專利名稱：錐面機(jī)械密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的軸端密封，特別涉及一種錐面機(jī)械密封裝置，此錐面機(jī)械密封裝置可用于各種型式的壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、分離機(jī)、泵、反應(yīng)釜等旋轉(zhuǎn)類機(jī)器的軸端密封。
背景技術(shù)：
機(jī)械密封廣泛應(yīng)用于眾多的旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸端，因其工作狀況的復(fù)雜性，對機(jī)械密封的深入研究將是一個(gè)長期、艱巨而又必須不斷推進(jìn)的過程，特別是密封配對表面形狀及其性能的研究，一直是密封技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸端動(dòng)密封的研究和發(fā)展主要經(jīng)歷了兩個(gè)過程1.徑向密封早期的旋轉(zhuǎn)機(jī)械主軸密封，采用迷宮密封，迷宮密封泄漏量較大，且只能適應(yīng)壓力較低的場合，通常需要復(fù)雜的輔助系統(tǒng)來處理大量的密封泄漏氣。第二代旋轉(zhuǎn)機(jī)械主軸密封是油膜潤滑的浮環(huán)密封。在典型的浮環(huán)密封中，有兩組密封面，壓力較被密封介質(zhì)壓力稍高的油液被注入到密封系統(tǒng)中，阻止被密封介質(zhì)的泄漏，同時(shí)冷卻密封元件。直至今日，仍有少量浮環(huán)密封在旋轉(zhuǎn)機(jī)組上運(yùn)行。浮環(huán)密封存在阻封流體消耗量大，封油系統(tǒng)復(fù)雜，投資多，占地面積大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)。迷宮密封和浮環(huán)密封都屬于徑向密封，是對主軸和靜止密封面間的徑向空間進(jìn)行密封。因?yàn)橐ＷC足夠的間隙，以防止主軸和靜止密封面間發(fā)生接觸，從而限制了此類密封所能達(dá)到的技術(shù)水平和使用壽命。2.端面密封1950年，研究人員開發(fā)出了接觸式機(jī)械密封，并應(yīng)用于致冷行業(yè)，防止昂貴的冷卻液沿軸向泄漏。該接觸式機(jī)械密封屬于端面密封，跟徑向密封不同，其實(shí)際密封面是垂直于旋轉(zhuǎn)機(jī)械主軸的兩表面(平面)，這樣的結(jié)構(gòu)允許動(dòng)、靜密封件在工件過程中直接接觸，從而大幅度提高密封性能。早期的機(jī)械密封為接觸式機(jī)械密封，以濕式密封為主，隨后，在接觸式機(jī)械密封的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員研究開發(fā)出了非接觸式機(jī)械密封，特別是干運(yùn)轉(zhuǎn)式氣體端面密封(干氣密封)在以壓縮機(jī)為代表的旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸端密封中取得了非常成功的應(yīng)用。目前的機(jī)械密封屬于端面密封，其實(shí)際密封面是垂直于旋轉(zhuǎn)機(jī)械主軸的兩表面 (平面)，其特點(diǎn)是1)對密封面的磨損不敏感。接觸式密封表面磨損后，浮動(dòng)環(huán)在閉合力的作用下會(huì)對磨損量自動(dòng)補(bǔ)償，而非接觸式密封基本無表面磨損。2)對軸向竄動(dòng)具有良好的追隨性。以上兩點(diǎn)歸納起來，其實(shí)都展示了端面密封沿旋轉(zhuǎn)軸線方向抗移動(dòng)、磨損等因素的優(yōu)越性能。但對于密封安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)過程中兩密封環(huán)軸線的自動(dòng)定心性能，以及當(dāng)密封端面發(fā)生沿軸剖面的扭轉(zhuǎn)變形，或動(dòng)環(huán)所在的機(jī)組主軸發(fā)生彎曲變形，所導(dǎo)致的兩密封面間局部接觸壓力增大，摩擦磨損加劇，以及由此而產(chǎn)生的非接觸式密封端面流體膜壓力周向脈動(dòng)等問題的處理，目前的端面機(jī)械密封有待加強(qiáng)。