專利名稱：新型機械密封裝置靜環結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在相對運動的表面之間的密封，特別是一種帶剛性密封環的填料 函。
背景技術：
船舶艉軸穿伸于船體艉部，其外露于船體外端部安裝有推進器，艉軸在船體內側 是空氣，艉軸在船體外側是浸沒在海水中，因此，艉軸穿伸船體處均設有船用艉軸管密封裝 置，也就是船舶專用的機械密封裝置，在各種類型的船舶上，船用艉軸管密封裝置的結構方 案是多種多樣，新近比較典型是英國深海密封有限公司提出的一種船用艉軸管密封裝置， 該裝置的密封部分包括有靜環座、環形密封條、靜環、動環和驅動環，其中呈剖分狀態的靜 環固設在靜環座，靜環和靜環座之間設置有環形密封條作固定密封，剖分結構的動環是固 定設在艉軸上，動環和艉軸配合處設置有密封圈，當艉軸旋轉時，艉軸帶動動環旋轉，動環 的工作面(轉動端平面)和靜環的工作面(固定端平面)形成相對運動的表面，并在該相對 運動的表面間不易產生漏泄，從而保持該船用艉軸管密封裝置應有的密封性。為達此目的， 上述技術方案的靜環上設置有作用于軸向和徑向的彈性元件，該組彈性元件推動靜環座， 再由靜環座上的環形密封條將靜環工作面緊壓在轉動的動環工作面，依靠二個工作面的連 續接觸摩擦達到密封效果，但是上述結構存在下列問題1、動、靜環工作面(主密封副)之間沒有良好潤滑條件一主密封副浸沒在海水 中，滲入的海水是良好的潤滑劑，但上述技術方案的主密封副結構是簡單的平面接觸，雖然 采用激光加工或復合形法等技術用以改善端面機械密封，仍然無法滿足船用艉軸管密封裝 置的潤滑需求，再加上海水中泥砂等雜質的存在，其結果是(1)主密封副工作表面磨損現象嚴重；(2)主密封副發熱量極大。2、靜環使用壽命短，由于靜環工作面磨損嚴重，導致軟材質制成的靜環在彈性元 件壓力作用下也無法保持其密封功能，或在多次維修后無法恢復其密封性而報廢，通常靜 環的有效使用壽命均較短；3、可靠性低、安全性差，除上述由于磨損嚴重影響密封可靠性以外，由于主密封副 潤滑條件差，在緊壓的主密封副上產生摩擦熱無法散除，一方面可能使軟質靜環在高熱條 件下加大其磨損量或甚至失去密封功能，另一方面高溫也會使動環或其它相關構件受到損 害或導致艉軸管密封裝置失效而危及設備安全；4、制作和使用成本高，主密封副工作面積大，為保證其密封性，必須有較高技術的 精加工，因而使產品的制作成本大幅提升，同時主密封副由于磨損嚴重和發熱量大等因素， 會使維護經費的支出增加，從而提高使用成本。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種新型機械密封裝置靜環結構，它能提高船用艉軸管密封裝置工作的可靠性和安全性，延長靜環使用壽命，降低制作和使用成本。本發明解決上述技術問題采用的技術方案是新型機械密封裝置包括有驅動環、 動環、靜環、環形密封條，靜環座和彈性元件，其中靜環配合環形密封條固設在靜環座上，靜 環座上設置有彈性元件，靜環在彈性元件的彈力作用下緊貼在動環上，其特點是剖分式、 靜環上、下靜環體的上、下工作面包括上上、下平面和上、下斜面，上、下平面位于上、下斜面 的外緣，所述的上、下靜環體沿周向布設有一組上、下U形水槽，所述的上、下U形水槽位于 上、下工作面上并在上、下平面的內側。本發明的上、下平面和動環工作面接觸，上、下斜面 和動環工作面間形成楔形間隙以及一組上、下U形水槽，構成靜環和動環組合的新型水潤 滑結構。本發明在上靜環體剖分面處設有凸臺，其上、下靜環體的密封條配合面呈錐形。本發明采用新型水潤滑結構，當動環旋轉時，在艉軸管密封裝置在主密封副的工 作面上能形成必要的潤滑液膜，該結構能增強液膜的動壓效應，由于主密封副潤滑條件的 改善，動、靜環摩擦表面的磨損現象大大減輕，散熱條件也明顯改善，靜環的使用壽命得到 延長，裝置由于潤滑、散熱條件改善而可靠性大大提高，安全也能得以保證，靜環剖分面的 凸臺結構，還能降低或減少精加工工作量而降低制作成本，由于靜環工作條件的改善，減少 維護支出，降低使用成本。
