CN100380026C - 密封装置 - Google Patents

Abstract

一种密封装置，将密封唇(15)的对方接触部与端面密封(2)的对方接触部分离，可防止密封唇(15)的滑动发热向端面密封(2)传热使材质软化，提高密封能力。突出唇(3)相对于密封环(11)的密封面(11B)朝外径方向倾斜延伸并进行密接，密封唇(15)的唇部(15A)在密封环(11)的内周面(11A)侧，密封接触面(17)有效地与旋转轴(50)密接以对被密封流体进行密封。

Description

密封装置

技术领域

本发明涉及将密封部与端面密封组合成1对、以分离的相对密封面进行密封的密封装置。尤其是涉及对使用高压或随机性变化为高压和低压的被密封流体的各种旋转设备的被密封流体进行密封的密封装置。

背景技术

作为本发明的相关技术已有图5所示的轴封装置100。

图5所示的轴封装置100的壳体101，借助O形环106而与壳体110的内周面密封嵌接。在该壳体101的内周配置有弹性体唇102、对该弹性体唇102的背面进行支承的加强环103。

而且，在该加强环103的与被密封流体侧相反的背面，配置有树脂唇104、置于该树脂唇104的背面对背面进行支承的保护圈105。将这些弹性体唇102、加强环103、树脂唇104及保护圈105的各外周面与壳体101的内周面密接，从而得到保持。

该轴封装置100中，弹性体唇102在朝机内空间S1侧延伸的内径侧的密封唇部102a的内周面，形成随着旋转轴120的旋转将被密封流体推回的泵压作用的密封螺纹102b。而且，树脂唇104也在其密封唇104a的内周面上形成旋转时产生将被密封流体朝弹性体唇102侧推回的方向的泵压作用的密封螺纹104b。

该树脂唇104的密封唇104a的内周面上形成的泵压作用的密封螺纹104b，仅形成于与旋转轴120的滑动面中的前端部分。这是为了防止旋转轴120停止时被密封流体通过密封螺纹104b朝大气S2侧泄漏。

该轴封装置100，在机内空间S1的被密封流体压力为1Mpa以上的高压条件下，树脂唇104受到被密封流体的压力，截面变形为L字形。

在该树脂唇104的变形过程中，密封唇104a的前端部的应力因密封螺纹104b的存在而减小，另一方面，没有形成密封螺纹104b的弯曲部104c附近所产生的应力相反有增大的趋势。

因此，相对于旋转轴的外周面的面压的极大部分偏向弯曲部104c一侧，故靠近弯曲部104c的内周面磨损。

形成密封螺纹104b的前端部，产生从旋转轴120的外周面浮起那样的变形。其结果，密封螺纹104b的对被密封流体的泄漏进行遮断的泵压作用受损，旋转时密封能力也下降。

而且，弹性体唇102与树脂唇104接近配置，故树脂唇104的滑动面与旋转轴120压接，当滑动面的摩擦增大而发热，则该发热向弹性体唇102传热。

当弹性体唇102因被密封流体的高压力而压接于旋转轴120时同样发热。弹性体唇102的密封唇102a及树脂唇104的密封唇104a被加热而软化，尤其是加剧了橡胶材料制的密封唇102a的磨损，使密封能力下降。

当弹性体唇102的密封唇102a及树脂唇104的密封唇104a产生磨损，则其磨损粉粘附在各密封唇102a、104a的滑动面间，使密封能力下降。

弹性体唇102的密封唇102a及树脂唇104的密封唇104a与旋转轴120压接进行旋转，故通常的旋转轴120很快就会磨损。另一方面，设备部件即旋转轴120高价，同时组装在装置内，不能简单地进行更换。因此，弹性体唇102的密封唇102a及树脂唇104的密封唇104a的密封面与正在磨损的旋转轴滑动，故加剧这两个滑动面的磨损，使密封装置的密封能力下降。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而作成的，本发明所要解决的技术课题是，即使各种旋转设备重复旋转和停止的场合，或被密封流体的压力随机性地重复高压和低压的场合，也能提高密封能力。

