双通道径向分布式可扩展机械密封装置

550 编辑：中冶有色技术网来源：中国电子科技集团公司第十四研究所

2023-12-12 14:32:44

权利要求书： 1.双通道径向分布式可扩展机械密封装置，包括外壳(14)、内环(13)、陶瓷密封环和柔性动密封机构(11)，其特征在于：所述内环(13)转动安装在外壳(14)的内部，并且内环(13)和外壳(14)之间采用两对大小不同的陶瓷密封环径向排布；其中所述陶瓷密封环有一组宽环和窄环组成，宽环一(8)和宽环二(10)对称安装在内环(13)顶部，并且窄环一(7)和窄环二(9)对应安装在宽环一以及宽环二(10)的底部，同时内环(13)的靠近宽环一(8)的一侧壁上固定开设有出液口(5)，并且对应的外壳(14)上开设有进液腔(1)，进液腔(1)的外壳(14)侧壁上开设有进液口(3)，同时内环(13)靠近宽环二(10)的一侧壁上开设有回液口二(6)，同样的对应的外壳(14)上开设有回液腔(2)，并且回液腔(2)对应的外壳(14)的外壁上开设有回液口一(4)，同时进液腔(1)和回液腔(2)之间通过柔性动密封机构(11)实现两个腔的密封隔离。

2.根据权利要求1所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述内环(13)和外壳(14)在外形结构尺寸不变的情况下，在内环(13)上设置有进液扩展口(301)、回液扩展口一(401)、储液扩展口(501)和回液扩展口二(601)，所述进液扩展口(301)以及回液扩展口一(401)与进液口(3)以及回液口一(4)的形状分别对应相同，并且储液扩展口(501)和回液扩展口二(601)与出液口(5)以及回液口二(6)的形状分别对应相同，同时进液扩展口(301)和回液扩展口一(401)与进液口(3)以及回液口一(4)呈180°分布，并且储液扩展口(501)和回液扩展口二(601)与出液口(5)以及回液口二(6)呈180°分布。

3.根据权利要求1所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述陶瓷密封环和外壳(14)上设计与垂直轴线角度为10°-30°之间的倒角(17)。

4.根据权利要求1所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述柔性动密封机构(11)包括衬套(18)、柔性密封圈(19)和密封圈盖板(20)，衬套(18)内侧喷涂陶瓷，加工完成后再装入内环(13)，同时衬套(18)和外壳(14)通过柔性密封圈(19)密封在一起，并且柔性密封圈(19)的上端设置有一个密封圈盖板(20)。

5.根据权利要求1所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述内环(13)和外壳(14)的顶端采用连接轴承(12)作为装置的旋转支撑，同时连接轴承(12)的内外圈分别与内环和外壳通过螺钉连接。

6.根据权利要求1所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述窄环一(7)、窄环二(9)与外壳(14)实现浮动连接。

7.根据权利要求6所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述窄环一(7)和窄环二(9)由下窄环(21)和上窄环(22)组成，其中上窄环(22)的底部开设有安装槽，下窄环(21)安装在上窄环(22)的安装槽内，同时下窄环(21)的上表面开设有凹槽，凹槽内固定安装有芯轴(23)，芯轴(23)的上表面固定安装有补偿弹簧(15)，并且上窄环(22)上同样对应开设有凹槽，补偿弹簧(15)的另一端连接在上窄环(22)对应的凹槽内。

8.根据权利要求7所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述下窄环(21)与外壳(14)之间通过辅助密封圈(16)实现两者之间的密封。

9.根据权利要求1所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述宽环一(8)、宽环二(10)与内环(13)通过安装在内环(13)上的防转机构拨动旋转。

10.根据权利要求1所述的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，其特征在于：所述外壳(14)与内环(13)均采用不锈钢或钛合金高强度、高弹性模量的防腐材料。

