專利名稱：高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種組合式旋轉軸密封，更具體的說是一種采用多級密封結構組成的組合 式旋轉軸密封，屬于密封技術領域。
背景技術：
組合密封系統(tǒng)廣泛應用于流體機械等輸運動力設備之中，以滿足其不同運行工況的密 封和維護檢修的需要，目前應用較廣的傳統(tǒng)組合式密封主要有填料-機械密封、機械密封-充氣密封、副葉輪-滑閥密封、機械密封-離心式停車密封等幾種。
填料-機械密封組合式密封是由填料密封和旋轉組合密封配合使用的組合密封，其中填 料密封可作為機械密封的備用旋轉密封和停車狀態(tài)的應急密封，可實現(xiàn)對高壓的密封。但 其總體軸向長度較大，且在密封設備運轉狀態(tài)下摩擦阻力大，密封主軸或軸套磨損較大， 并需配套專門的冷卻潤滑系統(tǒng)，所需附屬設備較多；此外對于易磨損的機械密封摩擦副的 在線更換能力較差。
機械密封-充氣密封組合式密封是由機械密封和可充氣膨脹的氣囊組成，其中機械密封 作為旋轉機械運轉過程中的動密封，采用不同的機械密封型式可滿足具有不同壓力介質的 密封。充氣密封由外部氣壓源進行控制，當向氣囊內充入一定壓力的氣體時，氣囊充氣膨 脹并抱緊密封主軸，從而堵塞泄露通道而實現(xiàn)旋轉機械在靜止狀態(tài)下的停車密封。這種組 合密封結構簡單，氣囊的操縱控制方便，可滿足低壓條件下的停車密封和機械密封易損件 的維修更換操作，而在高壓下氣囊的密封性和可靠性較差。
副葉輪-液力解脫滑閥組合密封是由副葉輪動力密封和液力解脫滑閥密封組合而成的 一種密封形式，在靜止狀態(tài)下，滑閥在彈簧或彈性密封圈的彈力作用下與安裝于主軸上的 密封面接觸，形成端面密封，從而避免了停車狀態(tài)密封介質的泄露；而當流體機械開始運 轉時，流體機械出口處高壓流體引入滑閥液壓缸內，在液壓推力作用下滑閥克服彈簧推力 和彈性密封圈的摩擦阻力而產(chǎn)生移動，從而與密封端面脫開，防止了密封端面的摩擦損壞， 而副葉輪安裝于流體機械設備驅動葉輪的后端，在流體機械運轉時副葉輪隨著主軸一同旋 轉，將泄露液體反輸回流體機械內從而防止了介質的泄露。此種密封形式結構簡單，且充分利用流體機械本身產(chǎn)生的壓力源進行自動調節(jié)控制，不需外部輔助設備，但其可密封介 質壓力較低，在流體機械開車瞬間端面密封經(jīng)歷摩擦階段，此外在停車狀態(tài)不能保證很好 的密封性能。
機械密封-離心式停車密封是由機械密封和離心式停車密封構成的一種組合密封，與上 面幾種密封形式類似，機械密封同樣起到了旋轉設備穩(wěn)定運轉狀態(tài)下的壓力介質的密封， 具有密封壓力高，密封性能好的優(yōu)點；離心式停車密封受到彈簧推力的密封端面和與一密 封端面相連的離心子組成，在停車狀態(tài)下，密封端面在彈簧推力的作用下互相接觸起到了 密封作用，在設備運轉時離心子在離心力的作用下將推動密封端面克服彈簧推力而與另一 端面脫離，從而可避免較大的摩擦磨損。這種密封形式結構也較為簡單，不需外界人為的 干預，然而離心子的存在往往使得旋轉主軸的動力學穩(wěn)定性降低，因此在高速下不宜采用， 并且在停車狀態(tài)時的密封壓力也不高。
綜上所述，目前普遍應用的組合密封產(chǎn)品大多具有停車密封壓力低、密封可靠性差、 密封組件的檢修維護可操作性差，均不能滿足危險化學品介質的高壓可靠密封和密封組件 的在線帶壓拆裝更換。
鑒于危險化學品的密封要求，并考慮密封組件的在線帶壓拆裝更換的方便性，需在提 高停車密封的密封壓力、整體結構的密封性能、組合密封的可操縱性以及安裝工藝技術等 方面進行創(chuàng)新。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種結構緊湊、密封壓力高、密封性能好、可靠性佳 的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，使用該密封系統(tǒng)可以大幅度減小和避免危險流體的 泄露和重大事故的發(fā)生。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，包括可 控滑閥靜密封組件和旋轉機械密封組件；
