一種閉合力在線可調的氣體潤滑機械密封裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋轉機械的軸端密封，具體涉及一種密封閉合力在線可調的氣體潤滑機械密封，可用于各種壓縮機、風機和離心泵等中高速旋轉機械的軸端密封。
【背景技術】
[0002]氣體潤滑非接觸式機械密封(又稱“干氣密封”)因其摩擦功耗低，性能穩(wěn)定可靠，輔助系統(tǒng)簡單，使用壽命長等顯著的性能優(yōu)勢，而在離心壓縮機、風機、離心泵等中高速旋轉機械上獲得廣泛應用。干氣密封通過在密封端面上開設各種形狀的流體動靜壓型槽，當動環(huán)旋轉時，利用型槽的動靜壓效應將氣體介質泵入密封端面產(chǎn)生一定的開啟力而推開端面，兩密封端面間形成一層微米級厚度的氣膜而保持非接觸運行。但在密封啟動和停車時，因兩密封端面間相對轉速較低，不足以產(chǎn)生足夠的流體動壓，可能導致密封端面發(fā)生直接的接觸磨損。干氣密封端面在啟停階段的這種接觸摩擦磨損會導致密封端面溫升過高，或使端面劃傷而影響密封性能；而在中高速運行階段，由于流體動壓型槽所產(chǎn)生的流體動壓力顯著，可能將兩密封端面推開而形成過大的密封間隙，導致密封介質的泄漏超標。為使干氣密封端面在開啟階段能迅速開啟，而在中高速穩(wěn)定運行階段端面間能維持一層3?5 μπι的氣膜而保持較低的泄漏，可通過在不同的運行階段在線調節(jié)閉合力或開啟力的方法而實現(xiàn)。
[0003]中國專利CN101776152A提出一種外加壓式動靜壓氣體潤滑密封裝置，在密封靜環(huán)內開設可從外界引入帶壓氣體的通道和節(jié)流孔，在靜環(huán)端面開設均壓槽，在密封啟停階段向密封端面間充入一定壓力的緩沖氣而增大動靜壓開啟力，從而實現(xiàn)密封端面的快速開啟。通過調節(jié)緩沖氣的壓力可實現(xiàn)對密封端面間開啟力大小的控制，但這種結構需要較高壓力的緩沖氣(壓力高于被密封介質的壓力0.15?0.45MPa)，故需要一套較為復雜的外供氣源，使輔助系統(tǒng)變得復雜，而且對外供氣源壓力的調控精度要求較高。中國專利CN104179975A提出一種基于改變閉合力的可控型機械密封，其原理是通過控制電磁加載裝置的電流變化以實現(xiàn)對密封的主動控制，但這種結構需要一套電磁加載裝置及其輔助調控系統(tǒng)。專利CN102128272A提出一種閉合力可控的機械密封裝置，通過在靜環(huán)外徑圓周與梳齒環(huán)形成泄漏量可調控的梳齒密封，利用梳齒密封的節(jié)流效應以實現(xiàn)改變閉合力的目的。
[0004]現(xiàn)有的技術方案通過對機械密封開啟力或閉合力的調控，以實現(xiàn)對不同運行階段密封端面接觸狀態(tài)的調控，但是仍存在需要結構復雜的外在調控系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)，不利于在中高速旋轉機械用干氣密封中推廣應用。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要克服干氣密封已有技術中存在的密封端面啟停階段容易發(fā)生接觸摩擦磨損，而在中高速運行階段端面膜厚過大而致泄漏超標，閉合力無法實現(xiàn)在線調控的不足，以及現(xiàn)有的密封開啟力或閉合力可控技術方案中調控系統(tǒng)或密封結構較為復雜，不利于在旋轉機械用干氣密封中推廣應用等不足，提出一種結構簡單，密封閉合力在線可調的氣體潤滑機械密封裝置。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
[0007]一種閉合力在線可調的氣體潤滑機械密封裝置，包括動環(huán)軸向定位環(huán)1、密封端蓋
2、動環(huán)座3、活塞4、工作彈簧7、活塞限位環(huán)8、推環(huán)9、靜環(huán)10、動環(huán)11和密封腔體12，所述動環(huán)11固定于動環(huán)座3上并隨軸轉動，所述靜環(huán)10安裝于密封端蓋2上；其特征在于:
[0008]所述的密封端蓋2內設有活塞腔15 ;所述密封端蓋2上開設有外供氣通道14，并與活塞4 一側的活塞腔15相通；活塞4的另一側與靜環(huán)10之間設有工作彈簧7，所述活塞4沿活塞腔15軸向移動以改變工作彈簧7的壓縮量；活塞4的另一側暴露在密封腔體12中，密封腔體12連通緩沖氣通道16。
[0009]進一步，所述活塞4的內壁面與活塞腔壁面間設置有第一輔助密封圈，所述活塞4的外壁面與活塞腔壁面間設置有第二輔助密封圈；所述活塞4的與工作彈簧7接觸的端面設有工作彈簧7的安裝孔或安裝槽，所述的靜環(huán)10通過推環(huán)9與工作彈簧7連接。
[0010]更進一步，所述活塞腔15的內壁設有活塞4的限位臺階，用于限制活塞4的背向工作彈簧側的移動行程；活塞限位環(huán)固定于密封端蓋上，用于限制活塞面向工作彈簧側的移動行程。
[0011 ] 更進一步，所述的外供氣通道14與外供氣管路連通，所述的緩沖氣通道16與緩沖氣管路連通，所述外供氣管路與氣源之間設有第一壓力調節(jié)閥13，所述緩沖氣管路與氣源之間設有第二壓力調節(jié)閥17。
[0012]更進一步，所述工作彈簧7為周向均勻分布的小彈簧，所述小彈簧個數(shù)的為6?
