CN208204012U - 一种液体增强型非接触式机械密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液体增强型非接触式机械密封结构，涉及机械密封领域，包括套接且固定在旋转轴上的轴套、设置在轴套外的腔体以及套接在轴套上的压盖，腔体位于轴套与压盖之间，轴套上沿着轴套轴向方向滑动设置有动密封环，压盖上设置有与动密封环密封配合的静密封环，轴套上设置有第一弹性件，动密封环朝向静密封环的端面上或静密封环朝向动密封环的端面上开设有环槽，腔体包括低压腔以及高压腔，压盖上开设有用于向低压腔通入清洁低压液体的进口和流出的出口，轴套上设置有二次密封结构。旋转轴转动将清洁低压液体压入环槽使得动密封环与静密封环隔开,实现了密封端面全液膜润滑和接触运行，减小热量的产生，从而大大增加了密封的使用寿命。

Description

一种液体增强型非接触式机械密封结构

技术领域

本实用新型涉及机械密封领域，尤其涉及一种液体增强型非接触式机械密封结构。

背景技术

机械密封是一种流体旋转机械的轴封装置,又称端面密封。传统的接触式机械密封是在补偿机构弹性力的作用下,使其充分贴合,以阻止密封介质从密封端面间泄漏。其动/静环组成的摩擦副一般处于边界摩擦或混合摩擦状态,在高参数工况(高温、高压、高速等)条件下,摩擦因数较大,功耗高,磨损严重,寿命短,使用和维护成本较高。随着航空航天、核电、天然气输送和石油化工等工业的迅速发展,对机械密封提出了更高的要求,从而推动了密封技术的进步。

但是，现有的机械密封利用介质流体作为端面润滑，其泄漏都是由高压侧漏向低压侧。它需要清洁的密封介质以及适宜的冷却方式以保证密封的长寿命。然而，这种密封在应对高粘度、含有大量泥沙等工况时就遇到了问题，大量颗粒杂质进入密封端面，造成端面严重磨损，而高粘度流体无法在端面形成有效的润滑和散热，造成密封寿命严重不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种液体增强型非接触式机械密封结构，具有使得密封端面的使用寿命增加的优点。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种液体增强型非接触式机械密封结构，包括套接且固定在旋转轴上的轴套、设置在轴套外用于在旋转时与轴套产生相对转动的腔体以及套接在轴套上与腔体保持相对静止的压盖，所述腔体位于轴套与压盖之间，所述轴套上沿着轴套轴向方向滑动设置有动密封环，所述压盖上设置有与动密封环密封配合的静密封环，所述轴套上设置有使得动密封环始终具有向静密封环侧运动趋势的第一弹性件，所述动密封环朝向静密封环的端面或静密封环朝向动密封环的端面上开设有环槽，所述腔体包括动密封环与静密封环的外径侧与压盖之间形成的用于容纳清洁低压液体的低压腔以及动密封环与静密封环的内径侧与轴套之间形成的用于容纳高压液体的高压腔，所述压盖上开设有用于向低压腔通入清洁低压液体的进口和用于供低压腔中液体流出的出口，所述轴套上远离静密封环端在轴套与压盖之间设置有阻止高压液体流到压盖外的二次密封结构。

实施上述技术方案，旋转轴在旋转后，往进口处通入清洁低压液体，清洁低压液体此时通过进口进入到低压腔内。动密封环高速旋转把清洁低压液体吸入环槽内并使清洁低压液体由动密封环的外径侧向内径侧移动，由于液体的不可压缩特性，此时清洁低压液体在动密封环和静密封环之间产生一定的压力从而使得静密封环往靠近第一弹性件侧移动，第一弹性件这时被压缩，动密封环与静密封环脱离。利用低压流体通过环槽增压后进入高压腔，保证了动密封环和静密封环始终工作在清洁的流体中，避免高压腔中介质内的颗粒杂质或高粘度介质影响密封运行。由于动密封环与静密封环隔开实现了密封端面全液膜润滑和非接触运行，降低了运行功耗和减小了热量的产生，从而大大增加了密封的使用寿命。

