一种方便在线检修密封用的径向分瓣锁轴机构及检修方法与流程

本发明涉及流体机械密封检修，尤其涉及一种方便在线检修密封用的径向分瓣锁轴机构及检修方法。

背景技术：

1、在流体机械及泵类输送设备中，例如输送放射性介质、腐蚀性介质或其他危险介质的立式泵，为了防止工艺介质向外部环境泄漏，通常在泵轴穿出处设置主密封及安全密封。当主密封在长期运行中磨损失效时，安全密封承担临时隔离的应急作用。

2、例如，cn110173510a公开了一种气液驱动的锁止轴承，其通过在内圈与外圈之间设置带有波浪状锁止部及变形槽的锁止圈，利用内部压力腔的气液压差使锁止圈变形以实现轴承的旋转锁止。然而，该结构主要侧重于机械关节的轴承阻尼与锁紧，其内部流道与密封结构复杂，且在主密封失效需要维护时，并未提供支持快速在线拆换的独立通道，锁轴功能与密封维护之间缺乏解耦设计。

3、此外，在液压作动系统领域，如cn203023172u公开的“液压筒活塞卡环锁紧器”以及cn104632780a公开的“作动筒用u形开口卡环锁”，均采用了游动活塞配合开口卡环（或u形卡环）在锁环及轴肩斜面间实现卡入与锁定的机械锁结构。虽然上述卡环锁通过优化卡环变形在一定程度上改善了筒体划伤问题，但其本质结构是专属于直线往复作动筒的末端锁紧装置，无法直接适配立式旋转泵轴的密封与定位需求；更重要的是，现有技术中的密封与锁紧组件通常高度集成在整体泵芯内部，当主密封失效时，维修作业往往需要整体拆卸泵芯、叶轮及泵轴等核心部件，导致维修周期长、停机时间久，且在放射性或强腐蚀等特殊工况下显著增加了操作人员的现场暴露风险。同时，传统结构在拆装过程中普遍存在轴系重新找正的难题，锁轴功能与密封功能之间缺乏相互独立的结构设计。

4、因此，针对现有立式泵密封检修需要整体拆泵、维护耗时且存在轴系找正弊端的问题，确有必要提供一种结构可靠、自动化程度高且能实现不停机、不整体拆卸泵芯即可快速更换密封的锁轴机构及检修方法。

5、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、针对现有技术之不足，本发明提供了一种方便在线检修密封用的径向分瓣锁轴机构及检修方法，以解决上述至少部分技术问题。

2、本发明公开了一种方便在线检修密封用的径向分瓣锁轴机构，其包括：

3、密封底座，环套于泵轴外围并固定于静止支撑件上，密封底座内部开设有底座环槽，并开设有连通至底座环槽的径向通孔；

4、多个分瓣锁块，滑动配置于底座环槽内；分瓣锁块朝向泵轴的端部设有锁块锥面，以与泵轴上预设的泵轴卡槽的侧壁配合；

5、多个导向杆，可滑动地沿径向穿设于径向通孔中，各导向杆的内端与对应的分瓣锁块刚性连接；以及

6、流体驱动组件，配置于导向杆的外段，用于将输入的流体压力转化为沿导向杆中心轴线方向的径向推力；

7、当流体驱动组件施加正向推力时，驱动导向杆带动分瓣锁块作径向平移并楔入泵轴卡槽；当施加反向推力时，驱动导向杆带动分瓣锁块作径向平移并脱离泵轴卡槽。

8、本发明提供的一种方便在线检修密封用的径向分瓣锁轴机构，克服了现有技术中依赖弹性变形件进行锁止的承载局限性。cn110173510a公开的锁止轴承，依靠横截面为波浪状的锁止圈在气液压差下发生弹性形变来实现锁定，该波浪形锁止圈在承受重载旋转机械的高扭矩或大轴向力时，形变产生的抱紧力分布易不均匀，存在疲劳失效风险。本发明通过在密封底座内设置连通底座环槽的径向通孔，并配置导向杆与分瓣锁块刚性连接，将运动自由度限定为沿径向的单向平移。当流体驱动组件施加推力时，引导分瓣锁块作纯径向直线移动并楔入泵轴卡槽。此直驱传动结构将流体压力直接转化为刚性部件的物理位移，避免了中间换向或弹性变形构件带来的传动风险，为泵轴提供稳定且均匀的支撑力，从而在无需拆卸整体泵芯的条件下，为后续主密封的原位更换提供了可靠的机械锁定基础。

