一种泵用机械密封装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于密封系统技术领域，涉及一种泵用机械密封装置。
【背景技术】
[0002] 泵用机械密封属于精密、结构较为复杂的机械基础元件之一，是泵类机械的关键 部件。其密封性能和使用寿命取决于许多因素，如选型、机器的精度、正确的安装使用等。泵 用机械密封种类繁多，型号各异，其维修也是很难辩别和判断的。
[0003] 传统的泵用机械密封装置，如授权公告号为CN2014696339U的发明公开了一种 泵用轻型集装式机械密封装置，包括直接套设在轴承上的密封轴套，密封轴套上设置有动 环磨块和静环磨块，动环磨块的前端与静环磨块的后端相接触，动环磨块后端连接有动环 波纹管，动环波纹管外侧设有动环骨架，动环骨架都断设有弹簧压紧装置，所述静环磨块前 端设置有静环橡胶骨架，所述静环橡胶骨架设置在密封轴套上，这种机械密封装置存在以 下一些问题，1、泵用机械密封由于其恶劣的工作环境以及机器自身的缺陷，其零部件损耗 较大、易损坏，而这种机械密封零部件较多，结构较复杂，拆装较麻烦，零部件的更换和维修 均不方便；2、由于结构复杂，机械密封的各个零部件在生产和安装时的精度要求较高，为了 减少不合格产品的产生，需要使用更高精度的加工设备，导致加工成本增高；3、由于零部件 较多，其生产和制作成本大大增大，零部件的更换和维修也增加了其后续的成本，而且其生 产效率也较低。
[0004] 综上所述，为了解决上述机械密封存在的技术问题，需要设计一种结构简单、易拆 装、加工精度要求较低、生产成本较低的泵用机械密封装置。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种结构简单、易拆装、加 工精度要求较低、生产成本较低的泵用机械密封装置。
[0006] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种泵用机械密封装置，包括转轴，在 转轴上设置有静环与动环，动环一端抵在静环上，在转轴上还设置有动环座与传动圈，传动 圈与转轴固连，动环座前端与动环相连，后端开设有第一环形凹坑，转轴环绕其外表面设置 有弹簧且弹簧位于第一环形凹台坑，弹簧一端抵在第一环形凹坑上，另一端抵在传动圈上， 在传动圈一侧轴向设置有紧定板，紧定板抵在动环座上，在紧定板上设置有紧定螺钉，紧定 螺钉贯穿紧定板与传动圈并抵在转轴上。
[0007] 在上述一种泵用机械密封装置中，动环采用硬质材料制成，静环采用硬质材料或 软质材料制成；硬质材料为常压烧结碳化硅陶瓷材料，软质材料为碳石墨材料。
[0008] 由于泵多为输送流体介质，具有水平安装、高转速、高压力、带固体颗粒、腐蚀性强 等特点。所以泵用机械密封装置主体材质往往需要抵御固体颗粒的冲刷撞击、高转速带来 的密封面高温磨蚀、高压力带来的密封参数不稳定、基体结构件被腐蚀等不利因素的影响， 对机械密封密封装置要求较高。而动环和静环是机械密封装置中保证密封效果的两个重要 部件，但是动环随转轴一起转动，与静环接触的端面容易被摩擦磨损成为机械密封装置的 泄露点，影响密封效果，因此，就需要进行更换，不仅影响工作效率还增加了维修养护成本。
[0009] 因此，本发明进一步优化制备动环和静环的材料，降低动环随转轴一起转动时与 静环接触的端面被磨损的程度，保证动环与静环间的密封效果，且延长动环和静环的使用 寿命。本发明动环采用硬质材料制成，而软质材料的成本较低，所以静环一般采用软质材料 制成。但当泵输送流体介质含颗粒或极易汽化、结晶时，为了密封效果的可靠性，本发明静 环进一步优选采用硬质材质制成。
[0010] 本发明硬质材料优选为常压烧结碳化硅陶瓷材料，因为碳化硅陶瓷材料是目前为 止发现的最好的摩擦副材料，组队性好，不仅重量轻（仅为碳化钨陶瓷的1/5)，常温力学性 能、抗氧化性、耐腐蚀性和抗磨损较好，摩擦系数低，而且其高温力学性能（强度、抗蠕变性 等）可一直维持到1600°C，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。
[0011] 本发明软质材料优选为碳石墨材料，一方面，碳石墨材料是机械密封行业适用范 围最广的摩擦副材料，且与本发明常压烧结碳化硅陶瓷材料的组队性较好。另一方面，碳 石墨材料的导热性好（碳的导热系数为20-40W/m?k，石墨的导热系数为4〇-128W/m?k)， 是非金属中导热最好的材料，仅次于银、铜、铝；线膨胀系数低（2-6Xl(T6/°C)，是金属的 1/2-1/4 ;耐腐蚀性良好，在空气中400°C以下稳定，除强氧化性介质（如王水、铬酸、浓硫酸 及卤族元素）外，可耐其它酸、碱、盐及一切有机化合物的腐蚀；自润滑性极好，碳石墨材料 与常压烧结碳化硅陶瓷材料组对时，石墨转移到常压烧结碳化硅陶瓷材料表面，形成石墨 和石墨相对摩檫，且摩檫系数低，石墨和金属摩檫系数为0. 04-0. 05,在全液润滑条件下，摩 擦系数仅为〇. 008-0. 01。因此，与常压烧结碳化硅陶瓷材料的组对性能极好。
