液体用机械密封装置的制作方法

1.本技术涉及机械密封技术，更具体地，本技术涉及具有围沿设计的液体用机械密封装置。


背景技术：

2.一般而言，转动设备包括转动轴和设备壳体，而液体用机械密封装置密封穿过设备壳体的转动轴，以使得设备壳体内的液体与设备壳体外的空气隔绝。液体用机械密封装置包括围绕着转动轴安装的动密封环和静密封环，其中，借助于弹簧使得动密封环的端面贴合于静密封环的端面，以构成垂直于轴向的密封界面。
3.在冶金、电力、石化、煤矿、造纸等的行业生产过程中，需要借助于具有液体用机械密封装置的转动设备(例如，泵)来输送含有诸如硬质颗粒或纤维杂质的渣浆液体。然而，渣浆液体中的杂质容易在机械密封装置的动密封环和后泵盖的间隙之间堆积，在静密封环和静密封环的o型圈之间结垢，还有可能碰撞并进入密封界面，从而使动密封环和/或静密封环因卡死而失去轴向补偿能力。而且，在渣浆液体中的硬质颗粒进入密封界面的情况下，也会造成动密封环的端面和静密封环的端面的磨损。
4.在现有设计中，对于上述问题的解决方案有：在密封界面与液体接触的一侧将动密封环和静密封环设置为平齐，以避免液体中的杂质在密封界面处堆积、以及碰撞并进入密封界面；在密封界面与空气接触的一侧由于不存在杂质的问题而无需平齐，而是出于减少摩擦的目的，截短动密封环和静密封环中的一环。这是符合流体力学及热力学的合理设计。虽然在现有设计中也提出了在密封界面与液体接触的一侧将动密封环和静密封环设置为一环高于另一环，但是往往都忽略了液体中的杂质对密封界面的影响。
5.总结而言，在将液体用机械密封装置应用于例如渣浆液体泵的转动设备的过程中存在以下难题：在渣浆液体中的动密封环和静密封环磨损严重，极易损坏以导致泵的泄露；液体用机械密封装置的使用寿命太短，以至于需要频繁地在泵停止运转的情况下进行更换，造成经济损失；需要大量的冲洗水对液体用机械密封装置进行冲洗，造成资源浪费、成本上升。
6.此外，在中国专利cn 209856382u中，提出了在密封界面接触液体的一侧为动密封环或静密封环中的一个设置围沿，所述围沿包括朝向于动密封环或静密封环中的另一个倾斜的倾斜面，在所述围沿促使流动中的液体形成紊流的条件下，液体中的杂质也由于离心力作用沿着倾斜面离开密封界面。这种设计虽然提高了密封装置的使用周期，但动密封环和/或静密封环的加工过程变得复杂，且灵活性较差。


技术实现要素：

7.为了解决现有液体用机械密封装置中的不足，本技术提供了一种既能够有效让液体介质中的杂质远离密封界面、又具有良好加工经济性的液体用机械密封装置，从而降低杂质在密封界面处堆积、以及碰撞并进入密封界面的可能性。
8.根据本技术的一个方面，提供一种液体用机械密封装置，用于密封穿过设备壳体的转动轴，以防止设备壳体内的液体介质泄露，所述液体用机械密封装置包括：围绕着转动轴安装的动环座、动密封环、静密封环、以及静环座，其中，动环座紧固于转动轴且支撑着动密封环，静环座紧固于设备壳体且支撑着静密封环，并且借助于弹簧使得动密封环的端面贴合于静密封环的端面以构成垂直于轴向的密封界面，密封界面在轴向截面上包括与液体介质接触的贴合点；和圆环状的围沿，所述围沿围绕在动密封环和静密封环周围以用于搅动液体介质，所述围沿的至少一部分成形有朝向于贴合点倾斜的倾斜表面，倾斜表面在轴向截面上包括靠近于贴合点的起始点和远离于贴合点的终止点，起始点与贴合点隔开一段距离且终止点沿轴向不超出贴合点。
9.可选地，所述围沿与静密封环和动密封环中的一个一体成形，使得静密封环和动密封环中的一个的截面高于静密封环和动密封环中的另一个的截面，且使得静密封环和动密封环中的一个的一部分贴合于静密封环和动密封环中的另一个。
10.可选地，所述围沿与动环座一体成形，且其中，所述围沿从动环座伸出以坐置于动密封环的外周表面上；或者其中，所述围沿从动环座伸出且与动密封环隔开一段距离。
