专利名称：高压可控滑阀式机械组合密封系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合式旋转轴密封，更具体的说是一种采用多级密封结构组成的组合 式旋转轴密封，属于密封技术领域。
背景技术：
组合密封系统广泛应用于流体机械等输运动力设备之中，以满足其不同运行工况的密 封和维护检修的需要，目前应用较广的传统组合式密封主要有填料-机械密封、机械密封-充气密封、副叶轮-滑阀密封、机械密封-离心式停车密封等几种。
填料-机械密封组合式密封是由填料密封和旋转组合密封配合使用的组合密封，其中填 料密封可作为机械密封的备用旋转密封和停车状态的应急密封，可实现对高压的密封。但 其总体轴向长度较大，且在密封设备运转状态下摩擦阻力大，密封主轴或轴套磨损较大， 并需配套专门的冷却润滑系统，所需附属设备较多；此外对于易磨损的机械密封摩擦副的 在线更换能力较差。
机械密封-充气密封组合式密封是由机械密封和可充气膨胀的气囊组成，其中机械密封 作为旋转机械运转过程中的动密封，采用不同的机械密封型式可满足具有不同压力介质的 密封。充气密封由外部气压源进行控制，当向气囊内充入一定压力的气体时，气囊充气膨 胀并抱紧密封主轴，从而堵塞泄露通道而实现旋转机械在静止状态下的停车密封。这种组 合密封结构简单，气囊的操纵控制方便，可满足低压条件下的停车密封和机械密封易损件 的维修更换操作，而在高压下气囊的密封性和可靠性较差。
副叶轮-液力解脱滑阀组合密封是由副叶轮动力密封和液力解脱滑阀密封组合而成的 一种密封形式，在静止状态下，滑阀在弹簧或弹性密封圈的弹力作用下与安装于主轴上的 密封面接触，形成端面密封，从而避免了停车状态密封介质的泄露；而当流体机械开始运 转时，流体机械出口处高压流体引入滑阀液压缸内，在液压推力作用下滑阀克服弹簧推力 和弹性密封圈的摩擦阻力而产生移动，从而与密封端面脱开，防止了密封端面的摩擦损坏， 而副叶轮安装于流体机械设备驱动叶轮的后端，在流体机械运转时副叶轮随着主轴一同旋 转，将泄露液体反输回流体机械内从而防止了介质的泄露。此种密封形式结构简单，且充分利用流体机械本身产生的压力源进行自动调节控制，不需外部辅助设备，但其可密封介 质压力较低，在流体机械开车瞬间端面密封经历摩擦阶段，此外在停车状态不能保证很好 的密封性能。
机械密封-离心式停车密封是由机械密封和离心式停车密封构成的一种组合密封，与上 面几种密封形式类似，机械密封同样起到了旋转设备稳定运转状态下的压力介质的密封， 具有密封压力高，密封性能好的优点；离心式停车密封受到弹簧推力的密封端面和与一密 封端面相连的离心子组成，在停车状态下，密封端面在弹簧推力的作用下互相接触起到了 密封作用，在设备运转时离心子在离心力的作用下将推动密封端面克服弹簧推力而与另一 端面脱离，从而可避免较大的摩擦磨损。这种密封形式结构也较为简单，不需外界人为的 干预，然而离心子的存在往往使得旋转主轴的动力学稳定性降低，因此在高速下不宜采用， 并且在停车状态时的密封压力也不高。
综上所述，目前普遍应用的组合密封产品大多具有停车密封压力低、密封可靠性差、 密封组件的检修维护可操作性差，均不能满足危险化学品介质的高压可靠密封和密封组件 的在线带压拆装更换。
鉴于危险化学品的密封要求，并考虑密封组件的在线带压拆装更换的方便性，需在提 高停车密封的密封压力、整体结构的密封性能、组合密封的可操纵性以及安装工艺技术等 方面进行创新。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、密封压力高、密封性能好、可靠性佳 的高压可控滑阀式机械组合密封系统，使用该密封系统可以大幅度减小和避免危险流体的 泄露和重大事故的发生。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高压可控滑阀式机械组合密封系统，包括可 控滑阀静密封组件和旋转机械密封组件；
