CN105114631B - 一种轴端密封装置以及流体输送设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴端密封装置以及流体输送设备，包括动环、静环，所述轴端密封装置还具有用于固定所述静环的压盖和压紧环，所述压紧环位于所述压盖的内侧，所述压盖、压紧环与静环之间围成环形的冲洗液腔，所述压盖上开设有与所述冲洗液腔相连通的冲洗孔，所述静环上开设有与所述冲洗液腔相连通的静环冲洗孔，所述静环冲洗孔将冲洗液腔内的冲洗液引流至所述动、静环密封端面的外侧。通过设置冲洗液腔，使得可以通过冲洗孔向冲洗液腔内注满冲洗液，使得围成冲洗液腔的静环端面始终处于冲洗液的浸泡中，使得从动、静环密封端面传递过来的热量快速降低，提高了对于动、静环的冷却效果；并且使得冲洗液流经静环内部将静环冲洗孔处的热量带走。

Description

一种轴端密封装置以及流体输送设备

技术领域

本发明属于机械密封技术领域，具体涉及一种轴端密封装置以及具有该轴端密封装置的流体输送设备。

背景技术

石油化工行业的泵、压缩机等流体输送设备常用单端面接触式机械密封作为轴端密封装置。流体输送设备通过轴端密封装置密封流体介质，被密封的流体介质具有一定的密封压力。轴端密封装置主要依靠动、静环的密封端面紧密贴合实现密封，动环与转轴一起旋转，静环与壳体固定，在流体输送设备运行过程中，动、静环的密封端面产生大量摩擦热。

为了冷却动、静环的密封端面，通过注入冲洗液冷却动、静环，来自泵出口的自冲洗液或外部的外冲洗液从轴端密封装置的单个冲洗孔直接沿径向打入密封腔，冲洗动、静环的密封端面的外侧，起到一定的冷却和清洁作用；但是冲洗点单一、冲洗不充分， 尤其是对于静环的冷却效果较差，对于靠近冲洗孔的静环部分具有较好的冷却效果，但远离冲洗孔的静环部分冷却效果差；因而冷却效果不理想，动、静环的密封端面可以出现温度过高，甚至崩边、偏磨等失效形式。同时，目前冲洗液直接打入密封腔，由于密封腔内具有一定的密封介质压力，而打入的冲洗液压力有限，使得冲洗液进入密封腔后的流动性不高，导致冷却效果较低；以及冲洗液的冲洗方向与轴垂直，使得冲刷杂质的能力不高，清洁效果不好，动、静环的密封端面可以出现介质造成的失效问题；因而目前的轴端密封装置使用寿命短、更换频繁，既耗费人力财力，又严重影响整套工艺装置的正常运行。

发明内容

本发明提供一种轴端密封装置，为解决现有技术中的冲洗液冷却效果不好的问题，提高密封性能以及使用寿命。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种轴端密封装置，设置于转轴的端部，包括动环、静环，所述动环和静环分别具有相对贴靠的动环密封端面和静环密封端面，所述轴端密封装置还具有用于固定所述静环的压盖和压紧环，所述压紧环位于所述压盖的内侧，所述压盖、压紧环与静环之间围成环形的冲洗液腔，所述压盖上开设有与所述冲洗液腔相连通的冲洗孔，所述静环上开设有与所述冲洗液腔相连通的静环冲洗孔，所述静环冲洗孔将冲洗液腔内的冲洗液引流至所述动、静环密封端面的外侧。

进一步的，所述静环的圆周上间隔设置有多个所述静环冲洗孔。

进一步的，所述静环的圆周上均匀间隔设置有多个所述静环冲洗孔。

进一步的，所述静环上设置4~16个静环冲洗孔。

进一步的，当所述轴端密封装置安装到所述转轴后，在所述转轴旋转时，所述冲洗液从所述冲洗孔进入冲洗液腔，之后流经多个静环冲洗孔后达到所述动、静环密封端面的外侧；并引起静环密封端面上的微量热变形，使得动、静环密封端面之间产生热流体动压效应。

