用于机械密封件的单点致动低轮廓锁定环的制作方法

用于机械密封件的单点致动低轮廓锁定环
1.相关申请
2.本技术要求于2020年6月5日提交的名称为“用于机械密封件的单点致动低轮廓锁定环(single point actuation low－profilel lock ring for a mechanical seal)”的美国临时专利申请no.63/035,512的优先权，其内容通过引用方式并入本文。


背景技术：

3.本发明涉及一种将扭矩从拧紧螺栓传递到机械密封件中的锁定环的改进的、更有效的装置和方法。
4.常规的机械密封件(例如分体式机械密封件和衬套式密封件)被用在范围广泛的环境和设置中，例如用在机械设备中，以提供压力密封和流体密封。机械密封件通常围绕安装在固定机械外壳或固定设备中且突出于该固定机械外壳或该固定设备的旋转轴或旋转杆来定位。机械密封件通常在轴的出口处栓接到外壳的外侧，因此防止加压的工艺流体从外壳中流失。典型的机械密封件包括面式机械密封件，该面式机械密封件包括一对密封环，该对密封环围绕轴同轴设置，并且彼此轴向地间隔开。每个密封环具有密封面，该密封面通过常规的偏置机构偏置成彼此密封接触。通常，一个密封环保持静止(即，静止密封环)，而另一个环紧固到轴上并且与其一起旋转(即，旋转密封环)。机械密封件通过将密封环密封面偏置成彼此密封接触来防止加压的工艺流体泄漏到外部环境。旋转密封环通常安装在围绕设备轴同轴设置的保持器或套筒组件中。同样，压盖组件可以是实体的(solid)或具有一对压盖半部，该对压盖半部也通过螺钉紧固在一起。静止密封环通常安装在压盖组件内。
5.常规的分体式机械密封件可以采用紧固在一起的一对压盖半部和一对保持器半部。已知的，压盖半部通常通过设置在压盖半部的每一端或每一侧的一对锁定螺钉来紧固在一起。一旦组装和拧紧其它密封部件，然后拧紧锁定螺钉，因此密封件半部被紧固在一起。常规的拧紧机构的缺点是使用者可能不经意地过度拧紧锁定螺钉，因此对相关的锁定环施加不希望的压力。因此，不希望的压力会损坏锁定环。
6.此外，常规的衬套式密封件采用将固定密封部件和旋转密封部件安装在一起的套筒部件。套筒组件安装在压盖部件内，并且套筒组件通过锁定环可旋转地连接到轴。常规的锁定环组件的缺点是它们采用了集成的紧定螺钉，其可能被不经意地过度拧紧，并且可能损坏轴。此外，如果其它拧紧机构的紧定螺钉失效，则需要更换整个锁定环组件。


技术实现要素：

7.本发明涉及一种采用锁定环组件的机械密封件，该锁定环组件具有与其相关的锁定机构。锁定机构可以包括螺母元件，例如筒状螺母，当夹紧机械密封件的部件时，该螺母元件允许相关的螺栓元件调节拧紧载荷和位置。这种调节灵活性消除或减小了螺栓元件中不希望的弯曲应力，因此允许更多的扭矩直接传递到锁定环。筒状螺母允许更多的材料保留在锁定环中，因此相对于传统的锁定元件提供了额外的整体强度。锁定环还包括多个凹口形式的变形(flex)区域，当主体围绕轴被拧紧时，该变形区域允许锁定环变形。
8.本发明涉及一种机械密封件，该机械密封件包括压盖元件、具有细长的套筒部分且并设置在压盖内的套筒部件以及锁定环组件。锁定环组件包括具有主体的锁定环，该主体具有大致呈环状的形状，并且具有顶面、相对的底面以及周向表面，其中，顶面在其中形成有多个开口，该多个开口被设定尺寸且被构造成能够接纳对中元件，并且，周向表面具有形成在其中的多个侧开口，该多个侧开口被设定尺寸且被构造成能够接纳紧定螺钉。主体还包括第一切口部分和第二切口部分，该第一切口部分具有形成第一凸缘部分的一部分的弯曲的轮廓区域，该第二切口部分形成第二凸缘部分的一部分。第一凸缘部分和第二凸缘部分具有形成在其中的螺栓开口。主体还包括多个凹口，该多个凹口在周向间隔开以形成变形区域。密封件还包括螺栓元件和螺母元件，该螺栓元件被设定尺寸且被构造成能够安置在螺栓开口中，该螺母元件具有在形状上与第一凸缘部分的弯曲的轮廓区域互补的圆柱形形状，例如筒状螺母。
