一种抗变形的波纹管式机械密封

技术领域

本发明涉及机械密封技术领域，特别涉及一种抗变形的波纹管式机械密封。

背景技术

现有技术中的机械密封结构由于高温、腐蚀作用，容易使陶瓷或石墨或硬质合金等各类材质的动环片与动环座产生脱落。由于该机械密封装置是反向密封，即在密封环内侧施加高压介质通过密封端向密封环外侧流动，阻止密封环外侧的易燃易爆、有毒有害介质工作介质流出。这样就会使动环侧端面承受轴向高压压力作用，使陶瓷或石墨或硬质合金等各类材质的动环片更容易与动环座产生脱落。通常高温工况下，摩擦副会产生热变形，导致产品失效。

发明内容

本发明提供了一种抗变形的波纹管式机械密封，解决了现有技术中，机械密封装置在反向密封时，会产生动环座脱落以及热变形的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种抗变形的波纹管式机械密封，包括波纹管组件、静环以及传动环；

所述波纹管组件一端通过连接件连接所述传动环；所述波纹管组件另一端与所述静环侧面相抵；

所述波纹管组件包括尾座、波纹管、底座、动环座以及动环片；

所述尾座一端通过所述连接件连接所述传动环；所述尾座另一端连接所述波纹管的一端；所述波纹管的另一端连接所述底座一侧；所述底座的另一侧连接所述动环座一端；所述动环座设有内止口；所述动环座内止口与所述动环片配合；所述动环片的一侧与所述静环一侧相抵。

优选的，所述尾座与所述传动环之间设有动环密封圈。

优选的，所述静环通过静环密封圈连接设备卡销。

优选的，所述波纹管为双S波型。

优选的，所述波纹管为45°波形。

优选的，所述波纹管为35°波形。

优选的，所述波纹管一端通过双片焊接的方式连接所述尾座；所述波纹管另一端通过双片焊接的方式连接所述底座。

优选的，所述波纹管采用Inconel718合金。

优选的，所述动环片采用加碳碳化硅；所述静环采用无压烧结碳化硅。

有益效果：

1、不同于现有技术的底座、动环座以及动环片的一体式设计，本发明的动环座通过中空的设计，使机械密封抗热变形能力强，有效解决高温情况下的热变形问题。底座、动环座以及动环片连接后的结构强度好，轴向承压能力高，充分保证了动环不能因反向压力作用与动环座产生脱落，提高端面抗变形的结构强度，从而使机械密封装置稳定可靠的运行。

2、本发明的机械密封本身处于平衡状态，动态性能好，环境适应能力强，可在不同工作状态的平衡系数通过改变动环片内外径参数就可以调整，根据工况参数选择不同的波纹管材质、波纹管波形和动环片材质，达到理想状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封的主视剖面图；

图2为本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封中第一种实施例的部分波纹管主视图；

图3为本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封中第二种实施例的部分波纹管主视图；

图4为本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封中第三种实施例的部分波纹管主视图。

【附图标记说明】

1-波纹管组件、11-尾座、12-波纹管、13-底座、14-动环座、15-动环片、2-静环、3-动环密封圈、4-静环密封圈、5-传动环、6-连接件。

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种抗变形的波纹管式机械密封，包括波纹管组件1、静环2以及传动环5。

所述波纹管组件1一端通过连接件6连接所述传动环5。所述波纹管组件1另一端与所述静环2侧面相抵。

所述波纹管组件1包括尾座11、波纹管12、底座13、动环座14以及动环片15。

所述尾座11一端通过所述连接件6连接所述传动环5。所述尾座11另一端连接所述波纹管12的一端。所述波纹管12的另一端连接所述底座13一侧。所述底座13的另一侧连接所述动环座14一端。所述动环座14设有内止口。所述动环座14内止口与所述动环片15配合。所述动环片15的一侧与所述静环2一侧相抵。

现有技术中的动环片结构剖面大多是矩形、梯形等规则结构。而本发明中的所述动环片15通过技术人员的有限元分析设计和多次试验优化，形成了如图1所示的不规则的剖面。本发明的所述动环片15具有更好的耐压耐温特性，所述动环片15在图1中的左侧面设计，可以使本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封在高压和高温工况，所述动环片15可以有效的解决压力变形，并且还可以降低高温变形的概率。

不同于现有技术的一体式成型的波纹管底座。现有技术中的动环座大多为实心结构，并与现有技术中的动环片一体成型。本发明中所述动环座14的形状如图1所示。本发明的所述动环座14采用中空结构，可以增强耐热性。如图1所示，所述底座13与所述动环座14的连接方式结构强度好，承压能力高，避免了所述动环片15在受到反向压力作用下产生脱落的情况，同时保证所述动环片15不产生形变，具备良好的抗变形能力和抗热变形能力，保证机械密封装置稳定可靠的运行。所述动环座14与所述动环片15通过过盈镶嵌配合组成。

在所述波纹管12的弹性补偿作用下，使所述动环片15与所述静环2端面紧密贴合，静环2的非摩擦端侧面设有与销配合的端面销槽。在本发明实施例中，所述连接件6采用螺栓。所述尾座11上开设有轴向螺纹孔，所述传动环5开设有轴向安装孔，通过所述连接件6穿过所述传动环5的轴向安装孔后，进入所述尾座11的轴向螺纹孔，使所述传动环5与所述尾座11连接，从而使所述传动环5带动所述波纹管组件1随轴旋转。