其他的课题是，即使树脂材料制的密封唇在旋转中因摩擦而发热，也能防止向橡胶材料制的端面唇传热而使端面唇软化，从而降低密封能力。

又一课题是，减小密封唇及端面唇的滑动阻力，实现节能，同时使密封装置的安装更换容易。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种密封装置，用于在收容旋转轴的壳体与所述旋转轴之间将低压侧与其压力比所述低压侧高的被密封流体之间隔断，其特点在于，包括密封部和端面密封，所述密封部具有：密封地安装在所述壳体上、且在轴向的端面上具有密封面、在内周具有内周面的密封环；密封唇，该密封唇的外周侧的保持部在所述密封环的密封面的相反侧安装在所述壳体上，所述密封唇还具有从所述保持部向所述内周面一侧延伸而与所述旋转轴嵌合密接的唇部，所述端面密封具有：内周的密接部插入嵌合于所述旋转轴而向着轴向卡止、并从一端面的内周向所述密封面的外径方向倾斜而进行密接的突出唇，所述端面密封的面对所述突出唇的所述一端面的被密封流体的受压面积比与所述突出唇相反的背端面的受压面积大。

在本发明的上述密封装置中，由于具有密封唇和密封环的密封部与端面密封相对组合成1对，故对旋转设备的组装及分解修理变得极其容易。

而且，即使密封部与端面密封的一方发生磨损，可仅对其磨损的一方进行更换。尤其是，旋转轴的滑动面产生磨损时，因旋转轴是装置的一部分，故难以更换，但密封环是可更换的单个部件，因而能简单地进行更换。

在若使突出唇与旋转轴密接的场合，难以对旋转轴的与突出唇的滑动面进行精密加工，但是与突出唇密接的密封环的密封面也能简单地进行镜面抛光。

而且，在功能方面，旋转轴不能使用硬质材料，但密封环可使用碳化硅等硬质材料，故可防止密封环的滑动磨损。因此，能提高密封装置的耐久能力及大大降低组装成本。

而且，突出唇由密封环的密封面和端面进行密接，故可产生与被密封流体的压力相对应的大小的接触力。因此，被密封流体的压力不是高压的场合可降低滑动阻力，故可降低驱动旋转轴的动力的能量。

另外，密封唇与旋转轴密接进行密封，另一方面，突出唇通过与旋转轴分离的密封环密接进行密封，故可防止密封唇的滑动发热传向突出唇，能有效地防止突出唇因温度而软化引起的密封能力下降。

而且，密封唇滑动时产生的磨损粉很少会粘在与密封唇的滑动面正交且分离的密封面上，因而能有效地防止磨损粉粘附在密封面和突出唇上、使密封面滑动时磨损。

另外，相对于密封唇与密封环密接，唇部与旋转轴密接，故旋转轴与密封环不连接，没有传热，可将突出唇与唇部接近配置，可使密封部整体紧凑。

较佳地，在上述密封装置中，密封唇由合成树脂材料制成，突出唇由橡胶材料制成。

由此，旋转轴在旋转中，利用摩擦系数小的合成树脂制的密封唇进行密封，旋转轴停止时，如用密封能力好的橡胶材料制的突出唇进行密封，则能有效地提高密封能力。

尤其是，在旋转轴旋转或停止、进而被密封流体重复为高压、低压的场合，该密封装置的结构中该材料的组合极其有效。

较佳地，在上述密封装置中，在所述突出唇的内周面配置有保护圈，以针对被密封流体的压力而对所述突出唇进行支承。

由此，在旋转轴旋转或停止、进而被密封流体重复为高压、低压的场合，变动应力对该突出唇进行作用。但是，当突出唇设有保护圈，则相对于变动的压力，将突出唇支承成耐压的状态，使其发挥密封效果。

较佳地，在上述密封装置中，所述端面密封的所述密接部形成为周面密接部和侧面密接部，所述侧面密接部向着轴向而与设于所述旋转轴上的台阶部卡止。

由此，端面密封中，突出唇侧的被密封流体的受压面积比端面密封的背端面的受压面积大，故只要将端面密封安装在旋转轴上，就可通过被密封流体的压力将端面密封朝旋转轴的台阶部进行推压固定。因此，端面密封的安装部的结构极其简单，并且端面密封的安装作业也容易。

