一種接觸式機械密封靜環(huán)總成以及裝配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械密封技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于特殊工況(例如高壓、高轉(zhuǎn)速、高溫、大軸徑等)的接觸式機械密封靜環(huán)總成、以及該靜環(huán)總成的裝配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機械密封在石油、化工、航空等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，主要用于這些領(lǐng)域的離心栗軸端密封。機械密封一般可以分為非接觸式和接觸式兩種密封形式。近些年非接觸式機械密封發(fā)展迅速，但由于密封端面為非接觸，造成相對較大的泄漏量，所以，一些要求較高的場合依然需要使用接觸式機械密封，并且接觸式機械密封的應(yīng)用范圍很廣。
[0003]用于特殊工況(例如高壓、高轉(zhuǎn)速、高溫、大軸徑等)的接觸式機械密封，運行過程中，由于動、靜環(huán)密封端面之間相互磨擦，產(chǎn)生大量的摩擦熱，致使密封端面溫升，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，易引起密封端面熱變形，甚至出現(xiàn)密封端面徑向裂紋及材料粘接轉(zhuǎn)移，造成磨損加劇及泄漏量增大等后果；動、靜環(huán)密封端面處于混合摩擦狀態(tài)，密封端面間含少量流體，在高溫下易發(fā)生汽化，有時伴隨有較大的汽鳴聲，并有可能導(dǎo)致密封環(huán)碎裂；另外，密封端面間產(chǎn)生的過度熱量，易引起O型橡膠圈硬化和開裂。上述問題都易造成密封失效，降低密封壽命O
[0004]動、靜環(huán)密封端面之間大部分的摩擦生成熱，通過熱傳導(dǎo)的方式傳到動、靜環(huán)中，動環(huán)和靜環(huán)材質(zhì)的熱傳導(dǎo)率越大，動、靜環(huán)密封端面產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)越快；并配合沖洗液沖洗動、靜環(huán)的外壁面，以起到降溫效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種接觸式機械密封靜環(huán)總成，利用熱管原理，提高靜環(huán)的傳熱效率，有效降低密封端面溫度，減小密封端面的熱應(yīng)力及熱變形，提高密封的穩(wěn)定性以延長密封壽命O
[0006]為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種接觸式機械密封靜環(huán)總成，包括靜環(huán)本體和位于所述靜環(huán)本體后端的端蓋，所述靜環(huán)本體的前端面為密封端面，所述靜環(huán)本體上至少設(shè)置有一個后端開口的腔體，所述端蓋用于密封所述腔體，所述腔體內(nèi)設(shè)置有毛細(xì)芯材料和冷凝劑。
[0007]當(dāng)所述靜環(huán)總成工作時，所述密封端面處產(chǎn)生大量的摩擦熱；所述腔體前端靠近所述密封端面的所述冷凝劑吸熱被汽化為氣態(tài)，使得所述腔體前端的氣壓增大，此時氣態(tài)的所述冷凝劑向所述腔體內(nèi)氣壓低的區(qū)域流動、并被冷凝為液態(tài)附著在所述毛細(xì)芯材料上，之后所述毛細(xì)芯材料將液態(tài)的所述冷凝劑向所述腔體的前端輸送。
[0008]進(jìn)一步的，所述端蓋上開設(shè)有與所述靜環(huán)本體的后端面相匹配的環(huán)形槽口，在所述槽口上纏繞有環(huán)氧基樹脂或者噴涂有鎳基合金。
[0009]進(jìn)一步的，所述靜環(huán)本體的圓周方向均布有多個扇環(huán)形的所述腔體。
[0010]進(jìn)一步的，所述靜環(huán)本體上開設(shè)有與所述腔體相連通的注入孔，所述冷凝劑通過所述注入孔注入。
[0011]進(jìn)一步的，所述靜環(huán)本體上設(shè)置有用于密封所述注入孔的堵頭。
[0012]進(jìn)一步的，所述腔體的前端面與所述密封端面之間的距離為0.8?1.2_。
[0013]進(jìn)一步的，在所述腔體的前端面和外徑面上設(shè)置所述毛細(xì)芯材料，設(shè)置在前端面和外徑面上的毛細(xì)芯材料是連續(xù)的。
[0014]進(jìn)一步的，所述毛細(xì)芯材料為尼龍纖維或耐綸纖維。
[0015]進(jìn)一步的，所述端蓋通過焊接或過盈配合安裝在靜環(huán)本體后端面上。
[0016]進(jìn)一步的，在所述靜環(huán)總成制造過程中，對所述腔體內(nèi)做抽真空處理，使得所述腔體內(nèi)的壓力所對應(yīng)的冷凝劑的沸點介于所述靜環(huán)總成正常工作狀態(tài)下所述腔體內(nèi)的最高溫度和最低溫度之間。
