一种带“工”字形封堵腔的双端面机械密封的制作方法

本发明涉及机械密封，具体是一种带“工”字形封堵腔的双端面机械密封。

背景技术：

随着对环境保护的要求日益严格，在石油化工行业中为了达到这些要求，对于输送有毒有害、高温、易燃易爆介质的设备上使用的机械密封，提出了较高的要求，即要使用双端面机械密封且还要配上封油系统，保证做到被密封的介质不外漏，也就是要做到零泄漏，而且还能安全可靠、长寿命运行。所谓封油系统通常是由封油罐、封油泵、封油循环管线等组成用来提供封油的系统，所谓零泄漏是指使封油压力略高于被密封介质压力而阻止被密封介质不外漏，而允许有少量封油泄漏的状态，这不仅增加了机械密封运行的成本，也增加了对封油系统的可靠性要求，封油系统不可靠，安全生产同样难保证，如果不用封油系统也能使双端面机械密封做到零泄漏，安全可靠、长寿命运行这无疑是机械密封技术所要解决的一个重要课题。

技术实现要素：

本发明提供的一种带“工”字形封堵腔的双端面机械密封正是解决这一课题的一项成果。

所述密封由轴套、前端动环结构、前端静环、密封套、后端静环、后端动环结构加上压盖和辅助密封件组成；

所述密封的前端静环和后端静环在前、后端密封圈的配合下背靠背的插入由密封套和压盖组合成的空腔中，前、后端静环均为L形，背靠背连接后和密封套内圆面形成了一个矩形的环状空腔；

所述密封的前、后端静环的内园面则和带凹形环状外圆面的轴套形成了一个较长的矩形的环状空腔；

所述密封的前、后端静环背靠背接触的部位则开有槽孔使上下两个矩形的环状空腔相通，沿着轴线的剖视图看上去这两个矩形环状空腔就像一个工字的上下两横，而连通两个矩形空腔的槽孔则像这个工字中间的一竖，故把这个工字形空腔称为“工”字形封堵腔；

所述密封的这个“工”字形封堵腔由装配在轴套上的前、后端动环结构中的动环与前、后端静环的端面构成的端面密封所封闭；

所述密封的密封套和压盖用螺纹连接并在压盖上开有供泥状填料充填的出入口通过密封套和“工”字形封堵腔相通，因而可以很方便的将各种泥状填料注入到“工”字形封堵腔中和前、后两个端面共同形成了一个凹形动密封结构，如把前端密封面称为Q，泥状填料包裹在轴套凹形环状槽面形成的径向密封称为J，把后端密封面称为H，这个凹形动密封结构就可称为QJH型动密封结构，这个动密封结构正是带“工”字形封堵腔的双端面机械密封的特点；

所述密封的前、后端静环密封圈均装配在密封套上，此时密封套和压盖螺纹连接时还增加了一个止口密封圈，用来保证“工”字形封堵腔的封闭性；

所述密封的前端静环密封圈装在密封套上，后端静环密封圈装配在压盖上，密封套和压盖是螺纹连接，同样也能形成“工”字形封堵腔；

“工”字形封堵腔也可以不注入泥状填料而将充填的出入口和喷射泵连接将前端面密封泄漏出的微量介质抽排到指定的去处而使所述密封实现零泄漏；

所述密封的压盖开有冷却水出入口，作用是对后端密封面及后端动环结构可以引用冷却水进行冷却并且在压盖防尘圈的配合下形成水封环防止在“工”字形封堵腔形成负压时空气进入密封。

如上所述带“工”字形封堵腔的双端面机械密封的弹性元件是可以根据所使用设备的工艺条件需求安装在所述密封的不同部位：

如上所述密封，弹性元件安装在前端动环结构中，即由套在轴套前端的前端弹簧盒、弹性元件、动环、动环密封圈及前端弹簧盒防转键组成，因而构成弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封。

如上所述密封，弹性元件安装在后端动环结构中，即由套在轴套后端的后端弹簧盒、后端动环、后端动环密封圈、后端弹簧盒定位螺钉组成，因而构成弹性元件外装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封。