圖1是本發明新型機械密封裝置示意圖。圖2是圖1中靜環軸向視示意圖。圖3是圖2中A-A剖視示意圖。圖4是圖2中B-B剖視局部放大示意圖。圖5是圖2中U型水槽局部放大示意圖。圖6是圖3中局部放大示意圖。圖7是圖2中上、下靜環體剖分面處局部放大示意圖。
具體實施例方式參照圖1，新型機械密封裝置包括有驅動環1、動環2、靜環3、環形密封條4、靜環 座5和彈性元件6，上述組件除靜環3以外均和現有結構相同或相似，驅動環1和艉軸呈驅 動連接，驅動環1經螺栓21帶動動環2的動環體22隨之旋轉，動環體22和艉軸配合處設 有密封圈23，動環體22的密封工作面(即和靜環3的密封工作面對應的端面)為一盤形平 面，靜環3是本發明的主構件，靜環3經環形密封條4固設在靜環座5，靜環座5的座體51 上設有防轉銷52，在靜環座5的座體51上設置有軸向和徑向作用力的彈性元件6。本發明靜環3結構如圖2、3所示為一剖分的環狀體，即靜環3是由上靜環體31和 下靜環體31’組成，上、下靜環體31、31’除剖分面處結構略有區別外，其余結構和功能完全 相同。上靜環體31的截面局部放大圖如圖4所示，其基本形狀和現有技術相似，其中上靜環體的上工作面32是和動環2的密封工作面對應接觸的環形面，通常靜環2 采用軟質材料，在強度、剛度允許條件下，該上工作面32的上平面320的寬度盡量選取較小值，以保證密封性和降低制作成本，該上工作面32是由上平面320和上斜面321組成；上平面320是位于上靜環體3外緣的環形平面，上平面320和動環2的密封工作 面直接接觸形成摩擦密封面，為保證密封性和降低制作成本，通常上平面320的寬度應不 大于上靜環體31寬度的1/2，即在靜環3的直徑向方上，上平面320 —側徑向的長度(寬 度)應不大于上靜環體31 —側徑向長度(寬度)的1/2 ；上斜面321是位于上靜環體31上平面320向內緣延伸的環形斜面，該上斜面321 和上平面320之間的夾角如圖4所示的上楔角β，該β值不大于2°，可根據不同規格選 定，當動、靜環2、3組合后在彈性元件6的彈力作用下，上斜面321和動環2的密封工作面 形成楔形間隙，形成必要的潤滑液膜，在動環2旋轉時，能增強液膜動壓效應，從而在主密 封副的密封端面間建立良好的潤滑條件。參照圖2、3、5、6，在上靜環體31的上工作面32適當位置沿周向均勻布設有一組上 U形水槽33，該上U形水槽33的數量至少為3個，即在靜環3的整圓周上，上、下U形水槽 33,33'的總數量不小于6個，可根據不同規格靜環直徑來選定。上U形水槽33由上弧段331和上直段332組成，上弧段331的頂端和上平面320 的內緣鄰近，即上U形水槽33是布設在上工作面31的上斜面321上，該水槽的設置進一步 改善主密封副的冷卻、潤滑液膜的分布和提高液膜動壓效應；上U形水槽33的槽中軸線與上直段332平行，該中軸線均相交于上靜環體31的 中心，即上U形水槽33在上靜環體31呈徑向布設如圖2.參照圖7，在上靜環體31的剖分面37的兩端側分別設置有一凸臺36，該凸臺36 的高度不大于0. 5毫米，凸臺36寬度不大于上靜環體31寬度的1/2，此結構使上靜環體31 在剖分面37處和下靜環體31’剖分面37’接觸寬度大大減小，既有利于上、下剖分面37、 37’接合處的密封，又可降低制造的費用。