一种可适用于多自由度位移的机械密封装置的制作方法

本实用新型涉及轴系密封设备领域，尤其涉及一种可适用于多自由度位移的机械密封装置。

背景技术：

随着石油的大量开采，大型油田开采后残余的油泥对环境污染日趋严重，对油田开采废弃的大量油泥的处理也显得刻不容缓，高温油泥热解设备的应用可以有效地处理油田生产的大量油泥，变废为宝；反应釜的广义理解即有物理或化学反应的容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能；回转炉是一种煅烧、焙烧或干燥粒状及粉状物料的热工设备。高温油泥热解设备、反应釜及回转炉均为大型低速旋转机械设备。

当使用高温油泥热解设备时，高温下主机设备出现了极大的高温膨胀变形，表现为其转子轴向伸长可能超过100mm，壳体变形大于20mm以及壳体倾斜角0.5度以上，导致运转精度极低，这就给轴端密封带来的极大的难题，而当使用反应釜或回转炉，在高温下其转子轴伸长壳体变形时，其设备内部含有大量有毒有害物质，一旦泄露至大气中，将对大气造成极大的污染。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可适用于多自由度位移的机械密封装置，具有适用于转子多自由度位移且能满足径向移动和偏转时的密封要求的优点。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种可适用于多自由度位移的机械密封装置，包括主机壳体，所述主机壳体上设置有开口，所述主机壳体内朝向开口转动连接有主机转子,所述主机壳体上固定连接有内侧密封组件，所述主机转子上设置有外侧密封组件，所述内侧密封组件上设置有用于将外侧密封组件限位至内侧密封组件上的限位件，所述外侧密封组件包括外腔体，所述外腔体上沿主机转子轴向延伸的两端部设置有多个支撑轴承，多个支撑轴承套设在自外腔体端部周向凸设的凸柱上，支撑轴承与主机转子转动接触，所述外腔体与主机转子接触位置的面上开设有多个槽体，多个所述槽体位于两侧支撑轴承之间，每个所述槽体均呈环形开设于外腔体上，每个所述槽体内均设置有填料密封。

实施上述技术方案，当高温主机转子发生轴向位移时，内侧密封组件和外侧密封组件的设置可对主机转子起到密封的效果，防止有害气体于壳体内从开口跑出；通过限位件对外密封组件的限位作用，使得外侧密封组件不会随着主机转子一起产生轴向的移动，并且在一定程度上防止主机转子朝向垂直于主机转子的方向移动，使得外腔体不会随着主机转子一起转动，带动主机转子在多个支撑轴承上转动，限位件可使得在主机转子高温轴向伸长时，将外侧密封组件始终限位至内侧密封组件上，因内侧密封组件固定至主机壳体上，限位件可始终带动外腔体贴合至主机转子上，使得内侧密封组件和外侧密封组件保持相对静止；在外腔体与主机转子接触的面上开设槽体，在槽体添加填料密封，使得主机转子在高温轴向伸长时，因限位件的作用带动槽体内的填料密封紧贴至主机转子上，实现与主机转子表面的密封功能，进一步防止有害气体于主机壳体内于外腔体和主机转子之间的缝隙跑出。

进一步，所述内侧密封组件包括内腔体，所述外腔体上朝向远离主机转子的方向延伸设置有限位板，所述限位板位于外腔体上靠近内腔体的位置，所述限位件包括螺纹连接于内腔体上的螺杆，所述螺杆上滑动连接有与限位板远离内腔体的面抵接的滑块，所述滑块固定连接于外腔体上，所述螺杆远离内腔体的端部螺纹连接有螺母。

实施上述技术方案，当需要将外腔体限位至内腔体上时，通过带动螺杆上的滑块于螺杆上移动，使得滑块带动限位板朝向内腔体移动，当限位板贴合至内腔体上时，将螺母于螺杆上拧入，使得螺母带动限位板紧贴至内腔体上，从而实现内腔体和外腔体之间的密封，防止有害气体通过内腔体和外腔体之间的缝隙跑出主机壳体，将螺杆固定至内腔体上，使得主机转子在轴向变形时带动主机转子始终于外腔体上的支撑轴承上滚动，使得内腔体和外腔体之间相对静置，带动外腔体上的密封填料对主机转子起到较好密封的效果；通过采用螺杆和螺母的固定方式可防止在主机转子和主机壳体变形时，带动螺母于螺杆上移动，对外腔体的限位效果较好。

