[发明专利]具有增强的面稳定性的机械密封件

说明书

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C§119，要求2006年3月8日提交的美国临时申请 60/780,334以及2007年3月7日提交的美国专利申请No.11/683,202的优先权， 所述申请通过引用被合并于此。

技术领域

本发明涉及一种机械面密封组件。具体而言，本发明涉及适合应用于宽范 围的温度和压力工作环境的密封组件。

背景技术

泵，尤其是那些炼油厂和化工厂中的泵，通常处理难以密封的液体，包括 丙烷、丁烷，以及其他不稳定的、易燃烧的或有毒的液体。这些液体可导致短 的密封寿命和所不希望的产品泄漏，加速了健康状态和安全泵排放调节的转变。

机械端面密封组件为已知的且代表了针对产品泄漏的成功的解决方案。机 械端面密封组件广泛应用于对具有壳体和延伸的旋转轴的泵中的液体进行密 封。密封组件通常包括一对环形密封环，其限定一对相对地径向的环形密封表 面，所述环形密封表面被紧压在一起从而限定密封交界面。这些密封环通过组 合元件支撑在轴和壳体上。一个密封环，即主环，可轴向移动，并通过压缩弹 簧或金属波纹管被紧压为与其他的密封环，即被固定为防止轴向运动的配合环， 面对面接触。密封组件可包括单密封件或双密封件，被施加缓冲流体压力，所 述缓冲流体压力高于将要被密封的过程流体的压力，从而防止过程流体在密封 环面上的泄漏。这种机械密封件可从约翰克兰公司(John Crane Inc.)买到，并 在美国专利No.5,901,965和No.5,954,341中有公开，其公开内容通过引用被 合并于此。本发明是对美国专利No.5,901,965和No.5,954,341中类型的机械 密封件的改进。

图1示出机械密封件的传统(现有技术)主环组件510。该机械密封件的 主环组件510包括：主环514，通过压配合或热力收缩配合技术接触配合主环 壳体512，以及连接到主环壳体512一侧的波纹管516。压配合或热力收缩配合 提供了主环514与主环壳体512之间极紧密的干涉配合，其中，主环514被径 向和轴向固定至主环壳体512。在压配合时，配合部件被强压在一起，其中内 部元件的外尺寸与外部元件的内尺寸相同或较之略大。在热力收缩配合时，通 过冷却内部元件使内部元件皱缩(收缩)并将该内部元件插入外部元件中而使 部件接合。所述内部元件返回至环境温度而导致的内部元件随后的膨胀确保了 紧密配合。可替代地，也可以通过加热使外部元件膨胀并将内部元件插入外部 元件中而使部件接合。所述外部元件返回至环境温度而导致的外部元件随后的 收缩确保了紧密配合。

主环514与主环壳体512之间的干涉配合，作为二次静态密封，阻止被密 封的过程流体从主环514与主环壳体512之间泄漏。此外，由于干涉配合而在 主环514与主环壳体512之间产生的接触摩擦阻止了主环514相对于主环壳体 512的相对圆周运动。

对于给定的密封尺寸，干涉量取决于名义干涉直径、壳体和主环结构材料 的不同的热膨胀系数、以及最大的工作温度。表1示出一些典型的壳体和主环 材料的热膨胀系数的代表值。

                           表1

              典型的热膨胀系数(×10^-6in/in℉)

壳体材料                      主环材料

合金718       合金42          碳     碳化钨(WC)       碳化硅(SiC)

7.1           2.4             2.5    2.9              2.4

可能形成壳体的材料：合金718和合金42，为众所周知的合金，并可从不 同的材料供应商买到。如所见，合金42具有较低的热膨胀系数，其与主环材料 的热膨胀系数接近，因而有的时候是壳体结构材料的良好选择。令人遗憾的是， 含有腐蚀性有机酸和高硫化合物的高温应用趋向于腐蚀合金42壳体。通常的行 业惯例是向合金42的壳体元件镀铬，从而保护其不受腐蚀。然而，由于镀铬只 能延迟腐蚀扩散，因此这种镀铬并不被认为是有效的。