CN216143176U - 高转速膨胀机用集装式机械密封 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高转速膨胀机用集装式机械密封，包括轴套，轴套一端的外部套装有动环，轴套另一端的外部套装有法兰盖，法兰盖近动环的一端配装有沿轴向可滑动的静环组件，静环组件远离法兰盖的一端与动环的一端可相对转动的抵接，以形成密封磨面，且静环组件远离动环的端部与法兰盖之间设有弹性补偿件；法兰盖远离静环组件的一端可拆卸的连接有多个限位块，轴套的外侧壁上设有限位凹槽，多个限位块的一端配装在限位凹槽内，实现轴套、动环、静环组件以及法兰盖集装为一体式结构。本实用新型提供的一种高转速膨胀机用集装式机械密封，采用整体式预安装结构，方便现场拆装,补偿性能稳定。

Description

高转速膨胀机用集装式机械密封

技术领域

本实用新型涉及机械密封技术领域，具体地是一种高转速膨胀机用集装式机械密封。

背景技术

螺杆膨胀机是依靠气体体积膨胀，驱动螺杆转子旋转，将热能转换为机械能的一种热机。是21世纪获得长足发展的一种新兴动力机械，可广泛应用于工业余热回收、地热发电、生物质发电等领域，可直接驱动发电机，也可直接拖动泵、风机等机械设备。传统的螺杆膨胀机的轴封形式，通常采用填料密封、碳环密封和机械密封。

随着对环境的重视和机械密封技术的进步，机械密封正在逐渐取代其他两种轴封。目前主流的机械密封往往在200mm轴径以下，转速在1500rpm以下的领域，对于200mm轴径以上的螺杆膨胀机，同时转速达到3000rpm的工况下，由于轴径大，转速高，线速度大，密封端面材料等限制，往往达不到设计使用寿命。

传统的螺杆膨胀机的轴封形式，通常采用填料密封、碳环密封和机械密封。随着对环境的重视和机械密封技术的进步，机械密封正在逐渐取代其他两种轴封。

填料密封，存在泄漏率高，消耗轴功率大，在螺杆膨胀机领域，已经逐渐被弃用。

碳环密封：存在着成本高，能耗高，需要配套辅助装置，使用不方便，易泄漏，极度依赖辅助装置，辅助装置的稳定性、可靠性直接决定密封性能。

机械密封：是最优的轴封装置解决方案，但目前机械密封往往在200mm以下小轴径，以及转速在1500rpm以下工况应用比较广，在200mm轴径以上,3000rpm的螺杆膨胀机上面，由于轴径大，线速度大，密封端面材料等限制，往往达不到设计使用寿命。

另外的，现有的应用于螺杆膨胀机上的机械密封多为分体式结构，即，需要现场组装各个零部件，安装麻烦，容易造成零部件缺失，导致机械密封性能失效。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中的至少一个缺陷，为此提供了一种高转速膨胀机用集装式机械密封，采用整体式预安装结构，方便现场拆装。

本实用新型所采取的技术方案是：提供一种高转速膨胀机用集装式机械密封，包括用于套设在转轴外部的轴套，所述轴套一端的外部套装有动环，所述轴套另一端的外部套装有法兰盖，且所述法兰盖近动环的一端配装有沿轴向可滑动的静环组件，所述静环组件远离法兰盖的一端与动环的一端可相对转动的抵接，以形成密封磨面，且所述静环组件远离动环的端部与法兰盖之间设有弹性补偿件；所述法兰盖远离静环组件的一端可拆卸的连接有多个沿周向设置的限位块，所述轴套的外侧壁上设有沿周向延伸的限位凹槽，多个所述限位块的一端配装在所述限位凹槽内，实现所述轴套、动环、静环组件以及法兰盖集装为一体式结构。

本实用新型的机械密封与现有技术相比具有以下优点：

1、机械密封结构采用集装式设计，即在机械密封安装至安装腔之前即实现整套密封装置的各个零部件的整体式预装，当密封装置安装到高转速膨胀机的安装腔时只需将集装式结构的密封整体安装到设计位置，并将密封装置驱动连接至转轴上即可，安装操作简单，对安装技术要求很低，提高工人装配机封的工作效率；同时最大程度的避免了因安装问题造成的密封损坏或失效；从另外一个角度也是降低了密封维护成本、节省维修时间。

2、采用静环补偿的结构，保证在高转速下，弹性补偿件也不受轴的窜动振动影响，能够及时补偿到位，保证机械密封的密封性能稳定。

作为改进的，所述轴套近动环一端的内侧壁设有密封圈；所述轴套另一端的侧壁上沿周向均匀的配装有多个径向延伸的紧定螺钉，且所述轴套近所述紧定螺钉一端的内壁上设有键槽，用于实现与转轴上预装的传动键配合。轴套与转轴的转动连接采用紧定螺钉和键连接结构配合作用，在大轴径和高转速的工况下，不使轴套打滑，从而保证密封面的性能稳定。

