CN110486474B - 具有功能组件安装结构的机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有功能组件安装结构的机械密封装置，在现有机械密封设备的基础上，通过设置能够形变的保持件，保持件具有自然状态和安装状态，保持件在受到外界因素作用时由自然状态转变至安装状态，且位于安装状态时总是具有向自然状态转化的趋势，并利用该变化趋势顶推功能组件，使得功能组件固定于保持件和静环之间，将功能组件，如传感器、动作器等，安装于机械密封装置中的静环上，能够对机械密封装置进行监测与调控，解决了现有机械密封装置因自身材料、结构设计无法安装功能组件的问题。

Description

具有功能组件安装结构的机械密封装置

技术领域

本发明涉及机械密封设备领域，特别是涉及一种具有功能组件安装结构的机械密封装置。

背景技术

机械密封是一种端面动密封装置，其需要在维持低泄漏或无泄漏的同时，降低或消除摩擦副(由相对运动的两端面及流体介质形成)的摩擦磨损以延长寿命。

随着工业应用对可靠性要求的提高，机械密封的智能化成为下一代机械密封的重要技术特征之一。一些高性能的监测与调控等功能的实现需要在密封环上安装具有相应功能的组件，例如用于检测密封环密封端面各种物理信号的传感器，或是对密封环进行细微调整的动作器，安装这些组件所面临的具体技术问题包括：

(1)密封环材料引发的安装结构形式问题。机械密封环的材料多种多样，且根据其工作所需的物理性能而选取从而不能随意更改，典型的有金属、石墨、陶瓷等，其中有的材料由于自身性能的原因而很难进行一些常见结构形式的加工(例如，很难在石墨材料上加工螺纹)。

(2)空间协调性问题。机械密封结构紧凑，因此在机械密封环上安装的功能组件以及为安装功能组件所附加的结构在设计中允许占用的空间极为有限。

(3)可靠性与装拆工艺性问题。一些处于实验室阶段的安装方法采用一些临时手段将功能组件安装在密封环上，其可靠性较差，安装缺乏可重复性，拆卸过程容易损伤功能组件或密封件，不能移植到工业应用中。

发明内容

基于此，有必要针对目前的机械密封装置所存在的难以安装附加组件的问题，提供一种具有功能组件安装结构的机械密封装置。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种具有功能组件安装结构的机械密封装置，包括：密封组件、功能组件和保持件，所述密封组件包括静环，所述密封组件套设于转轴上，所述功能组件设置于所述静环上；所述保持件设置于所述功能组件和转轴之间,所述保持件具有自然状态和安装状态，所述保持件在受到外界因素作用时由所述自然状态转变至所述安装状态，且位于所述安装状态时总是具有向所述自然状态转化的趋势，并利用该变化趋势顶推所述功能组件，使得所述功能组件固定于所述保持件和所述静环之间。

在其中一个实施例中，所述静环包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面均位于所述静环内侧且互相垂直；所述功能组件设置于所述第一表面，所述第二表面能够限制所述保持件沿所述静环轴向或径向的位移。

在其中一个实施例中，所述第一表面上设有第一槽体，所述功能组件设置于第一槽体内，所述第一槽体能够限制所述功能组件沿所述静环轴向和/或周向的位移。

在其中一个实施例中，所述保持件上设有第二槽体，所述功能组件设置于第二槽体内，所述第二槽体能够限制所述功能组件沿所述静环轴向和/或周向的位移。

在其中一个实施例中，所述保持件包括保持环和填料环，所述静环还包括第三表面，所述第一、第二、第三表面包围形成安装槽，所述保持环与所述第二表面接触并形成径向定位，所述保持环上设有定位结构并对所述功能组件形成径向定位；所述填料环与所述第三表面接触，所述填料环为柔性材料制成，并依靠自身弹性形变通过所述保持环顶推所述功能组件。

