具有可控錐斜面密封端面密封環(huán)的機械密封裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及端面密封的裝置，具體的講是具有可控錐斜面密封端面密封環(huán)的機械密封裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]機械密封裝置和技術(shù)在眾多的旋轉(zhuǎn)機械軸向端面密封中獲得了廣泛地應(yīng)用，例如各種型式的栗、壓縮機、膨脹機、分離機、反應(yīng)釜等旋轉(zhuǎn)類機器的軸端密封。如圖1所示，目前已有報道和/或使用的流體端面非接觸式機械密封裝置的基本結(jié)構(gòu)中，通常包括有靜止環(huán)(靜環(huán))1、旋轉(zhuǎn)環(huán)(動環(huán))2、靜環(huán)座3、軸套4、傳動銷5、公差環(huán)7、壓緊套8、推環(huán)9、彈簧10、防轉(zhuǎn)銷11等構(gòu)成組件。靜環(huán)I和動環(huán)2共軸線相對設(shè)置，其相對的端面為密封面。靜環(huán)I徑向空套在靜環(huán)座3上，軸向由推環(huán)9和彈簧10浮動支撐，周向由防轉(zhuǎn)銷11定位，使靜環(huán)I只可沿軸向自由浮動而不能隨軸旋轉(zhuǎn)。動環(huán)2徑向由公差環(huán)7脹緊在軸套4的外圓柱面上，軸向與軸套4的臺階面接觸并被壓緊套8軸向壓緊，周向由傳動銷5與軸套4固定在一起，使動環(huán)2可隨軸套4與旋轉(zhuǎn)軸6 —起同步旋轉(zhuǎn)。
[0003]機械密封可分為接觸式和非接觸式兩種。非接觸式機械密封根據(jù)其密封端面流體膜開啟力的形成方式不同，又可大致分為動壓型和靜壓型兩種，當(dāng)然兩種類型的機械密封端面開啟力構(gòu)成中都可能同時具有流體動壓力和靜壓力，區(qū)別是其中某一種類型的壓力是構(gòu)成該密封開啟力的主要因素。動壓型非接觸式機械密封一般是利用介質(zhì)在密封面間的流動形成充分的流體動壓效應(yīng)，以獲得足夠的流體膜開啟力和更高的流體膜剛度。端面流體動壓效應(yīng)主要與密封面相對轉(zhuǎn)速、介質(zhì)粘度、密封面表面結(jié)構(gòu)相關(guān)，這其中密封面相對轉(zhuǎn)速和介質(zhì)粘度往往是取決于使用密封機組的現(xiàn)場條件，技術(shù)上更多可改進的是密封面表面結(jié)構(gòu)。目前通常的密封面表面結(jié)構(gòu)設(shè)置措施是在其兩密封端面中的一側(cè)或兩側(cè)端面上，開設(shè)有經(jīng)具有端平面高度的相同形式隔離部分(堰區(qū))分隔成均勻排布的淺槽形式，其中以等槽深的螺旋槽、“T”形槽、波形面和錐形斜面的端面密封最為典型。
[0004]錐形斜面(以下簡稱的錐形面、錐斜面的含義均與此相同)端面的機械密封作為一種有效的動壓型機械密封裝置，在栗和壓縮機特別是核主栗軸端密封中得到了應(yīng)用。但其難點是對密封環(huán)端面錐形的加工、檢測、裝配和保持?？紤]介質(zhì)流經(jīng)端面時能形成充分的流體動壓效應(yīng)，以獲得更大流體膜開啟力和剛度，該類型機械密封端面上錐形的錐角一般僅為數(shù)分至數(shù)十分，況且開設(shè)有錐形面的密封端面的表面質(zhì)量(主要指表面粗糙度、波紋度、形狀度)要求非常高，這就導(dǎo)致一般的加工工藝和設(shè)備難以獲得高精度的錐形表面。另一方面，在加工精度能有效保證的情況下，因檢測手段和裝配精度及工作時介質(zhì)壓力和溫度的影響等因素都可能導(dǎo)致該密封端面錐形的錐角大小發(fā)生改變。這就使得錐形面機械密封實際工作時的表面錐形難以跟設(shè)計錐形保持一致，從而影響密封工作的穩(wěn)定性。
[0005]因此，對于錐形端面機械密封，在其端面錐形的錐角非常小且表面質(zhì)量要求非常高的情況下，加工、檢測、裝配和運行時的任一環(huán)節(jié)都可能對該錐形錐角的大小和形狀產(chǎn)生顯著的影響，從而導(dǎo)致不能產(chǎn)生足夠的端面流體動效應(yīng)，難以獲得足夠的端面流體膜開啟力和剛度，使密封無法正常工作。