如上所述密封，弹性元件也可分别安装在密封套和压盖上直接作用在前、后端静环上，因而构成弹性元件静置式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封。

如上所述密封均采用集装式结构，因而在压盖和轴套上安装的各密封元件轴向位置是通过密封轴向定位座来实现的。

如上所述密封，其后端动环套或后端弹簧盒与轴套均采用螺纹连接并用紧定螺钉固定，因而所述密封是和使用设备的轴套集装在一起的，如用在悬臂泵上时则应按该设备的轴套规格配制。

如上所述密封，也可使用直通式轴套，这样通用性更好，但要增设轴套定位卡环并用卡环锁紧螺钉锁紧。

本发明密封仅在双端面机械密封结构中增设了一个“工”字型封堵腔，使其成为带“工”字形封堵腔的双端面机械密封，因而可使机械密封在不用封油系统的条件下实现零泄漏、安全可靠、长寿命运行，且还可将弹性元件设置在所述密封的不同部位以满足各种不同工艺条件下运行设备对机械密封的需求，这和现在普遍使用封油系统才能实现零泄漏的机械密封相比无疑是一个大的进步。

附图说明

图1是本发明前、后端静环密封圈均装配在密封套上的带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图；

图2是本发明前端静环密封圈装在密封套上，后端静环密封圈装配在压盖上的带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图；

图3是本发明带“工”字形封堵腔的双端面机械密封连接喷射泵工作示意图；

图4是本发明和悬臂泵轴套集装在一起的弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图；

图5是本发明和直通式轴套集装在一起的弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图；

图6是本发明和悬臂泵轴套集装在一起的弹性元件外装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图；

图7是本发明和悬臂泵轴套集装在一起的弹性元件静置式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图；

图8是图5的右视示意图；

图9是图6的右视示意图；

图10是泥状填料注入方式示意图。

图中：1-轴套，2-前端动环结构，3-前端静环，4-前端静环密封圈，5-密封套，6-“工”字形封堵腔，7-后端静环，8-后端静环密封圈，9-压盖密封圈，10-止口密封圈，11-压盖，12-后端动环结构，13-压盖防尘圈，14-喷射泵出口，15-喷射泵，16-喷射泵入口调节阀，17-带“工”字形封堵腔的双端面机械密封，18-真空压力表，19-前端弹簧盒，20-弹性元件，21-前端动环，22-前端动环密封圈，，23-后端耐磨环密封圈，24-后端耐磨环，25-后端动环套定位螺钉，26-后端动环套，27-后端动环密封圈，28-轴套密封圈，29-轴套垫，30-前端弹簧盒防转键，31-轴套定位卡环，32-密封轴向定位座，33-定位座螺钉，34-前端动环套，35-前端动环套紧定螺钉，36-前端耐磨环密封圈，37-前端耐磨环，38-后端动环，39-后端弹簧盒，40-后端弹簧盒定位螺钉，41-轴套卡环锁紧螺钉，42-泥状填料注入用螺母，A、B-“工”字形封堵腔出入口，C、D-冷却水出入口，Q-前端密封面，H-后端密封面，J-径向环形密封面，K-观测孔。