进一步的，所述静环包括具有所述静环密封端面的密封部、以及由所述密封部的端部向外延伸形成的固定部，所述静环冲洗孔开设在所述固定部上。

进一步的，所述静环冲洗孔具有与所述静环的轴线平行的轴向段，所述轴向段将冲洗液引流至所述动、静环密封端面的外侧。

进一步的，所述静环冲洗孔还具有位于所述静环径向的径向段。

进一步的，所述轴向段距离所述静环轴线的最小距离大于或等于所述密封部的外半径。

进一步的，所述动环的外表面的直径大于所述密封部的外表面的直径，所述动环端面外径处设置有30°~45°的倒角面。

进一步的，所述压盖一端设置有向内延伸的挡环，所述静环上设置有向外延伸的固定部，所述挡环、固定部、压紧环依次紧密贴合。

进一步的，所述静环的内径大于所述转轴的外径，当所述轴端密封装置安装到所述转轴后，所述静环、压紧环与所述转轴之间围成环形的背压腔，向所述背压腔内注入具有一定压力的背压介质，用于降低所述动、静环密封端面内外径处的压力差。

进一步的，所述压紧环上开设有与所述背压腔相连通的背压孔。

进一步的，所述压盖上开设有与所述背压孔向连通的引入孔。

进一步的，在所述背压孔的端部设置有扩孔，所述扩孔与所述引入孔连接，所述扩孔的直径大于所述背压孔的直径，所述扩孔的直径大于所述引入孔的直径。

进一步的，轴端密封装置还包括与所述转轴固定的传动环、固定所述动环的动环座、以及密封连接所述传动环和动环座的波纹管，所述波纹管具有螺旋形波纹；当所述轴端密封装置安装到所述转轴后，在所述转轴旋转时，带动所述波纹管一起旋转，所述波纹管外侧的流体介质在螺旋形波纹泵送的作用下具有远离所述动环的运动趋势。

进一步的，所述波纹管安装后具有一定的预压缩量。

进一步的，所述传动环上设置有拨叉，所述动环座上开设有与所述拨叉相匹配的槽口，所述拨叉的端部位于所述槽口内。

进一步的，所述拨叉为与所述传动环同轴的弧面，所述弧面对应的圆心角为15°~40°。

进一步的，所述拨叉的径向厚度为3mm~5mm。

进一步的，所述传动环上设置有相对的两个拨叉。

进一步的，所述静环与所述压紧环之间设置有防转销。

进一步的，所述静环与所述压紧环之间设置有石墨垫圈。

进一步的，所述压紧环与所述压盖之间设置有O型圈。

基于上述的一种轴端密封装置，本发明还提供一种流体输送设备，包括壳体、位于所述壳体内的流体介质、以及转轴，所述转轴的轴端设置有上述的轴端密封装置，所述压盖固定在所述壳体上，所述压紧环将所述静环压紧在所述压盖上。

本发明提供的轴端密封装置，通过设置由所述压盖、压紧环与静环之间围成环形的冲洗液腔，使得可以通过冲洗孔向冲洗液腔内注满冲洗液，使得围成冲洗液腔的静环端面始终处于冲洗液的浸泡中，使得从动、静环密封端面传递过来的热量快速降低，提高了对于动、静环的冷却效果；并且在所述静环上开设有与所述冲洗液腔相连通的静环冲洗孔，使得冲洗液流经静环内部将静环冲洗孔处的热量带走，进一步提高冲洗液的冷却效果；最终，所述静环冲洗孔将冲洗液腔内的冲洗液引流至所述动、静环密封端面的外侧，使得冲洗液对动、静环密封端面的外侧冲洗，起到冷却降温和清洁的作用。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明所提出的轴端密封装置的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中A区域的放大结构示意图；

图3为图1中部分结构的放大结构示意图；

图4为波纹管与传动环固定后的结构示意图；

图5为图4中B-B向剖视的传动环的结构示意图；

图6为波纹管的结构示意图；

图7为静环的结构示意图；

图8为图7的剖视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，定义术语：以靠近轴端密封装置的轴线的方向为“内”、以远离轴端密封装置的轴线的方向为“外”，并且术语 “左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系；术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参阅图1至图8，是本发明所提出的轴端密封装置的一个实施例，一种轴端密封装置用于流体输送设备的转轴10的端部，流体输送设备具有壳体20、位于壳体20内的流体介质、以及转轴10，轴端密封装置用于密封流体输送设备内的流体介质。

