一种机械密封装置的制作方法

本发明涉及机械密封领域，更具体的说，是涉及一种机械密封装置。

背景技术：

目前，国内外大型挖泥船用泵轴密封装置采用L型橡胶垫密封装置，其工作原理是静止的3道L型橡胶垫101与旋转的轴套104动态摩擦，依靠压板102与密封腔103连接，在L型橡胶垫密封之间提供高压洁净水以润滑及阻隔泵送介质，利用橡胶的自身弹性及其所附带的弹簧提供磨损补偿而达到密封目的，见图1。这种密封装置适应工况范围窄，使用寿命不稳定，实际使用寿命多为1至6个月，受偏摆、振动，尖锐颗粒和固体颗粒磨蚀、海中生物附着、泵压工况的影响，导致密封使用效果不稳定，频繁发生偏磨及剧烈磨料磨损而导致系统使用寿命缩短(实际使用寿命多为1～6个月)。大型泥泵的维修拆装耗时多、周期长，降低了泥泵的设备利用率、不但耗费大量的维修资金，还浪费掉挖泥船很多宝贵施工时间。

在现有的机械密封结构中，补偿静环多为无支撑结构，尤其大轴径(∮300毫米以上)机械密封的合金密封环，由于重量问题极易导致静环密封圈上下压缩量不一致，影响密封效果和对轴向摩擦力圆周方向上不均布，最终密封圈局部密封失效，或密封端面圆周受力不均引发密封失效泄漏；补偿静环的支撑成为机械密封结构设计中的一个难点。

在现有的机械密封结构中，弹簧安装后是一个固定且不可调整元件，但在特殊的泵上受泵体结构与安装尺寸的约束，不能保证弹簧工作高度的稳定性，这个不稳定性直接影响到机械密封的弹簧比压。弹簧力主要作用于密封动静环之间，防止设备启动、停车或介质压力波动时密封端面开启，使补偿环能追随端面沿轴向施加闭合力，弹簧比压过小难以起到上述作用，反之过大会加剧密封环的磨损，影响到整个机械密封的可靠性及使用寿命。

尤其是分装式机械密封，泵腔与叶轮前后调整间隙大，机械密封安装时弹簧的工作高度因泵的叶轮间隙调整而变化，使弹簧比压得不到一个稳定的设计数据，因而成为机械密封结构设计中的一个难点。

另外，申请人在正式提交申请前向国家知识产权局专利检索咨询中心提交了关于本申请的检索报告请求，案件编号G1611175，检索报告中引用的专利类型全为“A”文件，也就是背景技术文件，即反应权利要求的部分技术特征或者有关的现有技术的一部分文件；CN201858359U，CN201215106Y，CN2542859，WO2015009150A1，JP2010060105A，WO2012002812A1；检索报告的结果中最接近的的对比文件是CN201858359U，关于一种带二级保护装置的大型挖泥船用耐振机械密封，该种机械密封中无法克服静环和静环座因重力下沉导致偏磨及剧烈磨料磨损而导致系统使用寿命缩短的问题。为此本发明创造特别设计一种机械密封装置。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种针对大轴径机械密封补偿静环因重力原因导致动静环不同心问题，以及静环与静环座间密封密封圈圆周间隙不均等致轴向圆周方向上摩擦力不均布问题，保障用户设备性能的稳定性和可靠性，同时在不拆卸整体装置的情况下可任意调整、更换弹性元件，使密封端面比压达到设计的理想值；并且有效的保证了动环和静环的同心度和跟随性的机械密封装置。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种机械密封装置，该机械密封装置安装于挖泥船内泥泵的泵轴上，包括与泥泵密封连接的密封箱，位于密封箱内安装在泥泵轴上的轴套，位于密封箱内的安装有动环的动环座和安装有静环的静环座，动环和动环座、静环与静环座之间设有实现浮动密封的密封圈和防止转动的防转销I；所述静环座安装在密封箱内，依靠密封圈轴向滑移与密封，静环座与密封箱之间设有推环，所述推环通过连接螺栓与密封箱连接，所述推环和静环座之间还设有防转销II，位于密封箱内的轴套的一端与泵轴上的定位套相连，另一端与泥泵的叶轮端的叶轮轮毂相连，并通过密封圈密封；所述动环座与轴套紧固连接，并且随泵轴一起转动；密封箱与动环座之间设有截流板；所述静环座的内壁与轴套的外壁之间留有支撑空间，所述支撑空间内安装有克服静环和静环座因重力下沉的静环径向调整机构；在密封箱的外端面设有外置可调式静环轴向补偿机构，所述静环轴向补偿机构用于在所述密封箱外侧自由调整施加在所述静环座上的轴向补偿力。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述静环径向调整机构包括位于支撑空间内轴套和静环座之间的支撑套；所述支撑套的一端与密封箱相连；所述支撑套的另一端上半圆周上设有楔形调整支撑机构。