优选的，所述的静环组件包括静环和静环座，所述静环座的一端设有第一安装槽，所述静环远离动环的一端配装在第一安装槽内；且所述静环的外侧壁与第一安装槽内侧壁之间以及静环与第一安装槽的底部之间均设有O型密封圈，以使得所述静环的外壁与第一安装槽内壁之间实现柔性接触。上述结构中，采用O型圈支撑，该O型圈起到密封的同时，更主要起到支撑作用，避免动静环和钢件的硬接触，避免端面的变形。

再改进的，所述法兰盖近静环组件的一端设有第二安装槽，所述静环组件沿轴向可滑动的配装在第二安装槽内，且所述静环组件的外侧壁与第二安装槽的外圈侧壁之间设有供冲洗液进入的空间；所述弹性补偿件设在第二安装槽底部与静环组件的端面之间。

优选的，所述弹性补偿件包括多个弹簧，所述静环座远离静环的一端沿周向设有多个弹簧孔；多个所述弹簧的一端配装在弹簧孔内，另一端顶靠在第二安装槽的底部。上述结构中，采用多个周向分布的弹簧作为弹性补偿件，补偿性能均匀、稳定；并且设置了弹簧孔，保证弹簧弹性变形的稳定性，不易发生倾斜。

再改进的，所述法兰盖近限位块一端的内壁上设有周向延伸的集液槽，所述法兰盖上设有与所述集液槽连通的收集通道。上述结构中，在压盖上的集液槽以及收集通道的配合，能搜集密封泄漏的介质，同时避免了泄漏介质的飞溅，引起环境污染和人身伤害。

所述轴套远离法兰盖的一端设有开口朝着法兰一侧盖延伸的第三安装槽，所述动环配装在第三安装槽内；所述动环的外侧壁与第三安装槽侧壁之间以及动环远离静环组件一端与第三安装槽底部之间均设有密封圈，以使得所述动环的外壁与第三安装槽内壁之间实现柔性接触。

再改进的，所述轴套近密封磨面一端的外部还套装有支撑环，所述支撑环的一端与法兰盖的端面轴向连接，所述支撑环的另一端与膨胀机密封安装腔的内壁顶靠；所述支撑环侧壁上还设有冲洗孔，且所述冲洗孔的位置与密封磨面位置相对应。上述结构增加了机械密封的冲洗系统，实现密封面的快速、有效冲洗，及时带走摩擦热，提高使用寿命。

再改进的，所述动环、静环材质均为含游离石墨的碳化硅复合材料制成。采用含游离石墨的碳化硅复合材料作为动、静环的材质，在大大提高动静环材料PV值的同时，也增强了密封面的自润滑性能，延长了机封的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的高转速膨胀机用集装式机械密封的立体结构图。

图2是本实用新型的高转速膨胀机用集装式机械密封的另一角度立体结构图。

图3是本实用新型的高转速膨胀机用集装式机械密封的半剖结构图。

图4是本实用新型中高转速膨胀机用集装式机械密封安装在腔体内的半剖结构图。

图5是本实用新型中高转速膨胀机用集装式机械密封安装在腔体内的另一角度半剖结构图。

图6是图4中的X处放大结构图。

其中，100-转轴，200-安装腔；

1-轴套，1.1-限位凹槽，1.2-键槽，1.3-第三安装槽，2-动环，3-法兰盖，3.1-第二安装槽，3.2-集液槽，3.3-收集通道，4-静环，5-静环座，5.1-第一安装槽，5.2-弹簧孔， 6-弹簧，7-紧定螺钉，8-限位块，9-支撑环，9.1-冲洗孔，10-O型圈槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“外部”、“外侧壁”、“内侧壁”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。另外的，本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”只是为了方便描述，便于区分，并没有特指的含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“配装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-4所示，本实用新型提供的一种高转速膨胀机用集装式机械密封，包括用于套设在转轴100外部的轴套1，轴套1可随着转轴100作同步转动。在轴套1一端的外部套装有动环2，轴套1另一端的外部套装有法兰盖3，且法兰盖3近动环2的一端配装有沿轴向可滑动的静环组件，静环组件远离法兰盖3的一端与动环2的一端可相对转动的抵接，以形成密封磨面，且静环组件远离动环2的端部与法兰盖3之间设有弹性补偿件；法兰盖 3远离静环组件的一端可拆卸的连接有多个沿周向设置的限位块8，轴套1的外侧壁上设有沿周向延伸的限位凹槽1.1，多个限位块8的一端配装在限位凹槽1.1内，实现所述轴套1、动环2、静环组件以及法兰盖3集装为一体式结构。具体的安装过程为：先将动环2 安装在轴套1上形成动环组件，然后组装静环组件，接着将预装好的静环组件装入法兰盖 3，接着将预装好的动环组件沿轴向装入法兰盖3的内孔中，待轴向安装到位后，在法兰盖3端面上安装限位块8，并且将限位块8的一侧配装在轴套1侧壁上的限位凹槽1.1内，这样机封的工作高度就被限定在了设计的范围，同时该限位块8也将机封组成了一个集装式的机封结构。

