CN103016736B - 液/气压控制的机械密封装置 - Google Patents
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Abstract
液/气压控制的机械密封装置，包括有可随轴旋转的非补偿环组件和与其轴向相对并可作轴向浮动的补偿环，其轴向相对的端面为可相互配合的密封端面。补偿环经防转结构与环座相互定位，在其非密封轴向端与环座的配合部位间保持有浮动运动空间。在与环座相配合的补偿环的内、外径周面部位，分别经密封结构使其非密封尾端部的浮动运动空间成为密闭空间，并使该密闭空间经贯穿环座的通道与装置外可连接压力流体源的流体压力调节控制单元相连接。本发明的液/气压控制机械密封装置通过向该密闭空间通入气和/或液压力流体向补偿环提供补偿压力，取消传统结构中的弹簧等弹性元件，并可通过控制和调节通入压力流体的方式，实现机械密封端面比压的外部可调及密封性能的保证。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转设备的端面密封装置，适用于对包括各型压缩机、反应釜、泵等流体机械旋转轴的端面密封。
背景技术
机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置，由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成，在流体压力及补偿机构弹力（或磁力）共同作用下，以及辅助密封圈的配合下，使该对端面保持贴合并相对滑动，构成防止流体泄漏的装置。传统弹簧静止式机械密封装置的基本原理和结构如图1所示，包括有安装于轴上可随轴（16）旋转的非补偿环组件（1），以及经凸耳等适当形式的防转结构（5）与环座（8）定位安装并可沿轴向作适当浮动的补偿环（2），非补偿环与补偿环间轴向相对的端面为其可相互配合的密封端面，在补偿环的非密封轴向端与环座的配合部位间，保持有适当的浮动运动空间，并在环座（或压盖）与补偿环间配合有具有适当弹性力的圆柱弹簧、圆锥弹簧、 波片弹簧、波纹管等弹性元件（19），为补偿环提供弹性推力，使补偿环在弹簧力和介质压力共同作用下，保持密封端面间的贴合，并在补偿环与压盖间设有的O型、V型、楔形等相应形式辅助密封圈的共同配合下，防止流体泄漏。
上述传统形式机械密封装置存在有许多需要改进的不足。首先是在安装时，为使弹簧能提供合适的弹力，需要确保弹簧等弹性元件受到足够压缩。压缩量过大，会使密封端面的磨损会加剧；压缩量过小，则会因弹力不足而使密封端面在介质压力下贴合力偏小而使密封效果变差。因此，现场安装时需要反复测量和计算机械密封的工作高度，误差不能超出设计值的±0.5mm，安装要求高，易出现安装失误，效率低。而且，为放置弹性元件也常需有较大的安置空间，使常规机械密封轴向尺寸较长。由于其实际安装空间受限，因而常有减薄尺寸设计的情况，导致产品强度变差。
其次是在设备运行使用过程中，由于弹簧一般压缩量较小3~5mm，并只能提供固定的弹性力（一般设计为平均值），对轴向窜动较为敏感，抗干扰能力差，因此使用过程中其密封性能和效果易受压力波动的影响。特别是对如反应釜等常存在压力波动的场合，以及具有大轴向窜动的使用场合，由于传统机械密封的弹簧比压固定，有可能导致密封端面打开失效而产生泄漏。而且弹性元件材料受轴向窜动的反复交变载荷作用易产生疲劳屈服，影响整个机械密封的使用寿命。而在运行过程中出现需进行调整的情况时，传统密封装置因无法从外部进行调节，只能停机拆卸解体后，通过调整其安装位置的方式改变其运行状态。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种全新的机械密封装置，可以满意解决传统密封装置的上述问题。
本发明的液/气压控制的机械密封装置，基本结构中同样包括有可随轴旋转的非补偿环组件和与其轴向相对并可作轴向浮动的补偿环，其轴向相对的端面为可相互配合的密封端面。补偿环经适当的防转结构与环座相互定位，并在其非密封的轴向端与环座的配合部位间保持有浮动运动空间。其中，在与环座相配合的补偿环的内、外径周面部位，分别经密封结构（如常用形式的密封圈等）使其非密封尾端部的浮动运动空间成为一密闭空间，并使该密闭空间经贯穿环座的通道与装置外可连接压力流体源的流体压力调节控制单元相连接。
本发明上述机械密封装置的结构中，将补偿环非密封轴向端与环座的配合部位间的浮动空间设置成为一密闭空间，并取消了传统用于向补偿环提供弹性推力的弹性元件，改用可由装置外通过向该密闭空间中通入的压力可调的气体和/或液体等流体形成的流体弹簧，使补偿环与非补偿环的密封端面相互贴合密封，从而实现了可在运转过程中方便、快速地调节机械密封的运行参数，保证和提高了密封性能效果，扩大了其适用的范围和灵活性。
本发明上述密封装置中，所说流体压力调节控制单元的具体形式可以有不同的选择。例如，可以为直接与压力流体源连接并设有控制阀门、压力显示结构和压力流体调节结构的管路结构。