说明书：双通道径向分布式可扩展机械密封装置技术领域[0001] 本发明涉及机械动密封技术领域，具体是双通道径向分布式可扩展机械密封装置。背景技术[0002] 机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。使用陶瓷材料密封环的机械动密封具有密封性好、寿命长、抗腐蚀性强的优点，在核电、石油化工和船舶等工业中获得广泛地成熟应用。在温度冲击、宽温域和力学振动冲击环境条件下，陶瓷密封存在易受力破损的问题。而产品设计正在朝着高集成、小型化、扁平化方向发展。[0003] 以往冷却用机械密封装置均是上下布局，这种布局的径向尺寸较小，但轴向尺寸较大，对于轴向尺寸紧张的设备，这种结构布局不合适。为此，改变结构布局，首次将上下布置的机械密封环改为径向布置。在保证相同通流面积的情况下，大幅降低整个机械密封装置的轴向尺寸，实现在轴向安装空间紧张情况下的双通道流体旋转传输；为了实现在相同结构尺寸的前提下，尽可能提高机械密封装置的通流能力，创新地提出通过预留扩展接口增加通流能力，已经过仿真分析和试验数据对比，通流能力提升70％以上。发明内容[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够适应振动、冲击和宽温域变化的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，解决高度尺寸有严格限制的设备安装问题和环境适应性问题。[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括外壳、内环、陶瓷密封环和柔性动密封机构，所述内环转动安装在外壳的内部，并且内环和外壳之间采用两对大小不同的陶瓷密封环径向排布；其中所述陶瓷密封环有一组宽环和窄环组成，宽环一和宽环二对称安装在内环顶部，并且窄环一和窄环二对应安装在宽环一以及宽环二的底部，同时内环的靠近宽环一的一侧壁上固定开设有出液口，并且对应的外壳上开设有进液腔，进液腔的外壳侧壁上开设有进液口，同时内环靠近宽环二的一侧壁上开设有回液口二，同样的对应的外壳上开设有回液腔，并且回液腔对应的外壳的外壁上开设有回液口一，同时进液腔和回液腔之间通过柔性动密封机构实现两个腔的密封隔离。[0006] 作为本发明进一步的方案：所述内环和外壳在外形结构尺寸不变的情况下，在内环上设置有进液扩展口、回液扩展口一、储液扩展口和回液扩展口二，其中所述进液扩展口(301)以及回液扩展口一(401)与进液口(3)以及回液口一(4)的形状分别对应相同，并且储液扩展口(501)和回液扩展口二(601)与出液口(5)以及回液口二(6)的形状分别对应相同，同时进液扩展口(301)和回液扩展口一(401)与进液口(3)以及回液口一(4)呈180°分布，并且储液扩展口(501)和回液扩展口二(601)与出液口(5)以及回液口二(6)呈180°分布。[0007] 作为本发明进一步的方案：所述陶瓷密封环和外壳上设计与垂直轴线角度为10°-30°之间的倒角。

[0008] 作为本发明进一步的方案：所述柔性动密封机构包括衬套、柔性密封圈和密封圈盖板，衬套内侧喷涂陶瓷，加工完成后再装入内环，同时衬套和外壳通过柔性密封圈密封在一起，并且柔性密封圈的上端设置有一个密封圈盖板。[0009] 作为本发明进一步的方案：所述内环和外壳的顶端采用连接轴承作为装置的旋转支撑，同时连接轴承的内外圈分别与内环和外壳通过螺钉连接。[0010] 作为本发明进一步的方案：所述窄环一、窄环二与外壳实现浮动连接。[0011] 作为本发明进一步的方案：所述窄环一和窄环二由下窄环和上窄环组成，其中上窄环的底部开设有安装槽，下窄环安装在上窄环的安装槽内，同时下窄环的上表面开设有凹槽，凹槽内固定安装有芯轴，芯轴的上表面固定安装有补偿弹簧，并且上窄环上同样对应开设有凹槽，补偿弹簧的另一端连接在上窄环对应的凹槽内。[0012] 作为本发明进一步的方案：所述下窄环与外壳之间通过辅助密封圈实现两者之间的密封。[0013] 作为本发明进一步的方案：所述宽环一、宽环二与内环通过安装在内环上的防转机构拨动旋转。[0014] 作为本发明再进一步的方案：所述外壳与内环均采用不锈钢或钛合金等高强度、高弹性模量的防腐材料。[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0016] 1、本发明为防止异种材料热膨胀系数不同引起陶瓷材料的损坏，创新地设计了整体陶瓷环结构，减少不同材料结构件的配合；[0017] 2、本发明为适应振动冲击和宽温域等恶劣工作环境，装置采用高强度、高弹性模量的防腐材料制作，保证机械密封能够稳定、长期地免维护运行；[0018] 3、该机械密封装置中还存在柔性动密封结构，为提高柔性动密封的可靠性和寿命，在选择合适的复合柔性密封形式和安装结构的同时，在与之配合的金属件表面喷涂陶瓷材料提高其硬度和耐磨性；[0019] 4、本发明提供一套能够适应振动、冲击和宽温域等恶劣环境的双通道径向分布式可扩展机械密封装置，装置的使用寿命可达到20000小时或5年，解决了轴向安装尺寸紧张且需要流体旋转传输的难题。附图说明[0020] 图1为本发明的内部结构示意图。[0021] 图2为本发明的仰视图。[0022] 图3为本发明的俯视图。[0023] 图4为本发明的流道局部细节示意图。[0024] 图5为本发明的柔性动密封机构结构示意图。[0025] 图6为本发明的窄环结构示意图。[0026] 如图所示：1、进液腔，2、回液腔，3、进液口，301、进液扩展口，4、回液口一，401、回液扩展口一，5、出液口，501、储液扩展口，6、回液口二，601、回液扩展口二，7、窄环一，8、宽环一，9、窄环二，10、宽环二，11、柔性动密封机构，12、连接轴承，13、内环，14、外壳，15、补偿弹簧，16、辅助密封圈，17、倒角，18、衬套，19、柔性密封圈，20、密封圈盖板，21、下窄环，22、上窄环，23、芯轴。具体实施方式[0027] 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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0028] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0029] 请参阅图1～6，本发明实施例中，双通道径向分布式可扩展机械密封装置，包括外壳14、内环13、陶瓷密封环和柔性动密封机构11，所述内环13转动安装在外壳14的内部，并且内环13和外壳14之间采用两对大小不同的陶瓷密封环径向排布，实现装置对外边界的旋转动密封；其中所述陶瓷密封环有一组宽环和窄环组成，宽环一8和宽环二10对称安装在内环13顶部，并且窄环一7和窄环二9对应安装在宽环一8以及宽环二10的底部，从而形成一个陶瓷密封环整体，对内环13和外壳14进行密封，同时内环13的靠近宽环一8的一侧壁上固定开设有出液口5，并且对应的外壳14上开设有进液腔1，进液腔1的外壳14侧壁上开设有进液口3，同时内环13靠近宽环二10的一侧壁上开设有回液口二6，同样的对应的外壳14上开设有回液腔2，并且回液腔2对应的外壳14的外壁上开设有回液口一4，同时进液腔1和回液腔2之间通过柔性动密封机构11实现两个腔的密封隔离。[0030] 参阅图2～3可知，所述内环13和外壳14在外形结构尺寸不变的情况下，在内环13上设置有进液扩展口301、回液扩展口一401、储液扩展口501和回液扩展口二601，其中所述进液扩展口301以及回液扩展口一401与进液口3以及回液口一4的形状分别对应相同，并且储液扩展口501和回液扩展口二601与出液口5以及回液口二6的形状分别对应相同，同时进液扩展口301和回液扩展口一401与进液口3以及回液口一4呈180°分布，并且储液扩展口501和回液扩展口二601与出液口5以及回液口二6呈180°分布，从而减小流阻、扩大装置的通流能力，介质流动方向如图2中的箭头所示，原来只有一对箭头流动，增加扩展口后，变为两对箭头流动，通流能力明显增大，同时由于装置正常工作时会转动，进回液口相对位置会周期性变化，因此为了减少转动过程中液体流量波动，扩展口与原有的进液或回液口呈