11.可选地，所述围沿与静环座一体成形，且所述围沿的背离于贴合点的一侧被配置成抵靠于设备壳体的内壁面。
12.可选地，液体用机械密封装置还包括圆筒状或圆环状的附加部件，所述围沿与附加部件一体成形，附加部件可拆卸地安装于动环座的与支撑着动密封环的一侧轴向相反的一侧，且动环座的外周表面的母线与轴向平行或呈夹角。
13.可选地，动密封环借助于o型圈与动环座的外周表面或内周表面连接，且静密封环借助于另外的o型圈与静环座的外周表面或内周表面连接。
14.可选地，倾斜表面包括直面、弧面、折皱面中的至少一个。
15.可选地，所述围沿的轴向截面被配置成包括锥形、多边形、以及弧形中的至少一个。
16.可选地，所述围沿仅被设置于密封界面的外侧，或者，所述围沿仅被设置于密封界面的内侧。
17.可选地，动密封环和静密封环分别是整体式或剖分式结构。
18.可选地，还包括：连接至静环座的压盖；和套设在转动轴上的轴套，轴套与动环座一体地延伸或作为单独部件连接至动环座，以将动环座、动密封环、静密封环、静环座、以及弹簧集装在一起，形成集装式机械密封。
19.本技术所达到的有益效果在于：
20.(1)围沿设计搅动流动中的液体介质，形成紊流，使得液体介质在温度、流速和压力方面发生变化，其中，混杂在液体介质中的杂质、尤其是硬质颗粒也将随着液体介质的混乱运动而无法沉积，从而避免杂质在密封界面处堆积、以及碰撞并进入密封界面；
21.(2)围沿设计起到屏障和泵效作用，不但有效阻挡液体介质中的杂质进入密封界面、即机械密封运转区域，而且有利于作为密封环的静密封环和动密封环的散热，以减少受热变形；
22.(3)动密封环和/或静密封环可以在内周表面和/或外周表面上借助于o型圈相应地连接于动环座和/或静环座，进一步扩大散热面积；以及
23.(4)显著提升液体用机械密封装置的密封效果且延长使用寿命。
24.通过以下参照附图对本技术的示例性实施方式的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
25.构成说明书的一部分的附图描述了本技术的实施方式，并且连同说明书一起用于解释本技术的原理。
26.图1是根据本技术的一个实施方式的安装在转动设备上的液体用机械密封装置的轴向剖视图；
27.图2是图1中的液体用机械密封装置的静密封环和动密封环的细节轴向剖视图；
28.图3是根据本技术的另一实施方式的安装在转动设备上的液体用机械密封装置的轴向剖视图；
29.图4是图3中的液体用机械密封装置的静密封环和动密封环的细节轴向剖视图；
30.图5是根据本技术的另一实施方式的安装在转动设备上的液体用机械密封装置的轴向剖视图；
31.图6是根据本技术的另一实施方式的安装在转动设备上的液体用机械密封装置的轴向剖视图；
32.图7是根据本技术的另一实施方式的安装在转动设备上的液体用机械密封装置的轴向剖视图；
33.图8是根据本技术的另一实施方式的安装在转动设备上的液体用机械密封装置的轴向剖视图；以及
34.图9是根据本技术的另一实施方式的安装在转动设备上的液体用机械密封装置的轴向剖视图。
具体实施方式
35.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施方式。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施方式中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
36.对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