具体实施方式

下面根据本发明中的附图，对本发明的具体内容进行必要地说明：

图1所示为本发明的工作原理示意图，封堵腔6中网格部分是指充满在“工”字形封堵腔中的泥状填料，图中，套在轴套1上的前端动环结构2中的动环端面与前端静环3的端面构成了前端密封面Q，前端处于被密封的介质中，图中，套在轴套1上的后端动环结构12中的动环端面与后端静环7的端面构成了处在外部环境中的后端密封面H，而紧密包裹在轴套1环槽面上的泥状填料则构成了径向环形密封面J，装在密封套5上的前端静环密封圈4既阻止被密封介质进入“工”字形封堵腔6，也防止泥状填料从“工”字形封堵腔6进入被密封的介质中，同时被前端静环密封圈4套着的前端静环3也可作轴向前后移动，前端静环3和密封套5存在如图所画的滑键防转连接的结构，因而静环3是不会随动环转动的，后端密封圈8也是装在密封套5上的，它是防止泥状填料从“工”字形封堵腔中泄漏到外部环境中，而套在后端密封圈8上的后端静环7也可在轴向前后移动，同时前、后端静环3、7是背靠背并以凸凹槽的形式连接以防止后端静环7转动，同时凸凹槽也形成使上下环状矩形空腔连通成“工”字形封堵腔的槽孔，呈L形的前、后端静环3、7被前、后端静环密封圈4、8套着的环形面与密封套5的内圆面形成“工”字形封堵腔上面一横的环状矩形空腔，而前、后端静环3、7内径的环形面则与轴套1的凹槽环形面形成了“工”字形封堵腔下面一横的环状矩形空腔，密封套5和压盖11是螺纹连接，在其轴向接触面上开有沟槽及孔和压盖11上开的“工”字形封堵腔出入口A、B相通，同时止口密封圈10是装在密封套5和压盖11的轴向接触面处，防止泥状填料从此处泄漏，从本图可看出：本发明前、后端密封面Q、H是两个机械密封的动密封端面，其端面间隙只有0.001～0.002毫米，而泥状填料的固体填充物其颗粒至少有0.05～006毫米左右，因而是难以从中泄漏出去的，而紧密包裹在轴套1环槽中的泥状填料构成的则是间隙为零的较长的环状动密封面J，当被密封介质要想泄漏出去，就必须通过前端密封面Q的间隙和径向环形密封面J的间隙后，才能从后端密封面H的间隙泄漏掉，而径向环形密封面J的间隙为零，被密封介质根本过不去，它只有推压泥状填料从后端密封面H的间隙穿过去，而泥状填料由于粒径大是难以穿过去的，这样被密封介质就难以泄漏了，这就是本发明不用 封油系统而靠“工”字形封堵腔6实现零泄漏的技术原理，此时为了防止后端密封面H出现干摩擦而发热，特在压盖11上开有冷却水C、D出入口引入冷却水进行冷却，从而使用本发明制造出来的带“工”字形封堵腔的双端面机械密封在不用封油系统时，也能实现零泄漏和安全可靠、长寿命运行，而现在通常使用封油的机械密封结构为什么不能用泥状填料来替代封油呢？是因为这些使用封油的机械密封结构中的弹性元件都是浸泡在封油中，如果用泥状填料来替代封油就会使弹性元件难以正常工作，并使密封发生故障而失效，而本发明的这种带“工”字形封堵腔的双端面机械密封就不存在这一问题，也就是在双端面机械密封的结构上作了实质性的改进；

图2所示和图1一样，也是本发明的工作原理示意图，不同的是后端静环密封圈8不是装在密封套5上而是装在压盖11上，因而省掉了止口密封圈10，泥状填料可直接从压盖11上开出的“工”字形封堵腔A、B出入口进入密封套5内和前、后端静环3、7，前、后端动环结构2、12及轴套1构成“工”字形封堵腔6，实现零泄漏和安全可靠、长寿命运行，其原理和图1相同；

图3所示是对带“工”字形封堵腔的双端面机械密封17的“工”字形封堵腔6的另一种使用方法，即将“工”字形封堵腔6的A、B出入口和喷射泵15的吸入口连通起来，喷射泵15的喷射端接上入口调节阀16，该阀另一端和设备出口即高压端接通，而喷射泵出口14则和设备入口即低压端接通，此时“工”字形封堵腔并不是用泥状填料充填，而是通过喷射泵15的工作使其成为真空状态，因为从前端密封面Q泄漏进入“工”字形封堵腔的介质量是很小的，因而很容易被抽走，此时只要将调节阀16调节好使真空压力表18的压力比外界大气压低一点就可以了，此时后端密封面H只是防止空气进入“工”字形封堵腔6就行了，因而此时不用泥状填料，带“工”字形封堵腔的双端面机械密封同样也能实现零泄漏，并安全可靠、长寿命运行，而后端密封面H在冷却水因后端动环转动和压盖防尘圈13形成的水封环下完全可以防止空气进入“工”字形封堵腔6中，因而这种带“工”字形封堵腔的双端面机械密封在不用泥状填料而用喷射泵时也能实现零泄漏和安全可靠、长寿命运行，而使用喷射泵比使用封油系统简便经济得多，而通常使用封油的机械密封为什么不能用这种喷射泵抽真空的方式实现密封呢？因为通常使用封油的机械密封只有封油压力比被密封介质压力大时才能正常工作，如果对封油腔抽真空，机械密封就会失效，使大量被密封介质被抽走或外漏，这是不允许的。