180°分布，开口大小与原有进回水口相同。

[0031] 其中，液体流道是由密封环和金属结构件共同形成的，为尽可能扩大通流面积，优化陶瓷环和金属结构件受力情况，在陶瓷密封环和外壳1上设计与垂直轴线角度为10°-30°之间的倒角17；这种角度的设置可以保证陶瓷密封环自身有足够的支撑刚度，同时能够最大限度的扩大通流面积、避免产生紊流，降低流体流动时的阻力，保证流动顺畅，流量波动小，同时外壳1上的倒角17在扩大通流面积、减小应力集中的同时，也作为柔性动密封机构11强有力的支撑结构。

[0032] 优选的，所述柔性动密封机构11包括衬套18、柔性密封圈19和密封圈盖板20，由于需要喷涂陶瓷的表面在环形槽内，这种结构无法进行喷涂陶瓷，因此，增加一个衬套18，在衬套18内侧喷涂陶瓷，加工完成后再装入内环13，从而解决无法喷涂陶瓷的难题，同时衬套18和外壳14通过柔性密封圈19密封在一起，并且柔性密封圈19的上端设置有一个密封圈盖板20，这个盖板的作用有两个：1)使得柔性密封圈安装变为开式安装，避免密封圈在安装过程中损坏；2)由于柔性密封圈与内环配合精度较高，在装入过程中如果没有定位，会造成密封圈被金属件剪切损坏，因此盖板可以在内环装入时起到导向作用，避免密封圈被剪切。

[0033] 优选的，所述内环13和外壳14的顶端采用单个即可完成消隙的连接轴承12作为装置的旋转支撑，提高转动支撑刚度和旋转平稳性，保证陶瓷密封环在旋转过程中始终可靠贴合，同时连接轴承12的内外圈分别与内环和外壳通过螺钉连接，实现内环与外壳之间的转动。[0034] 优选的，所述窄环一7、窄环二9与外壳14实现浮动连接，这种连接方式保证转动过程中窄环可以跟随宽环摆动，保证两者始终贴合，同时窄环一7和窄环二9由下窄环21和上窄环22组成，其中上窄环22的底部开设有安装槽，下窄环21安装在上窄环22的安装槽内，同时下窄环21的上表面开设有凹槽，凹槽内固定安装有芯轴23，芯轴23的上表面固定安装有补偿弹簧15，并且上窄环22上同样对应开设有凹槽，补偿弹簧15的另一端连接在上窄环22对应的凹槽内，补偿弹簧15可以在窄环出现磨损后，自动补偿，保证宽环与窄环仍然贴合；同时下窄环21与外壳14之间通过辅助密封圈16实现两者之间的密封。

[0035] 优选的，所述宽环一8、宽环二10与内环13通过安装在内环13上的防转机构拨动旋转，防止宽环与内环出现相对转动。[0036] 优选的，所述外壳14与内环13均采用不锈钢或钛合金等高强度、高弹性模量的防腐材料，提高外壳与内环的刚度，解决高精度陶瓷密封环在运转过程中的稳定性问题，保证密封环能够始终保持可靠贴合，提高机械密封性能和抗恶劣环境性能。同时采用不锈钢或钛合金材质，能够耐受密封介质的腐蚀和外界环境对装置的腐蚀。[0037] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。