本实用新型属于机械密封技术领域，具体涉及一种波弹式机械密封装置。
背景技术：
机械密封作为石油化工、煤化工、盐化工、电力、冶金、核电等重大国民经济行业旋转动设备如机、泵、釜等关键基础零部件，其性能好坏直接决定着配套旋转动设备的运行状态和使用效率。随着旋转动设备泵朝高参数如高压、高温、高速等工况发展，对配套机械密封的运行稳定性和可靠性提出更高的要求。
金属波纹管机械密封作为机械密封的典型代表，是高参数如高压、高温等应用工况下的优先选择方案，得到广泛地应用，如加氢装置高温高压液力透平机械等。经实践证明，在高压、高温等工况下，金属波纹管易发生力热变形，由于金属波纹管波片焊接技术，焊缝因残余应力等缺陷不能承受过大的力热变形，否则焊缝易发生断裂，致使波纹管的辅助密封作用失效，发生径向泄漏；焊缝严重断裂，会进一步导致金属波纹管失弹，整个机械密封失效，导致工艺介质严重泄漏，停车检修；严重会导致火灾、爆炸等事故，甚至造成人员伤亡，严重威胁着现场工作人员的生命安全。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术中存在的上述问题，消除高参数如高压、高温等工况下因波纹管断裂导致泄漏等故障影响，提高机械密封运行稳定性和可靠性，延长了使用寿命。
为达到上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种波弹式机械密封装置，包括：端盖、轴套以及设置在所述端盖和轴套之间轴向串联设置的第一双端面密封结构和第二双端面密封结构，所述第一双端面密封结构具有径向串联设置的第一波纹静环组件和第一弹簧静环组件，所述第二双端面密封结构具有径向串联设置的第二波纹静环组件和第二弹簧静环组件。
进一步的，所述第一波纹静环组件位于所述第一弹簧静环组件的外侧，所述第二波纹静环组件位于第二弹簧静环组件的内侧。
进一步的，所述第一波纹静环组件位于所述第一弹簧静环组件的内侧，所述第二波纹静环组件位于第二弹簧静环组件的外侧。
进一步的，所述第一双端面密封结构和第二双端面密封结构采用背靠背设计。
进一步的，所述第一双端面密封结构还具有第一动环，在所述第一动环上设有与所述第一波纹静环组件相匹配密封的第一动环外密封面、与所述第一弹簧静环组件相匹配密封的第一动环内密封面。
进一步的，所述第一波纹静环组件和第一弹簧静环组件之间形成环形的第一腔体，在所述第一动环外密封面的内径侧开设有与所述第一腔体连通的第一外动压槽，在所述第一动环内密封面的内径侧开设有第一内动压槽。
进一步的，在所述第一动环外密封面和第一动环内密封面之间的第一动环上设有环形的第一沟槽。
进一步的，所述第一波纹静环组件包括第一外静环、靠近所述第一外静环的第一前座、远离所述第一外静环的第一后座、连接所述第一前座和第一后座的第一波纹管；第一弹簧静环组件包括第一内静环、第一弹簧、设置在所述第一内静环和第一弹簧之间的第一推环；在所述第一前座与所述第一内静环之间设有连接结构。
进一步的，所述连接结构为在所述第一前座和所述第一内静环的其中一个上设置径向凸起的凸耳、在所述第一前座和所述第一内静环的其中另一个上设置与所述凸耳相匹配的凹弧，所述凸耳位于所述凹弧内。
进一步的，所述凸耳沿轴向设置。
进一步的，所述第二波纹静环组件和第二弹簧静环组件之间形成环形的第二腔体，所述机械密封装置还包括用于检测所述第二腔体内液位的传感器。
进一步的，所述第二双端面密封结构还具有第二动环，在所述第二动环上设有与所述第二波纹静环组件相匹配密封的第二动环内密封面、与所述第二弹簧静环组件相匹配密封的第二动环外密封面。
进一步的，在所述第二动环外密封面的外径侧开设有第二动压槽。
进一步的，在所述第二动环外密封面和第二动环内密封面之间的第一动环上设有环形的第二沟槽。
进一步的，所述第二波纹静环组件包括第二内静环、靠近所述第二内静环的第二前座、远离所述第二内静环的第二后座、连接所述第二前座和第二后座的第二波纹管；第二弹簧静环组件包括第二外静环、第二弹簧、设置在所述第二外静环和第二弹簧之间的第二推环；所述第二推环与端盖组件之间设有第二防转销。
本实用新型提供的波弹式机械密封装置，通过设置第一双端面密封结构具有径向串联设置的第一波纹静环组件和第一弹簧静环组件，第一波纹静环组件起到主要的密封作用，在第一波纹静环组件密封失效的情况下，第一弹簧静环组件起到密封并挡止介质向靠近大气侧泄漏，保证第一双端面密封结构的密封性；有利于在具有波纹密封优点的同时，也防止波纹密封的失效而导致的密封结构失效，保证密封的有效性，防止介质通过第一双端面密封结构；同时通过设置轴向串联的第一双端面密封结构和第二双端面密封结构，在介质的泄漏方向上具有四个密封，提高机械密封运行稳定性和可靠性，延长了使用寿命。