可控滑閥靜密封組件包括滑閥壓蓋、滑閥和套裝于軸肩上的錐形軸套，錐形軸套位于 滑閥壓蓋內，部分位于法蘭內的滑閥與錐形軸套密封地滑動相連，法蘭和滑閥壓蓋密封地 固定相連，法蘭上設有2個分別用于控制滑閥左滑和右滑的壓力源通道I和壓力源通道II ;
旋轉機械密封組件包括與軸套固定相連的動環(huán)座以及密封端面緊密貼合的動環(huán)和靜 環(huán)，動環(huán)與動環(huán)座密封地固定相連；位于密封壓蓋內的彈簧座與密封壓蓋固定相連，機械 密封用彈簧的一端與彈簧座相連、另一端抵著靜環(huán)；靜環(huán)與密封壓蓋密封地滑動相連。作為本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)的改進組合密封系統(tǒng)還包括應急密 封組件；
應急密封組件包括安全密封閥座，安全密封閥座與軸套密封地固定相連，位于密封壓 蓋內的安全密封閥與密封壓蓋密封地滑動相連。
作為本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)的進一步改進應急密封組件還包括
設置在軸套上的應急調節(jié)螺母，擋環(huán)與安全密封閥固定相連，所述應急調節(jié)螺母和擋環(huán)相 接觸。
作為本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)的進一步改進滑閥與錐形軸套之間
以錐面配合的形式滑動相連，錐形軸套的錐面上設有主密封圈，滑閥通過上述主密封圈與
錐形軸套實現(xiàn)密封相連。
作為本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)的進一步改進:在法蘭內表面設置一
個凹槽，在滑閥設有凸臺，凸臺與凹槽密封地滑動相連；滑閥分別與法蘭和滑閥壓蓋密封 地滑動相連；位于凸臺右側的凹槽為空腔I ，空腔I與壓力源通道I相連通；位于凸臺左
側的凹槽為空腔n，空腔n與壓力源通道n相連通。
作為本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)的進一步改進錐形軸套上設有用于
控制滑闊右行程的限位臺階面。
作為本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)的進一步改進安全密封閥在與安全
密封閥座對應的端面上設有密封圈。
本發(fā)明是為了提高危險流體輸送設備的密封要求所特別設置的一種不同于傳統(tǒng)密封 元件的組合密封系統(tǒng)。本發(fā)明綜合考慮各種因素，從提高密封可靠性著手，采用多級密封 結構，并將密封配件安裝拆換便捷性納入設計目的中，采用模塊化設計、集成安裝，可有 效解決其密封問題，經(jīng)試驗證明，該結構密封性能良好，可靠性較高。
本發(fā)明的可控滑閥靜密封組件其是完全依靠外部的油液壓力實現(xiàn)對滑閥的開關控 制，而不是采用彈簧或流體設備自身產(chǎn)生的流體壓力進行控制；這種措施可以實現(xiàn)設備在 極高壓力下的靜態(tài)密封，并能保證設備在線狀態(tài)的旋轉機械密封和備用應急密封的更換維 修。
本發(fā)明的旋轉機械密封組件，采用集裝式多彈簧靜止式內流平衡型接觸式機械密封。 動環(huán)和輔助密封圈能在不拆除軸套和動環(huán)座的條件下方便快捷的拆裝更換，因此可有效提 高維修保養(yǎng)時間，縮短了與有害物質的接觸時間。本發(fā)明的應急密封組件，能在前兩級密封失效時，為防止重大泄露事故發(fā)生，可在停 車后迅速調節(jié)應急密封，使之強制密封。
綜上所述，本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，具有結構緊湊、密封壓力高、 密封性能好、可靠性佳的優(yōu)點，使用該密封系統(tǒng)可以大幅度減小和避免危險流體的泄露和 重大事故的發(fā)生。
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。 圖1是本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)的剖視結構示意圖。 圖l中緊固螺母l，安全密封彈簧座2，安全密封閥座3，應急密封用彈簧4，機械 密封用彈簧5， 0型密封圈6，靜環(huán)7，輔助密封圈8，動環(huán)座9，軸套IO，滑閥ll，錐形 軸套12，滑閥壓蓋13，主密封圈14，滑閥密封圈15，法蘭16，動環(huán)17，彈簧座18，密 封壓蓋19，密封圈20，密封圈21，安全密封閥22，擋環(huán)23，應急調節(jié)螺母24，空腔I 25，空腔1126，密封墊27，凸臺lll，限位臺階面121，密封圈151，密封圈152，壓力源 通道1161，壓力源通道I1162。
