CN106944890B - 正锥面密封环的套压式磨削装置 - Google Patents

Abstract

正锥面密封环的套压式磨削装置，有一组可承插配合的内插结构和外套结构并可经连接结构连接和紧固。内插结构为在以中心轴线为回转中心的外展结构体的一端径向内侧，有一具有锥台面的轴向外凸锥台结构。在其同轴向的外展结构体的径向外侧有可与密封环非密封端面接触的工作面；内插结构的另一轴向端面为垂直于中心轴线的基准面；外套结构有一可与锥台结构承插配合的内凹锥孔面，且锥台面锥角≥内凹锥孔面锥角。外套结构的外周面为与被加工密封环的内孔直径相适应外径的圆柱面。该磨削装置可以方便精确地在密封端面上加工出仅有数分至数十分左右、沿轴向的最大切削量不过数十微米，且对密封端面的表面质量要求非常高、特别是具有正锥状表面的密封面。

Description

正锥面密封环的套压式磨削装置

技术领域

本发明涉及一种用于加工密封环的密封端面，特别是具有正锥形密封端面密封环的磨削装置。

背景技术

在机械密封中实现密封的核心构件是轴向固定并可随轴旋转的动环，以及经轴端密封面与动环相对设置并可作轴向浮动的非旋转的静环。锥面机械密封是指在动环和/或静环的密封端面上开设有沿径向与端面具有一定锥度的正锥形或倒锥形的密封面，通过改变锥形面的参数变化来调整介质在密封端面之间形成的流体膜的动、静压效应，以获得充足的开启力及流体膜刚度。锥面机械密封适用于密封面压降大、介质粘度较大的场合，目前较多应用于核电主泵的轴端密封。

由于锥面机械密封中密封环上锥形密封面的锥角较小，量值一般仅为数分至数十分，因此加工时对其端面沿轴向的最大切削量也不过数十微米，并且由于对密封端面的表面质量，包括表面粗糙度、平面度、与轴线的垂直度等都有非常高的要求，这就使得一般的方法难以有效获得该具有锥形密封面的密封环。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种用于加工密封环的密封端面，特别是具有正锥形密封面密封环的磨削装置，可以有效解决这一问题。

本发明所述正锥面密封环的套压式磨削装置，结构中包括一组可以分别具有凹凸结构的相对端沿轴向承插式配合的内插结构和外套结构，其间可经连接结构相互连接和紧固。其中，所述的连接结构优选沿圆周等间距设置，一般情况下设置的数量可为3~100个。所述内插结构和外套结构间连接紧固的典型结构，可采用由螺纹孔与螺钉方式连接和紧固，或者是经光孔由螺栓和螺母方式进行连接和紧固。并且，

——上述结构中所述的内插结构，为在以中心轴线为回转中心的外展结构体的一轴向端的径向内侧，有一个以中心轴线为回转中心并具有锥台面的轴向外凸锥台结构；与其同轴向方向的外展结构体的径向外侧具有垂直于中心轴线并可与被加工密封环的非密封端面接触的工作面；与承插方向相背的内插结构的另一端面为垂直于中心轴线的基准面。

——上述结构中所述的外套结构，具有可与内插结构的所述锥台结构的锥台面承插配合的内凹锥孔面，且内插结构的所述锥台面的锥角≥外套结构的内凹锥孔面的锥角；外套结构并具有以中心轴线为回转中心、且与被加工密封环的内孔直径相适应外径的圆柱面的外周面。

上述结构中，外展结构体上的所述工作面优选的是其表面粗糙度（Ra）不大于6.3微米，以保证和提高所述工作面与被加工密封环的非密封端面接触时受力的均匀性，有利于提高被加工密封环变形角度的大小及精度。

上述结构中，所述内插结构的外展结构体上可与被加工密封环的非密封端面接触的工作面，可以采用的一种优选方式，是在盘片状结构的外展结构体径向外周部的一轴向环凸结构的环凸端面的形式。该环凸端面的径向宽度优选小于20毫米，有利于避免因径向宽度过大而增大与被加工密封环的非密封端面接触位置范围对被加工密封环的变形量控制可能带来的不利影响。

在此基础上，内插结构的外展结构体上所述环凸结构工作面的径向宽度与环凸结构底部的盘片状结构轴向厚度之比为0.8~1.2，更有利于保持结构厚度变化的均匀性。所述该工作面与内凹底部间的轴向深度优选为大于3毫米，以便在使用过程中能给被加工密封环留有更为充分的轴向变形空间。