进一步，所述内侧密封组件和外侧密封组件之间设置有密封装置，所述密封装置包括开设在内腔体上且位于与外腔体连接位置上的凹槽，凹槽整体呈环形设置在内腔体上，所述凹槽内沿凹槽的周向位置设置有多个弹簧，每个所述弹簧的端部均设置有固定板，所述固定板上设置有静环，固定板和静环均呈环形设置，所述静环远离弹簧的端部设置有第一密封圈，所述第一密封圈抵抗弹簧的弹力抵接至所述外腔体上，所述凹槽内于固定板和静环连接的位置设置有与凹槽的内壁接触的第二密封圈。

实施上述技术方案，当主机壳体变形时，主机壳体和主机转子会朝向垂直于主机转子的长度方向移动，使得外侧密封组件于内侧密封组件上径向移动，当外侧密封组件于内侧密封组件上移动时，静环带动第一密封圈抵抗弹簧的弹力始终抵接至外腔体上，从而实现外侧密封组件和内侧密封组件之间的密封，防止有害气体于外侧密封组件和内侧密封组件之间跑出至主机壳体外；弹簧的设置可使得无论外侧密封组件和内侧密封组件朝向任意方向产生移动，静环可带动第一密封圈始终抵抗弹簧的弹力抵接至外腔体上，起到密封的效果，并且弹簧的设置可使得在主机转子和主机壳体变形时，适应主机转子和主机壳体的变形力，防止主机转子和主机壳体产生损坏；第一密封圈的设置可防止有害气体于静环和外腔体之间的缝隙跑出，第二密封圈的设置可防止有害气体于静环和凹槽之间的缝隙跑出至主机壳体外。

进一步，所述凹槽内且位于靠近外腔体的位置朝向静环所在的位置设置有第一挡板，第一挡板整体呈环形设置，所述静环上朝向第一挡板所在的位置延伸设置有与第一挡板抵接的第二挡板，第二挡板整体呈环形设置，所述第二挡板位于第一挡板和凹槽底壁之间。

实施上述技术方案，当主机壳体和主机转子变形带动内侧密封组件于外侧密封组件上移动时，静环不断的压缩弹簧使得静环于凹槽内移动，带动第一密封圈抵紧至外腔体上，当静环于凹槽内移动至第一档板所在的位置时，使得静环带动第二挡板抵接至凹槽内的第一挡板上，从而防止静环与凹槽产生脱离，防止在主机壳体和主机转子变形过大时，带动静环脱离凹槽，使得内腔体和外腔体之间存在缝隙，导致有害气体于外腔体和内腔体之间的间隙跑出，提高了密封装置对内腔体和外腔体之间的密封效果。

进一步，所述外腔体上于每个槽体的两侧开设有密封槽，所述密封槽内设置有第三密封圈。

实施上述技术方案，当主机转子和主机壳体变形时，主机转子和主机壳体会挤压槽体内的密封填料，使得密封调料于槽体内跑出，而密封槽和第三密封圈的设置可防止槽体内的密封填料跑出，从而影响到主机转子的转动，并且可防止槽体内的密封填料跑出影响到设备的使用。

进一步，所述主机壳体上且位于开口所在的位置设置有定位板，定位板与开口同轴且呈环形设置在主机壳体内，所述内腔体上开设有供定位板卡接的定位槽，所述内腔体上且位于靠近定位板的位置设置有第四密封圈。

实施上述技术方案，定位槽和定位板的设置可将内腔体定位在主机壳体的开口上，当主机壳体和主机转子变形时，可在一定程度上对内腔体起到定位的效果，防止内腔体在与主机壳体固定后于主机壳体上朝向开口所在的位置移动，提高了内腔体与主机壳体的固定效果；第四密封圈的设置可对内腔体和主机壳体起到密封效果，防止主机壳体内的有害气体于内腔体和主机壳体之间的缝隙跑出，进一步提高了内侧密封组件的密封效果。

