專利名稱：可控機(jī)械密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的軸端密封，特別涉及一種可控機(jī)械密封裝置及其輔助系 統(tǒng)，此可控機(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(duì)機(jī)械密封 的深入研究將是一個(gè)長(zhǎng)期、艱巨而又必須不斷推進(jìn)的過(guò)程。在眾多的機(jī)械密封性能參數(shù)中， 密封端面平衡間隙的數(shù)值大小及其穩(wěn)定性是決定機(jī)械密封能否正常運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵因素。 端面平衡間隙過(guò)小，密封面之間的接觸程度加劇，摩擦磨損情況惡化，會(huì)大幅降低機(jī)械密封 的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命；端面平衡間隙過(guò)大，泄漏量迅速增加，可能導(dǎo)致密封失效。從目 前的實(shí)用情況來(lái)看，端面平衡間隙的數(shù)值在3 5 μ m為一個(gè)較為理想的范圍，當(dāng)端面平衡 間隙在此范圍內(nèi)時(shí)，基本上可保證密封面工作在非接觸狀態(tài)下，同時(shí)又不會(huì)形成較大的泄 漏量，且端面流體膜具有較大的剛度。一直以來(lái)，機(jī)械密封端面平衡間隙的數(shù)值大小和端面流體膜剛度在很大程度上受 限于密封工作機(jī)組的工況，其中工作機(jī)組的轉(zhuǎn)速、被密封介質(zhì)的粘度和壓力是影響端面平 衡間隙的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，但這些指標(biāo)量都是由工作機(jī)組決定的，在密封設(shè)計(jì)時(shí)只能適應(yīng)它 們而無(wú)法改變它們。因此，目前在設(shè)計(jì)時(shí)主要通過(guò)改變密封本身的結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整端面平衡間 隙的數(shù)值大小并增大流體膜剛度。中國(guó)專利02146449. 9公開(kāi)了一種雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置，如圖1所 示。其特征是螺旋槽的上游即高壓側(cè)更寬、下游即低壓側(cè)更窄，且螺旋槽的深度從上游即 高壓側(cè)到下游即低壓側(cè)逐漸變淺，從而形成一種三維收斂形螺旋槽。該雙螺旋角三維螺旋 槽端面密封裝置可獲得更大的流體膜剛度。中國(guó)專利02132978. 8公開(kāi)了一種由角形微槽族組成的螺旋槽端面機(jī)械密封，如 圖2所示。該角形微槽走向與螺旋槽方向一致，該密封端面淺槽結(jié)構(gòu)顯得比較復(fù)雜，因該角 形微槽沿螺旋槽走向分布，且不存在明顯的收縮形狀，對(duì)端面流體膜剛度有一定的提升效^ ο中國(guó)專利2010101445 . 8公開(kāi)了一種中間環(huán)機(jī)械密封裝置，如圖3所示。該中間 環(huán)機(jī)械密封裝置在旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)之間放置有轉(zhuǎn)速可控的中間主動(dòng)旋轉(zhuǎn)環(huán)，由該中間旋轉(zhuǎn) 環(huán)分別跟動(dòng)、靜環(huán)端面形成密封面，其特點(diǎn)是通過(guò)調(diào)整中間旋轉(zhuǎn)環(huán)的轉(zhuǎn)速，可使密封面之間 的相對(duì)轉(zhuǎn)速達(dá)到一個(gè)合理的數(shù)值，從而獲得最佳的端面平衡間隙和較大的流體膜剛度。綜上所述，根據(jù)目前的問(wèn)題及相關(guān)的研究，在此設(shè)計(jì)出一種可控機(jī)械密封裝置，該 可控機(jī)械密封裝置具有端面平衡間隙的主動(dòng)調(diào)控能力，使密封在不同的轉(zhuǎn)速、不同的介質(zhì) 粘度和壓力及其它一些干擾因素的影響下，仍能獲得一個(gè)理想的端面平衡間隙值和較大的 流體膜剛度，從而進(jìn)一步提升機(jī)械密封的使用壽命，拓寬機(jī)械密封的適用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可控機(jī)械密封裝置，該可控機(jī)械密封裝置具有端面平衡 間隙的主動(dòng)調(diào)控能力。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種可控機(jī)械密封裝置，由旋轉(zhuǎn)環(huán)⑴、靜止環(huán)⑵、 梳齒環(huán)⑶和彈簧座⑷等構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)環(huán)⑴與靜止環(huán)⑵形成一個(gè)間隙為h的密封面，密 封介質(zhì)由A處注入密封腔，泄漏介質(zhì)由B和C處排出，A、B兩處介質(zhì)跟密封輔助系統(tǒng)相連， 密封輔助系統(tǒng)由差壓變送器PDTO1、流量計(jì)FTO1、調(diào)節(jié)閥PDCVO1、回收器CVO1和中央控制器 構(gòu)成，調(diào)節(jié)閥PDCVOl的輸入端和彈簧座⑷上開(kāi)設(shè)于(II)處的通孔連通，輸出端和流量計(jì) FTOl的輸入端連通，流量計(jì)FTOl的輸出端和回收器CVOl相連。