在其中一个实施例中，所述保持环上设有引线槽或引线孔。

在其中一个实施例中，所述密封组件中的静环座上设置有引线槽或引线孔。

在其中一个实施例中，所述外界因素为外力作用、温度场、电场中的一种或几种的任意组合。

在其中一个实施例中，所述保持件为尼龙材质。

在其中一个实施例中，所述保持件与所述功能组件之间设置有压力测试元件。

在其中一个实施例中，所述压力感受元件包括压敏纸。

在其中一个实施例中，所述功能组件为声发射传感器、加速度传感器、温度传感器、加热/冷却装置、电致形变装置、热致形变装置、超声发生装置中的一种或几种的任意组合。

在其中一个实施例中，所述功能组件数量为至少两个。在其中一个实施例中，

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种具有功能组件安装结构的机械密封装置，在现有机械密封设备的基础上，通过设置能够形变的保持件，保持件具有自然状态和安装状态，保持件在受到外界因素作用时由自然状态转变至安装状态，且位于安装状态时总是具有向自然状态转化的趋势，并利用该变化趋势顶推功能组件，使得功能组件固定于保持件和静环之间，将功能组件，如传感器、动作器等，安装于机械密封装置中的静环上，能够对机械密封装置进行监测与调控，解决了现有机械密封装置因自身材料、结构设计无法安装功能组件的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的具有功能组件安装结构的机械密封装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的具有功能组件安装结构的机械密封装置的另一方向上的局部结构示意图；

图3为本发明实施例一所提供的具有功能组件安装结构的机械密封装置中保持环的自然状态下的结构示意图；

图4为本发明实施例一所提供的具有功能组件安装结构的机械密封装置中静环的局部结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的具有功能组件安装结构的机械密封装置的结构示意图；

图6为本发明实施例二所提供的具有功能组件安装结构的机械密封装置中保持环的结构示意图。

其中：

静环100；第一表面110；第一槽体111；第一凸起112；第二表面120；第三表面130；第三凸起131；保持件200；第二槽体201；保持环210；引线孔211；填料环220；功能组件300；压敏纸400；静环座500；引线槽510；动环600；轴套700；引线800。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

现有的机械密封结构为了满足现代工业生产的需求，需要在机械密封的密封环上附加多种功能组件，如监测组件、调控组件等，但是现有的机械密封装置当中，存在以下困难使得功能组件难以安装：1、机械密封设备当中部分材料难以加工出常见的机械安装结构，如石墨、陶瓷等；2、机械密封设备中可供功能组件安装的空间有限；3、一些实验性质的功能组件安装方式可靠性较差，无法应用于工业生产当中。

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有功能组件安装结构的机械密封装置，如图2所示，其包括密封组件、功能组件300和保持件200，密封组件包括静环100，密封组件套设于转轴上，功能组件300设置于静环100上；保持件200设置于功能组件300和转轴之间，保持件200能够发生形变，并在形变后持续顶推功能组件300，使得功能组件300固定于保持件200和静环100之间。通过这种设计，对现有机械密封设备当中的密封环进行有限的加工，并利用密封环中静环100与转轴之间的固有间隙，将保持件200设置于间隙当中，通过保持件200自身的形变顶推功能组件300，使得功能组件300和密封环相对固定。利用保持件200对功能组件300进行固定，结构简单，固定可靠，所占用空间及对机械密封设备的改造较小。

优选的，如图1和图2所示，静环100包括用于安装功能组件300的第一表面110，和用于定位保持件200的第二表面120；第一表面110和第二表面120均设置于静环100的内侧，即静环100靠近转轴的一侧；第一表面110和第二表面120互相垂直设置。保持件200的端面紧贴第二表面120，同时保持件200上与端面垂直的侧面持续顶推功能组件300，功能组件300受到保持件200的顶推力并与静环100保持相对固定。

优选的，如图2和图4所示，第一表面110上设有第一槽体111，功能组件300设置于第一槽体111内，第一槽体111能够对功能组件300起到限位作用，该限位包括由第一槽体111多个侧面对功能组件300沿静环100轴向和/或周向的限位。

优选的，如图2和图3所示，保持件200上设置有第二槽体201，功能组件300设置于第二槽体201内，第二槽体201能够对功能组件300起到限位作用，该限位包括由第二槽体201多个侧面对功能组件300沿静环100轴向和/或周向的限位。