进一步，所述第一弹性件包括设置在腔体内位于压盖上的弹簧座和设置在弹簧座上的第一弹簧，所述第一弹簧一端与弹簧座连接、另一端与动密封环连接。

实施上述技术方案，旋转轴不转动时，固定在弹簧座上的第一弹簧在弹性的作用下自然撑开，驱动动密封环向静密封环侧靠近，让动密封环与静密封环抵紧实现机械密封结构；而旋转轴转动后，清洁低压液体涌入环槽内，此时第一弹簧受到清洁低压液体涌入带来的压力从而压缩，实现动密封环与静密封环的分离。此时旋转轴带动动密封环转动能够实现非接触式密封，动密封环不会与静密封环的端面产生摩擦，因此便能够达到增加动密封环的使用寿命的效果。

进一步，所述动密封环与第一弹簧之间设置有用于阻止第一弹簧与动密封环直接接触的支撑环。

实施上述技术方案，支撑环的设置使得第一弹簧与动密封环之间的支撑面变大，让第一弹簧推动动密封环移动时能够更加稳定，且亦能在一定程度上防止两者产生相互转动，从而达到防转的效果。

进一步，所述二次密封结构包括设置在轴套上的动环和设置在压盖上用于与动环紧抵的静环，所述弹簧座与动环之间设置有用于使得动环始终具有向静环侧运动趋势的第二弹性件。

实施上述技术方案，由于第二弹性件的设置，使得静环始终与轴套上的动环抵紧并形成机械密封状态，这时清洁低压液体流入低压腔内后不易从静环与动环之间流到外界，达到让清洁低压液体能正常在低压腔内循环流动的效果；且如果动密封环与静密封环之间的密封效果失效后，动环与静环之间的密封能够二次阻止高压液体通过腔体流出外压盖。

进一步，所述第二弹性件包括设置在弹簧座上远离第一弹簧侧的第二弹簧，所述第二弹簧一端与弹簧座连接、另一端与动环连接。

实施上述技术方案，由于第二弹簧本身的弹性，在第二弹簧与动环连接后，第二弹簧会将动环抵紧在静环上，让动环与静环之间实现机械密封结构，从而达到密封的效果。

进一步，所述轴套上位于轴套与动密封环之间设置有阻止高压液体流入第一弹簧内的第一密封圈。

实施上述技术方案，第一密封圈的设置使得处在腔体内的清洁低压液体不易从腔体与内压盖之间的缝隙、内压盖与外压盖之间的缝隙流到外界，不仅达到密封的效果，而且也在一定程度上使得工况环境良好。

进一步，所述弹簧座上位于低压腔内的壁面上设置有泵效环。

实施上述技术方案，安装泵效环后，当旋转轴以一定的转速旋转，会将轴套一侧的清洁低压液体泵送到泵效环的另一侧。而泵效环安装在低压腔中，因此会把低压腔中位于泵效环一侧的清洁低压液体泵送到泵效环的另一侧，从而实现清洁低压液体从进口到出口的快速循环，让清洁低压液体清洁的效果更佳。

进一步，所述压盖上设置有支撑静密封环的静密封环座，所述静密封环座与静密封环之间设置有阻止高压液体进入低压腔内的第二密封圈。

实施上述技术方案，静密封环座的设置能够起到固定静密封环的作用，而设置后静密封环座与静密封环之间会存在一定缝隙，因此为了阻止高压液体从缝隙内进入低压腔中，在静密封环座与静密封环之间设置第二密封圈能够有效地阻止高压液体进入低压腔中，达到密封的效果。

进一步，所述动环与静环均位于低压腔中，所述动环上靠近静环侧且位于低压腔中的壁面上开设有凹槽。

实施上述技术方案，当清洁低压液体在低压腔中循环流动时，由于动环上设置有凹槽，清洁低压液体在循环流动时会迅速进入凹槽内然后再流出，这样会让动环与静环之间产生的热量更易被带走，达到让动环与静环之间摩擦产生的热量被及时清除的效果，在一定程度上增加了动环与静环的使用寿命。

