一种适用于干摩擦工况的自冷却机械密封装置的制作方法

本发明适用于医药、食品以及有害介质和危险性介质等密封技术领域，尤其涉及一种适用于干摩擦工况的自冷却机械密封装置。

背景技术：

无论是接触式机械密封还是非接触式机械密封，当冷却润滑介质充足时，机械密封具有密封性好、寿命长的特点。当无冷却润滑介质时，接触式机械密封的动静环处于干摩擦即接触干滑移动的工作状态，此时密封端面将会产生大量的热，如果产生的热量无法及时散除，将会导致密封环的破坏，从而影响机械密封的密封性能。在医药、食品以及有害介质和危险性介质等密封技术领域，由于外部引入的冷却润滑介质泄漏会给被密封介质带来卫生和安全问题，因此要求机械密封须能满足干滑移动的运转要求。

动静环干滑移动运转主要引起两个问题，即机械密封环的自润滑问题以及密封端面在运转过程中产生热量的消除问题。目前，采用石墨材料制作的密封环具有良好的自润滑性，在机械密封领域已得到广泛应用。但即使采用石墨材料，机械密封摩擦副在干滑移动运转时，密封端面仍然会产生大量的热，可能会导致密封环的破坏，从而严重影响机械密封的密封性能和可靠性，而且随着旋转速度的提高，密封端面产生的热量会进一步增大。因此，解决密封端面散热问题，是解决机械密封密封环干滑移动运转的关键问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种适用于干摩擦工况的自冷却机械密封装置。本发明能够及时消除密封端面产生的热量，确保机械密封的综合性能，且冷却效果随着转轴转速的提高而增强。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种适用于干摩擦工况的自冷却机械密封装置，包括设置在转轴上并构成摩擦副的动环和静环，所述动环和/或静环的密封端面上设置有沿密封端面周向分布的圆环状的消热降压槽，所述消热降压槽的槽深≥0.5mm；本装置还包括设置在转轴上并向密封端面一侧吹风的风冷装置。

优选的，所述消热降压槽的槽宽占密封端面径向长度的比例≤0.2，消热降压槽的数量≥1，且所述消热降压槽与密封端面同心设置。

优选的，所述动环的密封端面的外侧边缘处以及内侧边缘处均设置有沿圆周方向均布的导流散热槽。

进一步优选的，所述导流散热槽在动环密封端面的外侧边缘以及内侧边缘上的设置数量均≥4个，且设置在外侧边缘上的导流散热槽与设置在内侧边缘上的导流散热槽交错排布；所述导流散热槽的槽深即导流散热槽沿密封端面的径向深度占动环密封端面的径向长度的比例≤0.2。

优选的，本装置包括与所述动环相配合的补偿机构，所述补偿机构至少包括与动环相连接并驱动动环转动的弹簧座；所述风冷装置即为设置在弹簧座上并在转动时向密封端面一侧的吹风扇叶或冷却凸肋或冷却凹槽。

优选的，所述冷却凹槽沿着弹簧座的外圆周面均匀排布。

优选的，所述冷却凹槽为V型槽或Y型槽。

进一步优选的，所述补偿机构包括弹簧座、补偿弹簧以及推板，所述弹簧座通过联接件与转轴固接，所述弹簧座的朝向所述动环的一侧设置有凹部，所述补偿弹簧和推板均设置在弹簧座的凹部中，且补偿弹簧的一端与弹簧座凹部相连接，另一端与推板相连接；所述动环的一端套入在弹簧座的凹部中，且动环设置在推板背离补偿弹簧的一侧；所述弹簧座上设置有限位臂，所述限位臂与设置在动环外侧壁面上的轴向滑槽构成滑动配合。

优选的，所述动环的密封端面的外侧边缘处以及内侧边缘处均设置有沿圆周方向均布的导流散热槽，设置在动环外侧壁面上的轴向滑槽由其中至少一个导流散热槽构成。

优选的，所述风冷装置为套设固定在转轴上的风扇。

本发明的有益效果在于：

1)本发明在动环或静环的密封端面上设置有至少一个沿密封端面周向分布的圆环状的消热降压槽。由于消热降压槽具有≥0.5mm的槽深以及一定的槽宽，因此消热降压槽不但减少了摩擦面积，而且槽中能够贮存一定量的隔热气体，从而可有效地降低热量在密封环端面的积累，由此减少热量对密封性能的影响。

此外，消热降压槽的设置可以增大气流在密封端面之间的阻力，从而具有显著的节流作用，不但能够有效地降低气体在密封端面之间的过流量，而且也降低了密封端面低压侧所承受的压力。

2)本发明在动环的内外侧均设置有沿周向均布的导流散热槽，导流散热槽的形状可引导流体在槽面处流动，从而可增强密封环内侧或外侧处的流体流动状况，流动性较强的流体可以带走更多的热量，从而导流散热槽可以有效地减少密封端面的摩擦热，有助于密封环的散热和降温。