如上所述，本发明带“工”字形封堵腔的双端面机械密封的前、后端密封面Q、H必须能保证其间隙始终处于很小甚至是零的状态，并且在磨损变大的情况下得到及时补偿，也就是要有很好的闭合性，这完全处决于弹性元件和前后端动环结构2、12的设置特点：

图4是本发明用在悬臂泵上的弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图，图中，前端动环结构2中的前端弹簧盒19中放置着弹性元件20直接压在前端面动环21背部上，前端面动环21套在前端弹簧盒19上可前后滑动并和其用圆弧槽连接防止转动，前端动环密封圈22是防止被密封介质从动环与轴套配合的径向环形间隙中泄漏到“工”字形封堵腔中但不防碍动环的轴向滑动，前端弹簧盒19是由前端弹簧盒防转键30和轴套1上的台肩定位在轴套1上的；

图4中，后端动环结构12中的后端动环套26和轴套1是螺纹连接并用后端动环套定位螺钉25定位，后端耐磨环24用后端耐磨环密封圈23紧配合 在后端动环套内，其端面和后端静环7的端面贴紧，形成后端密封面H，而后端动环密封圈27则是防止泥状填料从后端动环套26和轴套1连接螺纹缝隙中漏出；

从图4中可看到，前端弹簧盒19、弹性元件20、前端动环21、前端静环3、后端静环7、后端耐磨环24和后端动环套26是首尾相连串着套在轴套1上的、由于前端弹簧盒19是由前端弹簧盒防转键30和轴套1上的台肩定位在轴套1上，所以只要转动后端动环套26依靠连接螺纹就可将前、后端密封面Q、H贴紧，从理论上可说其间隙可为零，这样一来端面就会受到很大的力，而贴紧的动静环端面是要相对转动的，因而贴紧的力必须有度，这个度是由弹性元件20的弹力实现的，所以转动后端动环套26产生的贴紧力和弹性元件20的工作压缩量相同时就必须将后端动环套定位螺钉25拧紧，不得让后端动环套26再作轴向移动，此时前、后两个端面即Q、H密封面受到的压力是由弹性力和被密封介质压力所共同形成的，也就是通常所说的端面密封压力，只要这个压力确定的好，这前后两端的机械密封就能正常的运行，再发挥“工”字形封堵腔6的作用，这种双端面机械密封在不用封油系统的状态下就能实现零泄漏和安全可靠、长寿命运行；

从图4中可知，所述弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封所使用轴套是用在悬臂泵上的，轴套垫29和轴套密封圈28是起防止被密封介质从轴套与轴的配合间隙中泄漏作用的，轴套1是通过轴的台阶和键(图中未画出)固定在轴上的；

图5是本发明为了适应不同设备的需求，特将弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封图4所示的悬臂泵使用的轴套1改为直通式轴套1配套使用的结构示意图，该结构采用了两个轴套密封圈28，并分别放在轴套1前后两端，防止被密封介质从轴套1与轴的配合间隙中泄漏，轴套1则靠轴套定位卡环31和轴套卡环锁紧螺钉41在轴上定位，密封轴向定位座32用定位座螺钉33固定在压盖上如图8所示，当机械密封未使用时将后端动环套定位螺钉25穿入定位座32孔中将整个密封锁定，当密封装在设备上固定好后则应将后端动环套定位螺钉25脱开只起锁定后端动环套26的作用，这样该密封就可转动而正常运行了，轴套1的这一改变，可以增加所述密封的通用性，这一方式同样适用于图6、图7所示的密封结构；

