一种端面变形可控的机械密封结构

1.本实用新型涉及机械密封技术领域，具体涉及一种端面变形可控的机械密封结构。


背景技术：

2.液体介质的接触式机械密封是依靠动静环端面的贴紧实现密封功能，在正常运转过程中密封端面间会产生一层微米级别的液膜。在密封工作时，密封环因受外力约束和温度变化而产生的变形，会直接影响液膜的形貌，使液膜无法维持稳定状态；当密封环变形使端面液膜呈发散锥度时，会导致密封泄漏量增多，而密封环温度过高与因发散锥度造成的液膜压力降低会使端面出现空化和混相摩擦，造成端面磨损严重，进一步降低密封效果，恶化密封性能。
3.相关文献资料[如cn103644302b，cn202867852u]提出了减少密封环变形或提高密封环压力适应性以减少变形量的有效方式，但是结构较传统接触式密封复杂，因此本实用新型从有效改善液膜变形锥度、提高换热能力、优化密封结构的角度，解决因密封环变形导致的液膜锥度发散的问题，同时利用循环流体为密封提供背冷，有效改善液膜状态，减少密封漏量，提高密封的可靠性，进而提升经济效益。
[0004]
本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本技术背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型旨在解决上述问题，一种端面变形可控机械密封结构，通过在静环座设置增压流道与增压腔体与外界辅助系统相连接，为静环背面靠近旋转轴部位提供高于介质侧的压力，利用静环受到的压差、刚性约束实现密封环的变形，使端面间的液膜呈收敛锥度，降低密封泄漏量；同时可利用冷却后的高压辅助流体为运转中的静环提供背冷，提高密封换热能力，进一步优化密封性能，增强密封稳定性与可靠性。
[0006]
为达到上述目的，本实用新型采用技术方案如下：
[0007]
1.一种端面变形可控机械密封结构，其特征在于，包括，静环组件(1)，固设于静环座 (4)上；动环组件(2)，其固设于轴套(5)上；所述静环座(4)开设有增压孔(一进一出) (101)，冲洗孔(102)，和增压腔体(202)；辅助系统(3)设于所述静环座(4)大气侧，与所述增压孔(101)相连接；通过提高所述增压腔体(202)的压力，使静环(10)发生微变形，液膜(100)呈收敛状态，从而减少介质泄漏，提升密封性能。
[0008]
2.正常运转时，所述辅助系统(3)具备辅助流体增压功能，使得所述增压腔体(202) 的压力高于介质侧腔体(201)的压力，两侧不对称的压力差促使所述静环(10)发生变形。
[0009]
3.所述增压孔(101)设置为一进一出且下进上出，循环流动；所述辅助系统(3)具备换热功能，冷却后的辅助流体用于密封运转时所述静环(10)的换热与降温。
[0010]
4.在所述静环座(4)设有卡环(14)，位于所述静环(10)介质侧，限制其外径侧的轴向位移，防止其因压力波动而脱出，为其安装提供定位功能。
[0011]
5.第一密封圈(11)和第二密封圈(12)位于所述静环(10)与所述静环座(4)之间，为所述静环(10)的副密封，且为其变形提供释放空间。
[0012]
6.所述动环组件(2)采用平衡型密封，降低介质压力影响，减少变形量。
[0013]
7.在所述静环座(4)设有防转销(13)，与静环(10)的缺口处配合，抵消动环组件(2) 的旋转扭矩，从而使静环(10)处于静止固定状态。
[0014]
8.在动环组件(2)设有动环密封圈(21)，防止被密封介质从动环(20)内径间隙处泄漏；推环(23)可使动环(20)承受均匀的轴向弹簧力；动环座(24)通过与旋转工作的轴套(5)相连接，为动环组件(2)提供传动与固定功能。
[0015]
本实用新型提供的一种端面变形可控机械密封结构，在机械密封运转过程中，通过密封辅助系统(3)提供的增压与冷却后的辅助流体，使增压腔体(202)中的压力高于介质侧腔体(201)的压力；卡环(14)与静环座(4)为静环(10)的刚性约束；静环(10)在压力作用下发生变形，内径侧向介质侧轴向形变，外径侧因刚性约束保持相对固定；密封环的变形导致密封端面间的液膜(100)也发生变形形成收敛锥度状态，减少密封泄漏量；同时由辅助系统(3)提供的冷却后的循环辅助流体为静环(10)提供冷却换热，降低密封环温度，从而综合改善密封工作状态，提高密封性与可靠性。
附图说明
[0016]
图1为本实用新型整体结构示意图；
[0017]
图2为本实用新型孔口与腔体示意图；
[0018]
图3为本实用新型局部结构放大图；
[0019]
图4a为本实用新型密封环受力示意图；
[0020]
图4b为本实用新型密封环变形示意图；
[0021]
图5a为本实用新型液膜未变形示意图；
[0022]
图5b为本实用新型液膜变形示意图；
[0023]
图6为本实用新型局部结构尺寸图。
具体实施方式
[0024]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0025]
参阅图1-图6，是本实用新型提出的一个实施例，一种端面变形可控机械密封结构，其特征在于，包括，静环组件(1)，固设于静环座(4)上；动环组件(2)，其固设于轴套(5) 上；所述静环座(4)开设有增压孔(101)，冲洗孔(102)，和增压腔体(202)；辅助系统(3) 设于所述静环座(4)大气侧，与所述增压孔(101)相连接；通过提高所述增压腔体(202) 的压力，使静环(10)发生微变形，液膜(100)呈收敛状态，从而减少介质泄漏，提升密封性能。
[0026]
参阅图4a与图4b，密封正常运转过程中，所述静环(10)在轴向承受压力为介质压力 p
p
，液膜压力p
l
，大气压力p0，及辅助流体压力pa，轴向卡环约束s1。
[0027]
辅助流体压力pa为介质压力p
p
的1.5～2.5倍，液膜压力p
l
小于介质压力p
p
。
[0028]
所述静环(10)的内径侧在压差作用下，发生轴向位移，外径侧在卡环(14)的固定约束作用下位置保持不变，整体表现为出现变形角度ω＞0。
[0029]
在本实施例中，所用静环(10)材质为碳化硅，或其他弹性模量相近的材料，以保证密封环在正常工作状态下发生足够形变。
[0030]
密封端面间的液膜(100)因所述静环(10)发生倾斜变形，由平行间隙逐渐转变为收敛间隙，从而减少泄漏量。
[0031]
液膜(100)内径侧厚度减小，由流体静压效应，压力升高，液膜力变大，推动动环(20) 朝介质侧轴向移动。
[0032]
所述动环(20)采用平衡型密封，降低介质压力影响，减少变形量。
[0033]
动环(20)在朝介质侧移动时，弹簧(22)因工作长度减小，弹力增加，推动动环朝向大气侧移动。
[0034]
参阅图5a与图5b，当动环(20)两侧受力达到平衡状态时，动环在轴向维持相对静止的位置不变，此时静环(10)已发生倾斜变形，因此端面间的液膜(100)维持收敛锥度，达到减小泄漏量的目的。
[0035]
尺寸0.1≤l1≤0.4mm，0.1≤r
z1-ro≤0.2mm，3≤r
2-r1≤4mm，0.1≤r
i-r
z3
≤0.3mm。
[0036]
所述增压孔(101)设置为一进一出且下进上出，在外部循环动力的作用下持续流动。
[0037]
所述辅助系统(3)换热功能，冷却后的辅助流体从所述增压孔(101)下方孔口流入，从所述增压孔(101)上方孔口流出，用于密封运转时所述静环(10)的换热与降温。
[0038]
第一密封圈(11)和第二密封圈(12)位于所述静环(10)与所述静环座(4)之间，且所述第一密封圈(11)安装尺寸10％≤(r
z2-r
z3
)/(r
z1-r
z3
)≤40％。
[0039]
所述增压孔(101)直径尺寸φ≥4mm。
[0040]
所述第一密封圈(11)压缩率10％≤δ1≤15％，所述第二密封圈(12)压缩率15％≤δ2 ≤20％。