工作時(shí)主要有兩種狀態(tài)一種是調(diào)節(jié)閥PDCVOl完全關(guān)閉。此時(shí)，介質(zhì)通過(guò)B處泄漏的通道完全封閉，整個(gè) 密封跟普通機(jī)械密封保持一致，靜止環(huán)( 與梳齒環(huán)C3)在(I)處形成的梳齒密封無(wú)介質(zhì) 定向流動(dòng)，不形成節(jié)流的效應(yīng)。一種是調(diào)節(jié)閥PDCVOl部分打開(kāi)。此時(shí)，介質(zhì)經(jīng)靜止環(huán)( 與梳齒環(huán)C3)在(I)處 形成的梳齒密封、彈簧座(4)上開(kāi)設(shè)于(II)處的通孔，由B處排出并跟調(diào)節(jié)閥PDCVOl的入 口相連，通過(guò)變化PDCVOl的開(kāi)度大小，可以改變密封介質(zhì)流經(jīng)(I)處梳齒密封后的壓力降， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)密封面平衡間隙的調(diào)控。具體過(guò)程為=PDCVOl的開(kāi)度增大(減小)，則密封介質(zhì) 流經(jīng)(I)處梳齒密封后的壓力降增大(減小)，于是靜止環(huán)O)的背部介質(zhì)壓力降低(上 升)，密封閉合力下降(上升)，開(kāi)啟力(閉合力)將推動(dòng)靜止環(huán)(4)軸向移動(dòng)，導(dǎo)致密封面 平衡間隙增大(減小)。本發(fā)明主要采用以下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)所述可控機(jī)械密封裝置的靜止環(huán)( 與梳齒環(huán)( 在(I)處形成泄漏量可調(diào)控的 梳齒密封，彈簧座(4)在(II)處開(kāi)設(shè)有通孔，且(I)處的梳齒密封、(II)處的通孔、調(diào)節(jié)閥 PDCVOl相互連通。所述可控機(jī)械密封裝置的A、B兩處介質(zhì)壓力差值信號(hào)由差壓變送器PDTOl檢測(cè)并 輸入中央控制器，經(jīng)B處排出的介質(zhì)流量信號(hào)由流量計(jì)FTOl檢測(cè)并輸入中央控制器，中央 控制器對(duì)調(diào)節(jié)閥PDCVOl輸出控制信號(hào)。所述可控機(jī)械密封裝置中旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)與靜止環(huán)( 形成的密封面間隙h可通過(guò)調(diào) 節(jié)閥PDCVOl進(jìn)行調(diào)控。所述可控機(jī)械密封裝置中(I)處梳齒密封的梳齒數(shù)量N滿足N > 1。所述可控機(jī)械密封裝置中(I)處梳齒密封徑向的單邊間隙值δ滿足δ彡0。所述可控機(jī)械密封裝置中(II)處通孔的形狀可為圓柱孔、方孔、長(zhǎng)圓孔、周向槽 以及它們可能的任一組合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1).密封面平衡間隙可調(diào)控；2).梳齒密封的泄漏量可調(diào)控；3).靜止環(huán)(浮動(dòng)環(huán))閉合力可調(diào)控。


圖1是中國(guó)專利02146449. 9公開(kāi)的一種雙螺旋角三維螺旋槽端面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是中國(guó)專利0213^78. 8公開(kāi)的一種由角形微槽族組成的螺旋槽端面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是中國(guó)專利2010101445 . 8公開(kāi)的一種中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖ζ1是本發(fā)明可控機(jī)械密封裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明可控機(jī)械密封裝置輔助控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明可控機(jī)械密封裝置(I)處梳齒數(shù)量N= 1的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖。Γ是本發(fā)明可控機(jī)械密封裝置(II)處通孔的形狀為長(zhǎng)方形時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖€^是本發(fā)明可控機(jī)械密封裝置(II)處通孔的形狀為長(zhǎng)圓形時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中符號(hào)含義如下——