[0006]綜上，錐形面機械密封作為一種有效的非接觸式機械密封裝置，存在兩個顯著的問題:其一是表面錐形的加工難度大，工藝要求非常高；其二是實際工作時的表面錐形難以跟設(shè)計錐形保持一致，且無法調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種具有可控錐斜面密封端面密封環(huán)的機械密封裝置，通過在平面端面上產(chǎn)生可控的錐斜面密封結(jié)構(gòu)獲得高表面質(zhì)量的錐斜面密封環(huán)，以避免檢測、裝配及運行等諸多因素的影響，產(chǎn)生更好的流體動壓效應(yīng)，獲得更為理想的流體膜開啟力和剛度。
[0008]本發(fā)明具有可控錐斜面密封端面密封環(huán)的機械密封裝置，其基本結(jié)構(gòu)中同樣具有可隨旋轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動的動環(huán)和與靜環(huán)座連接的非旋轉(zhuǎn)的靜環(huán)，動環(huán)和靜環(huán)間軸向相對的端面為各自的密封面，至少靜環(huán)或動環(huán)之一的密封面為平面結(jié)構(gòu)，并且在所述具有平面結(jié)構(gòu)密封面的靜環(huán)和/或動環(huán)中與密封面具有間距的部位設(shè)置有與該靜環(huán)和/或動環(huán)同心的圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)，所述的圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)連接。其中，所述該圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要設(shè)置在其所在密封環(huán)的外徑側(cè)、內(nèi)徑側(cè)或與密封面的相背面。圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)所在位置的不同，可以使其所在密封環(huán)的密封面獲得不同形狀和/或程度熱變形的錐斜面。
[0009]本發(fā)明機械密封裝置中上述靜環(huán)和/或動環(huán)的密封端面在加工時可直接加工為平面，并可進行高精度的表面研磨或拋光處理，從而獲得極高表面質(zhì)量的密封面。相比于傳統(tǒng)錐斜面密封面的表面結(jié)構(gòu)，在加工過程中無需要求考慮在密封面加工微小的錐斜面，從而極大程度降低了密封面加工的成本和難度。所述的圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)可以根據(jù)密封面的要求設(shè)在該靜環(huán)和/或動環(huán)的徑向外側(cè)部位、與密封面的相背側(cè)，或其它適合的位置。當(dāng)圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)通電發(fā)熱后，使密封面產(chǎn)生一定的溫度差而形成微小的相對變形，部分密封面略微外凸或凹進，這樣整個密封面便形成具有錐斜面結(jié)構(gòu)的端面。通過調(diào)整圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)的發(fā)熱量，即可調(diào)整密封面錐斜面的錐角大小，以消除或降低因其它多種因素，例如包括但不限于裝配過程中的位置誤差及工作時介質(zhì)壓力和溫度對密封面造成的變形等因素導(dǎo)致的密封面變形，并最終使密封面獲得更合理的表面斜錐狀變形，以產(chǎn)生更為理想的開啟力和更高的剛度及承載能力。