而對于以上這些問題，錐面機(jī)械密封則具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。綜上所述，設(shè)計(jì)出一種錐面機(jī)械密封裝置，該錐面機(jī)械密封裝置具有自動(dòng)對中性， 更好的抗軸剖面扭轉(zhuǎn)變形和機(jī)組主軸彎曲變形的能力，從而進(jìn)一步拓寬機(jī)械密封的適用范圍，提升機(jī)組密封的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種錐面機(jī)械密封裝置，該錐面機(jī)械密封裝置的兩密封環(huán)具有自動(dòng)對中性，更好的抗軸剖面扭轉(zhuǎn)變形和機(jī)組主軸彎曲變形的能力。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種錐面機(jī)械密封裝置，由帶有錐面a的靜止環(huán)1、帶有錐面b的旋轉(zhuǎn)環(huán)2和其它相關(guān)零件組成，靜止環(huán)1的錐面a與旋轉(zhuǎn)環(huán)2上的錐面 b呈面對面安裝，形成密封面，該密封面可以是錐面a和錐面b直接接觸，也可以是錐面a和錐面b以一微小間隙分離。其特征是密封面呈錐面狀。本實(shí)用新型主要采用以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)所述錐面機(jī)械密封裝置的錐面a和錐面b既可以是圓錐面也可以是錐孔面，但當(dāng)錐面a為圓錐面(錐孔面)時(shí)，錐面b必須為錐孔面(圓錐面)。所述錐面機(jī)械密封裝置的錐孔面的錐度α工和圓錐面的錐度α 2滿足關(guān)系90° >
α 工彡 α 2 > 0° ο所述錐面機(jī)械密封裝置的錐面a和錐面b中，可在一個(gè)或同時(shí)在兩個(gè)錐面上設(shè)置流體動(dòng)壓槽，或兩個(gè)錐面都不設(shè)置流體動(dòng)壓槽。所述錐面機(jī)械密封裝置，其錐面上設(shè)置的流體動(dòng)壓槽可以是深槽也可以是淺槽， 其槽深范圍在0. 01微米 3毫米之間。所述錐面機(jī)械密封裝置，其密封的布置可以是只有一組密封面的單級(jí)密封，也可以是由兩組以上密封面組成的串聯(lián)式密封或雙端面密封。所述錐面機(jī)械密封裝置，在多級(jí)密封布置中，可以是錐面機(jī)械密封跟其它形式動(dòng)密封形成的組合密封。本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)1)密封端面為錐面；2)兩密封環(huán)具有自動(dòng)對中性；3)具有更好的抗軸剖面扭轉(zhuǎn)變形和機(jī)組主軸彎曲變形的能力。
圖1是本實(shí)用新型錐面機(jī)械密封裝置中兩密封面直接接觸的一種接觸式密封結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型錐面接觸式機(jī)械密封裝置中靜環(huán)上錐形密封面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型錐面接觸式機(jī)械密封裝置中動(dòng)環(huán)上錐形密封面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型錐面機(jī)械密封裝置中兩密封面以一個(gè)微小間隙分離的一種非接觸式密封結(jié)構(gòu)示意圖。[0031]圖5是本實(shí)用新型錐面機(jī)械密封裝置中，動(dòng)環(huán)上密封面刻有均勻分布的流體動(dòng)壓淺槽的一種非接觸式密封結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實(shí)用新型錐面非接觸式機(jī)械密封裝置中動(dòng)環(huán)錐形密封面上端面淺槽結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中符號(hào)含義如下Q1——錐孔面錐度。Q2——圓錐面錐度。