本发明专利技术公开了一种机械式密封装置，包括密封环和两个挡环；密封环和挡环为空心环状结构，密封环位于两个挡环之间，两个挡环的内侧端面距离大于密封环宽度０．２～１ｍｍ，密封环的内径表面与轴表面之间设有０．００５～０．０２ｍｍ的密封间隙，构成密封摩擦副；密封环的端面至少与两个挡环中的一个挡环端面贴合构成密封摩擦副，密封环的外径表面与壳体内径表面有０．２～１ｍｍ的间隙，轴与挡环内径表面有０．２～１ｍｍ的间隙。本发明专利技术结构简单、体积小，通过径向间隙密封形式和端面密封形式的结合，可以自动适应轴的径向和轴向跳动，当径向密封阻力较大时可以自动转换为端面密封形式，摩擦阻力小，消耗能量少，适用于允许有轻微泄漏的场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械密封领域，特别是涉及高速高压条件下的机械式密封装置。
技术介绍
高功率密度是现代动力传动结构的主要发展方向之一，实现高功率密度的主要途径是提高转速、压力和减小体积，由此对轴密封PV值提出了更高要求。目前市场上的密封件大多采用橡胶、聚氨酯、硅胶等软质弹性材料。由于机械传动 件的加工精度或轴承精度等原因轴旋转时轴表面会有一定的跳动量，当采用这种软质弹性 材料做密封件时可以采用径向密封方式直接将轴表面作为摩擦密封面，软质弹性材料可以 自动补偿轴的跳动和材料的一定量的磨损。但是在高速高压条件下工作时摩擦副表面会瞬 间产生高温，普通的软质弹性材料(例如橡胶及其它工程塑料高分子聚合物材料等)会因 摩擦面产生高温很快使材料烧毁。这种情况下，只有采用机械式密封。机械式密封是指用于密封的摩擦副材料是由硬质的金属及其它耐磨耐高温材料 制成。硬质材料的机械式密封一般由静环(与壳体固定在一起)、动环(与轴固定在一起)、 弹簧等多个元件构成。由于轴和动环有径向跳动，所以难以采用径向密封方式(动、静环发 生跳动干涉)，因此目前市场上的机械式密封主要是端面密封形式，即动环与静环的端面在 流体压力和补偿弹力(弹簧力)作用下保持贴合，作相对滑转摩擦运动，动环有径向跳动时 可以沿端面滑移。摩擦副端面一般采用耐高温耐磨损材料(例如碳化硅、石墨等)。这种无 缝隙贴合形式的机械密封一般需要弹簧压紧和设置轴与动环可以相互轴向移动(轴在旋 转时也有轴向跳动)的装置，体积大，不适用于传动结构对密封件体积有严格限制场合。目前在各种类型的机械式密封中涨圈密封是体积最小的，特别适于对体积有限定 要求的场合，也属于端面密封形式，广泛用于航空、车辆动力传动系统。图1(a)所示为涨圈 密封环，形状与内燃机活塞环相同。图1(b)所示为应用涨圈密封结构的旋转接头。轴2上 加工有安装涨圈1的环槽，位于轴孔流道的两边，涨圈1安装在环槽内，与环槽的侧端面有 微小的侧隙，涨圈1在弹性涨力下与箱体3的内孔表面贴合。当密封介质从箱体的流道进 入时，涨圈1在液流压力作用下被推动侧移，使涨圈与轴槽外端面贴合，轴转动时，由于涨 圈1的外圆表面与箱体3的内圆紧密贴合的摩擦力矩大于轴与涨圈端面之间的摩擦力矩， 因此轴转动而涨圈静止，轴与涨圈的端面之间作相对摩擦转动，密封介质被挡住，起到密封 作用。实际中，由于涨圈1有开口，为了防止发热膨胀需要保留一定的开口间隙，因此密封 介质(流体)有少量从开口处泄漏出去。涨圈密封的优点是体积小，自动适应轴的径向和轴向跳动，不需要附加的弹簧等 结构，布置方便，多用于液压控制系统上，液压油对摩擦面起到一定润滑作用。缺点是涨圈 有开口有泄漏，涨圈在较大液体压力下时与轴槽端面产生很大压力，之间产生较大摩擦力 矩，很容易磨损，寿命很低，尤其是在高PV值(高转速、高压力下)情况下，由于摩擦阻力会 引起较大的动力消耗，产生高温发热。实际中，由于轴的转动伴有微小的轴向串动，导致涨 圈在轴向位移时也会相对箱体内孔转动，使箱体孔磨损变大，涨圈开口也随之变大而失效。机械式密封的发展主要集中在端面密封形式，径向密封很少应用的主要限制因素 是(1)密封环作为静环通常是固定的，轴与密封环的孔表面之间的密封只能是间隙密封 (例如液压换向阀的阀杆与阀体之间的配合间隙为0. 004左右)，由于间隙小，高速旋转时 容易产生粘结磨损；(2)轴转动时有径向跳动，轴与密封环孔之间间隙太小会发生干涉磨 损和卡住情况。近年来，随着新材料和涂层技术的发展，在轴孔间隙很小、高速旋转情况下摩擦副 材料之间产生粘接磨损的问题已经可以解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种尺寸小、不易产生高温、动 力消耗小的机械式密封装置。本专利技术的目的可通过如下技术方案来实现。