【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于旋转轴密封的领域，具体涉及一种用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构。
技术介绍
1、密封技术在现代工业中扮演着至关重要的角色，广泛应用于石油化工、发电、船舶、航空航天等领域。密封的主要功能是防止流体或气体泄漏，确保设备的正常运行和安全。
2、机械密封是一种广泛应用的旋转动密封结构，通常包括动环、静环、弹簧、辅助密封圈等部件。动环和静环相对运动，形成密封面，而弹簧和辅助密封圈则提供必要的弹性和补偿功能，以确保密封面在振动下的紧密贴合。机械密封利用流体压力和弹性元件的结合，实现高效密封效果，广泛适用于各种复杂工况。
3、这种密封结构在常规工况下表现良好，能够有效防止流体泄漏。然而，随着设备在高温、高压及复杂振动环境下的应用日益广泛，其在这些严苛工况下暴露出许多问题。这最终表现为机械密封于高温、高压、振动工况下的可靠性和适应性不足。
4、具体来讲，高温环境会导致补偿结构的应力松弛，进而降低端面配合水平并影响油膜稳定性，最终造成泄露。除此以外，短时间增长过快的温度还会导致辅助密封的聚合物环（一般为橡胶环）热膨胀或老化，从而发生失效，这对生产效率及安全产生了严重影响。以石油化工领域为例，其设备常工作于上百摄氏度的介质中，如果密封结构无法有效应对高温，将会导致泄漏事故，进而引发停机甚至火灾或爆炸事故，造成巨大经济损失和环境污染。
5、高压工况下，密封端面需承受较大压力，传统的端面配合难以形成稳定油膜，进而造成较大磨损。除此以外，较高的介质压力可能会导致o型密封环的挤伤或
6、振动普遍存在于钻采等领域的作业中，其对密封系统的补偿能力提出了更高要求。在振动工况下，常规的弹性体或弹簧补偿容易发生错位或打滑，甚至存在分离风险。这降低了密封的可靠性，进而制约了振动工况下的设备性能。
7、在现代生产作业中，密封系统除了要面对恒定因素外，还需要在动态条件下保持较高的稳健性。其中影响最显著的是环境温度，在设备持续作业过程中，环境温度将随工作时间递增，在特殊工况（如钻采作业）中，随着井深增加，设备工作温度可能在短时间急剧上涨。这就要求密封系统对温度变化具备更高的适应性和更低的敏感度。在传统机械密封结构中，为了抵御动态高温下的应力松弛，一般在装配和启动时为系统提供考虑最高温度的配合要求和冷却速率，因此在作业初期端面密封性能过剩，这压榨了零件最大寿命并降低了运转效率。即使在一些结构中考虑根据腔体温度调整冷却油循环速率，但仍然无法避免应力松弛问题，并且需要更为复杂的电控系统，增加了设备成本。
8、综上所述，开发一种新型的自适应机械密封结构，使其能够在高温、高压、振动工况中保持良好服役性能的同时可以自适应动态的环境温度，这不仅具有重要的技术创新和应用价值，也对提升工业生产的安全性和效率具有深远影响。
技术实现思路
1、我们期望提高机械密封结构在高温、高压、振动工况下的机械密封可靠性以及面对动态温度时的稳定性。
2、本申请提供的一种用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，采用如下的技术方案：
3、一种用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，包括：
4、主端面密封结构，其包括沿轴向套设固定于轴体上的主动环、间隔套设在所述轴体上的主静环、用于支撑固定所述主静环的主静环座，所述主动环正对所述主静环的一侧设置有第一抽吸槽；
5、轴向补偿结构，其包括套设于所述轴体上的波纹管、支撑定位在所述波纹管一端的波纹管座、套设于所述波纹管外围的波纹管盖，所述波纹管的另一端由所述主静环座定位，所述波纹管座背离所述波纹管的一端间隔设置有压盖，所述压盖和波纹管座之间连接有记忆合金柱销；
6、所述压盖背离所述波纹管座一侧的所述轴体上设置有副端面密封结构。
7、通过采用上述技术方案，第一抽吸槽能够形成负压，在高速旋转过程中润滑油被抽吸至主动环和主静环界面处，且形成稳定的润滑油膜，不仅可以降低高速旋转下的磨损，增强高压工况下润滑油膜承载力，而且可以降低主静环表面直接接触外界污染物。
8、轴向补偿结构用以为主端面提供压紧力，并在轴体发生轴向振动时提供弹性补偿。与传统弹簧相比，波纹管的重复变形更稳定，具备更优异的轴向振动弹性补偿能力。除此以外，其在高温环境下的应力松弛程度更低，在高压下的永久变形程度更低。使设备在振动、高温和高压三因素耦合工况下的稳定性更高，对作业条件的变化拥有更强的稳健性。
9、针对动态环境温度，记忆合金柱销能够在温升时主动发生稳定的轴向伸长，在温降时主动发生稳定的轴向缩短。一方面补偿了波纹管的应力松弛，调整了密封接触载荷；另一方面增加了润滑出油通道的尺寸，调整了循环速率。
10、可选的，所述副端面密封结构包括沿轴向套设在轴体上的副动环、间隔套设在轴体上的w型副静环，所述w型副静环的外侧设置有副静环座；
11、所述副动环位于所述w型副静环和所述压盖之间，所述副动环朝向所述w型副静环一侧设置有第二抽吸槽，所述副动环能够随所述轴体转动。
12、通过采用上述技术方案，第二抽吸槽能够形成负压，在高速旋转过程中润滑油被允许抽吸至副动环和w型副静环界面处，而形成更稳定的润滑油膜，可以降低高速旋转下的磨损，增强高压工况下润滑油膜承载力，还可以降低主静环表面直接接触外界污染物。