较佳地，在上述密封装置中，在所述端面密封上一体地设有具有内周支承部的加强环，所述内周支承部通过嵌合在保持于所述旋转轴上的止转部而得到支承。

由此，加强环的内周支承部由保持在旋转轴上的止转部支承，故端面密封可仅由周面密接部和侧面密封部嵌接在旋转轴上进行保持。因此，能可靠地对端面密封与旋转轴的嵌接面进行密封，同时可提高相对于突出唇的密封环的密封面的密接度。

较佳地，在上述密封装置中，密封唇的唇部与密封环的内周面非接触地动配合。

由此，密封环与密封部为动配合状态，具有间隙，故即使密封部与旋转轴的滑动伴随发热，也可防止对突出唇的传热。而且，被密封流体对密封部的外周进行作用，保持密封部与旋转轴的密接，发挥密封接合面的密封效果。

附图说明

图1是表示本发明的较佳实施例的密封装置的安装状态的半剖视图。

图2是表示本发明的其他实施例的密封装置的安装状态的半剖视图。

图3是表示本发明的又一实施例的密封装置的半剖视图。

图4是表示将图3的密封装置安装在旋转轴上的状态的半剖视图。

图5是表示相关技术的轴封装置的半剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的较佳实施例的密封装置进行详细说明。以下说明的各图纸是按照设计图制作而成的。

图1是表示本发明的较佳实施例的密封装置1的半剖视图。

图1中，密封装置1是将端面密封2与密封部10构成1对相对结合而成。密封部10中，密封环11和密封唇15是主要组成构件。

端面密封2的截面呈L形，构成端面密封体5。在端面密封体5的一端形成有截面为V形地朝外方延伸的突出唇3。另外，在端面密封体5的内周面及其侧面，在两处形成有周面密封部5H和侧面密封部5V。端面密封体5由橡胶材料构成。在该端面密封体5内埋设有加强环4，该加强环4对端面密封2整体进行加强。而且，该加强环4内周形成截面为L形的内周支承部4A。

端面密封2的突出唇3外周的前端面形成有有承接被密封流体的第1受压面S1。而且，与第1受压面S1相反的背端面形成有第2受压面S2。该第1受压面S1的受压面积比第2受压面S2大。

该端面密封2嵌接在旋转轴50的台阶部上。周面密封部5H与旋转轴50的外周面紧密接触，同时侧面密封部5V与旋转轴50的台阶部端面紧密接触。另外，端面密封体5的加强环4的内周支承部4A通过嵌接在旋转轴上的止转部6而固接在旋转轴50上。该止转部6一边以强烈的面压使周面密封部5H与旋转轴50压接、一边将端面密封2与旋转轴同心地进行保持。

端面密封2与旋转轴50的台阶部嵌接，但第1受压面S1的面积比第2受压面S2大，故被密封流体的压力对第1受压面S1朝轴向进行作用，将端面密封2始终朝旋转轴50的台阶面进行按压保持。当该按压大于所需的按压时，加强环4的内周支承部4A的图示右侧端部与旋转轴50的台阶部抵接，突出唇3不与密封面11B离接。

突出唇3朝密封面11B发散地朝外方倾斜。突出唇3的前端角部即密接面与相对的密封面11B弹性接触进行密封。当该突出唇3从外周侧承受被密封流体的压力后，变形为倾斜角度朝水平方向减小，与密封面11B压接。

另一方面，在与端面密封2相对的位置所配置的密封部10，通过第1垫片21而嵌接在安装孔A上、并固定在壳体60上，而安装孔A与将旋转轴50收放在通孔B内的壳体60的通孔B同心。

在密封部10上设有借助第1垫片21而固定在壳体60上的圆环状的加强壳体20。该加强壳体20的内周部形成有为对密封唇15进行支承的支承部20B，外周的一端部形成有朝径向弯折的铆接部20A，以对密封环11进行保持。