上述结构中，对所述内插结构中锥台面的锥角大小的选择，一般情况下可优选在大于或等于2′，并小于或等于300′的范围。所述内插结构锥台面的锥角与外套结构内凹锥孔面的锥角间的差值一般优选为不大于100′。

此外，在所述外套结构中具有内凹锥孔面的承插配合部的根部，还可设有一轴向距离≥2毫米的圆柱状内孔面结构。

本发明上述磨削装置的使用是，先将待加工的密封环以其内孔面沿轴向套装在外套结构的外周面上，使其非密封端面与内插结构中外展结构体上的所述工作面相互接触，并使待加工密封环的待磨削密封端面在外套结构的非承插端端面外保持有适当的外露距离。将内插结构和外套结构的承插配合端相互套装，并用连接结构相互连接和拧紧。拧紧所述的连接件时，最好使用螺栓拉伸器、扭力板手及定力板手等能精确控制扭力大小的工具。如果内插结构的所述锥台面与外套结构的内凹锥孔面具有相同大小的锥角时，随着连接结构的拧紧的轴向拉力，将使内插结构中该外展结构体上的所述工作面对待加工密封环的非密封面、特别是非密封面的径向外侧部施加有轴向的顶推力；而当内插结构锥台面的锥角大于外套结构承插部位配合面间的锥角时，则在此基础上具有较大锥角的内插结构锥台面还更增加有对外套结构内凹锥孔面的撑涨挤压作用。这些作用力对内插结构中该外展结构体上的所述工作面对待加工密封环非密封面所产生的轴向顶压作用，可使待加工密封环的密封端面外侧产生出与所需要的正锥面结构相反的相应倒锥状外凸变形角。通过使用如定力或扭力板手等适当工具精确控制连接结构3的预紧力，或在拧紧连接结构3时通过适当的测量装置（如光学平晶等）对密封端面的变形角进行实时检测等方式，可以使待加工密封环密封端面外侧所产生的该倒锥状外凸变形角，与希望在密封面上所形成的锥形端面的锥角的大小基本一致（尽管随实际材料及接触表面间产生的塑性变形差异可能存在微小误差，但只须控制密封环体沿轴向的变形在其材料的弹性变形范围以内即可）。将套装好并在密封端面上产生了该倒锥状变形角的待加工密封环的磨削装置，以其内插结构的基准面放置于磨床工作台面上，用磨削头对待加工密封环上具有所述倒锥状变形角的密封端面进行磨削，直至所希望的密封端面的直径处时停止磨削。松开连接件，将加工后的密封环与外套结构分离。解除了外套结构外周面撑涨挤压作用的密封环即可恢复其原来的形状，并在磨削后的密封环的密封端面上大于该所希望直径的外侧部位，形成所需要的正锥形端面。

根据此工作过程和原理，进一步的优选方式是，可使上述磨削装置中的外套结构采用为具有至少一个沿轴间剖面切口的筒状结构体的形式，例如，可以采用由沿圆周分布的2~6个轴间剖面切口分割成的分瓣状结构体环绕排布组成的形式，以更有利于上述磨削装置中的外套结构产生使密封环产生所述倒锥状变形角的撑涨挤压作用。一般情况下，采用由2~3个所述的分瓣状结构体环绕排布组成即可。其中，更好的方式是采用由沿圆周等间距分布的相同或基本相同的各分瓣状结构体环绕排布组成的形式，并使各弧状结构体分别经所述的连接结构与内插结构连接。

本发明上述磨削装置中的内插结构或/和外套结构的另一种可选择的优选方式，是使所述的内插结构或/和外套结构采用为具有轴向贯通孔的筒状结构体形式，更好的是使内插结构和外套结构为具有相同贯通孔径的筒状结构体的形式。

由此可以理解，本发明上述结构的磨削装置，可以方便精确地在密封端面上加工出仅有数分至数十分左右、沿轴向的最大切削量不过数十微米，且对密封端面的表面质量要求非常高的具有正锥状表面。

以下结合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是本发明加工正锥面密封环的锥套式磨削装置一种整体结构的轴剖面示意图。

图2是图1中内插结构的轴剖面示意图。

图3是图1中外套结构的轴剖面示意图。

图4是图3外套结构的A向结构示意图。

图5是图1所示的装置与待加工密封环套装后产生倒锥角状变形状态的轴剖面示意图。

图6是图5所示的环磨削装置及被加工密封环在磨床上进行加工的状态示意图。

图7是磨削后在被加工密封环上形成的具有正锥形密封端面状态的示意图。

图8是图7所示的具有正锥形密封端面的密封环在机械密封装置中的一种应用形式示意图。

具体实施方式

图1所示的是本发明加工正锥面密封环的锥套式磨削装置的一种整体结构的基本形式，包括一组以所具有的凹凸结构的相对端沿轴向承插式配合的内插结构1和外套结构2，并可经其间沿圆均匀分布的18个螺钉或螺栓螺母形式的连接结构3相互连接和紧固。