优选的，如图5所示，静环100除第一表面110、第二表面120外，还包括第三表面130，第一表面110、第二表面120和第三表面130包围形成安装槽，其中第二表面120作为安装槽的底面，第一表面110、第三表面130作为安装槽的两个侧面。保持件200设置于安装槽内，保持件200包括保持环210和填料环220，保持环210与第二表面120(即安装槽底面)接触并形成径向定位，保持环210上设置有定位结构对功能组件300形成径向定位；填料环220与第三表面130(即安装槽一侧面)接触，且为柔性材料支撑，依靠自身弹性形变对保持环210施加作用力，使得保持环210顶推功能组件300并使功能组件300紧贴第一表面110(即安装槽另一侧面)，实现对安装槽的轴向定位。需要说明的是，上文及下文中所述径向、轴向和周向，若无明确说明，均值机械密封设备当中转轴(转轴和静环100的这些方向均相同)的径向、轴向和周向。

优选的，如图5所示，保持环210上设置有引线槽或引线孔211。对于一些功能组件300，需要通过引线或其他实体线缆与外部设备连接，为方便线缆的布置，在保持环210上开设引线槽或引线孔211，供线缆穿设。

优选的，如图2所示，静环座500上设置有引线槽510或引线孔。对于一些功能组件300，需要通过引线800或其他实体线缆与外部设备连接，为方便线缆的布置，在静环座500上开设引线槽510或引线孔，供线缆穿设。

优选的，如图3所示，保持件200具有自然状态和安装状态，通常情况下保持件200处于自然状态，在受到外界因素作用时使得保持件200由自然状态转化为安装状态，通常情况下保持件200处于安装状态时的整体尺寸小于处于自然状态下的尺寸；保持件200处于安装状态时，总是具有向自然状态转化的趋势，当无外界因素影响时保持件200由安装状态逐渐转化为自然状态。

优选的，外界因素包括外力作用、温度场、电场中的一种或几种的任意组合。并且除上述因素外，其他一些能够促使物体发生形状或理化性质变化的手段，如磁场、光照等，均可应用于本发明。

优选的，保持件由尼龙材质制成。尼龙具有较低的刚度和一定的弹性，同时具有较高的刚度和耐热性。其他一些常见弹性材料，如橡胶、部分高分子弹性材料，均可应用于本发明。

优选的，如图2所示，保持件200与功能组件300之间设置有压力测试元件。由于保持件200通过自身形变对功能组件300施加作用力，需要对该作用力进行一定程度上的控制，故需要对该作用力进行测量。在功能组件300与保持件200之间设置压力测试元件，可测得保持件200对功能组件300的作用力，便于对保持件200或功能组件300进行调整。

优选的，如图2所示，压力测试元件包括压敏纸400。压敏纸400在承受特定压强时颜色发生变化，通过该颜色变化能够判定功能组件300不同位置受到的压力。压力测试元件的测力方式有两种，一种是实时监控并同步输出结果，如在保持件200和功能组件300设置处理传感器或应变片等，该方法优点是实时监控，但是保持件200和功能组件300之间的安装空间十分有限，该方法中的压力测试元件安装较为困难；一种是测试后再观测结果，如在保持件200和功能组件300设置压敏纸400，安装完成后将保持件200拆除并观察压敏纸400的颜色变化并测出压力。该方式安装简单，但无法测得安装时的真实压力状况，可以通过多次实验性安装，测量多次压力后得出理论值。

优选的，上述功能组件为声发射传感器、加速度传感器、温度传感器、加热/冷却装置、电致形变装置、热致形变装置、超声发生装置中的一种或几种的任意组合。其中声发射传感器、加速度传感器、温度传感器为监测传感器，其用于监测机械密封设备中密封环的一些物理参数；加热/冷却装置、电致形变装置、热致形变装置、超声发生装置为动作元件，其用于改变密封环的物理参数或理化性质。

实施例一：

如图1至图4所示，图1为本发明所提供的具有功能组件安装结构的机械密封装置未安装保持件200和功能组件300时的局部剖视图。其中静环100为了方便安装功能组件300，静环100包括内径较大段和内径较小段，内径较大段的内部侧面为第一表面110，内径较小段的端面为第二表面120。机械密封其余设备与一般机械密封相同，如动环600、轴套700等。

