[发明专利]机械密封装置及其生产方法

说明书

本发明属于机械密封技术领域，可广泛适用于机械工程中，尤其是活塞式机械的密封系统。

机械工程现有的状况是，两相对滑动部件之间的密封，如机械工程中的活塞式内燃机，压缩机，泵等等的缸壁与活塞之间、轴与轴承之间，所用的密封件是活塞环、止漏环或密封条。以活塞环为例，要么只是一个简单的直角形开口，要么只是一个轴向的阶梯形搭口(又称阶梯口)，其沿用的历史十分久远，至今未变(见西安交通大学机械系内燃机教研组编《(内燃机设计》中国工业出版社1961年10月北京第一版第41页，吉林工业大学内燃教研组编《(内燃机的理论与设计》下册，机械工业出版社1977年7月北京第一版第42页)。这些设计方案在开口部位都不可避免地留下漏泄通道，使密封性能欠佳。为弥补其不足，又不得不采用多环措施，使结构复杂化，摩擦损失增加，整机尺寸重量增大。特别是开口端隙在运行中因磨损逐渐加大，密封性能下降而必须更换，以致使活塞环成为内燃机上工作寿命最短的零件(见上述《内燃机的理论与设计》下册第62页)，并成为决定整机、整车维修周期的重要因素。长久以来，科技界一直在研究“单环活塞内燃机”，但因活塞环漏泄通道的问题没有解决而未成功。

US4713867公开了一种活塞环，其活塞环的端部接口也为多列阶梯形搭口，但由于其搭接段的纵向表面为一平面，因此不能确保密封效果，尤其是在使用一段时间后，搭口处将会出现漏泄通道。

本发明旨在提供一种机械密封装置及其生产方法，使密封件无漏泄通道并与磨损无关，从而提高密封的可靠性和寿命，提高工作效率。

为此，本发明提出了三种相关的设计方案。其一是复式搭口方案，多用干活塞环，止漏环等在槽内可旋转的场合；其二是加密封销方案，多用于活塞环、止漏环等定位或不定位工作的场合；其三是交叉组合方案，多用于高压力压缩机强化密封的场合。对于密封条而言，上述三种方案均可采用。

换言之，本发明的主要技术解决方案为：

一种机械密封装置，它包括采用密封件、相对滑动件和相对静止件，所述密封件开口处为多列阶梯形的复式搭口，其特征在于：密封件搭口位于两主密封面间的端隙呈无漏泄通道的死角，其搭接面的型线在其搭接段的横切面内是一条由一个主密封面上一点到另一个主密封面上一点的连线，即，搭接面型线形成搭接面的轨迹与两主密封面平行，其被搭接段分隔成的相邻两部分端隙之间始终保持着互不相连的距离，搭口端面处的形状可随工艺变化，密封性能不变。

密封件开口处呈密封销嵌入结构是指这样一种结构，即在密封件开口处嵌入一个动配合的密封销，使密封件开口两端与销之间构成复式搭口结构。

多道重复和交叉组合的复式搭口结构是指这样的一种组合，即把相同或不相同的复式搭口结构、加销结构的密封系统多道组合在一起以获得特高压力场合的强化密封。

如上所述的机械密封装置的制造方法，它包括以下步骤：

按照搭接面型线对密封件的端部进行精密加工，制成有相应搭接面形状的密封。

将多个窄环组焊为一套或一个密封件，按搭接面型线加工制成的窄环进行酸洗电镀一层铜，然后按整体设计的形状组合起来作扩散焊接，最后对整环的外圆和径向平面精磨成密封件，或者，

整环切削加工成一个密封件，即，先用靠模对粗加工开了口的毛坯向两端分别加工出搭口处的搭接面，然后在圆模内紧合状态下加工环背，外圆精磨，热定形成密封件，或者，

分别加工柱形销槽口及隔板，即，先加工出来开槽的柱形体，然后在精密夹具上定位后加工出相通的槽，再于中线处切一个与隔界等宽的槽并于槽中嵌入一片静配合的隔板，最后精磨销头配合面即得到所需互不相通的对称槽口，或者，

柱形销两件组合法，即，先在一个柱形顶面上铣出与复式搭口密封件的端部形状相配合的榫口形状，切下顶部一块柱片，再把该柱片反转焊接在销头上并精加工顶面，从而制成与复式搭口密封件精密配合的柱形销。

考虑到现有内燃机中活塞环开口部漏泄损失平均5％，活塞环对缸壁的摩擦损失7～12％，采用本发明的密封系统后可降低油耗8％左右，环的寿命可提高五倍以上，即降低漏泄损失至1％左右，减少活塞环对缸壁的摩擦损失至4.5％以下。它为制造单环活塞发动机创造了先决条件。(这里的“单环”是指气环，即只要一道气环的内燃机。)因而，基本实现了本发明的发明目的。

附图说明：

图1为复式搭口结构示意图。

图2为2.2/2复式搭口环的立体形状示意图。

图3为2.2/2复式搭口环搭接后的端隙结构示意图。

图4为图3中过四部份端隙的剖示图。

图5为2.2/1复式搭口环立体结构示意图。