參照圖4、6，上靜環31 (和下靜環31’)以環形密封條4的壓縮變形安裝在靜環座 5，并允許軸向和徑向略作浮動，在上靜環體31的密封條配合面34呈錐形，其上配合錐角α 不大于2°，該結構既能方便環形密封條4的安裝，又能使環形密封條4自適應軸系微振動 工況的彈性變形，確保良好的密封性能。下靜環體31’的結構與功能和上靜環體31相同，各對應部分，如上、下工作面32、 32，、上、下平面320、320，、上下斜面321、32Γ、上、下U形水槽33、33，、上、下楔角β、β，、 上、下剖分面37、37’、上、下密封條配合面34、34’等均可參照上述說明，不再重復闡述。為了使主密封副保持必要的潤滑水膜，可根據艉軸直徑的大小，選擇上、下楔角 β、β ’的大小和上、下U形水槽33、33’的個數，當靜環3的主密封副達到一定磨損量時， 可對上、下平面320、320，和上、下斜面321、321，進行修復，以延長靜環3的使用壽命。
權利要求
1.一種新型機械密封裝置靜環結構，該裝置包括有驅動環、動環、靜環、環形密封條、靜 環座和彈性元件，其中靜環配合環形密封條固設在靜環座上，靜環座上設置有彈性元件，靜 環在彈性元件的彈力作用下緊貼在動環上，其特征在于剖分式靜環C3)上、下靜環體(31、 31，)的上、下工作面包括有上、下平面(320、320’ )和上、下斜面(321、321，)，上、下平面 (320,320')位于上、下斜面(321,321')的外緣，所述的上、下靜環體(31、31，)沿周向布設 有一組上、下U形水槽(33、33’)，所述的上、下U形水槽(33、33’ )位于上、下工作面(32、 32，)上并在上、下平面(320,320')的內側。
2.根據權利要求1所述的新型機械密封裝置靜環結構，其特征是上、下靜環體(31、 31，)的上、下平面(320、320’ )的寬度不大于上、下工作面(32、32’ )寬度的1/2。
3.根據權利要求1所述的新型機械密封裝置靜環結構，其特征是所述的上、下平面 (320,320')和上、下斜面(321、321，)之間構成的上、下楔角β、β，值不大于2°。
4.根據權利要求1所述的新型機械密封裝置靜環結構，其特征是所述的各上、下U形水 槽(33、33’ )的槽中軸線均相交于上、下靜環體(31、31’ )的中心。
5.根據權利要求1所述的新型機械密封裝置靜環結構，其特征是上、下U形水槽(33、 33’ )在整圓周上的總數量不小于6個。
6.根據權利要求1所述的新型機械密封裝置靜環結構，其特征是在上靜環環體(31)的 上剖分面(37)兩端側分別設置有一凸臺(36)，所述凸臺(36)的高度不大于0.5毫米，凸臺 (36)寬度不大于上靜環體(31)寬度的1/2。
7.根據權利要求1所述的新型機械密封裝置靜環結構，其特征是所述上、下靜環體 (31,31')的上、下密封條配合面(34、34’ )呈錐形，上、下配合錐角α不大于2°。
全文摘要
一種新型機械密封裝置靜環結構，主要解決改善主密封副的滑潤條件等技術問題，其采用的技術方案是，剖分式靜環上、下靜環體的上、下工作面包括有上、下平面和上、下斜面，上、下平面位于上、下斜面的外緣，所述的上、下靜環體沿周向布設有一組上、下U形水槽，所述的上、下U形水槽位于上、下工作面上并在上、下平面的內側，適用于各式船用艉軸管密封。
文檔編號F16J15/54GK102141151SQ20101021082
公開日2011年8月3日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者周林慧, 常龍, 易小冬, 胡舉喜 申請人:中國船舶重工集團公司第七〇四研究所