进一步，所述环槽开设在动密封环的外径侧且与低压腔连通或设置在静密封环的外径侧且与低压腔连通，当环槽设置于动密封环的端面上时，所述环槽在动密封环的端面上且由径向外侧到径向内侧的走向与动密封环的旋转方向相同，所述环槽设置于静密封环的端面上由径向外侧到径向内侧的走向与动密封环的旋转方向相反。

实施上述技术方案，当环槽设置于动密封环的端面上时，旋转轴转动，环槽跟着一起转动，将进入槽内的低压清洁流体压缩至高压并向高压腔流动，从而使端面分开。其原理是利用液体的粘度大以及其不可压缩特性。由于环槽的开设方向与动密封环的转动方向相同，使得低压清洁液体压入环槽内的压力更大，达到让动密封环与静密封环更易被挤开的效果，从而使得密封的效果更佳；同理，环槽设置于静密封环的端面上时，其原理与上述原理一致，在此不过多赘述。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：利用低压流体通过环槽增压后进入高压腔，保证了动密封环和静密封环始终工作在清洁的流体中，避免高压腔中介质内的颗粒杂质或高粘度介质影响密封运行。由于动密封环与静密封环隔开实现了密封端面全液膜润滑和非接触运行，降低了运行功耗和减小了热量的产生，从而大大增加了密封的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例环槽的剖面示意图。

附图标记：1、旋转轴；2、轴套；21、动密封环；211、环槽；22、第一密封圈；3、腔体；31、低压腔；32、高压腔；4、压盖；41、静密封环；411、静密封环座；412、第二密封圈；42、进口；43、出口；5、第一弹性件；51、弹簧座；511、泵效环；52、第一弹簧；53、支撑环；6、二次密封结构；61、动环；611、凹槽；62、静环；63、第二弹簧。

具体实施方式

在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便于对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好地理解。

下面将结合附图，对本实用新型实施例的技术方案进行描述。

实施例一：

如图1、2所示，一种液体增强型非接触式机械密封结构，包括套接且固定在旋转轴1上的轴套2、设置在轴套2外的腔体3以及套接在轴套2上的压盖4，腔体3在旋转时与轴套2产生相对转动，压盖4与腔体3保持相对静止，且腔体3位于轴套2与压盖4之间；轴套2上沿着轴套2轴向方向滑动设置有动密封环21，压盖4上设置有与动密封环21密封配合的静密封环41，轴套2上设置有使得动密封环21始终具有向静密封环41侧运动趋势的第一弹性件5，动密封环21朝向静密封环41的端面上开设有环槽211；在本实施例中，环槽211开设在动密封环21的外径侧且与低压腔31连通，环槽211在动密封环21的端面上且由径向外侧到径向内侧的走向与动密封环21的旋转方向相同；腔体3包括用于容纳清洁低压液体的低压腔31以及用于容纳高压液体的高压腔32，动密封环21与静密封环41的外径侧与压盖4之间形成的空间即为低压腔31，动密封环21与静密封环41的内径侧与轴套2之间形成的空间即为高压腔32;在本实施例中，低压腔31内的清洁低压液体的压强是相对于高压腔32内的高压液体的压强较低，低压腔31内的清洁低压液体可以是常压，使得低压腔31内的清洁低压液体不易泄露。压盖4上开设有进口42和出口43，进口42用于向低压腔31通入清洁低压液体，开口用于供低压腔31中的清洁低压液体流出。

旋转轴1在旋转后，往进口42处通入清洁低压液体，清洁低压液体此时通过进口42进入到低压腔31内。动密封环21高速旋转把清洁低压液体吸入环槽211内并使清洁低压液体由动密封环21的外径侧向内径侧移动，由于液体的不可压缩特性，此时清洁低压液体在动密封环21和静密封环41之间产生一定的压力从而使得静密封环41往靠近第一弹性件5侧移动，第一弹性件5这时被压缩，动密封环21与静密封环41脱离。利用低压流体通过环槽211增压后进入高压腔32，保证了动密封环21和静密封环41始终工作在清洁的流体中，避免高压腔32中介质内的颗粒杂质或高粘度介质影响密封运行。由于动密封环21与静密封环41隔开实现了密封端面全液膜润滑和非接触运行，降低了运行功耗和减小了热量的产生，从而大大增加了密封的使用寿命。