具體實施例方式
圖l給出了一種高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，其由從右至左依次排列的以下3部
分組成可控滑閥靜密封組件、旋轉機械密封組件和應急密封組件。
可控滑閥靜密封組件包括用于套裝在軸肩上的錐形軸套12，此錐形軸套12位于滑閥壓 蓋13內，錐形軸套12由一空心圓柱段和一空心圓錐段組成，此空心圓柱段的外表面與滑閥 壓蓋13的內表面形成一定的間隙，此間隙一般為0.5 lmm;在錐形軸套12的空心圓錐段的 外表面設有燕尾槽，在此燕尾槽內放置主密封圈14，主密封圈14可選用0型橡膠圈。
滑閥11的內表面與錐形軸套12的空心圓錐段的外表面形成錐面配合，且滑閥11能沿著 此錐面配合左右滑動。錐形軸套12上的空心圓柱段和空心圓錐段相連處的限位臺階面121 用于限制滑閥11右滑的程度，從而防止因錐面配合楔牢而使滑閥11與錐形軸套12無法脫開。
滑閥11和錐形軸套12之間依靠主密封圈14實現(xiàn)密封?；y壓蓋13的左端與法蘭16的右 端密封地固定相連。
在法蘭16右端的內表面挖設一個凹槽。滑閥11左端的外表面依靠密封圈152與法蘭16 的內表面密封地滑動相連,滑閥11右端的外表面依靠密封圈151與滑閥壓蓋13內表面密封地滑動相連。在滑閥ll的中間處設有一凸臺lll，此凸臺111位于上述法蘭16的凹槽內，且凸 臺111的外表面與凹槽的表面依靠滑閥密封圈15實現(xiàn)密封地滑動相連。
法蘭16內設有2個壓力源通道，分別是壓力源通道I161和壓力源通道ni62。凸臺lll 的右端面、滑閥11的表面以及滑閥壓蓋13的表面和法蘭16的表面形成空腔I25，此空腔I 25與壓力源通道I 161相連通；當壓力源通道I 161內注入液壓時，可推動滑閥ll向左移動。 同樣，凸臺lll的左端面、滑閥11的表面與法蘭16的表面形成空腔I126，此空腔II26與壓力 源通道II162相連；當壓力源通道II162內注入液壓時，可推動滑閥ll向右移動?；yll具 有較大的行程，可避免在轉動過程中主密封圈14的摩擦損壞。
旋轉機械密封組件包括端面相互吻合的動環(huán)17和靜環(huán)7，動環(huán)座9與軸套10密封地固定 相連；動環(huán)17套裝于動環(huán)座9內，且動環(huán)17與動環(huán)座9固定相連，動環(huán)17依靠輔助密封圈8 與動環(huán)座9之間實現(xiàn)密封相連。輔助密封圈8可選用0型密封圈。
軸套10的右端套裝于錐形軸套12內，且軸套10的外表面與錐形軸套12的內表面為間隙 配合。軸套10與錐形軸套12之間依靠密封墊27進行密封。
位于密封壓蓋19內的彈簧座18與密封壓蓋19固定相連。位于密封壓蓋19內的靜環(huán)7與 彈簧座18滑動相連，具體為在靜環(huán)7的內表面設有三個槽，在彈簧座18上設置與上述三 個槽相一一配對且能在槽中左右滑動的三個爪；這樣就能實現(xiàn)靜環(huán)7與彈簧座18的滑動相 連，還能起到防止靜環(huán)7旋轉的作用。靜環(huán)7通過0型密封圈6與密封壓蓋19實現(xiàn)密封地滑動 相連。機械密封用彈簧5的一端與彈簧座18固定相連、另一端抵著靜環(huán)7;從而確保動環(huán)17 和靜環(huán)7的端面能緊密貼合。因此，密封壓蓋19、彈簧座18、機械密封用彈簧5和靜環(huán)7是 被組裝在一起的，從而形成了一個組件，目的是便于對該組件進行拆裝與更換。
應急密封組件包括位于安全密封彈簧座2內的安全密封閥座3，安全密封閥座3的外表 面與安全密封彈簧座2的內表面形成一定的間隙，此間隙一般為0.5 lmm。安全密封閥座3 依靠緊固螺母1與軸套10固定相連，且安全密封閥座3與軸套10之間設置密封圈，因此安全 密封閥座3與軸套10之間密封地固定相連。