图4，图5所示的弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封由于弹性元件20在运行时是处于被密封介质中，因而对被密封介质的性质就有一定要求，如被密封介质有腐蚀性、或温度很高、或易于结焦等都有可能使弹性元件20的弹性失效而使所述密封出现故障，所以这种弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封一般适用于温度在200℃以下，腐蚀性不强且介质不易结焦的清洁介质的工艺条件下。

图6是本发明用在被密封介质是高温，强腐蚀性，易结焦等恶劣工况下工作的弹性元件外装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图，配用的悬臂泵轴套，前端动环结构2是由前端动环套34靠轴套1台阶和前端动环套紧定螺钉35定位在轴套1上，前端耐磨环37套在前端动环套34内并配上前端耐磨环密封圈36，前端动环密封圈22装在前端动环套34内环槽内防止被密封介质从前端动环套34和轴套1配合间隙中流入“工”字形封堵腔6中，前端耐磨环37和前端静环3的端面贴紧构成前端密封面Q，后端动环结构12由套在后端弹簧盒39上的后端动环38和装在后端弹簧盒39内的弹性元件20组成，后 端弹簧盒39和轴套1采用螺纹连接并由后端弹簧盒定位螺钉40锁紧定位，后端动环密封圈27是防止泥状填料从后端弹簧盒39与轴套1连接螺纹的间隙中漏出，后端动环38的端面和后端静环7的端面贴紧构成了后端密封面H，其前后两个密封面Q、H的贴紧力均由转动后端弹簧盒39靠连接螺纹将弹性元件20压缩至额定的压缩量提供，这样再发挥“工”字形封堵腔6的密封作用，图6所述密封就能正常运行了，由于弹性元件外装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封的弹性元件20是处在空气和冷却水的环境中，因此不管被密封介质的性质如何，弹性元件20均处在良好的环境中运行，在介质压力的配合下始终能对端面施加贴紧的力，如因长时间工作，密封面Q、H会磨损，此时弹性元件20的压缩量就会释放变小，也就是弹性元件20会伸长而弹性力会减小，此时为了防止弹性力过小而使密封面Q、H的贴紧力过小而打开产生密封故障，此时则可将后端弹簧盒39进一步旋紧，使弹性元件20的压缩量恢复到原始状态，这说明所述密封有很好的在线修复能力，这对保障设备安全可靠长寿命运行是很好的性能，实际上这种性能在图4，图5及下述的图7所示的带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构中都存在。

图7是本发明用在高速设备上的弹性元件静置式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图，如图所示，也是和悬臂泵轴套配置的，用了两组弹性元件20，一组弹性元件20是装在密封套5上对前端静环3作用使之和装在前端动环套34上的前端耐磨环37构成前端密封面Q，另一组弹性元件20则装在压盖11上对后端静环7作用使之和装在后端动环套26上的后端耐磨环24构成后端密封面H，这样构制的带“工”字形封堵腔的双端面机械密封由于弹性元件20不会随动环结构一起旋转而是静止的放在密封套5和压盖11上，这样就可避免因高速转动影响弹性元件20的使用效果，从而保证端面密封性能的稳定性，因而“工”字形封堵腔6的密封作用同样能得到保证。

下面以图5所示，和直通式轴套配用弹性元件内装式带“工”字形封堵腔的双端面机械密封结构示意图为例，对所述密封的安装使用作进一步说明：

将前端弹簧盒防转键30放入轴套1前端的键槽中，套上前端弹簧盒18落位后将弹性元件20放入盒中，接着将前端动环密封圈22放入前端动环密封圈槽中，并在其上涂有润滑油；