轴端密封装置包括动环1、静环2、以及用于固定静环2的压盖3和压紧环4；压紧环4位于压盖3内侧的压紧环，动环1和静环2分别具有相对贴靠的动环密封端面11和静环密封端面21。其中，压盖3、压紧环4与静环2之间围成环形的冲洗液腔5，在压盖3上开设有与冲洗液腔5相连通的冲洗孔31，冲洗孔31连通冲洗液腔5与外界，在2静环上开设有与冲洗液腔5相连通的静环冲洗孔22，并且静环冲洗孔22将冲洗液腔5内的冲洗液引流至动环密封端面11和静环密封端面21的外侧。

本实施例中，参见图1至图3所示，通过设置由压盖3、压紧环4与静环2之间围成环形的冲洗液腔5；在轴端密封装置安装到转轴10后，使得可以通过冲洗孔31向冲洗液腔5内注满冲洗液，使得围成冲洗液腔的静环端面始终处于冲洗液的浸泡中，使得从动环密封端面11和静环密封端面21传递过来的热量快速降低，提高了对于动环1和静环2的冷却效果；并且在静环2上开设有与冲洗液腔5相连通的静环冲洗孔22，使得冲洗液流经静环2内部将静环冲洗孔22处的热量带走，进一步提高冲洗液的冷却效果；最终，静环冲洗孔22将冲洗液腔5内的冲洗液引流至动环密封端面11和静环密封端面21的外侧，使得冲洗液对动环密封端面11和静环密封端面21的外侧冲洗，起到冷却降温和清洁的作用。

在本发明的一些实施例中，为了进一步提高冷却和清洁效果，参见图7所示，在静环2的圆周上间隔设置有多个静环冲洗孔22；使得冲洗液流经静环2内部多个间隔设置的静环冲洗孔22处的热量带走，提高冷却效果；以及对动环密封端面11和静环密封端面21的外侧形成多点冲洗，有助于提高对于动环密封端面11和静环密封端面21的冷却效果以及清洁效果；并且由于冲洗液流经静环2内部多个间隔设置的静环冲洗孔22，使得在静环密封端面21上引起微变形，使得动环密封端面11和静环密封端面21之间产生热流体动压效应；也就是靠近静环冲洗孔22的静环密封端面21热量被及时带走，使得温度稍低，远离静环冲洗孔22的静环密封端面21温度稍高，又由于静环冲洗孔22在静环2的圆周上间隔设置，因而使得静环密封端面21上的温度在端面圆周方向上成高低波动状态，根据热胀冷缩原理，使得静环密封端面21产生微量热变形，形成周向的波度，在动、静环端面相对旋转过程中产生流体动压效应，使得静环密封端面21与动环密封端面11之间的接触面积稍稍减小，使得润滑效果更好，密封端面摩擦系数减小，产生的摩擦热减少。

优选的，在静环2的圆周上均匀间隔设置有多个静环冲洗孔22，通过多个静环冲洗孔22的均匀间隔设置，使得静环密封端面21与动环密封端面11之间产生更加明显的热流体动压效应，使得静环密封端面21与动环密封端面11之间产生的摩擦热更少。

对于静环2上静环冲洗孔22的个数的设置，根据静环2的直径大小，以及转轴10的最大转速选定，一般设置4~16个静环冲洗孔22就可。本实施例中，在静环2上均匀间隔设置有4个静环冲洗孔22。

本实施例中，参见图2所示，静环2包括密封部23和固定部24，静环密封端面21位于密封部23的端部，密封部23的另一端向外延伸形成的固定部24，静环冲洗孔22开设在固定部24上。

本实施例中，对于静环2的固定，在压盖3的右端设置有向内延伸的挡环33，固定部24位于挡环33与压紧环4之间，或者说挡环33、固定部24、压紧环4依次紧密贴合。压盖3固定在壳体20上，压紧环4固定在压盖3上。

在本发明的一些实施例中，静环冲洗孔22具有与静环2的轴线平行的轴向段221，并且轴向段221将冲洗液引流至动环密封端面11和静环密封端面21的外侧。通过设置与静环2的轴线平行的轴向段221，使得冲洗液沿轴向方向到达动环密封端面11和静环密封端面21的外侧，有助于将动环密封端面11和静环密封端面21处的杂质冲洗到远离密封端面，避免杂质介入动、静环密封端面之间，提高清洁效果。

