一種泵用機(jī)械密封裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于密封系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種泵用機(jī)械密封裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 泵用機(jī)械密封屬于精密、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的機(jī)械基礎(chǔ)元件之一，是泵類機(jī)械的關(guān)鍵 部件。其密封性能和使用壽命取決于許多因素，如選型、機(jī)器的精度、正確的安裝使用等。泵 用機(jī)械密封種類繁多，型號各異，其維修也是很難辯別和判斷的。
[0003] 傳統(tǒng)的泵用機(jī)械密封裝置，如授權(quán)公告號為CN2014696339U的發(fā)明公開了一種 泵用輕型集裝式機(jī)械密封裝置，包括直接套設(shè)在軸承上的密封軸套，密封軸套上設(shè)置有動(dòng) 環(huán)磨塊和靜環(huán)磨塊，動(dòng)環(huán)磨塊的前端與靜環(huán)磨塊的后端相接觸，動(dòng)環(huán)磨塊后端連接有動(dòng)環(huán) 波紋管，動(dòng)環(huán)波紋管外側(cè)設(shè)有動(dòng)環(huán)骨架，動(dòng)環(huán)骨架都斷設(shè)有彈簧壓緊裝置，所述靜環(huán)磨塊前 端設(shè)置有靜環(huán)橡膠骨架，所述靜環(huán)橡膠骨架設(shè)置在密封軸套上，這種機(jī)械密封裝置存在以 下一些問題，1、泵用機(jī)械密封由于其惡劣的工作環(huán)境以及機(jī)器自身的缺陷，其零部件損耗 較大、易損壞，而這種機(jī)械密封零部件較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，拆裝較麻煩，零部件的更換和維修 均不方便；2、由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械密封的各個(gè)零部件在生產(chǎn)和安裝時(shí)的精度要求較高，為了 減少不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生，需要使用更高精度的加工設(shè)備，導(dǎo)致加工成本增高；3、由于零部件 較多，其生產(chǎn)和制作成本大大增大，零部件的更換和維修也增加了其后續(xù)的成本，而且其生 產(chǎn)效率也較低。
[0004] 綜上所述，為了解決上述機(jī)械密封存在的技術(shù)問題，需要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、易拆 裝、加工精度要求較低、生產(chǎn)成本較低的泵用機(jī)械密封裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、易拆裝、加 工精度要求較低、生產(chǎn)成本較低的泵用機(jī)械密封裝置。
[0006] 本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種泵用機(jī)械密封裝置，包括轉(zhuǎn)軸，在 轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有靜環(huán)與動(dòng)環(huán)，動(dòng)環(huán)一端抵在靜環(huán)上，在轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有動(dòng)環(huán)座與傳動(dòng)圈，傳動(dòng) 圈與轉(zhuǎn)軸固連，動(dòng)環(huán)座前端與動(dòng)環(huán)相連，后端開設(shè)有第一環(huán)形凹坑，轉(zhuǎn)軸環(huán)繞其外表面設(shè)置 有彈簧且彈簧位于第一環(huán)形凹臺(tái)坑，彈簧一端抵在第一環(huán)形凹坑上，另一端抵在傳動(dòng)圈上， 在傳動(dòng)圈一側(cè)軸向設(shè)置有緊定板，緊定板抵在動(dòng)環(huán)座上，在緊定板上設(shè)置有緊定螺釘，緊定 螺釘貫穿緊定板與傳動(dòng)圈并抵在轉(zhuǎn)軸上。
[0007] 在上述一種泵用機(jī)械密封裝置中，動(dòng)環(huán)采用硬質(zhì)材料制成，靜環(huán)采用硬質(zhì)材料或 軟質(zhì)材料制成；硬質(zhì)材料為常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料，軟質(zhì)材料為碳石墨材料。