将前端动环21套在轴套1上对上防转槽插入前端弹簧盒19内将弹性元件20压住，这样便构成了所述密封的前端动环结构2；

把轴套1连同前端动环结构2一起竖直向上放在工作台上，此时前端动环21的端面朝上，再把前端静环3套在轴套1上放下，使其端面和前端动环21的端面贴上，此时端面应保证清洁并涂有润滑油；

将前端静环密封圈4放入密封套5的前端静环密封圈槽中，再把密封套5上的防转齿对着前端静环3上开的防转槽将密封套5套在前端静环3上，此时前端静环密封圈4应涂有润滑油以使前端静环3能上下滑动；

将压盖11利用螺纹和密封套5连接并拧紧；

将后端静环密封圈8放入压盖11的后端静环密封圈槽中并涂上润滑油，接着把后端静环7插入其中并使前后端静环3、7的背部的齿槽相合，既能防止后端静环7转动，又给泥状填料留下了槽孔通道；

将后端动环密封圈27放入轴套1上后端动环密封圈槽中，按图10所示，把泥状填料注入用螺母42拧在轴套1上将弹性元件20、前端动环21、前端静环3和后端静环7压紧，使轴套用手转动时感到有一定紧力为宜，以保证前端 面Q贴紧；

压盖11上的“工”字形封堵腔出入口A、B接上注胶器将泥状填料注入，边注边转动轴套1以保证注入质量，当从泥状填料注入用螺母42的观测孔K中有泥状填料冒出为止；

把泥状填料注入用螺母42拆下，把压盖防尘圈22放入压盖11的防尘圈槽中并将后端静环7的端面清理干净后涂上润滑油；

将配有后端耐磨环24、后端耐磨环密封圈23的后端动环套26装上拧紧达到弹性元件20规定的压缩量为准，正常状态下，此时后端动环套26的背部端面和轴套1的台肩平齐如图5所示，对称拧紧后端动环套定位螺钉25两颗，一般情况下该螺钉有4颗，此时转动轴套1并适当补充注入泥状填料使轴套1的转动阻力有所增大后就可将注胶器从压盖11的“工”字形封堵腔出入口A、B上卸下并用絲堵将其封闭；

把密封轴向定位座32用定位座螺钉33拧在压盖11上，如图8示，再用剩余两颗后端动环套定位螺钉25插入其孔中拧在后端动环套26上，这样所述密封的轴向位置就固定好了，当然轴套1也不能转动了；

把两瓣轴套定位卡环31合在轴套1尾部的槽中并用轴套卡环锁紧螺钉41锁住但不用拧紧且保证它不会松脱就可以了，此时所述的整个密封集成装配就完成了；

把所述集装好的密封安装在设备上步骤如下：

将两件轴套密封圈28分别装在轴套1的前后两个轴套密封圈槽中并涂上相应的润滑脂，同时也将压盖密封圈9放在相应的槽中；

将所述密封套在轴上推入经检验合格的密封腔中，并将压盖11用压盖螺栓带上，但不宜拧紧，只有当轴完全固定到位后才可拧紧；

压盖螺栓拧紧后，将原先插入密封轴向定位座32孔中的两颗后端动环套定位螺钉25取出，并把轴套卡环锁紧螺钉41拧紧，这样轴套1就能固定在轴上，随轴一起转动了，检验方法是拨动轴套定位卡环31，轴会随其转动，此时把取出的两颗后端动环套定位螺钉25拧紧在后端动环套26上，进一步将其固定好；

将压盖11上的冷却水出入口C、D接入冷却水管，通入冷却水所述密封就能正常运行了。

以上所述，本发明只是在常用的双端面机械密封结构中增加了一个夹在两个密封端面间的“工”字形封堵腔就使双端面机械密封在使用时省掉了封油系统且能实现零泄漏而安全可靠长寿命运行，不仅能给用户带来更好的经济效益，而且也能满足更高的环境保护要求，同时也说明只要根据本发明的内容可以开发出许多种带“工”字形封堵腔的双端面机械密封规格品种来，因而这些可轻易想到的变化或替換，也都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。