37.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施方式的其它例子可以具有不同的值。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随着后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
39.在下文中，本技术提供的液体用机械密封装置也被称为密封装置。示例性密封装置适用于转动设备，例如，泵。转动设备包括设备壳体101和穿过设备壳体101以至少部分地内置于设备壳体101中的转动轴100，有鉴于此，“轴向”指沿转动轴100的轴线l的方向。“截面”指包含转动轴100的轴线l的竖直平面，“端面”指垂直于转动轴100的轴线l的平面，“前”指沿轴向进一步伸入设备壳体101内的方向、即朝向于各图的左侧，“后”指沿轴向离开设备
壳体101的方向、即朝向于各图的右侧，“内”指沿径向靠近于转动轴100的轴线l的方向，且“外”指沿径向远离于转动轴100的轴线l的方向。
40.总体来说，图1至图9示出的各示例性密封装置均包括装配在一起的多个部件，所述多个部件之间相互协作以使得转动轴100相对于设备壳体101密封，从而防止设备壳体101内的液体介质泄露。这些示例性密封装置可以是集装式的或分离式的。
41.所述多个部件可以涵盖固定在转动轴100上而随着转动轴100一起旋转的动环、以及相对于设备壳体101固定而不随着转动轴100一起旋转的静环。
42.动环包括动环座1和由动环座1支撑的动密封环2，动密封环2通过若干定位销3相对于动环座1实现圆周方向定位，以防止相对转动。
43.静环包括静环座5和由静环座5支撑的静密封环4，静环座5带有向前推压静密封环4的若干弹簧6，并且静密封环4通过若干定位销8相对于静环座5实现圆周方向定位，以防止相对转动。弹簧6将静密封环4向前推压于动密封环2上，使得动密封环2与静密封环4之间维持一定的轴向压力，并且允许动密封环2相对于静密封环4旋转。在本技术中，弹簧6优选为圆柱型小弹簧，或者，弹簧6也可以被波纹管替代。
44.静环座5可以通过若干螺栓7紧固于设备壳体101的后壁面，以覆盖被转动轴100穿过的设备壳体101的孔。因此，也可以说，在本技术中，静环座5还用作在现有技术中众所周知的压盖。补充地或替代地，密封装置可以包括连接至静环座5的压盖，而压盖通过若干螺栓7紧固于设备壳体101的后壁面，以覆盖被转动轴100穿过的设备壳体101的孔。
45.动密封环2和静密封环4中的一个或二者可以具有整体式或剖分式结构，即包括一对半圆环形的半体，这一对半体彼此相对地围绕转动轴100组合在一起构成完整的密封环。两个半体之间的接合界面、即剖分面处，可以设置彼此配合的结构，例如凸凹配合结构，以便于保持两个半体之间的连接状态。从轴向上看，两个半体之间的剖分线垂直于轴向。
46.如果动密封环2和静密封环4二者都是剖分式的，则二者的剖分面需要在圆周方向上彼此错开。
47.本技术考虑到动密封环2和静密封环4便于更换的问题，优选二者都采用剖分式结构。但是，仅动密封环2和静密封环4之一(尤其是容易磨损的那个)采用剖分式结构，也在本技术的范围内。
48.动密封环2和静密封环4的材质可以是塑料、陶瓷(例如，碳化硅)、石墨、金属合金(例如，碳化钨)中的任意一种。动环座1和静环座5的材质可以是金属合金，例如，316不锈钢和304不锈钢等。
49.在下文中，将介绍有关于本技术提供的圆环状的围沿设计的多个实施方式，需要注意的是，根据具体应用场景，所述多个实施方式是可结合的或单独使用的。
50.在参见图1且细节可见于图2的实施方式中，围沿102与静密封环4一体成形且紧邻于密封界面9设置。具体地，静环座5可以开设有所述弹簧6可以伸入的环形槽14，静密封环4的后端部分被接收于环形槽14中，以被所述弹簧6向前推压，使得由静密封环4的前端部分形成的端面贴合于动密封环2的端面，以构成垂直于轴向的密封界面9，密封界面9在截面上包括与液体介质接触的贴合点c1。此外，静密封环4的后端部分在内周表面上借助于o型圈11与静环座5连接。