所述楔形调整支撑机构至少设有一个，每个楔形调整支撑机构均匀分布在支撑套的上半圆周端面上，沿中心线对称分布，同时当所述楔形调整支撑机构为多个时，至少有两个分布在中心线两侧45°的区域内。

所述楔形调整支撑机构包括楔形调整块，所述支撑套上设有与楔形调整块配合的楔形面；所述楔形调整块的上表面嵌装有与静环座内壁贴合的滚动支撑构件；所述楔形调整块与支撑套通过调整螺钉连接在一起。

所述滚动支撑构件采用滚珠，所述楔形调整块的上表面设有嵌装滚珠的凹槽。

所述密封箱的内侧轴孔处设有安装台阶，所述支撑套包括安装部和支撑部，所述安装部插装在安装台阶内；所述支撑部安装楔形调整支撑机构。

所述静环补偿组件包括支撑销钉，所述支撑销钉包括弹簧安装部，定位部以及插装部，所述支撑销钉的插装部插装在压盖的安装孔内，支撑销钉的弹簧安装部插装在密封箱的导向孔内，在导向孔内所述支撑销钉的弹簧安装部上套装有弹簧，在密封箱内所述弹簧顶紧推环。

所述推环和静环座之间设有防转销II。

所述压盖上沿轴向方向还设有顶丝。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，具有以下优点：

1、本发明安装有克服静环因重力下沉的静环径向调整机构最大限度的保证了动、静环的配对稳定性，使动静环在工作状态中能始终在同一轴心上，保证密封的工作参数稳定可靠，延长动静环的使用寿命；

2、本发明中动环座与外轴套分离，外轴套上不同位置有与动环座配合的定位孔，依据泥泵尺寸的变化而调整，靠螺钉紧固定位，通过这种分装式可调整方式，可使机械密封装置安装方便；

3、压盖和密封箱之间设有调整垫片，因此在一定范围内，可自由调整弹簧长度。

4、由于压盖对弹簧形成挤压，压盖通过调整螺栓与密封箱连接，在不拆解设备时，可自由更换弹簧。

5、本发明中弹簧属于外置，随时可观察弹簧的工作状态，能及时发现问题，弹簧结构整体结构简单，实用可靠。

6、本发明可附加带有动力源的设备，实现弹簧工作高度自动调整。

综上，本发明整体结构简单，方便运输和现场安装，适合各种设备安装条件。在不拆卸整体装置的情况下可任意调整、更换弹性元件，使密封端面比压达到设计的理想值；并且有效的保证了动环和静环的同心度和跟随性；在安装后，遇到问题可拆分，方便快捷，保证了该装置的可靠性和维修便捷性。

