[发明专利]一种非接触式机械密封的密封间隙控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁力控制的非接触式机械密封的密封间隙控制方法，能够实现密封间隙大小的可控性，以保证密封端面稳定流体润滑和零泄漏性能。

背景技术

随着工业技术的发展，对机械密封的性能要求越来越高，在一些高压、高速、高温等工况下，特别是一些航空航天、核电站、石油化工等领域，要求机械密封实现零泄漏、变形小、寿命长。此外，越来越高的节能环保目标要求，也使得提高机械密封的稳定性和寿命成为机械密封制造领域深受关注和重视的课题。

为了实现机械密封的零泄漏和延长机械密封使用寿命，目前的研究主要是通过密封端面的表面微造型和组合密封实现“非接触”和“零泄漏”，并取得了一定的成效。中国专利CN101701585A、CN2534428Y、CN103527792B等公布了不同结构的上游泵送机械密封环，其泵送能力和动压效应，能够减少泄漏量，降低磨损程度，延长密封副的使用寿命；美国专利US2015345641A1公开了一种组合槽型机械密封，可以有效减少端面摩擦，增加端面润滑并促进端面冷却。但是，以上专利都没有很好解决以下问题：机械密封开机时的瞬间开启能力、停车时的磨损问题，以及运行过程中保持端面非接触的前提条件——具有一定厚度的稳定流体膜问题。

安庆石化供运公司周永生总结了《磁力机械密封设计方法及存在的问题》(机械2004年第31卷第5期)，认为轴径大、轴向空间短、密封介质压力低、转速低这类设备的密封问题，可以选用磁力接触式机械密封。磁力接触式机械密封是利用磁场作用产生足够的引力，使补偿环、非补偿环摩擦贴合面不会因为跳动等原因出现分离；利用橡胶密封圈变形，在轴及补偿环座之间产生足够大的力矩以平衡密封面摩擦力矩，确保补偿环组件与轴的同步转动。与普通接触式机械密封相同，磁力机械密封的摩擦副是整体环，因此，其工作状态稳定，介质泄漏量少，使用周期长。但这种磁场引力只是起到替代密封闭合力或进一步增大闭合力的作用，过多增大闭合力还将加大端面比压，加剧磨损；此外，如果由于安装、跳动等原因，打开了密封端面，这时补偿环与非补偿环的距离增大，磁场引力将迅速减弱，如果没有外力的干预，密封圈运动阻力的作用可能导致密封端面无法重新贴合。中国专利CN202971937U、CN101392837A、CN2101141U公布了不同结构的接触式磁力机械密封装置，其特点是利用磁力保持端面贴合，结构简单，增强了密封可靠性；中国专利CN2497116Y公布了一种改进的接触式磁力密封装置，能使密封面具有更好的抗振动性、抗冲击性和密封追随性；中国专利CN203500461U公布了一种紧顶定位接触式磁力机械密封件，使均衡磁场力替代了机械密封弹簧的不稳定弹力，从而延长了密封部件的使用寿命。从以上专利可知，它们都存在密封力有限、端面磨损严重、摩擦发热量大、寿命短的问题。韩国专利KR20160079568公开了一种磁流体机械密封装置，采用轴上圆周分布永磁铁产生的磁力对磁流体进行控制而达到密封目的，但磁流体易被介质稀释，不能形成稳定密封面且能承受的密封压力有限；美国专利US5267007公开了一种用于防止轴向末端泄漏的磁密封装置，利用铁磁材料产生的磁力吸附磁性颗粒，阻止泄漏，但磁力会随着吸附颗粒的增加减弱，易造成泄漏；美国专利US8474826B2、US2006244221A1公开了一种端面造型的磁力机械密封，磁力只是起到密封闭合力的作用，在端面开设槽型，利用槽的动压效应形成流体膜，达到减小端面摩损的目的，但流体膜在振动或变工况下容易失稳，易造成泄漏或磨损。

综上所述，现有的端面造型非接触式机械密封不能很好的解决开机时的瞬间开启能力和停车时的磨损问题，且密封间隙流体稳定性不足；而磁力接触式机械密封，在安装不精确、振动等原因下，无法控制端面的浮动补偿。可见，国内外现有技术中提出的这些密封都不能有效的解决泄漏、磨损和稳定性问题，密封性能未能达到理想的状态。

发明内容

造成上述密封缺陷的原因是缺乏磁力补偿作用的控制机制，本发明针对这个问题，通过一个磁力控制系统，达到控制非接触机械密封端面间隙大小的目的，同时能够解决开机时的瞬间开启力和停车时的磨损问题，确保非接触机械密封的稳定运行。

本发明所采用的技术方案是：