结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本实用新型所提出的波弹式机械密封装置的一个实施例的结构示意图；
图2为图1中第一双端面密封结构处的放大结构示意图；
图3为图1中第二双端面密封结构处的放大结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，在径向上以靠近主轴的方向为“内”，以远离主轴的方向为“外”；术语仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参阅图1-图3，是本实用新型所提出的波弹式机械密封装置的一个实施例，如图1所示，腔体53和端盖23围成密封腔，在密封腔内设有工业介质；主轴可旋转的位于密封腔内、并两端伸出密封腔；在主轴上套装有轴套16，在端盖23和轴套16之间设有波弹式机械密封装置。在轴向上波弹式机械密封装置的一侧为大气侧，另一侧为介质侧，附图中右侧为大气侧，左侧为介质侧。轴套16套装在主轴上，第三传动销14、轴套16内径处设有第三密封圈19。
参见图1所示，一种波弹式机械密封装置包括：腔体53、端盖55以及设置在腔体53和端盖55之间轴向串联设置的第一双端面密封结构100和第二双端面密封结构200，靠近介质侧的第一双端面密封结构100和靠近大气侧的第二双端面密封结构200，其中，第一双端面密封结构100具有径向串联设置的第一波纹静环组件110和第一弹簧静环组件120，第二双端面密封结构200具有径向串联设置的第二波纹静环组件210和第二弹簧静环组件220。在第一双端面密封结构100中第一波纹静环组件110起到主要的密封作用，在第一波纹静环组件110密封失效的情况下，第一弹簧静环组件220起到密封作用并挡止介质向靠近大气侧泄漏，消除了高参数如高压、高温等工况下因波纹管断裂导致泄漏等故障影响，保证第一双端面密封结构100的密封性；有利于在具有波纹密封优点的同时，也防止波纹密封的失效而导致的密封结构失效，保证密封的有效性，防止介质通过第一双端面密封结构100；同时通过设置轴向串联的第一双端面密封结构100和第二双端面密封结构200，在介质的泄漏方向上具有四个密封，提高机械密封运行稳定性和可靠性，延长了使用寿命。
优选设置，第一波纹静环组件110位于第一弹簧静环组件120的外侧，第二波纹静环组件210位于第二弹簧静环组件220的内侧，在介质泄漏的方向上，依次为第一波纹静环组件110、第一弹簧静环组件120、第二波纹静环组件210、第二弹簧静环组件220；第一双端面密封结构100中，第一波纹静环组件110的外侧为工艺介质。保证了第一双端面密封结构100和第二双端面密封结构200中，在介质的泄漏方向或逆流方向上，先到达波纹静环组件，使得波纹静环组件起到密封作用。
参见图2所示，第一双端面密封结构100具有第一动环10，第一动环10套装固定在轴套16上，第一动环10与轴套16的装配端面上设有第一密封圈15，保证第一动环10与轴套16之间的密封性；在第一动环10与轴套16之间通过第一传动销14进行旋转动力传递。第二双端面密封结构200具有第二动环35，第二动环35套装固定在轴套16上，第二动环35与轴套16配合部位设有第二密封圈34，且通过定位套36进行轴向定位；定位套36与轴套16通过螺纹连接，为第二动环35提供旋转动力。第一双端面密封结构100和第二双端面密封结构200采用背靠背设计，也就是第一动环10设置在轴套16上靠近介质侧，第二动环35设置在轴套16上靠近大气侧，第一波纹静环组件110和第二波纹静环组件210相互靠近，第一动环10和第二动环35相互远离；背靠背设计使得第一双端面密封结构100和第二双端面密封结构200的密封端面均承受内压，有利于增加密封性能。
在第一动环10上设有与第一波纹静环组件110相匹配密封的第一动环外密封面8、与第一弹簧静环组件120相匹配密封的第一动环内密封面12，也就是第一波纹静环组件110和第一弹簧静环组件120均和第一动环10配合密封，采用一个动环与径向串联的两个静环组件配合密封，有利于结构的简化，并有利于内外串联的两个密封的一致性。优选的，第一动环外密封面8和第一动环内密封面12平齐设置，第一动环外密封面8和第一动环内密封面12位于同一径向平面上。第一动环外密封面8和第一动环内密封面12之间的第一动环10上设有环形的第一沟槽11，有利于提高第一动环10的性能，避免在工作过程中的热变形影响密封性能。