[0010]其中所述的控制系統(tǒng)，可以采用常規(guī)的電流/電壓等控制裝置和密封泄漏量檢測裝置實現(xiàn)，例如控制系統(tǒng)可以包括流量變送器、Α/D轉(zhuǎn)換器、CPU(中央處理器)、電流調(diào)節(jié)器、變壓器及電源等構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)由流量變送器檢測密封泄漏量，根據(jù)泄漏量計算出密封面間隙，由密封面間隙獲得端面錐斜面結(jié)構(gòu)熱變形的程度及大小，調(diào)節(jié)流經(jīng)與電流調(diào)節(jié)器相連的圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)的電流而改變與其對應(yīng)的密封環(huán)表面溫度差，從而實現(xiàn)密封面錐斜面結(jié)構(gòu)錐角大小的調(diào)控。本發(fā)明裝置的密封原理和結(jié)構(gòu)可以適用于多種型式的機械密封結(jié)構(gòu)/裝置，如單端面密封、雙端面密封、串聯(lián)式密封(兩級以上)、串聯(lián)帶中間密封(兩級以上)等，還可將其與浮環(huán)密封、碳環(huán)密封、迷宮密封等其它密封型式組成組合式密封結(jié)構(gòu)/裝置等。
[0011]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，所述圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選的簡單設(shè)置方式，可將圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)設(shè)置在位于靜環(huán)和/或動環(huán)相應(yīng)徑向位置的環(huán)形凹槽中，并且圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)的發(fā)熱面至少與環(huán)形凹槽的一個側(cè)壁面相接觸。圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)設(shè)置在環(huán)形凹槽中更有利于實現(xiàn)和保證圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)在靜環(huán)和/或動環(huán)周向位置上的一致性，從而在密封面產(chǎn)生相同的錐斜面結(jié)構(gòu)。圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)的發(fā)熱面可以直接或通過導(dǎo)熱硅脂等導(dǎo)熱劑間接與靜環(huán)和/或動環(huán)上的所述環(huán)形凹槽的至少一個側(cè)面接觸。
[0012]上述密封裝置中所述的圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)，一種優(yōu)選的方式是在電發(fā)熱件之外還包覆有保護結(jié)構(gòu)的形式，保護結(jié)構(gòu)能夠起到保護內(nèi)空發(fā)熱材料及導(dǎo)線、絕緣、防爆等作用。所述的發(fā)熱件可以為鉻鎳合金、鉻鎳鐵合金、鐵鉻鋁合金、鐵鋁合金、鉑、鋁鉑、碳化硅、鉻酸鑭、氧化鋯、二硅化鉬或石墨等常用形式，也可以是其它具有類似發(fā)熱功能的元件或結(jié)構(gòu)，例如目前成熟的電流帶等。
[0013]在本發(fā)明上述密封裝置中，一種優(yōu)選的方式，是使靜環(huán)的密封面為平面結(jié)構(gòu)，從而將所述的圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)設(shè)于靜環(huán)上，這樣加工及裝配更加容易。
[0014]本發(fā)明具有可控錐斜面密封端面密封環(huán)的機械密封裝置，在現(xiàn)有端面加工工藝的基礎(chǔ)上，能夠直接將密封面加工為平面，并進行高精度的表面研磨或拋光處理，從而獲得高表面質(zhì)量的密封面。相比于傳統(tǒng)斜錐形表面結(jié)構(gòu)，不會要求在加工過程中考慮端面具有的微小斜錐形，從而極大降低了表面加工的成本和難度。然后可通過控制圓環(huán)形電發(fā)熱結(jié)構(gòu)的溫度或發(fā)熱量實現(xiàn)在密封端面上產(chǎn)生所需的錐斜面結(jié)構(gòu)，并調(diào)整密封端面錐斜面結(jié)構(gòu)的錐角大小，有效消除或降低了其它非有利因素導(dǎo)致的密封環(huán)表面變形及