进一步，所述内腔体通过螺栓固定连接于所述主机壳体上。

实施上述技术方案，将内腔体通过螺栓固定连接至主机壳体上，方便对内腔体进行安装和拆卸，并且采用螺栓的方式固定效果较好。

进一步，所述外腔体上朝向主机转子所在的位置开设有氮气进气孔。

实施上述技术方案，当机械密封装置使用时，将大于主机壳体内部有害气体压力的氮气于氮气进气孔通入，使得压力较大的氮气对主机壳体内的氮气起到了冲击作用，防止壳体内的有害气体朝向内侧密封组件和外侧密封组件移动，进一步提高了内侧密封组件和外侧密封组件对有害气体的阻挡效果；采用氮气的设置，氮气为无害气体可防止氮气对主机壳体内的设备或其他物质造成影响。

进一步，所述外腔体上朝向主机壳体开口的位置开设有排热进气孔。

实施上述技术方案，当需要对主机壳体内部的设备进行降温时，将气体通过排热进气孔通入至主机壳体内，使得气体对主机壳体内的设备进行降温，并且在使用时，将气体通过排热进气孔输入，使得气体在一定程度上对主机壳体内的有害气体起到了阻挡的效果，进一步提高了密封的效果。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

一、槽体、密封填料的设置可对外腔体和主机转子之间的间隙起到了密封的效果，防止有害气体于外腔体和主机转子之前的缝隙跑出;

二、螺杆和螺母的设置可将滑块抵接至限位板上，从而对外腔体起到限位的作用，当主机转子和主机壳体变形时，使得外墙是不会随着主机转子一起转动，保持内腔体和外腔体的相对位置不会发生改变；

三、弹簧、第一密封圈和第二密封圈的设置可对内侧密封组件和外侧密封组件起到密封效果，防止有害气体于内侧密封组件和外侧密封组件之间跑出至主机壳体外；

四、第三密封圈的设置可进一步对主机转子和外腔体之间的间隙起到密封的效果，防止有害气体于主机转子和外腔体之间的缝隙跑出。

附图说明

图1是本实用新型实施例的局部剖面的结构示意图；

图2是图1中的A部放大图；

图3是图1中的B部放大图。

附图标记：1、主机壳体；11、开口；12、主机转子；13、定位板；2、外腔体；21、支撑轴承；22、槽体；221、填料密封；23、限位板；24、密封槽；241、第三密封圈；25、氮气进气孔；26、排热进气孔；3、内腔体；31、螺杆；311、滑块；312、螺母；32、凹槽；321、弹簧；322、固定板；323、静环；324、第一密封圈；325、第二密封圈；326、第一挡板；327、第二挡板；33、定位槽；34、第四密封圈；35、螺栓。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施例的技术方案进行描述。

实施例

结合图1和图3，一种可适用于多自由度位移的机械密封装置，包括主机壳体1，主机壳体1上设置有开口11，主机壳体1内朝向开口11转动连接有主机转子12,主机壳体1上通过螺栓35固定连接有内侧密封组件，内侧密封组件包括内腔体3，通过螺栓35方便将内侧密封组件安装至主机壳体1上；主机壳体1上且位于开口11所在的位置设置有定位板13，定位板13与开口11同轴且呈环形设置在主机壳体1内，内腔体3上开设有供定位板13卡接的定位槽33，当需要安装内腔体3时，将内腔体3上的定位槽33卡接至主机壳体1上的定位板13上，防止内腔体3于主机壳体1上朝向开口11移动；内腔体3上且位于靠近定位板13的位置设置有第四密封圈34，第四密封圈34的设置可对内腔体3和主机壳体1之间的缝隙起到密封的效果，防止有害气体于内腔体3和主机壳体1之间的缝隙跑出。