如图1所示，第一弹性件5包括设置在腔体3内位于压盖4上的弹簧座51和设置在弹簧座51上的第一弹簧52，第一弹簧52一端与弹簧座51连接、另一端与动密封环21连接。动密封环21与第一弹簧52之间设置有支撑环53，支撑环53的设置使得第一弹簧52与动密封环21之间的支撑面变大，让第一弹簧52推动动密封环21移动时能够更加稳定，且亦能在一定程度上防止两者产生相互转动，从而达到防转的效果。

旋转轴1不转动时，固定在弹簧座51上的第一弹簧52在弹性的作用下自然撑开，驱动动密封环21向静密封环41侧靠近，让动密封环21与静密封环41抵紧实现机械密封结构；而旋转轴1转动后，清洁低压液体涌入环槽211内，此时第一弹簧52受到清洁低压液体涌入带来的压力从而压缩，实现动密封环21与静密封环41的分离。

如图1所示，轴套2上远离静密封环41端在轴套2与压盖4之间设置有二次密封结构6，二次密封结构6用于阻止高压液体流到压盖4的外部。二次密封结构6包括设置在轴套2上的动环61和设置在压盖4上用于与动环61紧抵的静环62，弹簧座51与动环61之间设置有第二弹性件，第二弹性件使得动环61始终具有向静环62侧运动的趋势；第二弹性件为设置在弹簧座51上远离第一弹簧52侧的第二弹簧63，第二弹簧63一端与弹簧座51连接、另一端与动环61连接。

由于第二弹簧63的设置，使得静环62始终与轴套2上的动环61抵紧并形成机械密封状态，这时清洁低压液体流入低压腔31内后不易从静环62与动环61之间流到外界，达到让清洁低压液体能正常在低压腔31内循环流动的效果；且如果动密封环21与静密封环41之间的密封效果失效后，动环61与静环62之间的密封能够再次阻止高压液体通过腔体3流出外压盖4。

如图1所示，动环61与静环62均位于低压腔31中，动环61上靠近静环62侧且位于低压腔31中的壁面上开设有凹槽611。当清洁低压液体在低压腔31中循环流动时，由于动环61上设置有凹槽611，清洁低压液体在循环流动时会迅速进入凹槽611内然后再流出，这样会让动环61与静环62之间产生的热量更易被带走，在一定程度上增加了动环61与静环62的使用寿命。

如图1所示，弹簧座51上位于低压腔31内的壁面上设置有泵效环511，安装泵效环511后，当旋转轴1以一定的转速旋转，会将轴套2一侧的清洁低压液体泵送到泵效环511的另一侧。而泵效环511安装在低压腔31中，因此会把低压腔31中位于泵效环511一侧的清洁低压液体泵送到泵效环511的另一侧，从而实现清洁低压液体从进口42到出口43的快速循环，让清洁低压液体清洁的效果更佳且带走热量时能更为迅速。

如图1所示，轴套2上位于轴套2与动密封环21之间设置有第一密封圈22，第一密封圈22能够有效阻止高压液体流入第一弹簧52内，让第一弹簧52不会受到高压液体的污染而提升其使用寿命。压盖4上设置有支撑静密封环41的静密封环座411，静密封环座411与静密封环41之间设置有第二密封圈412，第二密封圈412能够有效阻止高压液体进入低压腔31内，让密封的效果更好。

实施例二：

本实施例与实施例一的主要区别在于：如图1、2所示，环槽211设置在静密封环41的外径侧且与低压腔6连通，环槽211设置于静密封环41的端面上由径向外侧到径向内侧的走向与动密封环21的旋转方向相反。

具体工作过程：

启动旋转轴1带动轴套2转动后，在进口42处通入清洁低压液体，此时清洁低压液体在低压腔31内循环流动并进入环槽211内，将动密封环21与静密封环41分开并进入高压腔32内，保证了动密封环21和静密封环41始终工作在清洁的流体中，避免高压腔32中介质的颗粒杂质或高粘度介质影响密封运行，此时旋转轴1带动动密封环21在旋转，由于动密封环21与静密封环41隔开实现了密封端面全液膜润滑和非接触运行，降低了运行功耗和减小了热量的产生，从而大大增加了密封的使用寿命。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对实用新型的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型所要保护的范围。

尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本实用新型各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本实用新型的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本实用新型所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：包括套接且固定在旋转轴(1)上的轴套(2)、设置在轴套(2)外用于在旋转时与轴套(2)产生相对转动的腔体(3)以及套接在轴套(2)上与腔体(3)保持相对静止的压盖(4)，所述腔体(3)位于轴套(2)与压盖(4)之间，所述轴套(2)上沿着轴套(2)轴向方向滑动设置有动密封环(21)，所述压盖(4)上设置有与动密封环(21)密封配合的静密封环(41)，所述轴套(2)上设置有使得动密封环(21)始终具有向静密封环(41)侧运动趋势的第一弹性件(5)，所述动密封环(21)朝向静密封环(41)的端面或静密封环(41)朝向动密封环(21)的端面上开设有环槽(211)，所述腔体(3)包括动密封环(21)与静密封环(41)的外径侧与压盖(4)之间形成的用于容纳清洁低压液体的低压腔(31)以及动密封环(21)与静密封环(41)的内径侧与轴套(2)之间形成的用于容纳高压液体的高压腔(32)，所述压盖(4)上开设有用于向低压腔(31)通入清洁低压液体的进口(42)和用于供低压腔(31)中液体流出的出口(43)，所述轴套(2)上远离静密封环(41)端在轴套(2)与压盖(4)之间设置有阻止高压液体流到压盖(4)外的二次密封结构(6)。

2.根据权利要求1所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述第一弹性件(5)包括设置在腔体(3)内位于压盖(4)上的弹簧座(51)和设置在弹簧座(51)上的第一弹簧(52)，所述第一弹簧(52)一端与弹簧座(51)连接、另一端与动密封环(21)连接。

3.根据权利要求2所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述动密封环(21)与第一弹簧(52)之间设置有用于阻止第一弹簧(52)与动密封环(21)直接接触的支撑环(53)。

4.根据权利要求2所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述二次密封结构(6)包括设置在轴套(2)上的动环(61)和设置在压盖(4)上用于与动环(61)紧抵的静环(62)，所述弹簧座(51)与动环(61)之间设置有用于使得动环(61)始终具有向静环(62)侧运动趋势的第二弹性件。

5.根据权利要求4所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述第二弹性件包括设置在弹簧座(51)上远离第一弹簧(52)侧的第二弹簧(63)，所述第二弹簧(63)一端与弹簧座(51)连接、另一端与动环(61)连接。

6.根据权利要求2所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述轴套(2)上位于轴套(2)与动密封环(21)之间设置有阻止高压液体流入第一弹簧(52)内的第一密封圈(22)。

7.根据权利要求2所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述弹簧座(51)上位于低压腔(31)内的壁面上设置有泵效环(511)。

8.根据权利要求1所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述压盖(4)上设置有支撑静密封环(41)的静密封环座(411)，所述静密封环座(411)与静密封环(41)之间设置有阻止高压液体进入低压腔(31)内的第二密封圈(412)。

9.根据权利要求4所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述动环(61)与静环(62)均位于低压腔(31)中，所述动环(61)上靠近静环(62)侧且位于低压腔(31)中的壁面上开设有凹槽(611)。

10.根据权利要求1所述的一种液体增强型非接触式机械密封结构，其特征在于：所述环槽(211)开设在动密封环(21)的外径侧且与低压腔(31)连通或设置在静密封环(41)的外径侧且与低压腔(31)连通，当环槽(211)设置于动密封环(21)的端面上时，所述环槽(211)在动密封环(21)的端面上且由径向外侧到径向内侧的走向与动密封环(21)的旋转方向相同，当环槽(211)设置于静密封环(41)的端面上时，所述环槽(211)设置于静密封环(41)的端面上由径向外侧到径向内侧的走向与动密封环(21)的旋转方向相反。