[发明专利]自适应密封型式的机械密封装置

说明书

技术领域

本发明设涉及一种机械密封装置的结构，特别是一种具有自动适应压力变化改变密封型式的机械密封结构，即随密封压力由低变高，密封型式可由常用型式的弹簧静止式的接触式机械密封，自行转化为流体静压式机械密封，能更好的承受高压，保证密封不受损坏。

背景技术

在现代工业应用中，特别是在输送高温、高压或有毒流体设备中，已更多地采用了由静止密封环和旋转密封环实现的端面机械密封系统。该机械密封的基本结构，包括有在旋转轴外侧以轴向相对方式设有静止密封环和旋转密封环，其相对的轴向端面为密封面。其中的静止密封环经防转结构和沿圆周间隔设置的弹簧定位设置在固定结构上，旋转密封环经传动结构与旋转轴轴套传动连接。该密封结构可以根据需要用于静止式的接触式机械密封，或用于流体静压式机械密封等不同情况。在某些工业应用中由于对密封的性能要求很高，而密封压力的波动范围相当大，且一旦密封破坏，将造成灾难性的影响。例如在密封正常工作的时候，密封腔内压力较低，但特殊工况下，密封需要承受高压。如果选用常规的接触式机械密封结构很难保证正常工作，而单独选用静压式密封的话，无法保证低压情况下端面打开，造成端面斜面倾角磨损，最终导致密封参数与设计不符，无法保证密封正常运行。

发明内容

    针对上述情况，本发明提供了一种具有自适应密封型式功能的机械密封装置，能随密封压力由低变高，使密封型式由常用型式的弹簧静止式的接触式机械密封，自行转化为流体静压式机械密封，以更好地承受高压，保证密封不受损坏。

    本发明的自适应密封型式的机械密封装置，是在常规端面机械密封结构的基础上进行的改进。即，在旋转轴外侧以轴向相对方式设有静止密封环和旋转密封环，其相对的轴向端面为密封面，静止密封环经防转结构和沿圆周间隔设置的弹簧定位设置在静环座或密封端盖等固定结构上；旋转密封环经传动销等传动结构与旋转轴套传动连接。其中，在旋转密封环与轴套之间设置有向密封端面方向具有轴向弹性推力的弹性结构。

上述结构中，所说的弹性结构优选为环状的弹性板。特别是，在所说环状弹性板形式的弹性结构上设有轴向贯通的压力平衡孔，以利在高压下平衡其轴向两侧的压力。

所说的用于定位设置静止密封环的固定结构，优选为密封端盖部件。

进一步，在所说的用于定位设置静止密封环的固定结构上，在其与静止密封环滑动配合部位的表面被覆有耐磨材料层，如采用喷涂、喷焊等方式在表面喷涂硬质合金、Cr₃C₂等目前常用的高硬度耐磨材料被覆层。

在所说定位设置静止密封环的密封端盖固定结构与静止密封环的滑动配合部位处，通常都设有如O形橡胶密封圈等形式的环状密封件，更优选的是在该环状密封件与密封端盖固定结构间同时还设有摩擦系数小于该环状密封件摩擦系数的支撑环，如工程塑料等材料的支撑环等，由O形密封圈等环状密封件与工程塑料等形式的支撑环共同构成静止密封环的浮动密封。

由于O形橡胶密封圈等常用密封件具有一定的预压缩量，其直接与金属材料密封端盖等固定结构接触滑动，因有摩擦系数较大而易损坏。在所说的固定结构的该接触滑动配合部位间设有具有更低摩擦系数（如低于常用的橡胶密封圈）材料的支撑环（如工程塑料等材料），和/或在该固定结构与支撑环的滑动接触部位表面被覆有上述的硬质合金等高硬度材料，都将有利于保证静止密封环具有较高的浮动性能，并增强固定结构与静止密封环浮动密封处的耐磨性。

本发明上述结构形式密封装置的基本工作过程和原理是，在密封压力低于某预定值时（由旋转密封环与轴套间的弹性结构力计算），在介质压力、密封端面的液膜反力及弹性结构作用力的共同作用下，旋转密封环的端面变形尚不足以使其与静止密封环间的密封端面打开，因而仍维持密封端面处于贴合状态，此时密封型式即为一般多弹簧、静止式的接触式机械密封；当密封压力增高到一定程度，密封端面的变形即产生一种由外向内、呈径向收敛型的锥形间隙。此时液膜即产生流体静压效应，密封型式也就由接触式逐渐转化为非接触式。随着密封压力的进一步增高，旋转密封环端面的变形也导致了弹性结构的变形的增大。当旋转密封环密封端面的锥形倾斜变形增大到使弹性结构的变形与旋转密封环相抵时，可以抑制旋转密封环的进一步倾斜变形，从而达到对密封面的收敛间隙进行控制。采用设有平衡孔的弹性板等形式弹性结构时，平衡孔可以使该弹性板两侧形成通路，从而使其轴向两侧的压力保持平衡，有利于防止形成封闭的局部高压空间，保证密封正常工作。