[發明專利]耐高壓機械密封裝置

有效

• 申請號: 201310000620.0
• 申請日: 2013-01-04
• 公開（公告）號: CN103016742A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 張車寧;王和順;王澤平;劉小明;劉婷
• 申請（專利權）人: 四川日機密封件股份有限公司
• 主分類號: F16J15/18
• 分類號: F16J15/18;F16J15/54
• 代理公司: 成都立信專利事務所有限公司 51100
• 代理人: 濮家蔚

技術領域

本發明涉及一種旋轉設備軸向端面的機械密封裝置，特別是一種耐高壓的軸向端面機械密封裝置，可用于各種型式的壓縮機、膨脹機、分離機、泵、反應釜等旋轉類機器的軸向端面密封。

背景技術

一種典型的機械密封結構如圖1所示，包括軸向固定并可隨軸（20）旋轉的動環（1），以及經軸端密封面與動環（1）相對設置并可作軸向浮動的非旋轉的靜環（2），靜環（2）則經與其非密封軸向端相接觸設置的推環及彈性結構（6）浮動支承于推環座之間。其中的推環座為由內側筒狀周壁（18）和外側筒狀周壁（29）與徑向環平面結構形成的一“環槽”式結構；與靜環的端面直接接觸的基本呈單一徑向平面結構的推環（4），則以其內孔面間隙配合在推環座內側圓筒結構（18）的外周面上。作為密封核心構件的動環軸向固定，靜環軸向浮動，通過其軸向相對的密封端面直接接觸或小間隙分離實現介質的密封。實踐顯示，密封的穩定性與被密封介質的壓力密切相關。密封介質的壓力較低時，密封的結構設計、工藝精度、裝配要求、材料選取等都有較大的余地，并能很好地滿足被密封機組的現場條件，確保密封的穩定運行；但隨著被密封介質壓力的升高，密封的泄漏量、變形、端面摩擦磨損等一系列參數都在惡化。實際上，當介質壓力高于15MPa時，密封狀況會急劇惡化，目前從結構、工藝、裝配、材料等方面的一般處理措施已難以有效改善密封的性能。

經理論計算和試驗發現，靜環的端面變形是引起密封泄漏量增大、端面摩擦磨損加劇的主要原因之一，而與靜環相連的推環和推環座又關系到靜環的約束位置、受力狀況和浮動性，這些都會在一定程度上影響靜環的端面變形。由于在介質壓力較高的情況下，推環和推環座會出現變形量大，局部應力高，甚至出現塑性變形、局部裂紋等，導致密封失效。在介質壓力較高時其存在的問題主要表現在：

1）推環沿徑向的壓縮變形和垂直于周向的扭轉變形增大。其中徑向過大的壓縮變形可能影響推環的內孔面與推環座內側筒狀周壁的圓周外表面的配合，導致推環的浮動性變差；扭轉變形增大則可能使其與靜環接觸的端面改變靜環的約束位置；

2）推環座的變形大，局部應力集中。與徑向環平面連接的內、外側筒狀周壁均呈懸臂狀結構，在高壓介質壓力的作用下變形大，特別是關鍵的內側筒狀周壁結構會呈現近錐狀的變形，可顯著影響推環的浮動性和密封圈的密封性能；且徑向環平面與內、外側筒狀周壁連接的兩轉角部（16，17）還都存在非常顯著的應力集中，可能出現塑性變形或局部裂紋；

3）由于外側筒狀周壁結構的存在，使推環座中關鍵的內側筒狀周壁的外圓柱面不便于精加工，最終會影響推環的浮動性。

因此，合理設計推環和推環座是提升機械密封穩定性的一個重要關鍵。

發明內容

????鑒于此，本發明提供了一種采用改進結構的推環和推環座的機械密封裝置，特別是一種具有耐高壓特性的機械密封裝置。

本發明耐高壓機械密封裝置的基本結構，同樣包括有軸向固定并可隨軸旋轉的動環和經軸端密封面與動環相對設置并可作軸向浮動的非旋轉的靜環，靜環經與其非密封軸向端相接觸設置的推環及彈性結構與推環座浮動支承。其中，所說由彈性結構與推環座浮動支承的推環，為在與一軸向端相鄰的外周部設有徑向外展盤片的筒狀結構，與盤片相鄰的該筒狀結構外伸端面與靜環的軸向端面相接觸；推環座為帶有包括軸向中心孔在內的階梯孔的筒狀結構。推環的筒狀結構以其外圓柱面與推環座徑向環平面結構的中心孔內孔面間隙配合，并在其配合部位設有密封圈。

由于本發明上述密封裝置中的推環結構采用了一種在其一軸向端相鄰的外周部設有徑向外展盤片的筒狀結構，并且只以盤片所鄰該筒狀結構的外伸端面與靜環的非密封軸向端面相接觸，而盤片部分則軸向后退而只與靜環相鄰，因此即使盤片產生變形也不會顯著影響靜環的浮動性，并且也更便于對推環中用于與推環座配合的筒狀結構外圓柱面的精加工，有利于保障推環的浮動性。同時，與靜環軸向端面相接觸的該筒狀結構端面的減小，同樣也更有利于其加工并獲得足夠的表面形狀精度，保證和提高其接觸面的密封性能。由于本發明該推環與推環座間配合方式的改變，相應的推環座則相應改為了只有外側筒狀周壁的筒狀結構，而不再是如傳統結構那樣同時具有內、外側筒狀周壁的“環槽”式結構，從而有利于減小介質壓力對推環座的作用范圍，推環座的變形也減小為只會產生對推環浮動性無顯著影響的外側筒狀周壁結構的徑向膨脹變形，和/或帶軸向中心孔的徑向環平面結構的扭轉變形，并且只會在推環座中形成一個應力集中的位置，使推環座的局部應力集中顯著降低。