该加强壳体20与壳体60之间通过第1垫片21进行密封，以使被密封流体不泄漏。

该加强壳体20的内周夹持着第2垫片22使密封唇15和密封环11得到保持。第2垫片22对密封环11的外周面与加强壳体20的内周面之间进行密封，以使被密封流体不泄漏。

密封唇15由PTFE(聚四氟乙烯)等具有低摩擦系数性质的合成树脂形成。该密封唇15在成形时的原形为环板，将环板弯曲加工在保持部15B形成外周，同时内周构成轴向筒状的唇部15A。唇部15A的密封接合面17与旋转轴50嵌合进行密封。该唇部15A的密封接合面17，其前端内周面与旋转轴50强烈地密接以进行密封。

另外，密封环11的端面形成密封面11B，同时在内周形成内周面11A。该密封环11由淬火钢、超硬、陶瓷等硬质材料构成。密封环11的外周部由第2垫片22和加强壳体20的铆接部20A夹持。密封环11的内周面11A与唇部15A的外周面留有间隙，以接近状态动配合。唇部11A的前端隆起时可进行保持。

该密封环11的内周面11A与唇部15A的外周面，若被密封流体能进入两个构件间，则两个构件的热量没有移动，即使唇部的一部分与密封环11接触的状态也不会有问题。

图2是表示本发明的实施例2的密封装置的半剖视图。

该实施例2即图2所示的密封装置1，与图1所示的密封装置1相同的符号表示同一构件。

该密封装置1被密封流体侧为高压P1，被密封流体侧的相反侧为低压P2。另外，适合于旋转轴50停止中或旋转中高压P1侧压力变动为高压和低压的场合。

该密封装置1的端面密封2的内周面设有保护圈7。该保护圈7，一端侧形成为对突出唇3的内周面进行保持的支承板7B。保护圈7的另一端形成整体支承板7A以对端面密封2进行支承。整体支承板7A与止转部6嵌接，与止转部6一起与旋转轴50嵌合。

另一方面，加强壳体20的内周的支承部20B形成于与旋转轴50接近的内径面上。支承部20B呈圆弧状，对密封唇15的弯折部进行支承。而且，在密封唇15的密封接合面17上形成泵压作用的螺纹密封16。通过该螺纹密封16的泵压作用可将被密封流体朝被密封流体侧推回。

上述结构的密封装置1，其端面密封2与密封部10相对地构成1对。因此，端面密封2与旋转轴50嵌合，使周面密封部5H与旋转轴50的台阶部嵌接，同时与侧面密封部5V接合。因此，当第1受压面S1承受被密封流体的压力时，因第1受压面S1的面积比第2受压面S2的面积大，故端面密封2被推向台阶部面而被固定。可防止端面密封2朝密封部10侧脱离。其结果，不需要复杂的保持装置对端面密封2进行固定，可简单地进行拆装。

而且，橡胶制的端面密封2，可在旋转轴50停止时等对被密封流体进行密封。尤其是，突出唇3由保护圈7支承时，即使被密封流体的压力是高压，也能发挥突出唇3的耐压性，很好地进行密封。

密封唇15由合成树脂形成，故滑动阻力小，旋转轴50旋转时能发挥密封效果。尤其是，当在密封接合面17上形成螺纹密封16时，通过旋转时的泵压作用来发挥密封效果。而且，当密封唇15的唇部15A配置在密封环11的内周面11A内时，即使高压P1侧的被密封流体的压力为高压，在密封环11的内周面11A也可借助被密封流体的压力从外周面将唇部15A朝旋转轴50按压，可提高密封接合面17的密封能力。

另外，密封部10借助第1垫片21而嵌接在壳体60的安装孔A内就能简单地进行安装。而且，在第1垫片21上设有多个与壳体60的安装孔A的形成面密接的密封部分，故利用该密封部分能有效地对壳体60进行密封。