Ri一端面流體動(dòng)壓槽內(nèi)半徑。
R2一端面流體動(dòng)壓槽外半徑。
h—一密封面平衡間隙。
a一端面有槽區(qū)。
b—一密封堰。
C一密封壩。
ω -——旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)角速度。
L—一方形孔長(zhǎng)度。
W—一方形孔寬度。
—長(zhǎng)圓形孔中心距。
R3一長(zhǎng)圓形孔半徑。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體實(shí)施種類繁多，在此根據(jù)該可控機(jī)械密封裝置梳齒環(huán)(3)的梳齒數(shù) 量、彈簧座(4)上開(kāi)設(shè)通孔形狀的不同舉例分析說(shuō)明。實(shí)施例1:參閱圖4圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。該可控機(jī)械密封裝置主要由旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)、靜 止環(huán)⑵、梳齒環(huán)(3)、彈簧座(4)、軸套(5)、彈簧(6)、推環(huán)(7)、“0”形圈(8)、壓緊套(9) 構(gòu)成，靜止環(huán)( 與梳齒環(huán)C3)在(I)處形成梳齒密封，彈簧座(4)的(II)處開(kāi)設(shè)通孔，密 封介質(zhì)由A處注入密封腔，一路經(jīng)(I)處的梳齒密封和(II)處的通孔由B處排出，另一路 經(jīng)旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)和靜止環(huán)( 之間的密封面由C處排出，A、B兩處介質(zhì)壓力差值信號(hào)由差壓 變送器PDTOl檢測(cè)并輸入中央控制器，經(jīng)B處排出的介質(zhì)流量由流量計(jì)FTOl檢測(cè)并輸入中 央控制器，中央控制器輸出信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)閥PDCVOl進(jìn)行控制。根據(jù)圖4，靜止環(huán)⑵與梳齒環(huán)(3)在⑴處形成梳齒密封，其梳齒環(huán)(3)上的梳 齒數(shù)量為6個(gè)，密封環(huán)的外徑側(cè)為上游側(cè)(高壓側(cè))，內(nèi)徑側(cè)為下游側(cè)(低壓側(cè))，介質(zhì)泄漏 的流動(dòng)方向?yàn)橛赏鈴絺?cè)向內(nèi)徑側(cè)泄漏，通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥PDCVOl的開(kāi)度可實(shí)現(xiàn)密封面平衡 間隙的調(diào)控，具體過(guò)程為PDCVOl的開(kāi)度增大(減小)，則密封介質(zhì)流經(jīng)(I)處梳齒密封后的壓力降增大(減小)，于是靜止環(huán)O)的背部介質(zhì)壓力降低(上升)，密封閉合力下降(上升)，開(kāi)啟力(閉 合力)將推動(dòng)靜止環(huán)(4)軸向移動(dòng)，導(dǎo)致密封面平衡間隙增大(減小)。實(shí)施例2:參閱圖6圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。其密封結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)要求跟實(shí)施例1基 本相同，主要的區(qū)別是在實(shí)施例2中，梳齒環(huán)(3)上的梳齒數(shù)量為1個(gè)，此時(shí)靜止環(huán)O)的 外環(huán)面與梳齒環(huán)(3)的內(nèi)環(huán)面形成一個(gè)周向節(jié)流狹縫，密封面平衡間隙的調(diào)控過(guò)程跟實(shí)施 例1相同。實(shí)施例3:參閱圖4、圖7圖4、圖7是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖7為彈簧座(4)上徑向通孔跟 外環(huán)面的交線展開(kāi)圖。在實(shí)施例3中密封結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)要求跟實(shí)施例1基本相同，主要 的區(qū)別是在實(shí)施例3中，彈簧座(4)上通孔為長(zhǎng)方形孔，密封面平衡間隙的調(diào)控過(guò)程跟實(shí)施 例1相同。實(shí)施例4:參閱圖4、圖8圖4、圖8是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖8為彈簧座(4)上徑向通孔跟 外環(huán)面的交線展開(kāi)圖。在實(shí)施例4中密封結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)要求跟實(shí)施例1基本相同，主要 的區(qū)別是在實(shí)施例4中，彈簧座(4)上通孔為長(zhǎng)圓形孔，密封面平衡間隙的調(diào)控過(guò)程跟實(shí)施 例1相同。在以上實(shí)施例中，重點(diǎn)體現(xiàn)了可控機(jī)械密封裝置梳齒環(huán)(3)的梳齒數(shù)量、彈簧座 (4)上開(kāi)設(shè)通孔形狀的不同。為了更清楚地描述核心問(wèn)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(guò)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