进一步的，所述尾座11与所述传动环5之间设有动环密封圈3。

进一步的，所述静环2通过静环密封圈4连接设备卡销。

进一步的，所述波纹管12为双S波型。

如图2所示的双S波形：波片整体呈现“S”形状，弹性更好，具有最优的动态性，在抽真空等非正常操作环境中稳定工作。

进一步的，所述波纹管12一端通过双片焊接的方式连接所述尾座11。所述波纹管12另一端通过双片焊接的方式连接所述底座13。

现有技术中的大多用单片焊接方式去进行连接。单片焊接的适用范围为-0.1～2MPa。而本发明的所述波纹管12的两端均采用双片焊接的方式进行连接。而双片焊接可以增加所述波纹管12的耐压性，并使所述波纹管12的适用范围扩大至-0.1～5.5MPa。使本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封适用性大大提高。

结构件及波纹管材质：0Cr18Ni9(304)、2Cr13、OCr17Ni12Mo2(316)、4J42、4J43、00Cr17Ni 12Mo2(316L)、Hastalloy C、Inconel718(GH4169)、AM350等具有良好的耐腐蚀性能，适用于强腐蚀性介质材料的优点以及适用环境。

在本发明实施例中，所述波纹管12采用Inconel718合金。Inconel 718合金是含铌、钼的沉淀硬化型镍铬铁合金，在700℃时具有高强度、良好的韧性以及在高低温环境均具有耐腐蚀性。

所述动环片15和所述静环2的端面材料可采用：浸呋喃树脂石墨、浸锑石墨、各类碳化硅、镍基硬质合金、钴基硬质合金。

浸呋喃树脂石墨：耐酸碱、适用温度小于150℃。

浸锑石墨：耐高温、适用温度小于450℃。

各类碳化硅(反应烧结碳化硅(SiC)、无压烧结碳化硅(SSiC)、加碳碳化硅(SSiC+C)、Morgan摩根碳化硅等)：耐高温、腐蚀、适用温度小于1000℃。

镍基硬质合金：耐高温、耐酸、适用温度小于400℃。

所述动环片15和所述静环2的端面配对从摩擦学角度宜用不同材料，石墨材料自润滑性较好，常用软对硬端面配对，但软材料在有颗粒介质中易较快磨损，因此在有较小颗粒介质中用硬对硬端面配对。

硬质合金：耐温和耐腐蚀性能都良好，刚性强，耐冲击好，不易碎裂，常用做整体环端面或镶嵌端面使用，由于其粘结剂耐强酸腐蚀性能不好，因此避免用在强酸性介质。

反应烧结碳化硅(SiC)：耐温和耐酸性腐蚀性能良好，刚性强，变形小、但易碎，常用做整体环端面或镶嵌端面使用，因其基体含有游离硅在碱性介质中易腐蚀，因此避免用在碱性介质。

无压烧结碳化硅(SSiC)：也叫等压烧结碳化硅，因采用特殊的烧结方法，该材料的耐温，耐腐蚀性能都优于反应烧结碳化硅、镍基硬质合金，但造价较高，影响其在常规密封中应用。

在本发明实施例中，所述动环片15采用加碳碳化硅。所述静环2采用无压烧结碳化硅。

实施例2：

与上述特征不同的是，所述波纹管12为45°波形。其余特征相同。

45°波形：为内缘倾斜45°弓状波形，可以做到最大限度分解应力，分解内孔焊茹应力，并使应力分布更理想，弹性更好。从而保证端面在抽真空等非正常操作条件下紧定的贴合，防止早期破坏，保证高的使用寿命。45°波形的单片波纹管：-0.1Mpa(真空)～2MPa，45°波形的双片波纹管：-0.1Mpa(真空)～5.5MPa。

实施例3：

与上述特征不同的是，所述波纹管12为35°波形。其余特征相同。

35°波形：为内缘倾斜35°弓状波形。是在45°形的基础上，优化波片角度，可以缩短结构空间，适用于轴向空间尺寸小的密封腔内。应力分布效果略微逊色于45°波形。压力适用范围与45°波形一样。

本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封，适用于高、中、低温泵中，实用性广，适用温度范围：-75℃～400℃。本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封应用于速度范围：最高50m/s或不超过10000rpm(19000rpm)。

本发明提供的一种抗变形的波纹管式机械密封，可以满足石化、炼油、化工、化纤、食品、医药、热电等不同行业不同的要求，适合密封中高粘度介质，并允许介质含有较多固体颗粒。可满足强碱，盐等部分化工、化纤行业腐蚀性介质的密封要求。

工作原理：

所述波纹管12本身处于平衡状态，动态性能好，环境适应能力强，可在不同工作状态的平衡系数通过改变所述动环片15内外径参数就可以调整，根据工况参数选择不同的所述波纹管12材质、所述波纹管12的波形和所述动环片15的材质，达到理想状态。

本发明提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本发明总的构思下的几个示例，并不构成本发明保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本发明方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本发明的保护范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。