下面，图3是表示本发明的实施例3的密封装置1的半剖视图。该图3使用与图1的密封装置1相同的符号进行表示，整体结构与图1大致相同。以下对于图3的密封装置1，仅对与图1的密封装置1的结构不同之处进行说明。

图3中，在端面密封2的加强环4上形成内径支承部4A，该内径支承部4A的截面呈L形，同时从一端朝突出唇3侧圆筒状地延伸并对突出唇3进行支承。

保护圈7的截面呈U形，借助唇支承板7B而对突出唇3进行保持，同时借助内径支承部4A而对加强环4进行支承。另外，保护圈7对保持板8进行保持，同时借助保持板8而对端面密封体5和加强环4进行保持。

如此结构的端面密封2，其端面密封体5的密接部5A与旋转轴50密封嵌接，同时，通过保护圈7对突出唇3进行支承。由此，保护圈7使密接部5A发挥密封效果地进行支承，同时突出唇3的密封部3A对密封环11的密封面11B强烈地密接地进行保持。端面密封2的其他结构，由与图1或图2相同的符号所表示的那样，大致为相同的结构。

密封部10，其加强壳体20由2个分割的部件结合而成。第1加强壳体20截面为T形，埋设在第1垫片21和第2垫片22之间。而且，第2加强壳体20通过第1壳体20的端部铆接固定，并对密封唇15进行支承。

如此结构的密封部10，在第2垫片22上设置第2密封部22A。该第2垫片22对密封环11的2个正交的面进行密封支承，并且第2密封部22A与密封环11密接，对被密封流体的进入进行密封。

而且，在第1垫片21上设有与壳体60的嵌合内周面密接的第1密封部21A。其他结构由与图1或图2相同的符号所表示的那样，大致为相同的结构。

图4是表示将图3的密封装置安装在旋转轴50与壳体60之间的状态的半剖视图。

该密封装置1如上所述，端面密封2被嵌接在旋转轴50上，通过密封部5A对与旋转轴50的接合面进行密封。同时，突出唇3由保护圈7的唇支承板7B保持，与密封环11的密封面11B强烈地密接，有效地对被密封流体进行密封。

同时，密封部10通过第1密封部21A而对壳体60密接嵌接。而且，密封部10，在轴向受到壳体60的凸部支承，在密封环11与第2加强壳体20之间借助第2垫片22而对密封唇15进行夹持。该密封唇15，其唇部15A与旋转轴50嵌合，在旋转轴50与密封环11之间，密封接合面17与旋转轴50密接。

因此，密封环11通过第2密封部22A进行密封嵌接，同时密封面11B被保持成具有高精度的垂直度。突出唇3与密封面11B密接，可发挥对被密封流体的密封效果。

下面对本发明的效果进行叙述。

本发明的较佳实施例的密封装置1，其密封部10与端面密封2相对结合成1对，故相对于旋转设备的组装及拆下修理极其容易。另外，即使密封部10与端面密封2的一方磨损，可仅更换其磨损的一方，具有降低成本的效果。

而且，突出唇3与密封环11的密封面11B以端面接触状态进行密接，因而能产生与被密封流体的高压、低压的压力相对应的密接力，有效地发挥密封能力。因此，当被密封流体的压力不是高压的场合，滑动阻力下降，具有减小旋转轴50的旋转动力能量的效果。

另外，密封唇15与旋转轴50密接进行密封，另一方面，突出唇3与密封环11密接进行密封，因而唇部15A与密封环11之间设有间隙，可进行分离。因此，可防止密封唇15的滑动发热向突出唇3的传热。其结果，能有效地防止突出唇3因该滑动发热温度而软化引起的密封能力下降。

而且，密封唇15滑动时产生的磨损粉不会向远离密封唇15的位置的突出唇3流入，因而能有效地防止磨损粉粘附在突出唇3上使密封部3A磨损。

另外，密封唇15的唇部15A通过突出唇3使被密封流体密封，故被密封流体的高压力不直接对唇部15A进行作用，故唇部15A按设定与旋转轴50密接，降低滑动阻力。因此，具有降低旋转轴50的动力能量的效果。