9、根据一种优选实施方式，分瓣锁块面向泵轴的一侧开设有沉孔，第一内六角螺钉的头部没入沉孔内，且第一内六角螺钉的螺纹段拧入导向杆的内端中以形成刚性连接。

10、针对狭窄泵腔内的装配干涉隐患，本发明在分瓣锁块面向泵轴的一侧开设沉孔，使第一内六角螺钉的头部没入沉孔内部。在分瓣锁块执行径向平移运动时，该特征将螺纹装配界面隐藏于锁块本体厚度之内，在保证导向杆与分瓣锁块之间刚性无相对位移连接的同时，消除了金属紧固件端部向外凸出而与旋转的泵轴表面发生机械刮擦的风险，提升了机构在受限空间内长期运行的安全性。

11、根据一种优选实施方式，锁块锥面上下对称布置以使分瓣锁块的端部呈梯形截面；

12、在分瓣锁块径向平移楔入泵轴卡槽的锁定位置时，分瓣锁块的锁块内端面与泵轴卡槽的槽底面之间预留有径向避让间隙，以限制径向推力转化为锁块锥面的法向压紧作用，并同步提供对泵轴的轴向双向止挡力。

13、在多面接触的锁止配合中，本发明通过对锁块锥面与泵轴卡槽的几何配合截面及间隙进行结构约束，解决了锁紧过程中的过定位问题。对比文件cn104632780a公开的u形开口卡环锁，其在活塞杆推力作用下沿上锁斜面滑入锁槽，但在承受侧向或轴向重载时，因缺乏针对配合底面的避让设计，易导致楔形面受力状态不稳定。本发明通过预留径向避让间隙，使得分瓣锁块在楔入锁定位置时，其锁块内端面与卡槽底面保持物理脱开。该设计在静力学上阻断了径向推力向槽底的无效传递，促使流体推力转化为锁块锥面上的法向压紧作用，并依靠上下对称梯形截面的楔形效应，同步转化为对泵轴的径向抱紧力与双向的轴向止挡力，规避了装配误差累积导致的锁紧失效。

14、根据一种优选实施方式，径向通孔为阶梯径向通孔；流体驱动组件包括：

15、第一波纹管座，密封固定于阶梯径向通孔的外侧端口处；

16、第一波纹管，套设于导向杆外部，其两端分别与第一波纹管座和导向杆密封连接；以及

17、动密封件，设置于导向杆与密封底座或第一波纹管座的配合间隙处；

18、第一波纹管座、导向杆及第一波纹管的内侧壁围成第一密封推力腔室；第一波纹管座、密封底座、导向杆、第一波纹管的外侧壁以及动密封件共同围成第二密封推力腔室。

19、为适应核电或化工泵用环境中对放射性及腐蚀性流体的隔离需求，本发明利用波纹管组件重构了动力腔室的动密封边界。流体驱动组件利用第一波纹管座、导向杆及第一波纹管的内侧壁共同围成第一密封推力腔室。由于波纹管具有可轴向伸缩且表面连续的特性，其替代了传统的活塞环或滑环等存在磨损间隙的动密封组件，在驱动流体与外部危险工艺介质之间建立了连续的隔离界面。该腔室结构使得气动推力能够在封闭的边界内作用于导向杆，降低了高危介质环境下的泄漏概率。

20、根据一种优选实施方式，第一波纹管由金属材质制成，在第一密封推力腔室与外部空间之间构建流体隔离面；

21、第一波纹管配置为具有预设结构刚度，在非受压状态下作为向导向杆施加复位偏置力的储能件。

22、本发明进一步利用了第一波纹管的结构储能属性，降低了状态切换时的动力需求。金属材质的第一波纹管在具备流体隔离功能的同时，其自身固有的结构刚度使其在非受压状态下充当弹性偏置元件。当第一密封推力腔室泄压且执行解锁动作时，波纹管释放前期锁轴时发生形变积累的弹性势能，产生背离泵轴的回弹力。该复位偏置力作为辅助动力叠加于反向驱动推力之上，减小了气动回路在解锁阶段所需克服的机械阻力峰值，提高了机构复位响应的敏捷性。

23、根据一种优选实施方式，第一波纹管座构造为阶梯状柱体，其由外向内嵌装于阶梯径向通孔内，利用孔壁台阶面进行装配深度的轴向限位；

24、第一波纹管座的外侧端面边缘设置有与密封底座连接的环形焊接缝，用以承受内部流体压力向外侧施加的冲拔应力。

25、针对承压组件的高压受力约束，本发明将第一波纹管座构造为由外向内嵌装的阶梯状柱体。当推力腔室充入高压流体时，阶梯径向通孔的孔壁台阶面作为物理止挡，直接承受并抵消了内部流体压力向外侧施加的冲拔应力，优化了单纯依赖外部连接件抗拉的受力模型。同时，将环形焊接缝布置于外侧端面边缘，使焊接热影响区远离底座内部的滑动配合面，保障了整体结构的装配精度与局部配合面的使用寿命。