R1——密封面淺槽內(nèi)徑。R2——密封面淺槽外徑。a——靜止環(huán)上錐面。b——旋轉(zhuǎn)環(huán)上錐面。c——密封面淺槽結(jié)構(gòu)。ω工一旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)角速度。h0——非接觸式錐面機(jī)械密封端面軸向間隙。H——上游(高壓側(cè))。L——下游(低壓側(cè))。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行分析。本實(shí)用新型具體實(shí)施種類繁多，在此根據(jù)該錐面機(jī)械密封接觸方式、密封面是否開設(shè)動(dòng)壓槽的不同舉例分析說明。實(shí)施例1 參閱圖1、圖2、圖3圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。該錐面機(jī)械密封裝置包括帶有錐面a 的靜止環(huán)1、帶有錐面b的旋轉(zhuǎn)環(huán)2、靜環(huán)座3、軸套4、“0”形圈5、公差環(huán)6、壓緊套7、推環(huán) 8、彈簧9、防轉(zhuǎn)銷10等。本實(shí)施例的特點(diǎn)是兩密封面(即錐面a和錐面b)直接接觸。根據(jù)圖1、圖2、圖3，靜止環(huán)1上的錐面a為錐孔面，其錐度為α ”旋轉(zhuǎn)環(huán)2上的錐面b為圓錐面，其錐度為α2，兩錐度關(guān)系為α20靜止環(huán)1與旋轉(zhuǎn)環(huán)2呈面對面同軸線安裝，形成錐形密封面，該密封面為錐孔面a和圓錐b直接接觸，屬接觸式機(jī)械密封裝置。密封環(huán)的外徑側(cè)為上游側(cè)H，內(nèi)徑側(cè)為下游側(cè)L，介質(zhì)泄漏的流動(dòng)方向?yàn)橛赏鈴絺?cè) (上游側(cè))向內(nèi)徑側(cè)(下游側(cè))泄漏，而錐形密封面的作用就是阻止介質(zhì)的泄漏流動(dòng)。實(shí)施例2:參閱圖4圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。該錐面機(jī)械密封裝置包括帶有錐面a 的靜止環(huán)1、帶有錐面b的旋轉(zhuǎn)環(huán)2、靜環(huán)座3、軸套4、“0”形圈5、公差環(huán)6、壓緊套7、推環(huán) 8、彈簧9、防轉(zhuǎn)銷10等。本實(shí)施例的特點(diǎn)是兩密封面(即錐面a和錐面b)以一微小間隙h0分離。根據(jù)圖4，靜止環(huán)1上的錐面a為錐孔面，其錐度為α 旋轉(zhuǎn)環(huán)2上的錐面b為圓錐面，其錐度為α2，兩錐度關(guān)系為αι > α20靜止環(huán)1與旋轉(zhuǎn)環(huán)2呈面對面同軸線安裝， 形成錐形密封面，并以一個(gè)微小間隙h分離，形成錐形非接觸式密封面，屬非接觸式機(jī)械密封裝置。[0054]密封環(huán)的外徑側(cè)為上游側(cè)H，內(nèi)徑側(cè)為下游側(cè)L，介質(zhì)泄漏的流動(dòng)方向?yàn)橛赏鈴絺?cè) (上游側(cè))向內(nèi)徑側(cè)(下游側(cè))泄漏，而錐形非接觸式密封面的作用就是阻止介質(zhì)的泄漏流動(dòng)。實(shí)施例3:參閱圖5、圖6圖5、圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。該錐面機(jī)械密封裝置包括帶有錐面a的靜止環(huán)1、帶有錐面b的旋轉(zhuǎn)環(huán)2、靜環(huán)座3、軸套4、“0”形圈5、公差環(huán)6、壓緊套7、 推環(huán)8、彈簧9、防轉(zhuǎn)銷10等。本實(shí)施例的特點(diǎn)是在動(dòng)環(huán)錐形密封面b上開設(shè)流體動(dòng)壓槽