13、可选的，还包括径向补偿结构，其包括一端沿径向设在副静环座上的弹簧，所述弹簧另一端设置有l型弹簧座，所述l型弹簧座外侧套设固定有密封端盖；
14、所述w型副静环靠近所述轴体的外侧面连接所述l型弹簧座的竖臂。
15、通过采用上述技术方案，弹簧在轴向通过l型弹簧座完成定位，在径向通过密封端盖和副静环座定位。密封端盖用以帮助定位和紧固副端面密封。在轴体发生径向振动时进行弹性补偿，从而确保副端面密封不发生错位。在设备运转过程中，轴向和径向补偿机构协同工作，共同保证旋转轴的复杂振动不影响密封系统的稳定工作。
16、可选的，所述波纹管盖上套设有轴套，所述密封端盖和所述轴套均和所述压盖固定连接。
17、通过采用上述技术方案，轴套用于对主端面实施密封。
18、可选的，所述密封端盖上开设有进油通道，所述轴套上开设有出油通道，所述出油通道上设置有温度传感器，所述轴套和所述出油通道布设在所述轴体的两侧；
19、所述出油通道连通过滤设备，所述过滤设备连通循环设备，所述循环设备连通所述进油通道。
20、通过采用上述技术方案，温度传感器测得的油温超过预设的温度值时，监测系统控制润滑油从出油通道输出至过滤设备进行过滤，进入循环设备中进行冷却，冷却完成后流回进油通道并进入密封结构的腔室内。
21、可选的，所述密封端盖呈l状，且一侧边和所述轴体之间设置有自润滑组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述副端面密封结构包括沿轴向套设在轴体（1）上的副动环（31）、间隔套设在轴体（1）上的W型副静环（32），所述W型副静环（32）的外侧设置有副静环座（33）；
3.根据权利要求2所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：还包括径向补偿结构，其包括一端沿径向设在副静环座（33）上的弹簧（41），所述弹簧（41）另一端设置有L型弹簧座（42），所述L型弹簧座（42）外侧套设固定有密封端盖（2）；
4.根据权利要求3所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述波纹管盖（23）上套设有轴套（3），所述密封端盖（2）和所述轴套（3）均和所述压盖（24）固定连接。
5.根据权利要求4述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述密封端盖（2）上开设有进油通道（20），所述轴套（3）上开设有出油通道（30），所述出油
6.根据权利要求3所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述密封端盖（2）呈L状，且一侧边和所述轴体（1）之间设置有自润滑组合密封结构，其包括套设在所述轴体（1）上的石墨圈（51）和套设在所述石墨圈（51）上的第一金属X型环（52），所述石墨圈（51）的轴向两端卡设在所述第一金属X型环（52）上。
7.根据权利要求2所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述轴体（1）上套设固定有涡轮（34），所述涡轮（34）和所述副动环（31）背离所述W型副静环（32）的一侧固定连接；
8.根据权利要求7所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述涡轮（34）包括多个锥形面，所述锥形面上均匀间隔设置有多个叶片。
9.根据权利要求1所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述主动环（11）内环面上嵌入有环形的第二金属X型环（112）。
10.根据权利要求1所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述记忆合金柱销（25）的中部设置为弹簧状，两端分别呈圆柱状。
...【技术特征摘要】
1.一种用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述副端面密封结构包括沿轴向套设在轴体（1）上的副动环（31）、间隔套设在轴体（1）上的w型副静环（32），所述w型副静环（32）的外侧设置有副静环座（33）；
3.根据权利要求2所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：还包括径向补偿结构，其包括一端沿径向设在副静环座（33）上的弹簧（41），所述弹簧（41）另一端设置有l型弹簧座（42），所述l型弹簧座（42）外侧套设固定有密封端盖（2）；
4.根据权利要求3所述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述波纹管盖（23）上套设有轴套（3），所述密封端盖（2）和所述轴套（3）均和所述压盖（24）固定连接。
5.根据权利要求4述的用于高温、高压及振动工况下的自适应机械密封结构，其特征在于：所述密封端盖（2）上开设有进油通道（20），所述轴套（3）上开设有出油通道（30），所述出油通道（30）上设置有温度传感器（4），所述轴套（3）和所述出油通道（30）布设...
【专利技术属性】
技术研发人员：周子毅，周琴，于龙祥，王楠，邸云飞，魏汤圣洁，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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