30 ο
[0013]或者，所述工作彈簧7為大彈簧。
[0014]再進一步，所述動環(huán)11或靜環(huán)10中至少一個密封端面上設有流體.動壓槽。
[0015]所述活塞與密封端蓋之間形成封閉的活塞腔，所述活塞可沿活塞腔軸向移動以改變工作彈簧的壓縮量，所述密封端蓋上開設有外供氣進氣通道，并與活塞腔相通。通過調節(jié)外供氣壓力可調節(jié)工作彈簧的壓縮量，進而實現(xiàn)對密封閉合力的在線調節(jié)。
[0016]所述活塞腔的內壁設有活塞的限位臺階，當所述活塞運動至活塞左端面與限位臺階接觸時，所述工作彈簧具有最小的彈簧壓縮量，此時彈簧比壓選取范圍為0.005MPa?0.009MPao
[0017]所述活塞限位環(huán)固定于密封端蓋上，用于限制活塞向工作彈簧側的移動行程，當所述活塞移動至活塞右端面與活塞限位環(huán)接觸時，所述工作彈簧具有最大的壓縮量，此時彈簧比壓選取范圍為0.013MPa?0.020MPa。
[0018]所述密封端蓋上的外供氣通道與外供氣管路連通，所述密封腔體上的緩沖氣通道與緩沖氣管路連通，所述外供氣管路與氣源之間設有壓力調節(jié)閥，所述緩沖氣管路與氣源之間設有壓力調節(jié)閥。
[0019]對于一般的干氣密封結構而言，彈簧的工作長度在運行過程中難以調節(jié)，故密封只能在設計工況點附近穩(wěn)定運行，而在啟停階段則容易因端面開啟力不足，或閉合力過大而導致開啟困難。本發(fā)明將工作彈簧的安裝座設計成可軸向移動的活塞結構，通過活塞在活塞腔中的軸向移動即可改變工作彈簧的壓縮量，達到調節(jié)閉合力的目的。通過在活塞內壁面和活塞腔壁面之間，以及活塞外壁面和活塞腔壁面之間安裝輔助密封圈，從而構造出一個封閉的活塞腔。當密封處于靜壓狀態(tài)或啟停階段時，調節(jié)外供氣管路與氣源之間的壓力調節(jié)閥，當封閉活塞腔中外供氣介質壓力小于P-寸，外供氣介質壓力小于密封介質壓力和工作彈簧力的合力，活塞左端面與活塞腔限位臺階接觸，工作彈簧處于最小壓縮狀態(tài)，此時閉合力較小，密封端面能迅速打開，不過工作彈簧的最小彈簧比壓應不小于0.005MPa，以保證干氣密封的無壓停車密封；當密封處于中高速運行階段，調節(jié)外供氣管路與氣源之間的壓力調節(jié)閥，當封閉活塞腔中外供氣介質壓力大于P2時，外供氣介質壓力大于密封介質壓力和工作彈簧力的合力，活塞右端面與活塞限位環(huán)接觸，工作彈簧處于最大壓縮狀態(tài)，此時的彈簧比壓為在給定工況點所設計的工作彈簧比壓，以保證密封端面氣膜間隙在合適的范圍內，避免密封介質的泄漏量過大。
[0020]本發(fā)明提供一種閉合力在線可調的氣體潤滑機械密封裝置，與現(xiàn)有技術相比，其有益效果在于:
[0021](I)在干氣密封啟停階段，通過在線調節(jié)外供氣介質壓力以減小工作彈簧壓縮量，從而減小密封閉合力，使密封端面快速開啟，避免了啟停階段密封端面的直接接觸摩擦和磨損，提高了密封的使用壽命和可靠性。
[0022](