另一种可优选的方式，是该流体压力调节控制单元为包括有可经控制阀门、压力显示结构和压力流体调节结构与压力流体源相连接的流体容器结构。该流体容器结构设置的一个显著作用，是在设备中的密封失效时，通过不同密封部位的失效导致的容器结构中液面的上升或下降，可对密封状况进行监控和判断。同时，该容器结构对泄漏出来的介质的缓冲及收集作用，还能防止***泄漏的介质进入大气，从而更加安全和环保。
在采用上述优选方式的流体压力调节控制单元时，所说流体压力调节控制单元中的控制阀门，一种优选方式是，包括分别设置在压力显示结构前、后端的单向阀和截止阀。
此外，上述的流体容器结构的形式，可以为充填单一液体或单一气体的容器。更优选的方式，是采用为下部充填液体，上方连接压力气源的气/液混合式容器结构。
在上述结构基础上，在本发明上述形式的机械密封装置中，还可以在所说的流体压力调节控制单元与密闭空间之间的连通通道中进一步设置一个缓冲腔。
由上述内容可以理解，本发明的密封装置利用气压和/或液压在静环后的浮动空间密封腔产生的压力，取代了传统结构中采用弹性元件提供端面作用力的方式，不仅可以实现对补偿环施加弹性推力的目的，而且可以实现从装置外对该弹性推力进行调整的目的，解决了上述常规机械密封的缺陷，延长机械密封的使用寿命，而且能适用于有大的轴向窜动的应用场合，特别适用于如反应釜机械密封，轮船的尾轴密封等使用压力经常波动的场合，以及试验场合，方便的调节补偿压力的大小，使密封保持最佳的运行状态。
以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
附图说明
图1是传统弹簧静止式机械密封基本结构的示意图。
图2是本发明液/气压控制机械密封装置的一种结构示意图。
图3是本发明液/气压控制机械密封装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
图2所示的本发明液/气压控制机械密封装置中，同样包括有可随轴16旋转的非补偿环组件1，以及与其轴向相对并可作轴向浮动的补偿环2，其相对的轴向端面为可相互配合的密封端面。补偿环2经防转销等防转结构5与环座8相互定位安装，并在补偿环2的非密封轴向端与环座8的配合部位间保持有浮动运动空间。在与环座8相配合的补偿环2的内、外径周面部位，分别经相应的内侧密封圈3和外侧密封圈4等密封结构，使补偿环2非密封尾端的浮动运动空间形成为一密闭空间6。同时，该密闭空间6经贯穿环座8和压盖10的通道17，与设置于装置外可连接压力气体或液体等压力流体源的流体压力调节控制单元相连接。图中所示的该流体压力调节控制单元，为一种设置有截止阀形式的控制阀门12、压力表等形式的显示结构13，以及压力调节阀等流体调节结构15而直接与压力流体源连接的管路结构，并在位于压盖10部位的其与密闭空间6之间的通道17中，还设有一缓冲腔18。环座8和压盖10经螺栓9连接，其间并按常规方式设有相应的环座密封圈7。
图3所示的是本发明液/气压控制机械密封装置的另一种结构形式。与图2所示结构的差别主要是：所说流体压力调节控制单元中，在设有控制阀门、压力表等显示结构13和流体调节结构15的管路结构与缓冲腔18之间，还设置有一个其下部可充填液体、上方与压力气源连接的气/液混合式容器罐形式的流体容器结构11。所说管路中的控制阀门，包括分别设置在压力显示结构13前、后端的单向阀14和截止阀等控制阀门12，该单向阀14可以发生密封泄漏时防止缓冲腔18内的液体反串入气体管路。
Claims (6)
1.液/气压控制的机械密封装置，包括有可随轴（16）旋转的非补偿环组件（1）和与其轴向相对并可作轴向浮动的补偿环（2），其轴向相对的端面为可相互配合的密封端面，补偿环（2）经防转结构（5）与环座（8）相互定位，在其非密封轴向端与环座（8）的配合部位间保持有浮动运动空间，其特征是在与环座（8）相配合的补偿环（2）的内、外径周面部位，分别经密封结构（3，4）使其非密封尾端部的浮动运动空间成为密闭空间（6），并使该密闭空间（6）经贯穿环座（8）的通道（17）与装置外可连接压力流体源的流体压力调节控制单元相连接。
2.如权利要求1所述的机械密封装置，其特征是所说的流体压力调节控制单元为直接与压力流体源连接并设有控制阀门（12）、压力显示结构（13）和压力流体调节结构（15）的管路结构。
3.如权利要求1所述的机械密封装置，其特征是所说的流体压力调节控制单元包括有可经控制阀门（12）、压力显示结构（13）和压力流体调节结构（15）与压力流体源相连接的流体容器结构（11）。
4.如权利要求3所述的机械密封装置，其特征是所说的流体压力调节控制单元中的控制阀门（12）包括分别设置在压力显示结构（13）前、后端的单向阀（14）和截止阀。
5.如权利要求3所述的机械密封装置，其特征是所说的流体压力调节控制单元中的流体容器结构（11）为下部充填液体，上方连接压力气源的气/液混合式容器结构。
6.如权利要求1至5之一所述的机械密封装置，其特征是在所说的流体压力调节控制单元与密闭空间（6）的连通通道（17）中设有一缓冲腔（18）。
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