51.围沿102从静密封环4的前端部分开始，随着沿轴向靠近于密封界面9而在径向上
远离于密封界面9延伸，以围绕在动密封环2和静密封环4周围。与静密封环4一体形成的围沿102的截面高于动密封环2的截面和动环座1的截面，且静密封环4和动密封环2中的一个的一部分贴合于静密封环4和动密封环2中的另一个。
52.在图1和图2中，围沿102的截面被示出为锥形，但可以理解的是，围沿102的截面可以被配置成包括但不限于包括锥形、多边形(例如，三角形、矩形、以及五边形等)、以及弧形中的至少一个，只要围沿102相比于动密封环2和动环座1更加突伸于液体介质中，以可以起作用于在密封界面9附近搅动流动中的液体介质，形成紊流，使得液体在介质温度、流速和压力方面发生变化，其中，液体介质中的杂质、尤其是硬质颗粒也将随着液体介质的混乱运动而无法沉积。
53.围沿102的至少一部分成形有朝向于贴合点c1倾斜的倾斜表面102a，被搅动的液体介质中存在的杂质由于离心力作用而沿着倾斜表面102a排出，以远离密封界面9。离心力由于转动轴100的旋转产生。
54.例如，在图2中，倾斜表面102a在截面上包括靠近于贴合点c1的起始点a1和远离于贴合点c1的终止点b1，起始点a1与贴合点c1隔开一段距离且终止点b1沿轴向不超出贴合点c1。终止点b1是突伸于液体介质中的截面最高点。起始点a1和终止点b1之间的连线面向于贴合点c倾斜。起始点a1与贴合点c1之间的连线被配置为折线。
55.倾斜表面102a可以被配置成包括但不限于包括直面、弧面、折皱面中的至少一个。
56.补充地或替代地，在倾斜表面102a上密布有多个凸起，以增加接触到倾斜表面102a的杂质与倾斜表面102a的摩擦力，使得杂质更易于借助于摩擦力附着于倾斜表面102a，以沿倾斜表面102a快速排出。
57.由于无论是动密封环2的端面还是静密封环4的端面，都需要满足较高的粗糙度要求，以达到“镜面”一般的光洁度，从而减小当动密封环2相对于静密封环4旋转时的摩擦力。因此，在加工过程中，往往需要进一步单独研磨动密封环2的端面和静密封环4的端面，而在图1中，由于与静密封环4一体成形的围沿102不会沿轴向延伸超过密封界面9，则用于研磨静密封环4的端面的工具将完全不受一体成形于静密封环4的围沿102的影响。
58.再进一步详细描述的，在图1中还可以观察到，动环座1包括具有第一外径的前区段和具有第二外径的后区段，第一外径大于第二外径。示例性密封装置还包括具有第三外径的轴套32，第二外径大于第三外径，轴套32与动环座1一体地向后延伸或作为单独部件连接至动环座1，以将动环座1、动密封环2、静密封环4、静环座5、以及弹簧6集装在一起，形成集装式机械密封。
59.动环座1的前区段的内周表面借助于o型圈12与转动轴100连接。
60.由于动环座1的前区段与后区段的外径差异、以及后区段与轴套32的外径差异，动环座1形成用于坐置动密封环2的阶梯表面，动密封环2对应地成形为与所述表面互补，即，动密封环2包括第一内径的前区段和第二内径的后区段，第一内径大于第二内径。动密封环2的前区段的内周表面借助于另一o型圈13与轴套32连接。o型圈12、13的存在有助于动密封环2的散热。
61.在集装式机械密封中，动环预先相对于静环装配，轴套32一直延伸穿过静环座5以到达设备壳体101外，且相对于静环座5的内周表面形成轴向间隙，以不妨碍动环随着转动轴100一起旋转。
62.然后，锁紧环15围绕轴套32安装，锁紧环15通过若干定位块16(通常为三块)使得动环在轴向和径向上相对于静环定位，沿轴向穿过每个定位块16的螺栓17将定位块16紧固于静环座5的后端面。再然后，转动轴100被插入集装后的动环和静环中，一个或多个紧固螺钉(未示出)可以沿径向旋入锁紧环15并且穿过轴套32，从而将集装后的动环和静环紧固于转动轴100。再然后，可以将若干定位块16从静环座5的后端面拆下。