[0008] 由于泵多為輸送流體介質(zhì)，具有水平安裝、高轉(zhuǎn)速、高壓力、帶固體顆粒、腐蝕性強(qiáng) 等特點(diǎn)。所以泵用機(jī)械密封裝置主體材質(zhì)往往需要抵御固體顆粒的沖刷撞擊、高轉(zhuǎn)速帶來 的密封面高溫磨蝕、高壓力帶來的密封參數(shù)不穩(wěn)定、基體結(jié)構(gòu)件被腐蝕等不利因素的影響， 對機(jī)械密封密封裝置要求較高。而動(dòng)環(huán)和靜環(huán)是機(jī)械密封裝置中保證密封效果的兩個(gè)重要 部件，但是動(dòng)環(huán)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，與靜環(huán)接觸的端面容易被摩擦磨損成為機(jī)械密封裝置的 泄露點(diǎn)，影響密封效果，因此，就需要進(jìn)行更換，不僅影響工作效率還增加了維修養(yǎng)護(hù)成本。
[0009] 因此，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化制備動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的材料，降低動(dòng)環(huán)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與 靜環(huán)接觸的端面被磨損的程度，保證動(dòng)環(huán)與靜環(huán)間的密封效果，且延長動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的使用 壽命。本發(fā)明動(dòng)環(huán)采用硬質(zhì)材料制成，而軟質(zhì)材料的成本較低，所以靜環(huán)一般采用軟質(zhì)材料 制成。但當(dāng)泵輸送流體介質(zhì)含顆粒或極易汽化、結(jié)晶時(shí)，為了密封效果的可靠性，本發(fā)明靜 環(huán)進(jìn)一步優(yōu)選采用硬質(zhì)材質(zhì)制成。
[0010] 本發(fā)明硬質(zhì)材料優(yōu)選為常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料，因?yàn)樘蓟杼沾刹牧鲜悄壳盀?止發(fā)現(xiàn)的最好的摩擦副材料，組隊(duì)性好，不僅重量輕（僅為碳化鎢陶瓷的1/5)，常溫力學(xué)性 能、抗氧化性、耐腐蝕性和抗磨損較好，摩擦系數(shù)低，而且其高溫力學(xué)性能（強(qiáng)度、抗蠕變性 等）可一直維持到1600°C，是陶瓷材料中高溫強(qiáng)度最好的材料。
[0011] 本發(fā)明軟質(zhì)材料優(yōu)選為碳石墨材料，一方面，碳石墨材料是機(jī)械密封行業(yè)適用范 圍最廣的摩擦副材料，且與本發(fā)明常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料的組隊(duì)性較好。另一方面，碳 石墨材料的導(dǎo)熱性好（碳的導(dǎo)熱系數(shù)為20-40W/m?k，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)為4〇-128W/m?k)， 是非金屬中導(dǎo)熱最好的材料，僅次于銀、銅、鋁；線膨脹系數(shù)低（2-6Xl(T6/°C)，是金屬的 1/2-1/4 ;耐腐蝕性良好，在空氣中400°C以下穩(wěn)定，除強(qiáng)氧化性介質(zhì)（如王水、鉻酸、濃硫酸 及鹵族元素）外，可耐其它酸、堿、鹽及一切有機(jī)化合物的腐蝕；自潤滑性極好，碳石墨材料 與常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料組對時(shí)，石墨轉(zhuǎn)移到常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料表面，形成石墨 和石墨相對摩檫，且摩檫系數(shù)低，石墨和金屬摩檫系數(shù)為0. 04-0. 05,在全液潤滑條件下，摩 擦系數(shù)僅為〇. 008-0. 01。因此，與常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料的組對性能極好。
[0012] 在上述一種泵用機(jī)械密封裝置中，常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料主要由以下成分（以 重量份數(shù)計(jì)）組成：碳化硅粉末：1〇〇份，增強(qiáng)纖維：20-30份，燒結(jié)助劑：3-5份。
[0013] 由于現(xiàn)有技術(shù)中的碳化硅陶瓷在斷裂過程中除了產(chǎn)生新的斷裂表面吸收表面能 以外，沒有其它吸收能量的機(jī)制，因此，現(xiàn)有技術(shù)中的碳化硅陶瓷的斷裂韌性較低。為了改 變這一現(xiàn)狀，本發(fā)明在碳化硅陶瓷中添加了增強(qiáng)纖維進(jìn)行改性，使碳化硅陶瓷在斷裂過程 中通過纖維拔出、纖維橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)等增韌機(jī)制來消耗能量，使材料表現(xiàn)為非脆性斷裂， 改善碳化硅陶瓷的斷裂韌性，且還能通過增強(qiáng)纖維的高力學(xué)性能增強(qiáng)碳化硅陶瓷的強(qiáng)度等 力學(xué)性能。
[0014] 在上述一種泵用機(jī)械密封裝置中，增強(qiáng)纖維為碳纖維與玻璃纖維中的任一與碳化 硅纖維的組成的混合纖維，碳化硅纖維占混合纖維總質(zhì)量的50-60%。