9.此外，套筒部分还可以包括用于当紧定螺钉安装在形成于锁定环中的顶部开口中时接纳该紧定螺钉的一个或数个孔。
10.本发明还涉及一种用于机械密封件的锁定环组件，该锁定环组件包括主体，该主体具有大致呈环状的形状，并且具有顶面、相对的底面和周向表面。顶面具有形成于其中的多个开口，所述多个开口被设定尺寸且被构造成能够接纳导致元件，并且周向表面具有形成于其中的多个侧开口，所述多个侧开口被设定尺寸且被构造成能够接纳紧定螺钉。主体还包括：第一切口部分，该第一切口部分形成在主体中，并且具有形成第一凸缘部分的一部分的弯曲的轮廓区域；第二切口部分，该第二切口部分形成在主体中，并且形成第二凸缘部分的一部分，其中第一凸缘部分和第二凸缘部分具有形成在其中的螺栓开口；以及多个凹口，该多个凹口形成在主体中，并且围绕主体在周向间隔开以形成变形区域。
11.锁定环还可以包括螺栓元件和螺母元件，该螺栓元件被设定尺寸且被构造成能够安置在螺栓开口中，该螺母元件具有在形状上与第一凸缘部分的弯曲的轮廓区域互补的圆柱形形状，例如筒状螺母。锁定环组件还可以包括用于安装在多个开口中的一个或数个开口中的一个或数个对中元件。此外，套筒部分可以包括一个或数个孔，并且，用于安装在多个侧开口中的一个或数个侧开口中的一个或数个紧定螺钉可以被构造成能够接合套筒部分的孔。
附图说明
12.通过结合附图参考以下详细描述，将更全面地理解本发明的这些特征和其他特征以及优点，在附图中，相同的附图标记指代不同视图中的相同元件。附图示出了本发明的原理，尽管未按比例，但是示出了相对尺寸。
13.图1是采用根据本发明教导的锁定组件的机械密封件的立体图。
14.图2是采用根据本发明教导的移除对中夹具的锁定组件的机械密封件的立体图。
15.图3是本发明的锁定组件的锁定环的后视立体图。
16.图4是本发明的移除螺母和螺栓的锁定组件的锁定环的前视立体图。
17.图5是本发明的锁定环组件的螺栓元件的立体图。
18.图6是本发明的锁定环组件的螺母元件的立体图。
19.图7是示出了根据本发明教导的紧定螺钉的定位的锁定环组件和机械密封件的局
部横截面视图。
20.图8是示出了根据本发明教导的对中销的定位的锁定环组件和机械密封件的局部横截面视图。
具体实施方式
21.本发明涉及一种采用锁定环组件的机械密封件，该锁定环组件具有与其相关的锁定机构。锁定机构可以包括筒状螺母，当夹紧机械密封件的部件时，该筒状螺母允许相关的螺栓调节拧紧位置。锁定环可以被构造成能够安置筒状螺母，相对于常规的装置这需要从锁定环的主体移除较少的材料，因此增强了锁定环的结构完整性。此外，锁定机构和锁定环通过消除或减小螺栓中不希望的弯曲应力来提供选定程度的调节灵活性，因此允许更多的扭矩直接传递到锁定环。
22.如本文所使用的，术语“轴”是指密封件可以安装于其上的机械系统中的任何合适的装置，并且包括轴、杆和其它已知的装置。
23.如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”是指大致平行于轴的轴线的方向。本文所使用的术语“径向”和“径向地”是指大致垂直于轴的轴线的方向。术语“流体”是指液体、气体及其组合。
24.如本文所使用的，术语“轴向内部”是指固定设备和密封组件的靠近采用密封组件的机械系统设置的部分。相对，本文所使用的术语“轴向外部”是指固定设备和密封组件远离机械系统的部分。
25.如本文所使用的，术语“径向内部”是指密封组件靠近轴的部分。相对，本文所使用的术语“径向外部”是指密封组件远离轴的部分。
26.如本文所使用的，术语“固定设备”，“固定机械外壳”和/或“静态表面”旨在包括容纳轴或杆的任何合适的固定结构，具有压盖的密封件紧固到该轴或杆上。本领域普通技术人员将容易地认识到，压盖组件可以形成机械密封件的一部分或固定设备的一部分。