附图说明

图1是现有技术中挖泥船泥泵采用L型橡胶垫密封的结构示意图；

图2是本发明结构示意图；

图3是本发明中楔形调整支撑机构剖视图；

图4是楔形调整块结构示意图；

图5是楔形调整支撑机构分布图；

图6是本发明中防转销II的剖视图；

图7是本图2的侧视结构示意图；

图8是进行机械密封安装调整时测量密封箱到轴套的实际尺寸H的示意图；

图9是进行机械密封安装调整时钢板尺的测量位置及标识示意图；

图10是进行机械密封安装调整时动环座在外轴套上的锁紧位置A的示意图；

图11是动环座与外轴套设计为一体的示意图；

图12是在无支撑状态接静环座受力分析图。

图中：1、泵轴；2、轴套；3、静环径向调整机构；5、楔形调整支撑机构；6、静环轴向补偿机构 10、内轴套；20、外轴套；21、密封圈；23、动环座；24、动环；26、防转销I；27、紧固螺栓；29、定位孔；30、静环座；31、静环；40、推环；41、连接螺栓；42、防转销II；50、支撑套；502、安装部；503、支撑部；51、楔形调整块；501、凹槽；52、滚珠；53、调整螺钉；60、压盖；61、连接螺栓；62、调整垫片；63、弹簧；64、支撑销钉；65、顶丝；66、静环补偿组件；70、密封箱；71、安装台阶；72、导向孔；80、截流板；81、锁紧螺栓；90、泥泵；100、叶轮端；110、浆液；120、定位套。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

本实施例将在大型挖泥船泥泵上所用的机械密封装置为例，进行说明，请参阅图2至图7，一种大型挖泥船泥泵的机械密封装置，该机械密封装置安装于挖泥船内泥泵的泵轴1上，包括与泥泵90密封连接的密封箱70，其主要作用在于使整套机械密封静止部分与泥泵90固定，使静环31不受动环24的旋转而转动；位于密封箱内安装在泥泵轴上的轴套2，轴套的作用在于泵轴不受外界因素的磨损与腐蚀，用于支撑与连接机械密封的其它部分零件；位于密封箱70内的安装有动环24的动环座23和安装有静环31的静环座30，动环24和动环座23、静环31与静环座30之间设有实现浮动密封的密封圈21和防止转动的防转销I 26，静环与动环的环面贴合达到对泵腔内流体的密封作用；所述静环座30安装在密封箱70内，依靠密封圈21轴向滑移与密封，静环座30与密封箱70之间设有推环40，所述推环通过连接螺栓41与密封箱连接；所述推环和静环座之间设有防转销II 42，防转销II 42一侧与密封箱70滑动配合，另一侧与静环座30配合，其主要作用在于防止静环座30随动环座23的旋转而转动；位于密封箱内的轴套10、20的一端与泵轴上的定位套120相连，另一端与泥泵的叶轮端100的叶轮轮毂相连，并通过密封圈21密封；所述动环座与轴套紧固连接，并且随泵轴一起转动；机械密封工作时动环24随轴套2的旋转而转动，与静环31的两个环面紧密贴合，动环24和静环31在同一轴心上，一动一静达到对泵腔内流体的密封作用；密封箱70与动环座23之间设有截流板80；截流板80的主要作用在于使密封箱70与动静环之间形成一个较为密闭的空间，内冲洗水通过这个空间带走动静环的摩擦热量再混合于浆液110中，使动静环得到充分的冷却与润滑；为有效的保证了动环和静环的同心度和跟随性，所述静环座的内壁与轴套的外壁之间留有支撑空间，所述支撑空间内安装有克服静环和静环座因重力下沉的静环径向调整机构3；使密封端面达到设计的比压，保证密封效果；在密封箱70的外端面设有外置可调式静环轴向补偿机构6，主要作用在于给静环31提供补偿力。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述静环径向调整机构3包括位于支撑空间内轴套和静环座30之间的支撑套50；所述支撑套的一端与密封箱紧密相连，以提供足够支撑力来支撑静环和静环座的重力下沉；所述支撑套的另一端上半圆周上设有楔形调整支撑机构5；所述楔形调整支撑机构5包括楔形调整块51，所述支撑套上设有与楔形调整块配合的楔形面；所述楔形调整块的上表面嵌装有与静环座内壁贴合的滚动支撑构件52；滚动支撑构件可以静环座的移动而滚动，起到了支撑和滑移的双重作用，滚动支撑的摩擦力小，磨损低，使用寿命成，且能够实现自动调心的功能；所述楔形调整块与支撑套通过调整螺钉53连接在一起，通过调整螺钉53可调整静环31与动环24、密封箱的同心，使动静环在工作状态中能始终在同一轴心上，保证密封的工作参数稳定可靠，延长动静环的使用寿命。