3)本发明中还设置有向密封端面一侧吹风的风冷装置，所述风冷装置固定设置在转轴上，则当转轴转动且摩擦副开始工作时，风冷装置便及时地向摩擦副吹风冷却，从而本发明装置在不增加其他冷却系统的前提下，依靠自身结构特点，有效地降低了密封环端面产生的热量，满足了干滑移动的运转要求，且其冷却效果随着转轴转速的提高而增强。

4)本发明中的风冷装置既可以设置为独立的风扇，也可以设置为带有冷却凹槽的弹簧座。设置有冷却凹槽的弹簧座和/或风扇可随着转轴一起旋转，在旋转过程中，带有冷却凹槽的弹簧座或扇叶为密封端面提供风冷，从而降低密封端面的温度，从而确保机械密封的密封环干滑移动的可靠运转。

5)本发明特别适用于机械密封的干摩擦工况或者无润滑冷却介质的工作场合，结构简单且具有较高的经济性。本发明不但可有效降低密封环以及密封端面的温度，而且降低了干摩擦对石墨环性能的要求，对提高机械密封的寿命具有重要作用。

附图说明

图1为机械密封装置的结构示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3为动环的密封端面示意图。

图4为外侧带V型冷却凹槽的弹簧座三维结构示意图。

图5为外侧带Y型冷却凹槽的弹簧座三维结构示意图。

图中标记符号的含义如下：

10—转轴 20—动环 21-动环胶圈 30-静环 31-静环胶圈

40-法兰 50-补偿机构 51-弹簧座 511-限位臂

52-补偿弹簧 53-推板 54-联接件

60/60A/70/70A-冷却凹槽 61/71-弹簧座外壁面

A-消热降压槽 B-密封端面 C-导流散热槽

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种适用于干摩擦工况的自冷却机械密封装置，包括设置在转轴10上并构成摩擦副的动环20和静环30，所述动环20和/或静环30的密封端面上设置有沿密封端面周向分布的圆环状的消热降压槽A，所述消热降压槽A的槽深≥0.5mm；本装置还包括设置在转轴10上并向密封端面一侧吹风的风冷装置。

如图3所示，所述消热降压槽A的槽宽占密封端面径向长度的比例≤0.2，消热降压槽A的数量设置为一个。当然消热降压槽A的数量可以设置为两个、三个或者更多个，且多个消热降压槽A均与密封端面同心设置。

如图3所示，所述动环20的密封端面的外侧边缘处以及内侧边缘处均设置有沿圆周方向均布的导流散热槽C，所述导流散热槽C的槽长方向与转轴10的轴向平行，导流散热槽C的槽长可以等于动环20的轴向长度，也可以设置为小于动环20的轴向长度。所述导流散热槽C在动环密封端面的外侧边缘以及内侧边缘上的设置数量均≥4个，且设置在外侧边缘上的导流散热槽C与设置在内侧边缘上的导流散热槽C交错排布，即设置在外侧边缘上的导流散热槽C与设置在内侧边缘上的导流散热槽C不在同一条直径上。所述导流散热槽C的槽深即导流散热槽C沿密封端面的径向深度占动环密封端面的径向长度的比例≤0.2。

如图1、4、5所示，本装置包括与所述动环20相配合的补偿机构50，所述补偿机构50至少包括与动环20相连接并驱动动环20转动的弹簧座51；所述风冷装置即为设置在弹簧座51上并在转动时向密封端面一侧的吹风扇叶或冷却凸肋或冷却凹槽。

如图4、5所示，所述冷却凹槽60、冷却凹槽60A、冷却凹槽70以及冷却凹槽70A沿着弹簧座51的外圆周面均匀排布。

如图4所示，所述冷却凹槽60、冷却凹槽60A的形状完全相同，且均为V型槽。如图5所示，所述冷却凹槽70、冷却凹槽70A的形状也完全相同，且均为Y型槽。

如图2所示，所述补偿机构50包括弹簧座51、补偿弹簧52以及推板53，所述弹簧座51通过联接件54与转轴10固接，所述弹簧座51的朝向所述动环20的一侧设置有凹部，所述补偿弹簧52和推板53均设置在弹簧座51的凹部中，且补偿弹簧52的一端与弹簧座51凹部相连接，另一端与推板53相连接；所述动环20的一端套入在弹簧座51的凹部中，且动环20设置在推板53背离补偿弹簧52的一侧；所述弹簧座51上设置有限位臂511，所述限位臂511与设置在动环20外侧壁面上的轴向滑槽构成滑动配合。

如图1、2所示，所述轴向滑槽可以直接采用设置在密封端面外侧边缘处的导流散热槽C，此时导流散热槽C沿着动环20的外壁面贯穿设置，导流散热槽C起到防转凹槽的作用，即动环20在限位臂511的作用下只能沿转轴10的轴向移动，而不能在圆周方向相对转轴10发生转动。

如图1所示，所述风冷装置也可以设置为套设固定在转轴10上的风扇80。需要说明的是，风扇80与弹簧座51上的冷却凹槽可以同时设置，也可以仅单独设置风扇80，或者仅单独设置弹簧座51上的冷却凹槽。