如图1所示，主机转子12上设置有外侧密封组件，外侧密封组件包括外腔体14，在本实施例中，外腔体2采用水平剖分式结构并用螺钉连接成一个整圆，内腔体3采用整体式结构，在其他实施例中，可将外腔体2采用整体式，内腔体3采用水平剖分式结构。采用拼接体的方式便于填料和检修，而采用整体式便于安装加工。

如图1所示，外腔体2采用整体式外腔体14与主机转子12接触位置的两侧设置有多个支撑轴承21，多个支撑轴承21套设在自外腔体2端部周向凸设的凸柱上，支撑轴承21与主机转子12转动接触，在本实施例中，支撑轴承21的数量可采用4~32个，支撑轴承21的设置可使得主机转子12于支撑轴承21上转动，使得外腔体2在密封的同时提高了主机转子12的转动效果。

结合图1和图2，外腔体14与主机转子12接触位置的面上开设有多个槽体22，槽体22呈环形开设于外腔体14上，多个槽体22位于两侧支撑轴承21之间，每个槽体22均呈环形开设于外腔体14上，每个槽体22内均设置有填料密封221；在本实施例中，槽体22的数量设置为两个，在其他实施例中，槽体22可以为一个，也可以是多个组合的形式，槽体22和填料密封221的设置可对外腔体2和主机转子12之间的间隙起到密封的效果，防止有害气体于外腔体2和主机转子12之间的缝隙跑出至主机壳体1外；外腔体14上于每个槽体22的两侧开设有密封槽24，密封槽24内设置有第三密封圈241，当主机转子12和主机壳体1变形时，会带动槽体22内的密封填料流出至槽体22外，密封槽24和第三密封圈241的设置可防止填料密封221朝向主机转子12的轴向方向流出至外腔体2外，对主机壳体1内的设备造成影响，并且进一步提高了密封的效果；在其他实施中，可在槽体22的一侧设置第三密封圈241或不在外腔体2上设置第三密封圈241。

如图1所示，内侧密封组件上设置有用于将外侧密封组件限位至内侧密封组件上的限位件，外腔体14上朝向远离主机转子12的方向延伸设置有限位板23，限位板23于外腔体2上呈环形设置，限位板23位于外腔体14上靠近内腔体3的位置，限位件包括螺纹连接于内腔体3上的螺杆31，螺杆31上滑动连接有与限位板23远离内腔体3的面抵接的滑块311，螺杆31远离内腔体3的端部螺纹连接有螺母312；在本实施例中，螺杆31的和滑块311的数量设置为2~8个，每个螺杆31上的螺母312设置为2个，滑块311固定连接于限位板23上；在其他实施例中，可将滑块311抵接至限位板23上，同样可对外腔体2起到限位的作用。

当需要将外腔体2限位至内腔体3上时，通过将螺杆31带动滑块311拧入至内腔体3上，将滑块311于螺杆31上滑动，使得滑块311带动外腔体2上的限位板23朝向内腔体3，将螺母312拧入至螺杆31上，使得螺母312将滑块311和限位板23的位置固定，防止限位板23于滑块311和内腔体3之间产生移动，使得当主机转子12和主机壳体1变形时，外腔体2和内腔体3保持相对静止，带动外腔体2上的密封填料和第三密封圈241与主机转子12更好的贴合，防止有害气体于主机转子12和外腔体2之间的缝隙跑出。

结合图1和图3，内侧密封组件和外侧密封组件之间设置有密封装置，密封装置包括开设在内腔体3上且位于与外腔体14连接位置上的凹槽32，凹槽32内设置有弹簧321，弹簧321的端部设置有固定板322，固定板322上设置有静环323，固定板322和静环323均呈环形设置，凹槽32和静环323均呈环形分布于内腔体3上，静环323远离弹簧321的端部设置有第一密封圈324，第一密封圈324抵抗弹簧321的弹力抵接至外腔体14上。