为了达到摩擦力最小，磨损最低，所述滚动支撑构件52采用滚珠，所述楔形调整块51的上表面设有嵌装滚珠的凹槽501。

所述楔形调整支撑机构5至少设有一个，本实施例中优选三个，三个楔形调整支撑机构均匀分布在支撑套的上半圆周端面上。

所述密封箱70的内侧轴孔处设有安装台阶71，所述支撑套50包括安装部502和支撑部503，所述安装部插装在安装台阶71内；所述支撑部安装楔形调整支撑机构5。

所述轴套2既可以采用一体结构，也可以采用分体结构，本实施例优选分体结构，包括内轴套10和外轴套20，内轴套10和外轴套20之间的连接间隙用密封圈21密封。

所述动环座23和轴套即可以采用一体结构，也可以采用分体结构，本实施例优选分体结构，所述动环座23与轴套2通过径向设置的紧固螺栓27紧固连接；并且对应所述的轴套上设有两排或两排以上不同尺寸的定位孔29，动环座23之间的连接间隙安装有密封圈21。

请参阅图12，大轴径静环在无支撑的情况下，静环会因重力原因下沉，导致静环的滑移密封圈压缩量不均匀，静环上端(A区域)密封圈摩擦力减小，甚至会消失，可能直接导致机械密封泄漏，静环下端(B区域)密封圈摩擦力增大，阻碍弹簧作用于静环上的补偿力，使补偿力减小或消失，可能导致局部端面泄露。静环的下沉还会导致动静环配合密封面的改变，使配合密封面的面积减小，弹簧比压增大，摩擦力分布不均匀，严重影响机械密封的可靠性和使用寿命。

以大轴径机械密封为例，受腔体大小的影响，不锈钢零件壁厚较薄，加工装卡困难，加工后易变形，而普通支撑结构对于零件的尺寸公差有相当严格的要求，这给生产造成极大的困难。而本发明支撑结构对零件的尺寸要求不高，扬长避短，既降低了生产加工的困难和成本又实现了动静环同心的作用，且不影响静环的前后移动。

上述结构中，所述可调式静环轴向补偿机构6包括设置在密封箱外端的压盖60，所述压盖通过螺栓61与密封箱70的外端面连接；所述压盖60和密封箱70外端面之间设有调整垫片62，调整垫片62可以由多个垫片叠加组成，通过增加或减少垫片数量达到调整弹簧工作高度的目的，即调整施加在静环座30上的轴向补偿力；所述压盖60上沿轴向方向还设有顶丝65，顶丝65的主要作用在于支撑压盖60不弯曲变形，从而保证所有弹簧63的工作高度一致；所述密封箱70的外端面圆周方向上均布设有静环补偿组件66。

所述静环补偿组件包括支撑销钉64，所述支撑销钉的一端插装在压盖60上，支撑销钉64的另一端插装在密封箱的导向孔72内，在导向孔内所述支撑销钉上套装有弹簧63，在密封箱内所述弹簧顶紧推环40，支撑销钉64的作用可使弹簧63不弯曲变形。

本发明机械密封依靠弹性元件即弹簧63提供补偿力，克服补偿环辅助密封圈21与密封箱70之间的摩擦力，使补偿环紧密地贴合在非补偿环的端面，形成密封端面初始闭合力，当主机充满压力介质并开始工作时，可使密封端面产生闭合力，从而使密封端面达到设计的比压，实现对流体浆液110的动态密封。