内插结构1如图2所示，为一轴向贯通的筒状结构体，在其一轴向端有一个以中心轴线31为回转中心的盘片状外展结构体24，外展结构体24一轴向端部的径向内侧有一个以中心轴线31为回转中心并具有锥台面5的轴向外凸的锥台结构，用于与外套结构2相互承插配合。在轴向外的凸锥台结构上，沿圆周等间距设置有18个可与螺钉式连接结构3配合的螺纹孔6，或者与螺栓螺母形式的连接结构3配合的光孔6，用于与外套结构2相互连接紧固。所述外凸锥台结构的锥台面5的锥角β ₁取值范围为2′≤β ₁≤300′。内插结构1中与承插端相背的的外展结构体24的另一端面，为垂直于中心轴线31基准面8。在外展结构体24的承插方向侧的径向外周部，有一径向宽度小于5毫米的轴向环凸结构26，其环凸端面为垂直于中心轴线31并可与被加工密封环4的非密封端面30接触的工作面7，工作面7的表面粗糙度Ra不大于0.8微米。环凸结构的工作面7与其径向内侧的内凹底部的轴向深度t ₂大于3毫米，工作面7的径向宽度与环凸结构26底部的盘片状结构的轴向厚度t ₁之比为1:1。

外套结构2如图3和图4所示，为具有与内插结构1相同贯通孔径、并具有一个沿轴间剖面切口27的筒状结构体（也可以采用由沿轴间剖面切开的2-3个分瓣式结构体环绕排布拼合而成的筒状结构体），其贯通内孔的一端具有可与上述内插结构1的锥台结构的锥台面5承插配合的内凹锥孔面9，并在内凹锥孔面9的承插配合部的根部，保留有一轴向距离h1≥2毫米的圆柱状内孔面结构10。内凹锥孔面9的锥角β ₂=30′，小于内插结构1的锥台面5的锥角β ₁，且β ₁与β ₂间的差值≤100′。在外套结构2的非承插端部设有径向内收结构，其上沿圆周等间距设置有可与内插结构1上的螺纹通孔或光孔6相对应的沉头孔11。外套结构2的外周面12为以中心轴线31为回转中心、并与被加工密封环4内孔17的直径d ₂相适应外径的圆柱面。

螺钉形式的连接结构3经外套结构2上的沉头孔11与内插结构1上的螺纹孔6旋合，或是用螺栓螺母形式的连接结构3穿过光孔6，将内插结构1和外套结构2相互连接，即构成了本发明所述的胀套式正锥面密封环磨削装置。

图5-图7所示的，是以本发明的磨削装置加工具有正锥形密封端面密封环的使用方式。将待加工密封环4以其内孔面17沿轴向套装在外套结构2的外周面12上，使其非密封端面30与内插结构中外展结构体的工作面7相互接触，并使密封环4的待磨削密封端面14在外套结构2的非承插端面13外保留有10毫米的外露距离h ₂。用扭力板手等工具拧紧连接结构3，并受外套结构2的内凹锥孔面9受内插结构1中具有较大锥角β ₁的外凸锥台面5撑涨挤压的共同作用，使盘片状外展结构体24径向外周部的该环凸结构26工作面7对待加工密封环4非密封端面30的径向外侧部施以轴向顶推力，并进而使密封环4的密封端面14的径向外侧，产生具有相应的倒锥状变形角β ₃的外凸变形。以内插结构1的磨削加工基准面8将套装在一起的磨削装置和待加工密封环4放置于磨床工作台面15上，用磨削头16对待加工密封环4的密封端面14进行磨削，磨削至密封端面14上所需直径的d1处时停止。松开连接结构3，将密封环4与外套结构2分离，在密封环4的密封端面14上直径大于d ₁的外侧部位，即形成了与所需锥角β基本一致的β≈β ₃的正锥形端面18结构。