本实施例中，参见图8所示，静环冲洗孔22为L型，具有位于静环2径向的径向段222和与静环2的轴线平行的轴向段221。当然，在其他实施例中，对于静环冲洗孔22的结构，也可以有其他多种形式，例如倾斜设置等。

本实施例中，参见图1至图3所示，为了进一步增加冲洗液对于动环密封端面11和静环密封端面21处的清洁效果，轴向段221距离静环2轴线的最小距离大于或等于密封部23的外半径，优选轴向段221距离静环2轴线的最小距离略大于或等于密封部23的外半径，这样在保证静环2的强度的情况下，使得冲洗液从轴向段221流出后，直接沿密封部23的外表面到达密封端面处，使得冲洗液的流速较大，增加清洁效果，以及增加冷却效果。

本实施例中，动环1的外表面的直径大于密封部23的外表面的直径，在动环1端面外径处设置有30°~45°的倒角面12，使得到达动环密封端面11和静环密封端面21的冲洗液，沿倒角面12冲过，也就利于杂质被冲离密封端面处。

由于流体输送设备的壳体20内的流体介质具有一定的密封压力，使得动环密封端面11和静环密封端面21的内外两侧具有压力差。为了减小动环密封端面11和静环密封端面21的内外两侧的压力差，在轴端密封装置上设置背压腔6，在背压腔6内注入具有一定压力的背压介质，使得动环密封端面11和静环密封端面21的内外两侧的压力差减小，改善动环1和静环2的工作环境，增加了密封性，提高使用寿命。

本实施例中，静环2的内径大于转轴10的外径，也就是在静环2与转轴10之间具有环行的间隙；当轴端密封装置安装到转轴10端部后，静环2、压紧环4与转轴10之间围成环形的背压腔6，向背压腔6内注入具有一定压力的背压介质，例如壳体20内的流体介质的压力为3个大气压，向背压腔6内注入压力为2个大气压的背压介质，这样使得动环密封端面11和静环密封端面21的内外两侧的压力差减小为1个大气压，改善了动环1和静环2的运行工况，增加了密封性，并且提高使用寿命。

本实施例中，参见图1和图2所示，在压紧环4上开设有与背压腔6相连通的背压孔41，在压盖3上开设有与背压孔41相连通的引入孔32，也就是背压介质通过引入孔32之后进入背压孔41，最后到达背压腔6。在安装时引入孔32与背压孔41应该对中，为了提高安装的效率，在背压孔41的端部设置有扩孔411，扩孔411与引入孔32连接，并且扩孔411的直径大于背压孔41的直径，扩孔411的直径大于引入孔32的直径。通过设置扩孔411使得在安装时，即使引入孔32有稍微偏斜，引入孔32还是会位于扩孔411的范围内，使得压紧环4安装到压盖3时，在定位时不用太精确，提高了安装效率；同时通过设置直径稍大的扩孔411，也有助于保证进入背压孔41的背压介质的压力。由于压紧环4与转轴10之间肯定会发生背压介质的稍稍泄漏，因而背压介质一般选择氮气或者空气。

在本发明的一些实施例中，参见图1和图2所示，对于动环1与转轴10之间的固定，轴端密封装置还包括传动环7、波纹管8和动环座9，传动环7固定在转轴10上，动环1固定在动环座9上，在传动环7与动环座9之间设置有波纹管8，波纹管8的两端分别与传动环7和动环座9密封固定。在轴端密封装置安装时，给予波纹管8一定的预压缩量，使得在波纹管8的推力作用下，动环1、静环2的端面相互贴合；此外，波纹管8还起到辅助密封的作用。

本实施例中，参见图1和图6所示，波纹管8具有螺旋形波纹，在转轴10旋转时，带动传动环7、波纹管8和动环1一起旋转，此时波纹管8外侧的流体介质，在螺旋形波纹的泵送作用下，具有远离动环1的运动趋势，也就是向逆泄漏方向运动，降低动环密封端面11和静环密封端面21处的流体介质压力，增强密封性。