[0015] 本發(fā)明使用的增強(qiáng)纖維中，碳化硅纖維的耐熱性和耐氧化性均優(yōu)于碳纖維，強(qiáng)度 達(dá)1960-4410MPa，且在最高使用溫度下強(qiáng)度保持率在80 %以上，模量為176. 4-294GPa，化 學(xué)穩(wěn)定性也好。而碳纖維和玻璃纖維比強(qiáng)度、比模量較高，是常用的增強(qiáng)纖維。因此，本發(fā) 明采用碳纖維與玻璃纖維中的任一與碳化硅纖維組成混合纖維對碳化硅陶瓷進(jìn)行改性，以 獲得較優(yōu)的力學(xué)性能。進(jìn)一步優(yōu)選，當(dāng)增強(qiáng)纖維采用碳纖維和碳化硅纖維按重量比為1:1. 5 混合時(shí)，獲得的碳化硅陶瓷的力學(xué)性能最優(yōu)。
[0016] 在上述一種泵用機(jī)械密封裝置中，燒結(jié)助劑為B、C中的一種或兩種。在本發(fā)明常 用燒結(jié)碳化硅陶瓷中添加少量燒結(jié)助劑，對碳化硅陶瓷的致密度有顯著的促進(jìn)作用。本發(fā) 明中，進(jìn)一步優(yōu)選添加B和C混合組成的燒結(jié)助劑，且進(jìn)一步優(yōu)選B占燒結(jié)助劑的8-15%， 在本發(fā)明優(yōu)選范圍內(nèi)，可以使碳化硅陶瓷的致密度高達(dá)98 %以上，強(qiáng)度提高5 %以上。
[0017] 在上述一種泵用機(jī)械密封裝置中，碳石墨材料為中硬度碳石墨材料。碳石墨材料 是以碳為主體，加入定量的石墨粘結(jié)煅燒而成。而根據(jù)加入石墨的多少，可分為軟、中、硬三 種碳石墨材料。在目前選材時(shí)普遍存在著一種傾向，即無論何種工況一律采用硬質(zhì)碳石墨， 認(rèn)為硬度越高越耐磨。然而，在有些工況下卻并非如此。當(dāng)組隊(duì)材料為陶瓷時(shí)，以選用中等 硬度的碳石墨材料為宜。若介質(zhì)中固體顆粒含量超過5wt%時(shí)，碳石墨材料則不宜作為單端 面密封的組隊(duì)材料，密封件會(huì)出現(xiàn)高磨損現(xiàn)象造成泄漏。
[0018] 由于石墨的氣孔率大，一般在18%-22%。因此，本發(fā)明碳石墨材料中的石墨在煅 燒前都經(jīng)過浸漬處理，以堵塞氣孔，提高密封性。且石墨經(jīng)本發(fā)明浸漬劑浸漬處理后，成為 不透氣制品，對導(dǎo)熱性無明顯影響，但強(qiáng)度、硬度有很大提高。本發(fā)明浸漬劑優(yōu)選為：環(huán)氧 樹脂、呋喃樹脂、酚醛樹脂、巴氏合金溶液、鋁合金溶液、銅合金溶液、銻合金溶液、銀合金溶 液、玻璃溶液中的一種。
[0019] 在上述一種泵用機(jī)械密封裝置中，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)采用常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料制備 時(shí)的制備工藝主要包括以下步驟：
[0020] S1、按上述碳化硅陶瓷材料的組成成分及其重量份數(shù)進(jìn)行配料并混合得到料漿；
[0021] S2、將上述料漿進(jìn)行噴霧干燥制成顆粒，然后將顆粒壓制成坯體，最后在惰性氣體 保護(hù)下在2000-2500°C下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)得到動(dòng)環(huán)或靜環(huán)。
[0022] 本發(fā)明采用常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷材料制備動(dòng)環(huán)和靜環(huán)時(shí)，配料時(shí)選取的碳化硅粉 末的粒徑為0. 1-1yrn，且進(jìn)行化學(xué)提純，去除硅和氧化硅。添加增強(qiáng)纖維之前，需要對增強(qiáng) 纖維進(jìn)行表面改性，因?yàn)樵鰪?qiáng)纖維與碳化硅粉末的相容性差，不經(jīng)過表面處理嚴(yán)重影響產(chǎn) 品的力學(xué)性能。而且，增強(qiáng)纖維不經(jīng)過表面處理，其活性比表面積小，表面能低，限制增強(qiáng)纖 維性能的發(fā)揮。本發(fā)明對增強(qiáng)纖維的表面改性處理優(yōu)選表面氧化處理，操作簡單。經(jīng)過表 面改性后提高了增強(qiáng)纖維的表面活性，改善了增強(qiáng)纖維與碳化硅粉末的結(jié)合能力，從而提 尚廣品的綜合性能。
[0023] 本發(fā)明步驟S2中噴霧干燥制成顆粒粒徑優(yōu)選80-100目。
[0024] 在上述一種泵用機(jī)械密封裝置中，動(dòng)環(huán)座包括與轉(zhuǎn)軸垂直的環(huán)形座板以及與轉(zhuǎn)軸 平行的固定套圈，在動(dòng)環(huán)上設(shè)置有第一環(huán)形凸臺(tái)，動(dòng)環(huán)抵在環(huán)形座板上，固定套圈與動(dòng)環(huán)外 表面貼緊且固定套圈抵在第一環(huán)形凸臺(tái)上。
[0025] 在上述一種泵用機(jī)械密封裝置中，在動(dòng)環(huán)與動(dòng)環(huán)座相鄰的一端開設(shè)有第二環(huán)形凹 坑，在第二環(huán)形凹坑與轉(zhuǎn)