一种机械密封装置，包括密封环和两个挡环；密封环和挡环为空心环状结构，轴穿 过密封环和挡环的空心，壳体位于轴、密封环和挡环的外周，挡环固定安装在壳体内孔内， 挡环外径表面与壳体内孔表面之间为无泄漏装配，密封环位于两个挡环之间，两个挡环的 内侧端面距离大于密封环宽度0. 2 1mm，密封环的内径表面与轴表面之间设有0. 005 0. 02mm的密封间隙，构成密封摩擦副；密封环的端面至少与两个挡环中的一个挡环端面贴 合构成密封摩擦副，密封环的外径表面与壳体内径表面有0.2 Imm的间隙，轴与挡环内径 表面有0.2 Imm的间隙。为进一步实现本专利技术目的，所述挡环外侧设有卡簧，使挡环轴向定位。所述挡环外径表面与壳体内孔表面之间为无泄漏装配是指挡环的外径与壳体内 孔采用过盈配合。本专利技术和现有技术相比，具有如下优点和有益效果(1)密封环与轴为间隙密封，两者之间接触的作用力小；因此密封的摩擦阻力小， 消耗能量少。实验表明在同等条件下动力消耗是涨圈密封的1/4 1/3。(2)密封环工作时主要是密封环的内圆表面与轴的表面接触摩擦，其受力、发热和 变形均勻，不存在轴向的扭曲变形(不同于涨圈摩擦发热引起扭曲变形)。(3)高速旋转时由于液体动压效应使摩擦副的金属表面直接磨损减小。(4)与涨圈密封一样都具有占用空间小的特点。(5)与涨圈密封相比，涨圈密封的轴上需要开槽，使轴产生应力集中，减弱了轴的 承载能力，而本专利技术不需要开槽，提高了轴的强度，同时在光轴表面进行耐磨涂层处理更为各易ο(6)本专利技术的专利技术点主要是将径向密封形式和端面密封形式有机地结合在一起，采用简单结构解决了轴径向和轴向跳动可能产生的密封结构干涉磨损，可以采用极小间隙 进行密封。附图说明图1为涨圈密封结构及其原理示意图。图2为本专利技术密封结构及其原理示意图。图3为本专利技术实施例1的机械式密封装置结构示意图。图4为本专利技术实施例2的机械式密封装置结构示意图。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术的技术特点，下面结合附图对本专利技术作进一步地说明，需要说明的是，具体实施方式并不是对本专利技术保护范围的限制。如图2所示，一种机械式密封装置，包括密封环4和挡环6。密封环4和挡环6为 空心环状结构，轴5穿过密封环4和挡环6的空心，壳体7位于轴5、密封环4和挡环6的 外周，密封环4位于两个挡环6内端面之间；密封环4的内径表面与轴5表面构成密封摩擦 畐Ij，密封环4的内径表面与轴5表面之间设有0. 005 0. 02mm的密封间隙；两个挡环6的 内侧端面距离大于密封环宽度0. 2 1mm，密封环4可以沿轴向滑移与挡环6的端面贴合构 成另一个密封摩擦副(即端面摩擦副)；密封环4的外径表面与壳体7内径表面有0. 2 Imm的间隙；轴5与挡环6内径表面有0. 2 Imm的间隙；挡环6外径表面与壳体7内孔表 面之间为无泄漏的定位装配(图中未显示具体装配方式，可选用挡环的外径与壳体内孔采 用过盈配合来实现无泄漏的定位装配，也可选用挡环的外径与壳体之间设置0形密封圈的 安装方式，还可选用其它密封定位方式)。该机械式密封装置主要用于对在孔周面内安装有 轴的密封壳体与轴之间的被密封流体进行密封。工作时，例如当壳体内的右侧腔室为密封腔时，液体从右侧经轴5与挡环6之间的 缝隙进入密封环4所在空间，由此可以形成对密封环4的推力使密封环4左移，使密封环4 左端面与左侧挡环6的内端面贴合构成端面密封摩擦副，轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机械密封装置，其特征在于：包括密封环和两个挡环；密封环和挡环为空心环状结构，轴穿过密封环和挡环的空心，壳体位于轴、密封环和挡环的外周，挡环固定安装在壳体内孔内，挡环外径表面与壳体内孔表面之间为无泄漏装配，密封环位于两个挡环之间，两个挡环的内侧端面距离大于密封环宽度０．２～１ｍｍ，密封环的内径表面与轴表面之间设有０．００５～０．０２ｍｍ的密封间隙，构成密封摩擦副；密封环的端面至少与两个挡环中的一个挡环端面贴合构成密封摩擦副，密封环的外径表面与壳体内径表面有０．２～１ｍｍ的间隙，轴与挡环内径表面有０．２～１ｍｍ的间隙。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：迟永滨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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