27.如本文所使用的，术语“机械密封件”和“密封组件”旨在包括可以围绕轴安装且安装到固定设备上以提供流体密封的任何合适的结构。合适的机械密封件的示例包括固体密封件、衬套式密封件、分体式密封件以及其它已知的密封件和密封组件的类型和构型。
28.图1和图2是本发明的机械密封件的立体图。所示出的机械密封件10优选地围绕轴12同轴地设置，该轴12沿着泵轴线延伸并且紧固到固定设备(例如泵或其他机械装置，未示出)的外壁上。轴12可以至少部分地安装在固定设备内或邻近固定设备安装。机械密封组件10可以被构建成能够提供流体密封，从而防止工艺介质(例如流体)从固定设备泄漏。如本领域已知的，流体密封是通过密封构件来实现的，该密封构件包括旋转密封环和静止密封环。密封环可以是具有一对密封环段的分体式密封环。密封环可以设置成彼此有效的密封接触，以在其间形成密封。密封环可以通过已知的偏置机构(例如偏置环和偏置弹簧)偏置成彼此密封接触。密封环提供在范围广泛的操作条件下可操作的流体密封。
29.机械密封件10还可以包括压盖部件14和安置在压盖部件14内的保持器部件或套筒部件16。套筒部件16可以具有任何选定的形状或构型，并且在所示实施例中形成为围绕轴设置且可旋转地联接到轴的套筒。套筒部件16设置在由压盖部件14形成的内部空间中。锁定环组件20可以用于将套筒部件16紧固到轴12上。可以采用一系列可移除的对中夹具18
来帮助锁定环组件20相对于轴12在轴向和径向上对中。在操作机械密封件10之前移除对中夹具18。
30.压盖部件14可以具有主体32，该主体32具有一系列周向间隔开的通道或凹槽34，该通道或凹槽34被构造成能够接纳用于将压盖部件14安装到固定设备上的锁紧元件，例如螺栓。主体32还可以具有形成在其中的一个或数个流体通道36，该一个或数个流体通道36用于引入或允许外部供应的流体(例如阻隔流体或冲洗流体)连通到压盖内部区域，并且因此连通道密封部件。如果需要，流体通道36可以用合适的塞子38密封。套筒部件16可以具有位于外侧端的细长的套筒部分40和位于内侧端的凸缘部分(未示出)，该凸缘部分限定用于接纳和保持旋转密封环的空间。如本领域已知的，套筒部件16可以具有形成在其中的任何选定数量的凹槽(未示出)，该凹槽用于使一个或数个密封元件安置在其中，以在轴和压盖部件14之间形成流体密封。
31.图3－图6示出了本发明的锁定环组件20的细节。所示出的锁定环组件20包括锁定环22，该锁定环22被设定尺寸且被构造成能够围绕轴安置，并且能够向套筒部件16施加径向压力，以锁定套筒部件16到轴12的联接(例如，锁定)。如图3和图4中所示，所示出的锁定环22具有大致呈圆形或环状形状的主体50。主体50包括顶面52和相对的底面54。顶面52具有形成于其中的多个开口56，该多个开口56终止于底面54，用于安置对中元件58。例如如图8中所示，对中元件58安装在开口56中且突出于锁定环22的底面54。对中元件58接触压盖元件16的凸起部分46，以便帮助将锁定环22对中在凸起部分46和轴12之间。
32.锁定环22的主体50还具有周向表面或外围表面60。周向表面60具有形成在其中的一系列侧开口62，该侧开口62沿着表面60周向间隔开。如图1和图7中所示，侧开口62可以具有螺纹以便接纳紧定螺钉64。紧定螺钉64安置在形成于套筒部件16的套筒部分40中的孔或开口42内。除了锁定环组件20之外，紧定螺钉64也有助于将套筒部件16紧固到轴12上。