Co根據(jù)圖5，靜止環(huán)1上的錐面a為錐孔面，其錐度為α 旋轉(zhuǎn)環(huán)2上的錐面b為圓錐面，其錐度為α2，兩錐度關(guān)系為αι > α20靜止環(huán)1與旋轉(zhuǎn)環(huán)2呈面對面同軸線安裝， 形成錐形密封面，兩密封面在淺槽c流體動(dòng)壓力的作用下，以一個(gè)微小間隙h分離，形成錐形非接觸式密封面，屬非接觸式機(jī)械密封裝置。密封環(huán)的外徑側(cè)為上游側(cè)H，內(nèi)徑側(cè)為下游側(cè)L，介質(zhì)泄漏的流動(dòng)方向?yàn)橛赏鈴絺?cè) (上游側(cè))向內(nèi)徑側(cè)(下游側(cè))泄漏，而錐形非接觸式密封面的作用就是阻止介質(zhì)的泄漏流動(dòng)。在以上實(shí)施例中，重點(diǎn)體現(xiàn)了錐面機(jī)械密封接觸方式、密封面是否開設(shè)動(dòng)壓槽。為了更清楚地描述核心問題，以上實(shí)施例中均只涉及單級(jí)密封結(jié)構(gòu)，而在實(shí)際使用過程中，密封總體布局根據(jù)需要可有多種型式如單端面密封、雙端面密封、串聯(lián)式密封(兩級(jí)以上)、 串聯(lián)帶中間迷宮(兩級(jí)以上)，還可跟浮環(huán)密封、碳環(huán)密封、迷宮密封等其它密封型式組成組合式密封。
權(quán)利要求1.一種錐面機(jī)械密封裝置，由帶有錐面a的靜止環(huán)⑴、帶有錐面b的旋轉(zhuǎn)環(huán)(2)和其它相關(guān)零件組成，靜止環(huán)(1)上的錐面a與旋轉(zhuǎn)環(huán)( 上的錐面b呈面對面安裝，形成密封面，該密封面可以是錐面a和錐面b直接接觸，也可以是錐面a和錐面b以一微小間隙分離， 其特征是密封面呈錐面狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐面機(jī)械密封裝置，其特征是錐面a和錐面b既可以是圓錐面也可以是錐孔面，但當(dāng)錐面a為圓錐面時(shí)，錐面b必須為錐孔面，當(dāng)錐面a為錐孔面時(shí)， 錐面b必須為圓錐面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錐面機(jī)械密封裝置，其特征是錐孔面的錐度Ci1和圓錐面的錐度α 2滿足關(guān)系90° > Q1 ^ α2>0°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐面機(jī)械密封裝置，其特征是錐面a和錐面b中，可在一個(gè)或同時(shí)在兩個(gè)錐面上設(shè)置流體動(dòng)壓槽，或兩個(gè)錐面都不設(shè)置流體動(dòng)壓槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的錐面機(jī)械密封裝置，其特征是錐面上設(shè)置的流體動(dòng)壓槽可以是深槽也可以是淺槽，其槽深范圍在0. 01微米 3毫米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐面機(jī)械密封裝置，其特征是密封的布置可以是只有一組密封面的單級(jí)密封，也可以是由兩組以上密封面組成的串聯(lián)式密封或雙端面密封。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種錐面機(jī)械密封裝置，其特征是機(jī)械密封靜止環(huán)1上有錐面a，旋轉(zhuǎn)環(huán)2上有錐面b，錐面a和錐面b配對形成密封面，該密封面可以是錐面a和錐面b直接接觸，也可以是錐面a和錐面b以一微小間隙分離。其優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)機(jī)械密封相比，錐面機(jī)械密封裝置的兩密封環(huán)具有更好的自動(dòng)對中性，更好的抗軸剖面扭轉(zhuǎn)變形和機(jī)組主軸彎曲變形的能力。本實(shí)用新型適用于各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封。
文檔編號(hào)F16J15/34GK202171002SQ201120047839
公開日2012年3月21日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者朱維兵, 王和順, 王強(qiáng), 董霖 申請人:西華大學(xué)