁感线圈15的导线方向与所述永磁体的磁场方向垂直。

本实施例采用的是在所述输入轴12上设置所述转动永磁体14，所述耐压壳体13上设置所述磁感线圈15。

如此设置的有益效果在于：当所述输入轴12带动所述永磁体相对所述磁感线圈15转动时，所述磁感线圈15内会产生感应电流，该电流经过所述电磁线圈6使得所述电磁线圈6产生吸引所述磁动件4的磁场，所述输入轴12转速越大，产生的电流越大，磁场越大，从而对所述磁动件4的作用力越大，从而使得所述动环2相对所述静环1的预紧力越大，从而有利于在大转速下为设备提供更大的密封性能，满足设备大工况时的需要。

动环在机械高速运转下会动环或静环的端面会由于相对摩擦产生一定的磨损，这种磨损受端面之间的相对线速度的影响较大，两个端面的相对线速度越大，磨损越快，为了减小磨损，机械密封严格规定了线速度，但是当转轴的直径较大时，使得静环、动环的直径也较大，由此使得静环及动环相对转动的线速度过大，超过了允许的线速度的限定值，为此通过在所述动环与所述静环之间设置所述过渡环，将所述动环与所述静环间隔开，从而使得所述动环相对所述过渡环的线速度小于所述输入轴的转速，即小于所述动环相对所述静环的转速，而由于所述过渡环的转速小于所述动环的转速，所以所述过渡环相对所述静环的转速也小于所述动环相对所述静环的转速，即在不改变所述动环相对所述静环的转速下，使得所述动环及所述静环的端面相对速度均低于端面允许的限定线速度。

压缩机等流体机械存在一个外置于密封壳体的输入轴，外置驱动设备如电机等的输出轴通过联轴器向输入轴传递扭矩、驱动压缩机等流体机械轴系回转运动，机械密封用于实现轴系的输入轴与密封壳体之间相对运动位置的动密封。

以螺杆式压缩机为例：

机械密封动环固定在输出轴上，机械密封动环与输出轴之间O形圈密封，二者无相对运动，因此为静密封；机械密封静环固定在耐压壳体上，机械密封静环与机械密封座之间O形圈密封，二者无相对运动，因此为静密封；最终，输出轴与耐压壳体之间的相对运动出现在机械密封动环和机械密封静环的贴合面上，即机械密封动环和机械密封静环组成摩擦副，实现动密封功能。

设备运行时，在输出轴的驱动下，机械密封动环和机械密封静环组成摩擦副进行摩擦，产生大量热量，因此开设冷却油路，包括机械密封供油和机械密封回油，考虑到流量需求，机械密封供油为一个较高值，以保证足够的油流量，但当冷却油进入机械密封区域后，直至从机械密封回油处离开均为较低压强，以外置油站式为例，机械密封回油直接回到外部油箱，压强与当地大气压一致。

本文中所描述的具体实施例，仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例，做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了一些术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。说明书及附图中所示的装置及方法中的动作、步骤等执行顺序，只要没有特别明示顺序的限定，只要前面处理的输出并不用在后面的处理中，则可以任意顺序实现。为描述方便起见而使用的类似次序性的用语(例如，“首先”、“接着”、“其次”、“再次”、“然后”等)，并不意味着必须依照这样的顺序实施。

本领域的普通技术人员应理解，所有的定向参考(例如，上方、下方、向上、上、向下、下、顶部、底部、左、右、垂直、水平等)描述性地用于附图以有助于读者理解，且不表示(例如，对位置、方位或用途等)对由所附权利要求书限定的本发明的范围的限制，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

另外，一些模糊性的术语(例如，基本上、一定的、大体上等)可以是指条件、量、值或尺寸等的轻微不精确或轻微偏差，其中的一些在制造偏差或容限范围内。需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

Claims (10)

1.机械密封结构，包括静环、动环，其特征在于，还包括相对所述静环固定的磁力件及设置在所述动环上的磁动件，所述磁力件与所述磁动件通过磁场相互作用使得所述动环与所述静环相互靠近。

2.根据权利要求1所述的机械密封结构，其特征在于，所述磁力件为磁体，所述磁动件为铁磁性物体。

3.根据权利要求2所述的机械密封结构，其特征在于，所述磁力件为同轴的套在所述动环外的电磁线圈。

4.根据权利要求3所述的机械密封结构，其特征在于，所述磁动件为与所述动环同轴连接的环体，所述环体相对所述静环偏离所述电磁线圈的中心。

5.根据权利要求3所述的机械密封结构，其特征在于，还包括相对所述动环固定设置的永磁体、及与所述磁体对应相对所述静环固定设置的磁感线圈，所述磁感线圈与所述电磁线圈电连接，所述磁感线圈的导线方向与所述永磁体的磁场方向垂直。

6.根据权利要求3所述的机械密封结构，其特征在于，所述动环滑动的设置在伸缩腔内，所述伸缩腔与所述动环之间设置有预紧弹簧，所述预紧弹簧与所述动环之间设置有两个滑块，两个所述滑块与所述伸缩腔的腔壁形成封闭空间，所述封闭空间内充有磁流变液体。

7.根据权利要求1所述的机械密封结构，其特征在于，所述磁力件为电磁铁。

8.根据权利要求1所述的机械密封结构，其特征在于，所述磁力件与所述磁动件均为磁体。

9.根据权利要求8所述的机械密封结构，其特征在于，所述动环与所述静环之间设置有同轴的过渡环，所述过渡环的周向均布有数个闭合线圈，所述静环周向均布有数个所述磁力件，所述动环周向均布有数个所述磁动件。

10.压缩机，其特征在于，根据权利要求1至9任意一项所述的机械密封结构。