63.可选的，动密封环2的靠近于密封界面9的一部分形成背离于密封界面9倾斜的斜面倒角103，也就是说，斜面倒角103向上前方倾斜，倾斜的程度大致等于起始点a1和终止点b1之间的连线倾斜的程度，以形成易于杂质离开密封界面9的均匀斜向空间。这样，也将动密封环2的端面和静密封环4的端面设置为大致平齐。而为了减小当动密封环2相对于静密封环4旋转时的摩擦力，在密封界面与空气接触的一侧将静密封环4的端面截短，以减小密封界面9的面积。
64.静环座5还可以设有冲洗孔19，由于静密封环4的外周表面相对于环形槽14的外周表面有间距，冲洗孔19的一端可以经由所述间距流体连通于设备壳体内部。根据需要，可以通过冲洗孔19的另一端灌入无杂质的冲洗水，以冲洗密封装置。如果转动设备正在工作，则冲洗水的压力将大于壳体内的液体介质的压力。
65.在参见图3且细节可见于图4的实施方式中，与上述图1和图2中的实施方式的不同之处仅在于，围沿202与动密封环2一体成形。所述围沿202随着沿轴向靠近于密封界面9而在径向上远离于密封界面9延伸，使得与动密封环2一体形成的围沿202的截面高于静密封环4的截面，且使得静密封环4和动密封环2中的一个的一部分贴合于静密封环4和动密封环2中的另一个。
66.在图4中，倾斜表面202a的起始点a2与贴合点c2隔开一段距离且终止点b2沿轴向不超出贴合点c2。终止点b2是突伸在液体介质中的截面最高点。起始点a2和终止点b2之间的连线面向于贴合点c2倾斜。起始点a2与贴合点c2之间的连线被配置为弧线。因此，在加工过程中，用于研磨动密封环2的端面的工具将完全不受一体成形于动密封环2的围沿202的影响。
67.在围沿202与动密封环2一体成形的情况下，静密封环4的靠近于密封界面9的一部分形成背离于密封界面9倾斜的斜面倒角203，也就是说，斜面倒角203向上后方倾斜，倾斜的程度大致等于倾斜表面202a倾斜的程度，以形成易于杂质离开密封界面9的均匀斜向空间。
68.围沿除了与动密封环2或静密封环4一体成形之外，还可以单独地或可结合地与静环座5一体成形。具体地，在图1中，围沿302从静环座5的前端面开始，随着沿轴向靠近于密封界面9而在径向上远离于密封界面9延伸。在靠近于密封界面9的一侧，围沿302的至少一部分成形有相对于密封界面9倾斜的倾斜表面302a。同时，围沿302在远离于密封界面9的一侧抵靠于设备壳体101的垂直于后壁面的内壁面，静环座5的围沿302除了有助于搅动流动中的液体介质中的杂质之外，也有助于在安装静环座5时使得静环座5相对于设备壳体101正确定位。当然，静环座5的围沿302也不会沿轴向延伸超过密封界面9。
69.在参见图5的实施方式中，围沿402与动环座1一体成形且紧邻于密封界面9设置。与图1至图4中的实施方式的不同之处在于，动环座1和动密封环2的截面形状有所改变，与围沿402一体成形的动环座1的前区段的第一外径和后区段的第二外径变为由前向后递增，以形成锥筒形状，且在动环座1的后区段中设置用于接收动密封环2的前区段的环形槽21。
对应地，动密封环2的后区段变为在外径上大于动密封环2的前区段，以与动环座互补。动密封环2的前区段的外周表面借助于o型圈13’与动环座1连接。
70.围沿402从动环座1的外周表面开始，随着沿轴向靠近于密封界面9而在径向上远离于密封界面9延伸，其中，围沿402的至少一部分沿轴向坐置于动密封环2的后区段上，以形成朝向于密封界面9倾斜的倾斜表面402a。倾斜表面402a的起始点a3与贴合点c3隔开一段距离且终止点b3沿轴向不超出贴合点c3。终止点b3是突伸在液体介质中的截面最高点。围沿402的远离于密封界面9的一侧沿着动环座1的整个外周表面形成向后上方倾斜的表面。动环座1的围沿402不会沿轴向延伸超过密封界面9，以使得密封装置的结构保持尤其在轴向上的紧凑性。