技术特征：
1.一种端面变形可控的机械密封结构，其特征在于，包括，静环组件(1)，固设于静环座(4)上；动环组件(2)，其固设于轴套(5)上；所述静环座(4)开设有增压孔(101)，冲洗孔(102)，和增压腔体(202)；辅助系统(3)设于所述静环座(4)大气侧，与所述增压孔(101)相连接；通过提高所述增压腔体(202)的压力，使静环(10)发生微变形，液膜(100)呈收敛状态，从而减少介质泄漏，提升密封性能。2.根据权利要求1所述的端面变形可控的机械密封结构，其特征在于，正常运转时，所述增压腔体(202)的压力高于介质侧腔体(201)的压力，两侧不对称的压力差促使所述静环(10)发生变形。3.根据权利要求1所述的端面变形可控的机械密封结构，其特征在于，所述辅助系统(3)具备增压与换热功能，所述增压孔(101)设置为一进一出，辅助流体循环流动。4.根据权利要求1所述的端面变形可控的机械密封结构，其特征在于，在所述静环座(4)设有防转销(13)，在所述静环(10)处设有卡环(14)，第一密封圈(11)和第二密封圈(12)位于所述静环(10)与所述静环座(4)之间。5.根据权利要求1所述的端面变形可控的机械密封结构，其特征在于，所述动环组件(2)为平衡型，包括动环(20)，动环密封圈(21)，弹簧(22)，推环(23)，及动环座(24)；所述静环座(4)开设有冲洗孔；轴套(5)固设于旋转轴上。

技术总结
本实用新型涉及一种端面变形可控的机械密封结构，其特征在于，包括，静环组件，固设于静环座上；动环组件，其固设于轴套上；所述静环座开设有增压孔(一进一出)，冲洗孔，和增压腔体；辅助系统设于所述静环座大气侧，与所述增压孔相连接；通过辅助系统使密封腔体压力高于介质压力，静环在压差与固定约束作用下发生倾斜变形，使得端面液膜呈收敛锥度，减少介质泄漏；同时经辅助系统换热后的辅助流体在循环流动过程中冷却静环，进一步改善密封工作状态，改善密封效果，提升密封性能，提高机械密封的可靠性与稳定性。可靠性与稳定性。可靠性与稳定性。


技术研发人员：李小卒 郝木明 任宝杰 孙鑫晖 于博 许朋贞 田静 刘中琪
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2021.04.27
技术公布日：2022/5/25