[0017]進(jìn)一步的，所述靜環(huán)本體的外側(cè)包括靠近所述密封端面的承凸臺和用于固定的固定臺；當(dāng)所述靜環(huán)總成工作時，用于降低所述密封端面溫度的沖洗液流經(jīng)所述承凸臺的外側(cè)面；所述承凸臺的外側(cè)面上開設(shè)有若干凹槽。
[0018]進(jìn)一步的，相鄰的兩個所述凹槽中心之間的距離為0.8-1.1mm。
[0019]進(jìn)一步的，貼近所述密封端面的所述凹槽的中心與所述密封端面之間的距離為I ?2mm ο
[0020]進(jìn)一步的，所述承凸臺的外側(cè)面上開設(shè)置有若干大小相等、錯位分布的球面形的所述凹槽。
[0021]進(jìn)一步的，所述球面型凹槽的深度與直徑的比為0.12?0.15。所述球面型凹槽的深度為 0.12-0.15_。
[0022]進(jìn)一步的，所述球面型凹槽的直徑為0.8-1.1mm。
[0023]進(jìn)一步的，所述承凸臺的外側(cè)面上間隔設(shè)置有環(huán)形的所述凹槽。
[0024]進(jìn)一步的，所述承凸臺的外側(cè)面上開設(shè)置有若干大小相等、錯位分布的三角形的所述凹槽。
[0025]基于上述的接觸式機械密封靜環(huán)總成，本發(fā)明還提供一種上述的接觸式機械密封靜環(huán)總成的裝配方法，包括下述步驟:
A、將所述毛細(xì)芯材料安裝到所述靜環(huán)本體的腔體內(nèi)，所述毛細(xì)芯材料貼合所述腔體的前端面和外徑面；
B、將所述端蓋的前端面上與所述靜環(huán)本體貼合密封的部位纏繞環(huán)氧基樹脂或者噴涂鎳基合金，并將所述端蓋密封固定到所述靜環(huán)本體上；
C、將冷卻液通過所述注入孔注入所述腔體內(nèi)，之后將所述腔體抽真空處理，使得所述腔體內(nèi)的壓力所對應(yīng)的冷凝劑的沸點介于所述靜環(huán)總成正常工作狀態(tài)下所述腔體內(nèi)的最高溫度和最低溫度之間；最后將所述注入孔封閉，完成裝配。
[0026]本發(fā)明提供的一種接觸式機械密封靜環(huán)總成，通過在所述靜環(huán)本體上至少設(shè)置有一個后端開口的腔體，所述腔體內(nèi)設(shè)置有毛細(xì)芯材料和液態(tài)的冷凝劑；當(dāng)靜環(huán)總成處于工作狀態(tài)時，靜環(huán)與動環(huán)配合起到密封作用，靜環(huán)的密封端面處磨擦生成大量磨擦熱，也就是密封端面的溫度最高，并通過靜環(huán)本體向外、向后傳遞熱量，因而腔體內(nèi)靠近密封端面的溫度最高；腔體的前端靠近密封端面，也就是腔體前端的溫度較高，使得所述冷凝劑吸熱被汽化為氣態(tài)，進(jìn)而所述腔體前端的氣壓增大，此時氣態(tài)的所述冷凝劑向所述腔體內(nèi)氣壓低的區(qū)域流動，使得冷凝劑被冷凝為液態(tài)并附著在所述毛細(xì)芯材料上，之后所述毛細(xì)芯材料將液態(tài)的所述冷凝劑向所述腔體的前端輸送。在靠近密封端面的高溫區(qū)所述冷凝劑被氣化過程中吸熱，降低了腔體內(nèi)靠近密封端面處的溫度，進(jìn)而降低了密封端面的溫度；在低溫區(qū)所述冷凝劑被冷凝為液態(tài)過程中放熱。這樣根據(jù)熱管原理，利用腔體內(nèi)的溫度差，形成了冷凝劑從液態(tài)、到氣態(tài)、再到液態(tài)的一個相變的循環(huán)，實現(xiàn)了將密封端面處的大量的熱快速帶走，減小密封端面的熱應(yīng)力、及熱變形，提高密封的穩(wěn)定性，以延長其使用壽命。
[0027]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的【具體實施方式】后，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清
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【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明所提出的接觸式機械密封靜環(huán)總成的第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2中B-B向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為圖3中端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖3中靜環(huán)本體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖5的右視結(jié)構(gòu)不意圖；
圖7為本發(fā)明所提出的接觸式機械密封靜環(huán)總成的第二個實施例的靜環(huán)本體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為圖7中C-C向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為本發(fā)明所提出的接觸式機械密封靜環(huán)總成的第三個實施例的靜環(huán)本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清