1.一種可控機(jī)械密封裝置，由旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)、靜止環(huán)O)、梳齒環(huán)C3)和彈簧座(4)等構(gòu) 成，旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)與靜止環(huán)( 形成一個(gè)間隙為h的密封面，密封介質(zhì)由A處注入密封腔，泄 漏介質(zhì)由B和C處排出，A、B兩處介質(zhì)跟密封輔助系統(tǒng)相連，密封輔助系統(tǒng)由差壓變送器 PDTO1、流量計(jì)FTO1、調(diào)節(jié)閥PDCVO1、回收器CVO1和中央控制器構(gòu)成，調(diào)節(jié)閥PDCVO1的輸入 端和彈簧座(4)上開(kāi)設(shè)于(II)處的通孔連通，輸出端和流量計(jì)FTOl的輸入端連通，流量計(jì) FTOl的輸出端和回收器CVOl相連，其特征是靜止環(huán)( 與梳齒環(huán)C3)在(I)處設(shè)置有泄 漏量可調(diào)控的梳齒密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控機(jī)械密封裝置，其特征是(I)處的梳齒密封、(II)處的 通孔、調(diào)節(jié)閥PDCVOl順序連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控機(jī)械密封裝置，其特征是:A、B兩處介質(zhì)壓力差值信號(hào)由 差壓變送器PDTOl檢測(cè)并輸入中央控制器，經(jīng)B處排出的介質(zhì)流量信號(hào)由流量計(jì)FTOl檢測(cè) 并輸入中央控制器，中央控制器對(duì)調(diào)節(jié)閥PDCVOl輸出控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的可控機(jī)械密封裝置，其特征是旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)與靜止環(huán)(2) 形成的密封面間隙h可調(diào)控。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控機(jī)械密封裝置，其特征是(I)處梳齒密封的梳齒數(shù)量N 滿足N彡1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控機(jī)械密封裝置，其特征是(I)處梳齒密封徑向的單邊間 隙值δ滿足δ彡0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控機(jī)械密封裝置，其特征是(11)處通孔的形狀可為圓柱 孔、方孔、長(zhǎng)圓孔、周向槽以及它們可能的任一組合結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的可控機(jī)械密封裝置，其特征是(II)處通孔的數(shù)量為大 于等于1的任一整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明為一種可控機(jī)械密封裝置，主要由旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)、靜止環(huán)(2)、梳齒環(huán)(3)和彈簧座(4)構(gòu)成，靜止環(huán)(2)與梳齒環(huán)(3)在(I)處形成梳齒密封，彈簧座(4)的(II)處開(kāi)設(shè)通孔，密封介質(zhì)由A處注入密封腔，一路經(jīng)(I)處的梳齒密封和(II)處的通孔由B處排出，另一路經(jīng)旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)和靜止環(huán)(2)之間的密封面由C處排出，A、B兩處介質(zhì)壓力差值信號(hào)由差壓變送器PDT01檢測(cè)并輸入中央控制器，經(jīng)B處排出的介質(zhì)流量由流量計(jì)FT01檢測(cè)并輸入中央控制器，中央控制器輸出信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)閥PDCV01進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)F16J15/46GK102128272SQ20111004573
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西華大學(xué)