本发明装置安装便捷，实际使用寿命可达3年或更高，避免了因频繁更换密封系统导致的设备利用率低下、维修拆装消耗的大量人力、物力及安全风险。本发明整体结构简单，方便运输和现场安装，适合各种设备安装条件。在不拆卸整体装置的情况下可任意调整、更换弹性元件，使密封端面比压达到设计的理想值；并且有效的保证了动环和静环的同心度和跟随性；在安装后，遇到问题可拆分，方便快捷，保证了该装置的可靠性和维修便捷性。

原挖泥泵L型橡胶垫密封结构如图1所示，其工作原理是静止的3道L型橡胶垫与旋转的轴套动态摩擦，在L型橡胶垫密封之间提供高压洁净水以润滑及阻隔泵送介质，利用橡胶的自身弹性及其所附带的弹簧提供磨损补偿而达到密封目的。这种密封结构使用寿命短，实际使用寿命多为1至3个月。而本发明装置安装便捷，实际使用寿命可达3年或更高，避免了因频繁更换密封系统导致的设备利用率低下、维修拆装消耗的大量人力、物力及安全风险。

进一步说明机械密封安装调整方法如下：

(1)将事先装配完成的密封箱装入到泥泵90上，从叶轮端100将内轴套10与外轴套20依次穿入到泵轴1上，测量密封箱70到轴套2(叶轮端)的实际尺寸H作好记录，见图8。

(2)从密封箱70端面(调整垫片旁)放入一把钢板尺，深入到轴套上，看钢板尺在刻度线上的位置并做好记录，见图9，本实施例中分别用不同颜色的漆(红漆、白漆和蓝漆进行标识)。

(3)取下外轴套2，依据实际测量的尺寸H调整动环座23在外轴套2上的锁紧位置A的位置与调整垫片62的数量，见图10。

(4)从叶轮端100将调整好的动环组合外轴套2和动环座23穿入到泵轴1上，与定位套120和叶轮拆卸环紧密贴合。

(5)把叶轮装到泵轴上，使叶轮拆卸环、机械密封、叶轮紧密贴合到位。

(6)再次检查刻度线的位置(见图9)，是否因为叶轮的锁紧而发生变化，如果发生变化(大于1毫米)，可采用增加调整垫片62来校正弹簧力，调整完毕后拧紧压盖60上的螺栓61。

(7)机械密封安装完毕后，用锁紧螺栓81将截流板80安装固定在密封箱70上。

综上所述本发明，具有以下优点：

1、本发明安装有克服静环因重力下沉的静环径向调整机构最大限度的保证了动、静环的配对稳定性，使动静环在工作状态中能始终在同一轴心上，保证密封的工作参数稳定可靠，延长动静环的使用寿命。

2、本发明中动环座与外轴套分离，外轴套上不同位置有与动环座配合的定位孔，依据泥泵尺寸的变化而调整，靠螺钉紧固定位，通过这种分装式可调整方式，可使机械密封装置安装方便。

3、压盖和密封箱之间设有调整垫片，因此在一定范围内，可自由调整弹簧长度。

4、由于压盖对弹簧形成挤压，压盖通过调整螺栓与密封箱连接，在不拆解设备时，可自由更换弹簧。

5、本发明中弹簧属于外置，随时可观察弹簧的工作状态，能及时发现问题，弹簧结构整体结构简单，实用可靠。

6、本发明可附加带有动力源的设备，实现弹簧工作高度自动调整。

综上，本发明整体结构简单，方便运输和现场安装，适合各种设备安装条件。在不拆卸整体装置的情况下可任意调整、更换弹性元件，使密封端面比压达到设计的理想值；并且有效的保证了动环和静环的同心度和跟随性；在安装后，遇到问题可拆分，方便快捷，保证了该装置的可靠性和维修便捷性；保证密封的工作参数稳定可靠，延长动静环的使用寿命。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。