保持件200为环状结构，套设于转轴及轴套700上，且保持环210内径略大于轴套700外径，使得二者之间保持一定间隙而不接触。保持件200的端面与静环100的第二表面120接触，并形成轴向定位，使得保持件200具有正确的轴向位置，同时限制保持件200沿图中向左的轴向方向的运动。环状保持件200的外侧面顶推功能组件300，并将功能组件300压在第一表面110上，使功能组件300与静环100保持固定。静环100第一表面110上设有第一槽体111，用于定位功能组件300；保持件200上设置有第二槽体201，第二槽体201用于安装压力测试元件，并对功能组件300起辅助定位作用。

对于第一槽体111，其可以是半通槽或封闭槽，由于槽体的加工通常是由铣削加工完成，故第一槽体111具有位于槽体中部的平面段，及位于槽体两端的柱面段组成。对于半通槽，依靠第一槽体111平面段的侧面实现对功能组件300沿轴向的单向定位，同时依靠第一槽体111底部实现对功能组件300沿径向的定位。对于封闭槽，依靠第一槽体111平面段的两个侧面实现对功能组件300沿轴向的双向定位，同时依靠第一槽体111底部实现对功能组件300沿径向的定位。应当注意的是，封闭槽对于功能组件300的尺寸有一定要求，功能组件300某一方向上的尺寸与槽宽相等时，方可实现轴向双向定位，若功能组件300的尺寸相较于槽宽较小时，只能通过槽体一侧面进行轴向单向定位。上述第一槽体111的长度方向与转轴轴向互相垂直，第一槽体111的长度方向也可与转轴轴向相互平行，平行式对功能组件300沿周向起定位作用。需要注意的是，由于第一槽体111进行的切削加工去除掉的材料数量极为有限，故这种结构改造可认为几乎不会影响密封环的质量分布，亦不会影响密封环的平衡特性。

保持件200上设置有第二槽体201，第二槽体201用于安装时对功能组件300起到定位作用。并且压力测试元件设置于第二槽体201当中。保持件200由尼龙材质制成，尼龙具有较低的刚度，而具有较高的强度和耐热性，由于静环100在转轴运转时温度升高，故对保持件200有一定的耐热性要求，尼龙也具备一定的弹性，能够在受力变形至安装状态后，能够自然恢复至自然状态或具有向自然状态转化的趋势。

上述第一槽体111、第二槽体201的形状应根据功能组件300的形状进行适当调整，例如功能组件300的测量表面为平面时，第一槽体111的底面也应当为平面；二挡功能组件300的测量表面为弧面时，第一槽体111的底面也应当为弧面。第一槽体111、第二槽体201的数量也应根据功能组件300的数量进行调整。

保持件200在自然状态下并不是一个回转体，其由多段主体结构和链接结构构成，每段主体结构为某一圆柱回转体的一部分。当保持件200处于安装状态并装入机械密封装置后，由于其受到功能组件300的挤压作用，无法恢复至自然状态，从而使保持件200的形状近似接近于圆环形，与机械密封装置当中的其他结构较好地配合。处于工作时的保持件200的弹性变形，是其对功能组件300产生稳定的、可预测的保持力的来源。

于本实施例当中，静环座500和静环100之间还设有推环，静环100通过推环而浮动安装于静环座500之上。功能组件300包括三个为形声发射传感器，用以测量端面摩擦副产生的声发射信号。压力传感元件为压敏纸400，压敏纸400能够根据压力大小产生相应的颜色变化。

安装功能组件300时，首先将压敏纸400和声发射传感器放入保持件200上的第二槽体201当中，施加外力使得尼龙材质的保持件200发生形变，并将保持件200连同压敏纸400、声发射传感器一同放入静环100内侧，使得声发射传感器位于第一槽体111内，之后撤除外力。将机械密封装置整体加热至130℃，以模拟机械密封装置运行时的温度，运行一段时间后停机拆除，取出压敏纸400并记录压敏纸400所记录下的压力信息，根据该压力信息对保持件200进行调整。重复上述动作，直至压力大小和均匀性满足要求且保持稳定。安装完成后保持件200和功能组件300之间留有一张未读取的压敏纸400，其用于在后续对机械密封装置进行检修时，读取压力数据。