可控滑阀静密封组件包括滑阀压盖、滑阀和套装于轴肩上的锥形轴套，锥形轴套位于 滑阀压盖内，部分位于法兰内的滑阀与锥形轴套密封地滑动相连，法兰和滑阀压盖密封地 固定相连，法兰上设有2个分别用于控制滑阀左滑和右滑的压力源通道I和压力源通道II ;
旋转机械密封组件包括与轴套固定相连的动环座以及密封端面紧密贴合的动环和静 环，动环与动环座密封地固定相连；位于密封压盖内的弹簧座与密封压盖固定相连，机械 密封用弹簧的一端与弹簧座相连、另一端抵着静环；静环与密封压盖密封地滑动相连。作为本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统的改进组合密封系统还包括应急密 封组件；
应急密封组件包括安全密封阀座，安全密封阀座与轴套密封地固定相连，位于密封压 盖内的安全密封阀与密封压盖密封地滑动相连。
作为本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统的进一步改进应急密封组件还包括
设置在轴套上的应急调节螺母，挡环与安全密封阀固定相连，所述应急调节螺母和挡环相 接触。
作为本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统的进一步改进滑阀与锥形轴套之间
以锥面配合的形式滑动相连，锥形轴套的锥面上设有主密封圈，滑阀通过上述主密封圈与
锥形轴套实现密封相连。
作为本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统的进一步改进:在法兰内表面设置一
个凹槽，在滑阀设有凸台，凸台与凹槽密封地滑动相连；滑阀分别与法兰和滑阀压盖密封 地滑动相连；位于凸台右侧的凹槽为空腔I ，空腔I与压力源通道I相连通；位于凸台左
侧的凹槽为空腔n，空腔n与压力源通道n相连通。
作为本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统的进一步改进锥形轴套上设有用于
控制滑阔右行程的限位台阶面。
作为本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统的进一步改进安全密封阀在与安全
密封阀座对应的端面上设有密封圈。
本发明是为了提高危险流体输送设备的密封要求所特别设置的一种不同于传统密封 元件的组合密封系统。本发明综合考虑各种因素，从提高密封可靠性着手，采用多级密封 结构，并将密封配件安装拆换便捷性纳入设计目的中，采用模块化设计、集成安装，可有 效解决其密封问题，经试验证明，该结构密封性能良好，可靠性较高。
本发明的可控滑阀静密封组件其是完全依靠外部的油液压力实现对滑阀的开关控 制，而不是采用弹簧或流体设备自身产生的流体压力进行控制；这种措施可以实现设备在 极高压力下的静态密封，并能保证设备在线状态的旋转机械密封和备用应急密封的更换维 修。
本发明的旋转机械密封组件，采用集装式多弹簧静止式内流平衡型接触式机械密封。 动环和辅助密封圈能在不拆除轴套和动环座的条件下方便快捷的拆装更换，因此可有效提 高维修保养时间，缩短了与有害物质的接触时间。本发明的应急密封组件，能在前两级密封失效时，为防止重大泄露事故发生，可在停 车后迅速调节应急密封，使之强制密封。