位于密封壓蓋19內的安全密封閥22能沿著密封壓蓋19左右滑動，且安全密封闊22依靠 密封圈20實現(xiàn)與密封壓蓋19之間的密封。在安全密封閥22上與安全密封閥座3相對應的那 個端面上設有密封圈21。應急密封用彈簧4的一端固定在安全密封彈簧座2上、另一端抵著 安全密封閥22。在正常的情況下，是無須使用到此套應急密封組件，因此，在應急密封用 彈簧4的推力作用下，安全密封閥22和安全密封閥座3相分離(即兩者的端面不相接觸)；
7這樣能避免密封圈21的磨損。
擋環(huán)23通過螺栓與安全密封閥22固定連接。在軸套10上設有應急調節(jié)螺母24,應 急調節(jié)螺母24與擋環(huán)23相接觸。 一旦前兩級密封失效、需要用到此套應急密封組件時， 可通過調節(jié)應急調節(jié)螺母24，從而帶動擋環(huán)23以致間接帶動安全密封閥22左移，最終使 安全密封閥22與安全密封閥座3實現(xiàn)貼合，安全密封閥22與安全密封閥座3之間的密封 是依靠密封圈21來實現(xiàn)的。
安全密封彈簧座2、密封壓蓋19和法蘭16依靠螺栓依次固定相連。
本發(fā)明的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)實際工作時，軸套10套裝在軸的外部，錐 形軸套12套裝在軸肩上。法蘭16與動力設備的殼體相連。壓力源通道I 161和壓力源通道 II 162均通過二位四通閥與壓力源相接。其具體工作過程如下 1、可控滑閥靜密封
當動力設備處于靜止狀態(tài)時，系統(tǒng)密封功能由第一級的可控滑閥密封實現(xiàn)。通過切換 外部液壓源中的二位四通閥，使得位于左側的空腔1126通過壓力源通道11162與液壓站中 高壓液壓油相通，而位于右側的空腔I25通過壓力源通道I161與油箱相通。在高壓液壓 油的推動作用下，整個滑閥ll向右移動，空腔I25內的液壓油流回油箱，直至滑閥ll右端 接觸到錐形軸套12的限位臺階面121為止。此時，滑閥11與錐形軸套12的錐面配合形成一 微小間隙，此間隙處由主密封圈14予以密封，從而實現(xiàn)滑閥ll的靜密封。 2、旋轉機械密封
當設備處于運轉狀態(tài)時，調節(jié)液壓控制回路中的二位四通閥，使得空腔I25通過壓力 源通道I 161與液壓站中高壓液壓油相通，而空腔II26通過壓力源通道II162與油箱相通。 整個滑閥ll在液壓油推力作用下向左移動，直至設置在錐形軸套12內的主密封圈14不再與 滑閥ll相接觸， 一般根據(jù)密封壓力和滑閥ll的液壓面積比可確定控制油源的壓力。動環(huán)17、 動環(huán)座9、軸套10和錐形軸套12隨軸一起轉動，此時旋轉機械密封起主要密封作用；具體 如下
嵌套于動環(huán)座9中的動環(huán)17在轉動力矩作用下隨軸套10和軸一起轉動，動環(huán)17與動環(huán) 座9之間的密封由輔助密封圈8完成。在圓周方向上，靜環(huán)7在彈簧座18的限定作用下處于 靜止狀態(tài)(即靜環(huán)7不產(chǎn)生旋轉)；在軸向上，靜環(huán)7在機械密封用彈簧5的推動作用下與動 環(huán)17緊密貼合；靜環(huán)7與密封壓蓋19間由0型密封圈6實現(xiàn)密封；動環(huán)17與靜環(huán)7之間作相對摩擦運動實現(xiàn)端面間的動密封。 3、應急密封
而一旦前兩級密封失效，為防止重大泄露事故發(fā)生，可在停車后迅速調節(jié)應急密封使
之強制密封。具體如下當前兩級密封失效時可立即停車，并順時針旋轉應急調節(jié)螺母24，
使應急調節(jié)螺母24向左移動，并帶動擋環(huán)23向左移動，從而間接帶動安全密封閥22壓 縮應急密封用彈簧44并向左移動，直至安全密封閥22的左端與安全密封閥座3接觸為止， 此時設置于安全密封閥22上的密封圈21對上述接觸端面進行密封，從而實現(xiàn)了設備的應 急密封。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個具體實施例。