33.周向表面60还在其中形成有一对相对的切口66和68。切口66、68形成一对相对的凸缘70a、70b，每个凸缘具有形成在其中的开口72，用于接纳螺栓元件24。可以使用锁定环组件20的螺栓元件24和螺母元件26将凸缘70a、70b联接或紧固在一起。切口区域66被构造成能够具有弯曲的或圆柱形的轮廓区域74(例如，当从横截面来观察时)，该轮廓区域74具有对应于螺母元件26的半径的选定半径。切口68具有被构造成能够安置螺栓元件24的相对平坦的切口部分76。切口区域68被构造成能够便于在主体50的顶面52上形成壁面部分78。壁面部分78的形成提供了保留在锁定环22的主体中的额外材料，因此增强了其结构完整性。周向表面60还在其中形成了当凸缘70a、70b紧固在一起时充当变形区域的一对在周向和空间上分开的凹口80。尽管示出了两个凹口80，但是本领域普通技术人员将容易地认识到可以采用任何合适数量的凹口。凹口部分地延伸到锁定环22的宽度内或横跨锁定环22的宽度。凸缘70a、70b由空间或间隙82分开。因此，锁定环22被构造为具有中心开口84的环，以围绕轴12和套筒部件16安置。
34.图4和图5分别示出了螺栓元件24和螺母元件26。所示出的螺栓元件24具有头部90和螺纹杆部92。螺栓元件24被设定尺寸且被构造成能够穿过形成在凸缘70a、70b中的开口72。螺栓元件24的头部90被构造成能够安置在邻近壁面部分78的切口68中。所示出的螺母元件26具有圆柱形的主体102，该主体102具有穿过其形成的螺纹中心开口104。主体102被设定尺寸且被构造成能够安置在切口66中，具体地安置在圆柱形的轮廓区域74中。如此，螺
母的圆柱形形状在形状上与弯曲的轮廓区域74互补。因此，螺母元件26被构造成筒状螺母。当安装在其中时，螺栓元件24的螺纹杆部92与螺纹开口104接合。安装者可以以选定的量拧紧螺栓。当螺栓元件被拧紧时，螺栓元件驱使凸缘70a、70b沿着弧形路径更靠近。形成变形区域的凹口80使得凸缘能够沿着弧形的拧紧路径。本领域普通技术人员将容易地认识到，螺栓元件24和螺母元件26可以具有任何选定的形状和尺寸。
35.因此，本发明涉及一种与机械密封件(例如衬套式密封件10)一起使用的锁定环组件20。锁定环组件20包括锁定环22、螺栓元件24和筒状螺母形状的螺母元件26。螺栓元件24和螺母元件26用于紧固和拧紧锁定环22。当螺栓的杆部分92安置在筒状螺母26内时，螺栓元件24可以通过旋转或扭转动作拧紧。筒状螺母可以包括螺纹中心开口104。锁定环22的形状和构型有助于减小螺栓元件24中的应力，例如弯曲应力，这是因为与采用多个紧定螺钉的常规锁定环相比，紧定位置存在单个拧紧点。此外，所示出的锁定环22还围绕轴12施加更均匀的夹紧力。结果是，通过扭转施加到螺栓元件24的能量用于拉伸而不是弯曲螺栓元件。此外，可以更换螺栓元件24和筒状螺母26，而不是像常规锁定环那样更换整个锁定环组件20。
36.锁定环22还具有浅且相对较小的切口区域66，该切口区域66安置筒状螺母26，因此不需要从锁定环22的主体移除过多的材料。仅从其中移除少量材料有助于保持锁定环22的结构完整性。锁定环22的主体50还包括一个或数个间隔开的凹口80，优选为多个间隔开的凹口80。凹口80形成变形区域，该变形区域有助于减小在拧紧过程中对锁定环22施加夹紧力所需的能量。因此，拧紧能量可以朝向夹紧力并且可以被优化。此外，与现有技术中采用多个紧定螺钉的锁定环相比，螺栓和螺母的使用提供了单个拧紧点。
37.锁定环22和相关的锁定机构可以采用多个对中夹具18，这些对中夹具可以用于帮助将轴12对中在机械密封件内。对中夹具18有助于径向和轴向地对中锁定环。此外，可以采用对中元件58使锁定环22相对于轴12径向对中。在运输期间，对中夹具18还允许更紧固的运送和装卸，而无需额外的普通运送包装。对中夹具18在设备操作之前是可移除的。
38.因此可以看出，本发明有效地实现了上述目的，其中这些目的从前面的描述中变得显而易见。由于在不脱离本发明的范围的情况下可以对上述构造进行某些改变，因此上述描述中包含的或附图中所示的所有内容都应被解释为说明性的而非限制性的。
39.还应当理解的是，所附权利要求书将覆盖本文描述的本发明的所有一般和具体特征，并且在语言上，可以说本发明的范围的所有陈述都落入其中。
40.已经描述了本发明，被认为是新颖的、且希望由专利证书保护的是：