上述结构中，轴套1远离法兰盖3的一端设有开口朝着法兰一侧盖延伸且横截面为U 型结构的第三安装槽1.3，并且该第三安装槽1.3为环形槽；动环2配装在第三安装槽1.3内；动环2的外侧壁与第三安装槽1.3侧壁之间以及动环2远离静环组件一端与第三安装槽1.3底部之间均设有O型密封圈，以使得动环2的外壁与第三安装槽1.3内壁之间实现柔性接触。同时，在第三安装槽1.3底部的O型圈槽10设计，采用类似燕尾槽的设计，具体结构如图6类似，使O型圈不易脱落，有效支撑密封面。再一方面的，为了保证静动环 2与轴套1的稳定配合，在第三安装槽1.3的底部设置有防转销(图中未示出)，相应的在动环2远离静环组件一端设有与防转销相配合的防转销孔。

具体的，如图3所示，轴套1近动环2一端的内侧壁设有密封圈；当轴套1配装在转轴100外部后，密封圈用于实现轴套1与转轴100之间的密封。另外的，在轴套1另一端的侧壁上沿周向均匀的配装有多个径向延伸的紧定螺钉7，并且轴套1近紧定螺钉7一端的内壁上设有键槽1.2，用于实现与转轴100上预装的传动键110配合，从而实现整个集装式机械密封在于转轴100传动配合时，首先通过预装在转轴100上的传动键110与轴套 1内壁上的键槽1.2配合；然后拧紧轴套1侧壁上的多个紧定螺钉7，促使每一个紧定螺钉7的端部紧定限位在转轴100的侧壁上，实现了双重限位驱动的结构，保证轴套1与转轴100的同步运转。

如图3所示，更加具体的，在法兰盖3近静环组件的一端设有横截面为U型的第二安装槽3.1，该第二安装槽3.1是一个环形槽结构，静环组件沿轴向可滑动的配装在第二安装槽3.1内，且静环组件的外侧壁与第二安装槽3.1的外圈侧壁之间设有供冲洗液进入的空间；弹性补偿件设在第二安装槽底部与静环组件的端面之间。

另外的，如图4、5所示，在轴套1近密封磨面一端的外部还套装有支撑环9，支撑环9的一端与法兰盖3的端面轴向连接，支撑环9的另一端与膨胀机密封安装腔200的内壁顶靠；支撑环9侧壁上还设有冲洗孔9.1，且冲洗孔9.1的位置与密封磨面位置相对应。这样设置后，冲洗孔9.1通入的冲洗液除了可以快速冲洗摩擦面，带走摩擦热，另外的，冲洗液还能经过静环组件的外侧壁与第二安装槽3.1的外侧壁之间的空间，实现对于静环组件的降温冷却，同时还能实现弹性补偿件的冲洗，保证其弹性补偿性能稳定。另外的，本实施例的机械密封结构中，密封腔中的冲洗液不是通过冲洗孔9.1循环出去，而是从安装腔200的侧壁上的出液孔200.1，直接进入至介质中，如图4所示。

具体的，上述结构中，静环组件包括静环4和静环座5，在静环座5的一端设有第一安装槽5.1，静环4远离动环2的一端配装在第一安装槽5.1内；且静环4的外侧壁与第一安装槽5.1内侧壁之间以及静环4与第一安装槽5.1的底部之间均设有O型密封圈，以使得静环4的外壁与第一安装槽5.1内壁之间实现柔性接触。同时，在第一安装槽5.1底部的O型圈槽10设计，采用类似燕尾槽的设计，如图6所示，使O型圈不易脱落，有效支撑密封面。再一方面的，为了保证静环4与静环座5的稳定配合，在第一安装槽5.1的底部设置有防转销(图中未示出)，相应的在静环4远离动环2的一端设有与防转销相配合的防转销孔。

更加具体的，弹性补偿件包括多个弹簧6，静环座5远离静环4的一端沿周向设有多个弹簧孔5.2；多个弹簧6的一端配装在弹簧孔5.2内，另一端顶靠在第二安装槽3.1的底部，保证密封磨面发生磨损后，在多个弹簧6的弹力补偿作用下，使得静环4始终具有朝着动环2端面轴向运动的趋势，从而保证密封磨面的密封性能稳定。