对于一些难以用外力改变其形状的保持件200，可以利用热胀冷缩原理，通过对保持件200降温和/或对机械密封装置整体升温的方式，将保持件200装入机械密封装置内部。

实施例二：

如图5和图6所示，相较于实施例一，实施例二不对静环100进行材料去除加工，即静环100上不具有第一槽体111。相应的，静环100上具有第一表面110、第二表面120和第三表面130(需要注意实施例一、实施例二当中第一表面110、第二表面120指代的表面有所不同)，第一表面110垂直于转轴轴线，第二表面120平行于转轴轴线，第三表面130平行于第一表面110，第一、第二、第三表面130包围形成安装槽。为了形成第一表面110和第三表面130，静环100上具有相应的凸出部分，包括位于第一表面110的第一凸起112和与第三表面130的第三凸起131，第一凸起112用于拓展功能组件300安装面以提升功能组件300的功效，第三凸起131用于对功能组件300进行辅助定位。

保持件200包括保持环210和填料环220，其中填料环220由刚度较低的材料制成，能够发生弹性形变以提供保持力。保持环210上设有定位槽，以对功能组件300进行径向定位，保持环210朝向功能组件300的端面顶推功能组件300，并将填料环220的保持力传递至功能组件300，使得功能组件300紧贴第一表面110，与静环100相对固定。保持环210上设置有引线孔211，用于功能组件300的信号线穿设。

实施例二的安装方式如下：首先将压敏纸400和功能组件300依次放入保持环210当中，并由保持环210上的定位槽进行定位，压敏纸400位于功能组件300和保持环210之间。之后将功能组件300、保持环210和填料环220一通装入静环100上的安装槽内，装入后撤除外力，装入后如图所示，从左至右依次为第一凸起112、功能组件300、压敏纸400、保持环210、填料环220和第三凸起131。将机械密封装置整体加热至130℃，以模拟机械密封装置运行时的温度，运行一段时间后停机拆除，取出压敏纸400并记录压敏纸400所记录下的压力信息，根据该压力信息对保持件200进行调整。重复上述动作，直至压力大小和均匀性满足要求且保持稳定。安装完成后保持件200和功能组件300之间留有一张未读取的压敏纸400，其用于在后续对机械密封装置进行检修时，读取压力数据。

对于一些难以用外力改变其形状的保持件200，可以利用热胀冷缩原理，通过对保持件200降温和/或对机械密封装置整体升温的方式，将保持件200装入机械密封装置内部。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，包括：密封组件、功能组件和保持件，所述密封组件包括静环，所述密封组件套设于转轴上，所述功能组件设置于所述静环上；所述保持件设置于所述功能组件和转轴之间,所述保持件包括保持环，所述保持件为环状结构，套设于转轴及轴套，所述保持环的内径略大于所述轴套的外径，使得二者之间保持一定间隙而不接触，所述保持件具有自然状态和安装状态，所述保持件在受到外界因素作用时由所述自然状态转变至所述安装状态，且位于所述安装状态时总是具有向所述自然状态转化的趋势，并利用该转化趋势顶推所述功能组件，使得所述功能组件固定于所述保持件和所述静环之间。

2.根据权利要求1所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述静环包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面均位于所述静环内侧且互相垂直；所述功能组件设置于所述第一表面，所述第二表面能够限制所述保持件沿所述静环轴向的位移。

3.根据权利要求2所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述第一表面上设有第一槽体，所述功能组件设置于第一槽体内，所述第一槽体能够限制所述功能组件沿所述静环轴向和/或周向的位移。

4.根据权利要求2所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述保持件上设有第二槽体，所述功能组件设置于第二槽体内，所述第二槽体能够限制所述功能组件沿所述静环轴向和/或周向的位移。

5.根据权利要求1所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述保持环上设有引线槽或引线孔。

6.根据权利要求1所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述密封组件中的静环座上设置有引线槽或引线孔。

7.根据权利要求1所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述外界因素为外力作用、温度场、电场中的一种或几种的任意组合。

8.根据权利要求1所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述保持件为尼龙材质。

9.根据权利要求1所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述保持件与所述功能组件之间设置有压力测试元件。

10.根据权利要求9所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述压力测试元件包括压敏纸。

11.根据权利要求1所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述功能组件为声发射传感器、加速度传感器、温度传感器、加热/冷却装置、电致形变装置、热致形变装置、超声发生装置中的一种或几种的任意组合。

12.根据权利要求11所述的具有功能组件安装结构的机械密封装置，其特征在于，所述功能组件数量为至少两个。