当主机转子12和主机壳体1变形时，主机转子12带动外腔体2于内腔体3上产生周向和径向的移动，使得静环323压缩弹簧321带动第三密封圈241紧紧抵接至外腔体2上，从而使得第三密封圈241对外腔体2和内腔体3之间的缝隙起到密封的效果，将主机转子12和主机壳体1变形时的移动转化为内腔体3于外腔体2上的相对移动，并给在相对移动的过程中进行密封，防止有害气体于外腔体2和内腔体3之间的缝隙跑出；在本实施例中，弹簧321选用弹力大于200N的弹簧321，如弹簧321的弹力过小会造成第三密封圈241无法压紧外腔体2，在其他实施例中，可将弹簧321替换为其他弹性元件。

结合图1和图3，凹槽32内且位于靠近外腔体14的位置朝向静环323所在的位置设置有第一挡板326，静环323上朝向第一挡板326所在的位置延伸设置有与第一挡板326抵接的第二挡板327，第一挡板326和第二挡板327均呈环形设置，第二挡板327位于第一挡板326和凹槽32底壁之间，凹槽32内于固定板322和静环323连接的位置设置有第二密封圈325，第二密封圈325固定连接在静环323上；当静环323压缩弹簧321带动第二挡板327于凹槽32内朝向凹槽32外移动时，可带动第二挡板327与第一挡板326抵接，从而防止静环323与凹槽32之间脱离，使得静环323带动第二密封圈325与凹槽32侧壁之间抵接，防止有害气体通过第一档板和第二挡板327之间的间隙，于静环323和凹槽32之间的间隙跑出至主机壳体1外，提高了静环323对内腔体3和外腔体2之间的密封效果。

在本实施例中，第一密封圈324、第二密封圈325、第三密封圈241和第四密封圈34采用盘根，在其他实施例中，第一密封圈324、第二密封圈325、第三密封圈241和第四密封圈34可采用橡胶密封圈、弹簧321加载密封圈或聚四氟乙烯密封圈。

如图1所示，外腔体14上朝向主机转子12所在的位置开设有氮气进气孔25。外腔体14上朝向主机壳体1开口11的位置开设有排热进气孔26。在本实施例中，为了考虑外接管线的影响，氮气进气孔25和排热进气孔26均设置为1个，在其他实施例中，氮气进气孔25和排热进气孔26可设置为2~4个。当向氮气进气孔25内通入气压大于主机壳体1内部气体压力的氮气时，氮气可推动主机壳体1内部的有害气体远离外腔体2和内腔体3，进一步提高了内侧密封组件和外侧密封组件的密封效果；当主机壳体1内部热量较高时，将空气于排热进气孔26通入，对主机壳体1内部的设备进行冷却，防止主机转子12和主机壳体1产生变形，间接提高了内侧密封组件和外侧密封组件的密封效果。

工作过程：当使用时，将内腔体3上的定位槽33卡接至主机壳体1开口11上的定位板13上，通过螺栓35将内腔体3固定至主机壳体1上，使得第四密封圈34将主机壳体1和内腔体3之间的缝隙密封，将外腔体2插入至主机转子12上，使得支撑轴承21供主机转子12转动，槽体22和密封槽24内的密封填料和第二密封圈325对主机转子12和外腔体2起到密封的效果，通过带动螺杆31拧入至内腔体3上，使得滑块311抵接限位板23朝向内腔体3移动，将螺母312拧入至螺杆31上，将外腔体2的位置锁定，使得内腔体3凹槽32内的弹簧321压缩，带动静环323上的第三密封圈241紧紧抵接至外腔体2上，使得第三密封圈241和静环323将内腔体3和外腔体2之间的缝隙密封，第一密封圈324与凹槽32内壁抵接 将静环323和凹槽32之间的缝隙密封，需要时向氮气进气孔25内通氮气，向排热进气孔26通入冷却空气即可；本实用新型适用于运转中存在较大的轴向位移、径向位移以及周向偏转的低速旋转设备，经试验，当密封测试压力为0.05MPa时，测试周向运动位移100mm时，密封泄露为：0NM3/h，测试径向运动位移20mm时，密封泄露为：0NM3/h，测试偏转0.5°时，密封泄露为：2NM/h。