26、根据一种优选实施方式，动密封件为第三o形圈，其安装于密封底座的底座内孔沟槽内，以在导向杆沿径向平移时形成双向截止的滑动动密封；

27、密封底座与外部泵盖的结合界面由水平法兰配合面与垂直止口配合面交错构成，且水平法兰配合面与垂直止口配合面内分别配置有多重静密封圈以阻断静态渗透路径。

28、在整体抗渗漏网络布局上，本发明通过安装于底座内孔沟槽的第三o形圈，配合导向杆的往复平移形成双向截止的滑动动密封，阻断了内部驱动流体外泄与外部工艺介质内侵的交叉渗透路径。此外，密封底座与外部泵盖的结合界面配置为水平法兰配合面与垂直止口配合面交错的阶梯形态，并在不同维度布置多重静密封圈。这种交错布置延长了介质渗透路径并增加了流体阻力，提升了法兰接口处在泵腔振动工况下的阻流稳定性。

29、本发明还公开了一种立式泵的在线检修方法，其基于前述径向分瓣锁轴机构实现，立式泵的泵轴外围沿轴向依次布置有安全密封组件、径向分瓣锁轴机构以及主密封，该检修方法包括以下步骤：

30、隔离步骤：主密封失效后，驱动安全密封组件闭合，使安全密封静环与泵轴台阶面贴合形成隔离边界；

31、锁轴步骤：向流体驱动组件输入正向流体压力，驱动导向杆带动分瓣锁块作径向直线平移，进入泵轴卡槽内以锁定泵轴；

32、更换步骤：在安全密封组件闭合隔离及分瓣锁块锁定泵轴的安全约束状态下，拆除外部阻碍部件，抽离并更换主密封；

33、解锁步骤：主密封复装后，向流体驱动组件输入反向流体压力，驱动导向杆带动分瓣锁块作径向平移退出泵轴卡槽；

34、复位步骤：释放安全密封组件的驱动力，使其恢复至打开状态。

35、本发明提供的立式泵在线检修方法，打破了立式泵维修通常需要整体拆卸的常规工艺。cn203023172u虽然通过浮动滑块控制卡环的径向运动以改善筒体划伤问题，但其本质是单级的直线油缸末端锁固方法，无法满足旋转泵轴维持同心度的检修场景需求。本发明的方法通过控制安全密封组件闭合以形成阻流边界，并叠加输入流体压力驱动分瓣锁块径向锁定泵轴的步骤，在泵体内部构建了介质隔离与机械定位的检修环境。在此约束状态下，操作人员可直接拆除外部阻碍部件并抽离主密封。该工艺时序解除了主密封检修与泵轴同心度维持之间的机械干涉，避免了检修后需重新进行轴系找正及装配调试的工序，有效降低了高危环境下的维修停机时间与人员暴露风险。

36、根据一种优选实施方式，安全密封组件内部包括波纹管组，隔离步骤具体包括：

37、向安全密封腔室内输入气体，利用波纹管组配置的不同有效直径构成的有效受压面积差，将流体压力转化为轴向驱动推力，以克服波纹管刚度并驱动安全密封静环贴合于泵轴台阶面。

38、在该在线检修方法中，安全密封组件通过特定波纹管组的设计优化了隔离步骤的驱动机制。在向安全密封腔室内输入气体时，利用波纹管组配置的不同有效直径构成的有效受压面积差，将流体静压力转化为定向的轴向驱动推力，推力克服波纹管刚度后使安全密封静环贴合泵轴台阶面。此工艺无需在泵内额外加装独立的举升气缸组件，而是将密封波纹管本体转化为流体致动器，简化了安全隔离系统的硬件构成。

39、根据一种优选实施方式，在锁轴步骤与解锁步骤中，输入流体驱动组件的流体压力基于包络介质背压极限工况的动力学平衡原理设定：

40、执行锁轴步骤时，设定的驱动推力大于机械摩擦阻力与工艺介质施加的作用力之和；

41、执行解锁步骤时，在工艺介质的作用力及内部弹性件的偏置力提供辅助推力的工作状态下，设定的驱动推力、工艺介质作用力以及弹性偏置力之和大于机械摩擦阻力。

42、在动作执行参数的设定上，本方法建立了基于动力学平衡原则的流体压力设定规则。常规机械锁驱动回路设计易忽略介质背压或密封件刚度对动作阈值的动态影响，本发明明确规定，为保证在安全密封失效或残留介质背压等极限工况下的动作绝对可靠性，在锁轴时输入的驱动推力需涵盖系统机械摩擦阻力及工艺介质施加的作用力；在解锁时，则将工艺介质的作用力及波纹管组件的弹性偏置力计入辅助推力模型中。该参数标定步骤将多物理场耦合受力因素纳入考量，保障了流体驱动指令输出的有效性，降低了因推力配置不足导致的锁块卡滞概率。