第一波纹静环组件110包括第一外静环6、靠近第一外静环6的第一前座5、远离第一外静环6的第一后座3、连接第一前座5和第一后座3的第一波纹管4，第一波纹管4的一端与第一前座5密封固定、另一端与第一后座3密封固定；为防止工艺介质泄漏，第一前座5和第一外静环6的配合部位安装第四密封圈7，第一后座3与端盖23的配合部位安装第五密封圈2；第一后座3通过圆周均布的内六角螺栓1紧固至端盖23，防止第一波纹静环组件110的旋转。第一弹簧静环组件120包括第一内静环17、第一弹簧21、设置在第一内静环17和第一弹簧21之间的第一推环20，在第一内静环17和端盖23的配合部位设有第六密封圈18；第一内静环17与第一动环内密封面12配合密封，第一外静环6与第一动环外密封面8配合密封。
在第一前座5与第一内静环17之间设有连接结构，避免了第一内静环17和第一前座5的旋转，使得第一动环外密封面8给予第一前座5的扭矩，一部分传递到第一内静环17上，减少传到第一波纹管4上的扭矩；同时有利于第一前座5的稳定性。具体的，连接结构为在第一前座5上设置径向凸起的凸耳501、在第一内静环17设置与凸耳501相匹配的凹弧171，凸耳501位于凹弧171内。凸耳501和凹弧171均沿轴向设置，也就是凸耳51和凹弧171之间可以承受扭力。优选设置在第一前座5的内径侧的周向上设有3-4个凸耳501，凸耳501的半径为3-6mm；第一内静环17的外径侧周向设置凹弧171，凹弧171的半径为4-7mm。
在其他实施例中，也可以在第一前座5上设置凹弧，在第一内静环17上设置凸耳。
在第一波纹静环组件110和第一弹簧静环组件120之间形成环形的第一腔体22；在第一动环外密封面8的内径侧开设有与第一腔体22连通的第一外动压槽9，在第一动环内密封面12的内径侧开设有第一内动压槽13。第一双端面密封结构100和第二双端面密封结构200之间为第三腔体23，第一内动压槽13与第三腔体23连通；在端盖55上开设有阻塞液入口51和阻塞液出口50，向第三腔体23内输入具有一定压力的阻塞液，第一内动压槽13将第三腔体23内的阻塞液泵送入第一腔体22内。当第一腔体22内无压时，第一外动压槽9将第一动环外密封面8泄漏的工艺介质进行反输；当第一腔体22内充满阻塞液时，流体动压槽9将阻塞液泵送至工艺介质侧，实现工艺介质零泄漏；第一动环内密封面12和第一内静环17配对的密封面，以及第一动环外密封面8和第一外静环6配对的密封面分别均形成液膜润滑机械密封。当第一波纹静环组件110中的第一波纹管4发生焊缝断裂，致使第一波纹管4失去辅助密封功能时，尽管工艺介质泄漏至第一腔体22内，第一弹簧静环组件120与第一动环内密封面12形成的密封面很好地起到密封作用，防止工艺介质泄漏至第三腔体23中，显著解决了因波纹管断裂导致泄漏等故障影响内密封总成的稳定性和可靠性。
参见图3所示，第二波纹静环组件210和第二弹簧静环组件220之间形成环形的第二腔体28，设有用于检测第二腔体28内液位的传感器46；可以实时监控第二腔体28内的液位情况，有利于及时发现第二波纹静环组件210的密封失效。
第二双端面密封结构200还具有第二动环35，在第二动环35上设有与第二波纹静环组件210相匹配密封的第二动环内密封面33、与第二弹簧静环组件220相匹配密封的第二动环外密封面40。采用一个动环与径向串联的两个静环组件配合密封，有利于结构的简化，并有利于内外串联的两个密封的一致性。优选的，第二动环内密封面33和第二动环外密封面40平齐设置，第二动环内密封面33和第二动环外密封面40位于同一径向平面上。第二动环内密封面33和第二动环外密封面40之间的第二动环35上设有环形的第二沟槽54，有利于提高第二动环35的性能，避免在工作过程中的热变形影响密封性能。
第二波纹静环组件210包括第二内静环32、靠近第二内静环32的第二前座30、远离第二内静环32的第二后座26、连接第二前座30和第二后座26的第二波纹管29；为防止第三腔体23内的阻塞液泄漏，在第二前座30与第二内静环32的配合部位安装第七密封圈31，在第二尾座26与端盖23的配合部位安装第八密封圈25；第二波纹管29的一端与第二前座30密封固定、另一端与第二后座26密封固定。为防止第二波纹静环组件210随第二动环35旋转，在第二后座26与端盖23之间设有第一防转销27。