另外，实施例2的本发明的密封装置1，旋转轴50旋转中利用摩擦系数小的合成树脂制的密封唇15进行密封，旋转轴50停止时，如用密封能力好的橡胶材料制的突出唇3进行密封，则能有效地提高密封能力。

尤其是，当旋转轴50旋转或停止、进而被密封流体的压力随机状态地重复为高压、低压时，该密封装置1的结构中该材料的组合具有极其优良的效果。

而且，实施例3的本发明的密封装置1，当旋转轴50旋转或停止、进而被密封流体的压力随机状态地重复为高压、低压的场合，变动应力对该突出唇3进行作用。但是，突出唇3由保护圈7支承，故相对于变动的压力，能稳定地对突出唇3进行支承，使其发挥密封效果。

而且，在第四种实施方式的本发明的密封装置1中，在端面密封2中，突出唇3侧的被密封流体的第1受压面积S1比端面密封2的背端面的第2受压面积S2大，故只要将端面密封2安装在旋转轴50上，故可通过被密封流体的压力将端面密封2保持在旋转轴50上。因此，端面密封2的安装部的结构极其简单，并且安装作业也容易。

此外，在第五种实施方式的本发明的密封装置1中，加强环4的内周支承部4A通过保持在旋转轴50上的止转部6嵌接支承，故端面密封2可仅由形成强烈的面压的密接部5A嵌接保持在旋转轴50上，因此，通过密接部5A能发挥端面密封2与旋转轴50的嵌合面的密封效果，同时突出唇3具有可提高对于密封环11的密封面11B的密接度的效果。

另外，在第六种实施方式的本发明的密封装置1中，密封环与密封部动配合，故即使密封部与旋转轴的滑动伴随发热，因对突出唇是动配合，因而可防止传热。而且，被密封流体对密封部的外周进行作用，保持密封部与旋转轴的密接，发挥密封接合面的螺纹密封的密封效果。

产业上利用的可能性

如上所述，本发明的密封装置，适合于对高压的被密封流体或压力变动大的被密封流体进行密封。另外，对于气体或液体、甚至特殊的液化气体等被密封流体也能发挥优良的密封效果。因此，对于各种流体装置、搅拌机、压缩机等的密封部是有用的。

Claims (6)

1.一种密封装置，用于在收容旋转轴的壳体与所述旋转轴之间将低压侧与其压力比所述低压侧高的被密封流体之间隔断，其特征在于，包括密封部(10)和端面密封(2)，所述密封部(10)具有：密封地安装在所述壳体上、且在轴向的端面上具有密封面(11B)、在内周具有内周面(11A)的密封环(11)；密封唇(15)，该密封唇(15)的外周侧的保持部(15B)在所述密封环(11)的密封面(11B)的相反侧安装在所述壳体上，所述密封唇(15)还具有从所述保持部(15B)向所述内周面(11A)一侧延伸而与所述旋转轴嵌合密接的唇部(15A)，所述端面密封(2)具有：内周的密接部插入嵌合于所述旋转轴而向着轴向卡止、并从一端面的内周向所述密封面的外径方向倾斜而进行密接的突出唇(3)，所述端面密封(2)的面对所述突出唇(3)的所述一端面的被密封流体的受压面积(S1)比与所述突出唇(3)相反的背端面的受压面积(S2)大。

2.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封唇(15)由合成树脂材料制成，同时所述突出唇(3)由橡胶材料制成。

3.如权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，在所述突出唇(3)的内周面配置有保护圈(7)，以针对被密封流体的压力而对所述突出唇(3)进行支承。

4.如权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述端面密封(2)的所述密接部形成为周面密接部(5H)和侧面密接部(5V)，所述侧面密接部(5V)向着轴向而与设于所述旋转轴上的台阶部卡止。

5.如权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，在所述端面密封(2)上一体地设有具有内周支承部(4A)的加强环(4)，所述内周支承部(4A)通过嵌合在保持于所述旋转轴上的止转部(6)而得到支承。

6.如权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述密封唇(15)的唇部(15A)与所述密封环(11)的内周面(11A)非接触地动配合。

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