71.在参见图6的实施方式中，与图5的实施方式的不同之处在于，在动环座1的与支撑着动密封环2的一侧轴向相反的一侧，可拆卸地安装圆筒状或圆环状的附加部件22，例如，若干紧固螺钉23沿轴向旋入附加部件22并且穿过动环座1的前区段，从而将附加部件22紧固于动环座1的前区段。可选地，动环座1的前区段设有附加台阶，以使得附加部件22可以坐置于动环座1的前区段上。附加部件22专门用于设置围沿502且易于更换，可以在不大幅改造原有动环座1的结构的情况下加装于动环座1上。在图6中，围沿502与动密封环2隔开一段距离，显然地，倾斜表面502a的起始点a4与贴合点c4隔开一段距离且终止点b4沿轴向不超出贴合点c4。终止点b4是突伸在液体介质中的截面最高点。在这种情况下，动环座1的外周表面的母线与轴向平行或呈夹角。
72.在参见图7和图8的两个实施方式中，围沿602、702仍与动环座1一体成形，不同之处在于，不再利用锁紧环15来将动环座1固定于转动轴100，而是使用若干紧固螺钉沿径向直接旋入动环座1的前区段，从而将动环座1紧固于转动轴100，换言之，示例性密封装置是分离式的。但是，这并不影响围沿的设计。如图7所示，围沿602可以从动环座1伸出以坐置于动密封环2的外周表面上，倾斜表面502a的起始点a5和终止点b5隔开一段距离且终止点b5沿轴向不超出贴合点c5。如图8所示，围沿702也可以从动环座1伸出且与动密封环2隔开一段距离，显然地，倾斜表面702a的起始点a6与贴合点c6隔开一段距离且终止点b6沿轴向不超出贴合点c6。因此，围沿的应用场景是十分灵活的。
73.与动密封环2和/或动环座1一体成形的围沿还起到屏障作用，以至少部分地阻挡随着流动中的液体介质流向密封界面9的杂质。
74.在图1至图4的实施方式中，静密封环4的后端部分的内周表面借助于o型圈11与静环座5连接，且在静环座5的前端面和设备壳体101的后壁面之间设置o型圈20。比较而言，在图5至图8的实施方式中，静密封环4的后端部分的外周表面借助于o型圈11’与静环座5连接，并且在静环座5和设备壳体101的后壁面之间设置密封垫20’。这些都仅是对密封装置的各种配置方式的示意性举例，并不影响围沿的作用。
75.在图1至图8的实施方式中，由静密封环4、动密封环2、以及动环座1的外周表面密封设备壳体101内的液体介质，也可以说，动环位于设备壳体101内。而在参见图9的实施方式中，动环从位于设备壳体101内变成位于设备壳体101外，因此，由动密封环2、静密封环4、以及静环座5的内周表面密封设备壳体101内的液体介质。在这种情况下，围沿802将与动密封环2和静密封环4中的一个一体成形。
76.在图1至图8的实施方式中，围沿102、202、302、402、502、602、702仅被设置于密封
界面9的外侧，也就是说，沿径向更远离于转动轴100。而在图9的实施方式中，围沿802仅被设置于密封界面9的内侧，也就是说，沿径向更靠近于转动轴100。围沿802的至少一部分成形有朝向于贴合点c7倾斜的倾斜表面802a，倾斜表面802a在截面上包括靠近于贴合点c7的起始点a7和远离于贴合点c7的终止点b7，起始点a7与贴合点c7隔开一段距离且终止点b7沿轴向不超出贴合点c7。终止点b7是突伸于液体介质中的截面最高点。
77.虽然已经通过示例对本技术的一些特定实施方式进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施方式进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。