顯然，本發(fā)明不 限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內容直接 導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，其特征是包括可控滑閥靜密封組件和旋轉機械密封組件；所述可控滑閥靜密封組件包括滑閥壓蓋(13)、滑閥(11)和套裝于軸肩上的錐形軸套(12)，錐形軸套(12)位于滑閥壓蓋(13)內，部分位于法蘭(16)內的滑閥(11)與錐形軸套(12)密封地滑動相連，所述法蘭(16)和滑閥壓蓋(13)密封地固定相連，法蘭(16)上設有2個分別用于控制滑閥(11)左滑和右滑的壓力源通道I(161)和壓力源通道II(162)；所述旋轉機械密封組件包括與軸套(10)固定相連的動環(huán)座(9)以及密封端面緊密貼合的動環(huán)(17)和靜環(huán)(7)，動環(huán)(17)與動環(huán)座(9)密封地固定相連；位于密封壓蓋(19)內的彈簧座(18)與密封壓蓋(19)固定相連，機械密封用彈簧(5)的一端與彈簧座(18)相連、另一端抵著靜環(huán)(7)；所述靜環(huán)(7)與密封壓蓋(19)密封地滑動相連。
2、 根據(jù)權利要求l所述的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，其特征是所述組合密封 系統(tǒng)還包括應急密封組件；所述應急密封組件包括安全密封閥座(3)，安全密封閥座(3)與軸套(10)密封地固 定相連，位于密封壓蓋(19)內的安全密封閥(22)與密封壓蓋(19)密封地滑動相連。
3、 根據(jù)權利要求2所述的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，其特征是所述應急密封 組件還包括設置在軸套(10)上的應急調節(jié)螺母(24)，擋環(huán)(23)與安全密封閥(22)固定 相連，所述應急調節(jié)螺母(24)和擋環(huán)(23)相接觸。
4、 根據(jù)權利要求3所述的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，其特征是滑閥(11)與 錐形軸套(12)之間以錐面配合的形式滑動相連，所述錐形軸套(12)的錐面上設有主密封 圈(14)，滑閥(11)通過上述主密封圈(14)與錐形軸套(12)實現(xiàn)密封相連。
5、 根據(jù)權利要求4所述的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，其特征是在法蘭(16) 內表面設置一個凹槽，在滑閥(11)設有凸臺(111)，所述凸臺(111)與凹槽密封地滑動相 連；所述滑閥(11)分別與法蘭(16)和滑閥壓蓋(13)密封地滑動相連；位于凸臺(111) 右側的凹槽為空腔I (25)，所述空腔I (25)與壓力源通道I (161)相連通；位于凸臺(lll) 左側的凹槽為空腔II (26)，所述空腔II (26)與壓力源通道II (162)相連通。
6、 根據(jù)權利要求5所述的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，其特征是所述錐形軸套 (12)上設有用于控制滑閥(11)右行程的限位臺階面(121)。
7、 根據(jù)權利要求6所述的高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，其特征是所述安全密封 閥(22)在與安全密封閥座(3)對應的端面上設有密封圈(21)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓可控滑閥式機械組合密封系統(tǒng)，包括可控滑閥靜密封組件和旋轉機械密封組件；可控滑閥靜密封組件包括滑閥壓蓋(13)、滑閥(11)和套裝于軸肩上的錐形軸套(12)，錐形軸套(12)位于滑閥壓蓋(13)內，部分位于法蘭(16)內的滑閥(11)與錐形軸套(12)密封地滑動相連，法蘭(16)上設有2個分別用于控制滑閥(11)左滑和右滑的壓力源通道I(161)和壓力源通道II(162)；旋轉機械密封組件包括與軸套(10)固定相連的動環(huán)座(9)以及密封端面緊密貼合的動環(huán)(17)和靜環(huán)(7)等。使用本發(fā)明的密封系統(tǒng)，可以大幅度減小和避免危險流體的泄露和重大事故的發(fā)生。
文檔編號F16J15/16GK101463903SQ20091009539
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權日2009年1月12日
發(fā)明者吳大轉, 孟祥鎧, 戴維平, 磊 焦, 王樂勤, 鄭水英 申請人:浙江大學