图8是用本发明所述磨削装置加工的具有正锥形密封端面的密封环在机械密封装置中的一种应用形式。该机械密封装置中包括有可随轴23旋转的动密封环19和经轴端密封面与动密封环19相对设置并可作轴向浮动的静止环32。静止环32经与其非密封轴向端相接触的推环28及弹性结构29浮动支承在推环座20中。动密封环19径向经公差环25与轴套21套装在一起，轴向与轴套21的台阶面接触，周向经传动销22与轴套21固定在一起。其中静止环32密封端面为在径向外侧具有上述正锥面18形式的密封面，两密封环的密封端面间无锥形面处的轴向以h ₀≤20微米的间隙分开。

除图8所示的静止环32为径向外侧具有正锥面18形式的密封面外，动密封环19的密封端面也可以为具有正锥面18形式的密封面。

Claims (16)

1.正锥面密封环的套压式磨削装置，其特征是包括一组以分别具有凹凸结构的相对端沿轴向承插式配合的内插结构（1）和外套结构（2），二者可经连接结构（3）相互连接和紧固，

——所述的内插结构（1）为一个以中心轴线（31）为回转中心并具有锥台面（5）的轴向外凸锥台结构，该锥台面在以中心轴线（31）为回转中心的外展结构体（24）的一轴向端的径向内侧，与其同轴向方向的外展结构体（24）的径向外侧具有垂直于中心轴线（31）并可与被加工密封环（4）的非密封端面（30）接触的工作面（7），与承插方向相背的内插结构（1）的另一端面为垂直于中心轴线（31）的基准面（8）；

——所述的外套结构（2）具有可与内插结构（1）的锥台面（5）承插配合的内凹锥孔面（9），且内插结构（1）的所述锥台面（5）的锥角β ₁≥外套结构（2）的内凹锥孔面（9）的锥角β ₂，外套结构（2）并具有以中心轴线（31）为回转中心且与被加工密封环（4）的内孔（17）直径相适应的外径的圆柱面的外周面（12）。

2.如权利要求1所述的磨削装置，其特征是所述外展结构体（24）的工作面（7）的表面粗糙度不大于6.3微米。

3.如权利要求1所述的磨削装置，其特征是所述内插结构（1）的外展结构体（24）上可与被加工密封环（4）的非密封端面（30）接触的工作面（7），为在盘片状结构的外展结构体（24）径向外周部的轴向环凸结构（26）的环凸端面。

4.如权利要求3所述的磨削装置，其特征是所述在盘片状结构的外展结构体（24）径向外周部的轴向环凸结构（26）的环凸端面的径向宽度小于20毫米。

5.如权利要求3所述的磨削装置，其特征是内插结构（1）上外展结构体（24）的所述环凸结构（26）工作面（7）的径向宽度与环凸结构（26）底部的盘片状结构轴向厚度t ₁之比为0.8~1.2。

6.如权利要求5所述的磨削装置，其特征是所述工作面（7）与环凸结构径向内侧的内凹底部间的轴向深度t ₂大于3毫米。

7.如权利要求1所述的磨削装置，其特征是用于连接紧固所述内插结构（1）和外套结构（2）的连接结构（3）为沿圆周等间距设置的3~100个。

8.如权利要求1所述的磨削装置，其特征是所述内插结构（1）锥台面（5）的锥角β ₁为：2′≤β ₁≤300′。

9.如权利要求1所述的磨削装置，其特征是所述内插结构（1）锥台面（5）的锥角β ₁与外套结构（2）内凹锥孔面（9）的锥角β ₂间的差值≤100′。

10.如权利要求1所述的磨削装置，其特征是在所述外套结构（2）具有内凹锥孔面（9）的承插配合部的根部，具有一轴向距离≥2毫米的圆柱状内孔面结构（10）。

11.如权利要求1所述的磨削装置，其特征是所述的外套结构（2）为具有至少一个沿轴间剖面切口（27）形式的结构体。

12.如权利要求11所述的磨削装置，其特征是所述的外套结构（2）为由沿圆周分布的2~6个轴间剖面切口（27）分割成的分瓣状结构体环绕排布组成，各分瓣状结构体分别经所述连接结构（3）与内插结构（1）连接。

13.如权利要求12所述的磨削装置，其特征是所述的外套结构（2）是由2~3所述的分瓣状结构体环绕排布组成。

14.如权利要求12所述的磨削装置，其特征是所述组成外套结构（2）的各分瓣状结构体沿圆周等间距分布。

15.如权利要求1至14之一所述的磨削装置，其特征是所述的内插结构（1）或/和外套结构（2）为具有轴向贯通孔的筒状结构体。

16.如权利要求15所述的磨削装置，其特征是所述的内插结构（1）和外套结构（2）为具有相同贯通孔径的筒状结构体。