第二弹簧静环组件220包括第二外静环42、第二弹簧24、设置在第二外静环42和第二弹簧24之间的第二推环44；第二推环44与第二外静环42配合部位安装第九密封圈43，第二推环44与端盖23配合部位安装第十密封圈45；为防止第二弹簧静环组件220随第二动环35旋转，第二推环44与端盖23之间设置第二防转销47。在第二动环外密封面40的外径侧开设有第二动压槽41，第二动压槽41与大气侧连通。第二波纹静环组件210与第二弹簧静环组件220沿径向串联布置，形成第二双端面密封结构200；第二波纹静环组件210位于第二弹簧静环组件220的内侧；当第二内静环32与第二动环内密封面33的密封面未发生泄漏时，第二外静环42与第二动环外密封面40的密封面以周围空气为润滑流体，依靠第二动压槽41的泵送功能形成气膜润滑机械密封；当第二内静环32与第二动环内密封面33的密封面发生泄漏或因波纹管焊缝断裂发生泄漏等时，第二外静环42与第二动环外密封面40的密封面以泄漏的阻塞液为润滑流体，通过第二动压槽41的反输功能，实现第二双端面密封结构200的零泄漏。
对于端盖23的安装固定，通过螺栓48和螺母49将端盖23连接至腔体53；定位套36固定在主轴上，定位套36沿圆周径向安装顶丝37，将轴套16、第一动环10和第二动环35连接固定到主轴上；考虑集装式机械密封结构，通过螺栓39将定位片38的一端紧固至端盖23上，定位片38的另一端安装至定位套36上，将密封静止部件和旋转部件连接起来。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
1.一种波弹式机械密封装置，其特征在于，包括：端盖、轴套以及设置在所述端盖和轴套之间轴向串联设置的第一双端面密封结构和第二双端面密封结构，所述第一双端面密封结构具有径向串联设置的第一波纹静环组件和第一弹簧静环组件，所述第二双端面密封结构具有径向串联设置的第二波纹静环组件和第二弹簧静环组件。
2.根据权利要求1所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，所述第一波纹静环组件位于所述第一弹簧静环组件的外侧，所述第二波纹静环组件位于第二弹簧静环组件的内侧。
3.根据权利要求1所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，所述第一双端面密封结构和第二双端面密封结构采用背靠背设计。
4.根据权利要求1所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，所述第一双端面密封结构还具有第一动环，在所述第一动环上设有与所述第一波纹静环组件相匹配密封的第一动环外密封面、与所述第一弹簧静环组件相匹配密封的第一动环内密封面。
5.根据权利要求4所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，所述第一波纹静环组件和第一弹簧静环组件之间形成环形的第一腔体，在所述第一动环外密封面的内径侧开设有与所述第一腔体连通的第一外动压槽，在所述第一动环内密封面的内径侧开设有第一内动压槽。
6.根据权利要求4所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，在所述第一动环外密封面和第一动环内密封面之间的第一动环上设有环形的第一沟槽。
7.根据权利要求1至6任一项所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，所述第一波纹静环组件包括第一外静环、靠近所述第一外静环的第一前座、远离所述第一外静环的第一后座、连接所述第一前座和第一后座的第一波纹管；所述第一弹簧静环组件包括第一内静环、第一弹簧、设置在所述第一内静环和第一弹簧之间的第一推环；在所述第一前座与所述第一内静环之间设有连接结构。
8.根据权利要求7所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，所述连接结构为在所述第一前座和所述第一内静环的其中一个上设置径向凸起的凸耳、在所述第一前座和所述第一内静环的其中另一个上设置与所述凸耳相匹配的凹弧，所述凸耳位于所述凹弧内。
9.根据权利要求1至6任一项所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，所述第二波纹静环组件和第二弹簧静环组件之间形成环形的第二腔体，所述机械密封装置还包括用于检测所述第二腔体内液位的传感器。
10.根据权利要求1至6任一项所述的波弹式机械密封装置，其特征在于，所述第二双端面密封结构还具有第二动环，在所述第二动环上设有与所述第二波纹静环组件相匹配密封的第二动环内密封面、与所述第二弹簧静环组件相匹配密封的第二动环外密封面。
技术总结