综上所述，本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统，具有结构紧凑、密封压力高、 密封性能好、可靠性佳的优点，使用该密封系统可以大幅度减小和避免危险流体的泄露和 重大事故的发生。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。 图1是本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统的剖视结构示意图。 图l中紧固螺母l，安全密封弹簧座2，安全密封阀座3，应急密封用弹簧4，机械 密封用弹簧5， 0型密封圈6，静环7，辅助密封圈8，动环座9，轴套IO，滑阀ll，锥形 轴套12，滑阀压盖13，主密封圈14，滑阀密封圈15，法兰16，动环17，弹簧座18，密 封压盖19，密封圈20，密封圈21，安全密封阀22，挡环23，应急调节螺母24，空腔I 25，空腔1126，密封垫27，凸台lll，限位台阶面121，密封圈151，密封圈152，压力源 通道1161，压力源通道I1162。
具体实施例方式
图l给出了一种高压可控滑阀式机械组合密封系统，其由从右至左依次排列的以下3部
分组成可控滑阀静密封组件、旋转机械密封组件和应急密封组件。
可控滑阀静密封组件包括用于套装在轴肩上的锥形轴套12，此锥形轴套12位于滑阀压 盖13内，锥形轴套12由一空心圆柱段和一空心圆锥段组成，此空心圆柱段的外表面与滑阀 压盖13的内表面形成一定的间隙，此间隙一般为0.5 lmm;在锥形轴套12的空心圆锥段的 外表面设有燕尾槽，在此燕尾槽内放置主密封圈14，主密封圈14可选用0型橡胶圈。
滑阀11的内表面与锥形轴套12的空心圆锥段的外表面形成锥面配合，且滑阀11能沿着 此锥面配合左右滑动。锥形轴套12上的空心圆柱段和空心圆锥段相连处的限位台阶面121 用于限制滑阀11右滑的程度，从而防止因锥面配合楔牢而使滑阀11与锥形轴套12无法脱开。
滑阀11和锥形轴套12之间依靠主密封圈14实现密封。滑阀压盖13的左端与法兰16的右 端密封地固定相连。
在法兰16右端的内表面挖设一个凹槽。滑阀11左端的外表面依靠密封圈152与法兰16 的内表面密封地滑动相连,滑阀11右端的外表面依靠密封圈151与滑阀压盖13内表面密封地滑动相连。在滑阀ll的中间处设有一凸台lll，此凸台111位于上述法兰16的凹槽内，且凸 台111的外表面与凹槽的表面依靠滑阀密封圈15实现密封地滑动相连。
法兰16内设有2个压力源通道，分别是压力源通道I161和压力源通道ni62。凸台lll 的右端面、滑阀11的表面以及滑阀压盖13的表面和法兰16的表面形成空腔I25，此空腔I 25与压力源通道I 161相连通；当压力源通道I 161内注入液压时，可推动滑阀ll向左移动。 同样，凸台lll的左端面、滑阀11的表面与法兰16的表面形成空腔I126，此空腔II26与压力 源通道II162相连；当压力源通道II162内注入液压时，可推动滑阀ll向右移动。滑阀ll具 有较大的行程，可避免在转动过程中主密封圈14的摩擦损坏。
旋转机械密封组件包括端面相互吻合的动环17和静环7，动环座9与轴套10密封地固定 相连；动环17套装于动环座9内，且动环17与动环座9固定相连，动环17依靠辅助密封圈8 与动环座9之间实现密封相连。辅助密封圈8可选用0型密封圈。
轴套10的右端套装于锥形轴套12内，且轴套10的外表面与锥形轴套12的内表面为间隙 配合。轴套10与锥形轴套12之间依靠密封垫27进行密封。
位于密封压盖19内的弹簧座18与密封压盖19固定相连。位于密封压盖19内的静环7与 弹簧座18滑动相连，具体为在静环7的内表面设有三个槽，在弹簧座18上设置与上述三 个槽相一一配对且能在槽中左右滑动的三个爪；这样就能实现静环7与弹簧座18的滑动相 连，还能起到防止静环7旋转的作用。静环7通过0型密封圈6与密封压盖19实现密封地滑动 相连。机械密封用弹簧5的一端与弹簧座18固定相连、另一端抵着静环7;从而确保动环17 和静环7的端面能紧密贴合。因此，密封压盖19、弹簧座18、机械密封用弹簧5和静环7是 被组装在一起的，从而形成了一个组件，目的是便于对该组件进行拆装与更换。