[0012] 在上述一种泵用机械密封装置中，常压烧结碳化硅陶瓷材料主要由以下成分（以 重量份数计）组成：碳化硅粉末：1〇〇份，增强纤维：20-30份，烧结助剂：3-5份。
[0013] 由于现有技术中的碳化硅陶瓷在断裂过程中除了产生新的断裂表面吸收表面能 以外，没有其它吸收能量的机制，因此，现有技术中的碳化硅陶瓷的断裂韧性较低。为了改 变这一现状，本发明在碳化硅陶瓷中添加了增强纤维进行改性，使碳化硅陶瓷在断裂过程 中通过纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转等增韧机制来消耗能量，使材料表现为非脆性断裂， 改善碳化硅陶瓷的断裂韧性，且还能通过增强纤维的高力学性能增强碳化硅陶瓷的强度等 力学性能。
[0014] 在上述一种泵用机械密封装置中，增强纤维为碳纤维与玻璃纤维中的任一与碳化 硅纤维的组成的混合纤维，碳化硅纤维占混合纤维总质量的50-60%。
[0015] 本发明使用的增强纤维中，碳化硅纤维的耐热性和耐氧化性均优于碳纤维，强度 达1960-4410MPa，且在最高使用温度下强度保持率在80 %以上，模量为176. 4-294GPa，化 学稳定性也好。而碳纤维和玻璃纤维比强度、比模量较高，是常用的增强纤维。因此，本发 明采用碳纤维与玻璃纤维中的任一与碳化硅纤维组成混合纤维对碳化硅陶瓷进行改性，以 获得较优的力学性能。进一步优选，当增强纤维采用碳纤维和碳化硅纤维按重量比为1:1. 5 混合时，获得的碳化硅陶瓷的力学性能最优。
[0016] 在上述一种泵用机械密封装置中，烧结助剂为B、C中的一种或两种。在本发明常 用烧结碳化硅陶瓷中添加少量烧结助剂，对碳化硅陶瓷的致密度有显著的促进作用。本发 明中，进一步优选添加B和C混合组成的烧结助剂，且进一步优选B占烧结助剂的8-15%， 在本发明优选范围内，可以使碳化硅陶瓷的致密度高达98 %以上，强度提高5 %以上。
[0017] 在上述一种泵用机械密封装置中，碳石墨材料为中硬度碳石墨材料。碳石墨材料 是以碳为主体，加入定量的石墨粘结煅烧而成。而根据加入石墨的多少，可分为软、中、硬三 种碳石墨材料。在目前选材时普遍存在着一种倾向，即无论何种工况一律采用硬质碳石墨， 认为硬度越高越耐磨。然而，在有些工况下却并非如此。当组队材料为陶瓷时，以选用中等 硬度的碳石墨材料为宜。若介质中固体颗粒含量超过5wt%时，碳石墨材料则不宜作为单端 面密封的组队材料，密封件会出现高磨损现象造成泄漏。
[0018] 由于石墨的气孔率大，一般在18%-22%。因此，本发明碳石墨材料中的石墨在煅 烧前都经过浸渍处理，以堵塞气孔，提高密封性。且石墨经本发明浸渍剂浸渍处理后，成为 不透气制品，对导热性无明显影响，但强度、硬度有很大提高。本发明浸渍剂优选为：环氧 树脂、呋喃树脂、酚醛树脂、巴氏合金溶液、铝合金溶液、铜合金溶液、锑合金溶液、银合金溶 液、玻璃溶液中的一种。
[0019] 在上述一种泵用机械密封装置中，动环和静环采用常压烧结碳化硅陶瓷材料制备 时的制备工艺主要包括以下步骤：
[0020] S1、按上述碳化硅陶瓷材料的组成成分及其重量份数进行配料并混合得到料浆；
[0021] S2、将上述料浆进行喷雾干燥制成颗粒，然后将颗粒压制成坯体，最后在惰性气体 保护下在2000-2500°C下进行高温烧结得到动环或静环。
[0022] 本发明采用常压烧结碳化硅陶瓷材料制备动环和静环时，配料时选取的碳化硅粉 末的粒径为0. 1-1yrn，且进行化学提纯，去除硅和氧化硅。添加增强纤维之前，需要对增强 纤维进行表面改性，因为增强纤维与碳化硅粉末的相容性差，不经过表面处理严重影响产 品的力学性能。而且，增强纤维不经过表面处理，其活性比表面积小，表面能低，限制增强纤 维性能的发挥。本发明对增强纤维的表面改性处理优选表面氧化处理，操作简单。经过表 面改性后提高了增强纤维的表面活性，改善了增强纤维与碳化硅粉末的结合能力，从而提 尚广品的综合性能。
[0023] 本发明步骤S2中喷雾干燥制成颗粒粒径优选80-100目。
[0024] 在上述一种泵用机械密封装置中，动环座包括与转轴垂直的环形座板以及与转轴 平行的固定套圈，在动环上设置有第一环形凸台，动环抵在环形座板上，固定套圈与动环外 表面贴紧且固定套圈抵在第一环形凸台上。
[0025] 在上述一种泵用机械密封装置中，在动环与动环座相邻的一端开设有第二环形凹 坑，在第二环形凹坑与转