如图4所示，在法兰盖3近限位块8一端的内壁上设有周向延伸的集液槽3.2，法兰盖3上设有与所述集液槽3.2连通的收集通道3.3。

本实施例中，涉及到的动环2、静环4材质均为含游离石墨的碳化硅复合材料制成。在大大提高动静环材料PV值的同时，也增强了密封面的自润滑性能，延长了机封的使用寿命。

以上就本实用新型较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本实用新型权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高转速膨胀机用集装式机械密封，包括用于套设在转轴(100)外部的轴套(1)，其特征在于：所述轴套(1)一端的外部套装有动环(2)，所述轴套(1)另一端的外部套装有法兰盖(3)，且所述法兰盖(3)近动环(2)的一端配装有沿轴向可滑动的静环组件，所述静环组件远离法兰盖(3)的一端与动环(2)的一端可相对转动的抵接，以形成密封磨面，且所述静环组件远离动环(2)的端部与法兰盖(3)之间设有弹性补偿件；所述法兰盖(3)远离静环组件的一端可拆卸的连接有多个沿周向设置的限位块(8)，所述轴套(1)的外侧壁上设有沿周向延伸的限位凹槽(1.1)，多个所述限位块(8)的一端配装在所述限位凹槽(1.1)内，实现所述轴套(1)、动环(2)、静环组件以及法兰盖(3)集装为一体式结构。

2.根据权利要求1所述的高转速膨胀机用集装式机械密封，其特征在于：所述轴套(1)近动环(2)一端的内侧壁设有密封圈；所述轴套(1)另一端的侧壁上沿周向均匀的配装有多个径向延伸的紧定螺钉(7)，且所述轴套(1)近所述紧定螺钉(7)一端的内壁上设有键槽(1.2)，用于实现与转轴(100)上预装的传动键(110)配合。

3.根据权利要求1或2所述的高转速膨胀机用集装式机械密封，其特征在于：所述的静环组件包括静环(4)和静环座(5)，所述静环座(5)的一端设有第一安装槽(5.1)，所述静环(4)远离动环(2)的一端配装在第一安装槽(5.1)内；且所述静环(4)的外侧壁与第一安装槽(5.1)内侧壁之间以及静环(4)与第一安装槽(5.1)的底部之间均设有O型密封圈，以使得所述静环(4)的外壁与第一安装槽(5.1)内壁之间实现柔性接触。

4.根据权利要求3所述的高转速膨胀机用集装式机械密封，其特征在于：所述法兰盖(3)近静环组件的一端设有第二安装槽(3.1)，所述静环组件沿轴向可滑动的配装在第二安装槽(3.1)内，且所述静环组件的外侧壁与第二安装槽(3.1)的外圈侧壁之间设有供冲洗液进入的空间；所述弹性补偿件设在第二安装槽底部与静环组件的端面之间。

5.根据权利要求4所述的高转速膨胀机用集装式机械密封，其特征在于：所述弹性补偿件包括多个弹簧(6)，所述静环座(5)远离静环(4)的一端沿周向设有多个弹簧孔(5.2)；多个所述弹簧(6)的一端配装在弹簧孔(5.2)内，另一端顶靠在第二安装槽(3.1)的底部。

6.根据权利要求1所述的高转速膨胀机用集装式机械密封，其特征在于：所述法兰盖(3)近限位块(8)一端的内壁上设有周向延伸的集液槽(3.2)，所述法兰盖(3)上设有与所述集液槽(3.2)连通的收集通道(3.3)。

7.根据权利要求1所述的高转速膨胀机用集装式机械密封，其特征在于：所述轴套(1)远离法兰盖(3)的一端设有开口朝着法兰一侧盖延伸的第三安装槽(1.3)，所述动环(2)配装在第三安装槽(1.3)内；所述动环(2)的外侧壁与第三安装槽(1.3)侧壁之间以及动环(2)远离静环组件一端与第三安装槽(1.3)底部之间均设有O型密封圈，以使得所述动环(2)的外壁与第三安装槽(1.3)内壁之间实现柔性接触。

8.根据权利要求1所述的高转速膨胀机用集装式机械密封，其特征在于：所述轴套(1)近密封磨面一端的外部还套装有支撑环(9)，所述支撑环(9)的一端与法兰盖(3)的端面轴向连接，所述支撑环(9)的另一端与膨胀机密封安装腔(200)的内壁顶靠；所述支撑环(9)侧壁上还设有冲洗孔(9.1)，且所述冲洗孔(9.1)的位置与密封磨面位置相对应。

9.根据权利要求3所述的高转速膨胀机用集装式机械密封，其特征在于：所述动环(2)、静环(4)材质均为含游离石墨的碳化硅复合材料制成。

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