应急密封组件包括位于安全密封弹簧座2内的安全密封阀座3，安全密封阀座3的外表 面与安全密封弹簧座2的内表面形成一定的间隙，此间隙一般为0.5 lmm。安全密封阀座3 依靠紧固螺母1与轴套10固定相连，且安全密封阀座3与轴套10之间设置密封圈，因此安全 密封阀座3与轴套10之间密封地固定相连。
位于密封压盖19内的安全密封阀22能沿着密封压盖19左右滑动，且安全密封阔22依靠 密封圈20实现与密封压盖19之间的密封。在安全密封阀22上与安全密封阀座3相对应的那 个端面上设有密封圈21。应急密封用弹簧4的一端固定在安全密封弹簧座2上、另一端抵着 安全密封阀22。在正常的情况下，是无须使用到此套应急密封组件，因此，在应急密封用 弹簧4的推力作用下，安全密封阀22和安全密封阀座3相分离(即两者的端面不相接触)；
7这样能避免密封圈21的磨损。
挡环23通过螺栓与安全密封阀22固定连接。在轴套10上设有应急调节螺母24,应 急调节螺母24与挡环23相接触。 一旦前两级密封失效、需要用到此套应急密封组件时， 可通过调节应急调节螺母24，从而带动挡环23以致间接带动安全密封阀22左移，最终使 安全密封阀22与安全密封阀座3实现贴合，安全密封阀22与安全密封阀座3之间的密封 是依靠密封圈21来实现的。
安全密封弹簧座2、密封压盖19和法兰16依靠螺栓依次固定相连。
本发明的高压可控滑阀式机械组合密封系统实际工作时，轴套10套装在轴的外部，锥 形轴套12套装在轴肩上。法兰16与动力设备的壳体相连。压力源通道I 161和压力源通道 II 162均通过二位四通阀与压力源相接。其具体工作过程如下 1、可控滑阀静密封
当动力设备处于静止状态时，系统密封功能由第一级的可控滑阀密封实现。通过切换 外部液压源中的二位四通阀，使得位于左侧的空腔1126通过压力源通道11162与液压站中 高压液压油相通，而位于右侧的空腔I25通过压力源通道I161与油箱相通。在高压液压 油的推动作用下，整个滑阀ll向右移动，空腔I25内的液压油流回油箱，直至滑阀ll右端 接触到锥形轴套12的限位台阶面121为止。此时，滑阀11与锥形轴套12的锥面配合形成一 微小间隙，此间隙处由主密封圈14予以密封，从而实现滑阀ll的静密封。 2、旋转机械密封
当设备处于运转状态时，调节液压控制回路中的二位四通阀，使得空腔I25通过压力 源通道I 161与液压站中高压液压油相通，而空腔II26通过压力源通道II162与油箱相通。 整个滑阀ll在液压油推力作用下向左移动，直至设置在锥形轴套12内的主密封圈14不再与 滑阀ll相接触， 一般根据密封压力和滑阀ll的液压面积比可确定控制油源的压力。动环17、 动环座9、轴套10和锥形轴套12随轴一起转动，此时旋转机械密封起主要密封作用；具体 如下
嵌套于动环座9中的动环17在转动力矩作用下随轴套10和轴一起转动，动环17与动环 座9之间的密封由辅助密封圈8完成。在圆周方向上，静环7在弹簧座18的限定作用下处于 静止状态(即静环7不产生旋转)；在轴向上，静环7在机械密封用弹簧5的推动作用下与动 环17紧密贴合；静环7与密封压盖19间由0型密封圈6实现密封；动环17与静环7之间作相对摩擦运动实现端面间的动密封。 3、应急密封
而一旦前两级密封失效，为防止重大泄露事故发生，可在停车后迅速调节应急密封使
之强制密封。具体如下当前两级密封失效时可立即停车，并顺时针旋转应急调节螺母24，