为了避免在转动时波纹管8承受较大的转矩，在传动环7上设置有拨叉71，动环座9上开设有与拨叉71相匹配的槽口91，拨叉71的端部位于槽口91内。使得传动环7通过拨叉71带动动环座9以及动环1转动，可使波纹管8承载的转矩降至最小，保证了波纹管8的使用寿命。

本实施例中，参见图4和图5所示，在传动环7上设置有相对的两个拨叉71。拨叉71为与传动环7同轴的弧面，设置拨叉71的弧面对应的圆心角为15°~40°，优选设置为25°；设置拨叉71的径向厚度为3mm~5mm。

本实施例中，在静环2与压紧环4之间设置有防转销42，防转销42固定在压紧环4上，在静环2设置有与防转销4相匹配的销孔，防转销4位于销孔内。同时防转销42还具有安装压紧环4时的定位作用，压紧环4通过螺钉固定在压盖3上，压盖3固定在壳体20上。

本实施例中，参见图1和图2所示，为了密封壳体20内的流体介质，在压盖3与壳体20之间、压盖3与压紧环4之间、传动环7与转轴之间都设置有O型圈。在静环2与压紧环4之间设置有石墨垫圈43，使得石墨垫圈43可以缓解静环2热变形造成的应力集中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种轴端密封装置，设置于转轴的端部，包括动环、静环，所述动环和静环分别具有相对贴靠的动环密封端面和静环密封端面，其特征在于，所述轴端密封装置还具有用于固定所述静环的压盖和压紧环，所述压紧环位于所述压盖的内侧，所述压盖、压紧环与静环之间围成环形的冲洗液腔，所述压盖上开设有与所述冲洗液腔相连通的冲洗孔，所述静环上开设有与所述冲洗液腔相连通的静环冲洗孔，所述静环冲洗孔将冲洗液腔内的冲洗液引流至所述动、静环密封端面的外侧；所述静环的内径大于所述转轴的外径，当所述轴端密封装置安装到所述转轴后，所述静环、压紧环与所述转轴之间围成环形的背压腔，向所述背压腔内注入具有一定压力的背压介质，用于降低所述动、静环密封端面内外径处的压力差。

2.根据权利要求1所述的轴端密封装置，其特征在于，所述静环的圆周上均匀间隔设置有多个所述静环冲洗孔。

3.根据权利要求2所述的轴端密封装置，其特征在于，当所述轴端密封装置安装到所述转轴后，在所述转轴旋转时，所述冲洗液从所述冲洗孔进入冲洗液腔，之后流经多个静环冲洗孔后达到所述动、静环密封端面的外侧；并引起静环密封端面上的微量热变形，使得动、静环密封端面之间产生热流体动压效应。

4.根据权利要求1所述的轴端密封装置，其特征在于，所述静环包括具有所述静环密封端面的密封部、以及由所述密封部的端部向外延伸形成的固定部，所述静环冲洗孔开设在所述固定部上。

5.根据权利要求1所述的轴端密封装置，其特征在于，所述静环冲洗孔具有与所述静环的轴线平行的轴向段，所述轴向段将冲洗液引流至所述动、静环密封端面的外侧。

6.根据权利要求1至5任一项所述的轴端密封装置，其特征在于，所述压紧环上开设有与所述背压腔相连通的背压孔，所述压盖上开设有与所述背压孔相连通的引入孔。

7.根据权利要求1至5任一项所述的轴端密封装置，其特征在于，轴端密封装置还包括与所述转轴固定的传动环、固定所述动环的动环座、以及密封连接所述传动环和动环座的波纹管，所述波纹管具有螺旋形波纹；当所述轴端密封装置安装到所述转轴后，在所述转轴旋转时，带动所述波纹管一起旋转，所述波纹管外侧的流体介质在螺旋形波纹泵送的作用下具有远离所述动环的运动趋势。

8.根据权利要求7所述的轴端密封装置，其特征在于，所述传动环上设置有拨叉，所述动环座上开设有与所述拨叉相匹配的槽口，所述拨叉的端部位于所述槽口内。

9.一种流体输送设备，包括壳体、位于所述壳体内的流体介质、以及转轴，其特征在于，所述转轴的轴端设置有权利要求1至8任一项所述的轴端密封装置，所述压盖固定在所述壳体上，所述压紧环将所述静环压紧在所述压盖上。