使应急调节螺母24向左移动，并带动挡环23向左移动，从而间接带动安全密封阀22压 縮应急密封用弹簧44并向左移动，直至安全密封阀22的左端与安全密封阀座3接触为止， 此时设置于安全密封阀22上的密封圈21对上述接触端面进行密封，从而实现了设备的应 急密封。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不 限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接 导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1、一种高压可控滑阀式机械组合密封系统，其特征是包括可控滑阀静密封组件和旋转机械密封组件；所述可控滑阀静密封组件包括滑阀压盖(13)、滑阀(11)和套装于轴肩上的锥形轴套(12)，锥形轴套(12)位于滑阀压盖(13)内，部分位于法兰(16)内的滑阀(11)与锥形轴套(12)密封地滑动相连，所述法兰(16)和滑阀压盖(13)密封地固定相连，法兰(16)上设有2个分别用于控制滑阀(11)左滑和右滑的压力源通道I(161)和压力源通道II(162)；所述旋转机械密封组件包括与轴套(10)固定相连的动环座(9)以及密封端面紧密贴合的动环(17)和静环(7)，动环(17)与动环座(9)密封地固定相连；位于密封压盖(19)内的弹簧座(18)与密封压盖(19)固定相连，机械密封用弹簧(5)的一端与弹簧座(18)相连、另一端抵着静环(7)；所述静环(7)与密封压盖(19)密封地滑动相连。
2、 根据权利要求l所述的高压可控滑阀式机械组合密封系统，其特征是所述组合密封 系统还包括应急密封组件；所述应急密封组件包括安全密封阀座(3)，安全密封阀座(3)与轴套(10)密封地固 定相连，位于密封压盖(19)内的安全密封阀(22)与密封压盖(19)密封地滑动相连。
3、 根据权利要求2所述的高压可控滑阀式机械组合密封系统，其特征是所述应急密封 组件还包括设置在轴套(10)上的应急调节螺母(24)，挡环(23)与安全密封阀(22)固定 相连，所述应急调节螺母(24)和挡环(23)相接触。
4、 根据权利要求3所述的高压可控滑阀式机械组合密封系统，其特征是滑阀(11)与 锥形轴套(12)之间以锥面配合的形式滑动相连，所述锥形轴套(12)的锥面上设有主密封 圈(14)，滑阀(11)通过上述主密封圈(14)与锥形轴套(12)实现密封相连。
5、 根据权利要求4所述的高压可控滑阀式机械组合密封系统，其特征是在法兰(16) 内表面设置一个凹槽，在滑阀(11)设有凸台(111)，所述凸台(111)与凹槽密封地滑动相 连；所述滑阀(11)分别与法兰(16)和滑阀压盖(13)密封地滑动相连；位于凸台(111) 右侧的凹槽为空腔I (25)，所述空腔I (25)与压力源通道I (161)相连通；位于凸台(lll) 左侧的凹槽为空腔II (26)，所述空腔II (26)与压力源通道II (162)相连通。
6、 根据权利要求5所述的高压可控滑阀式机械组合密封系统，其特征是所述锥形轴套 (12)上设有用于控制滑阀(11)右行程的限位台阶面(121)。
7、 根据权利要求6所述的高压可控滑阀式机械组合密封系统，其特征是所述安全密封 阀(22)在与安全密封阀座(3)对应的端面上设有密封圈(21)。
全文摘要
本发明公开了一种高压可控滑阀式机械组合密封系统，包括可控滑阀静密封组件和旋转机械密封组件；可控滑阀静密封组件包括滑阀压盖(13)、滑阀(11)和套装于轴肩上的锥形轴套(12)，锥形轴套(12)位于滑阀压盖(13)内，部分位于法兰(16)内的滑阀(11)与锥形轴套(12)密封地滑动相连，法兰(16)上设有2个分别用于控制滑阀(11)左滑和右滑的压力源通道I(161)和压力源通道II(162)；旋转机械密封组件包括与轴套(10)固定相连的动环座(9)以及密封端面紧密贴合的动环(17)和静环(7)等。使用本发明的密封系统，可以大幅度减小和避免危险流体的泄露和重大事故的发生。
文档编号F16J15/16GK101463903SQ20091009539
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者吴大转, 孟祥铠, 戴维平, 磊 焦, 王乐勤, 郑水英 申请人:浙江大学