CN1016456B - 转轴的密封 - Google Patents

Abstract

公开一种用于转轴的干式密封。所述的密封包括具有轴侧壁和壳体侧壁的轴向整体的弹性密封元件。轴侧壁上设有多个径向向内延伸的圆周翼片，各翼片向一脊尖斜削。各翼片的剖面在过所述轴轴线的平面内是非对称的。脊尖指向相反的两个间隔的翼片在其间限定了一个圆周清除腔。可选择地，脊尖指向背离清除腔并有相同轴向方向的相邻翼片，在其间限定了圆周密封腔。

Description

本发明涉及密封装置，特别是转轴周围的干式密封。

在旋转的泵、风机、压缩机、搅拌机中，有一轴穿过被称作“填料箱”或“装料箱”的壳体。这些术语源于下列事实，即为了把泵、风机、压缩机、搅拌机等的内部与外部空间这两个环境隔开，以防止从一个环境向另一环境的泄漏，就必须把物料填充或封装在穿过壳体的轴的周围。软质填充材料被用于此目的。

目前，机械式的密封通常用于转轴的防流体密封。这些密封装置具有与转轴轴线垂直的径向平面。这些平面相互配合以起到轴承的作用。

迷宫式密封是典型的机械式密封。这种密封是非液密的，它仅是通过一迂回的路径以及产生紊流来限制泄漏。这种密封包括围绕轴的一个或一组环圈，用来使流体逐次地扩张。由于跨越各环腔间的压力差很小，故总泄漏量很小。上述环圈总保持有轴向间隙。作为迷宫式密封的例证可见艾伦（Allen）等人的英国专利第705，444号。

当不允许有外部泄漏存在时，通常用惰性气体进行消除。作为这种密封的例证可见佛里波格（Friberg）的美国专利第3，071，384号。这种密封利用恒定流量的惰性气体流并结合真空来防止沿轴向的泄漏（第5栏，30-74行）。这需要在密封的间隔段与转子和定子之间留有间隙。

另外，可以用液体来作为清除的介质以防止通过轴的泄漏并提供 润滑。但是，这样的密封很昂贵。而且，安装这种密封很费时，因而当更换该密封时，就需要过多的设备停机时间。还有其它一些原因使这种密封不受欢迎。通常，液体清除介质或者向环境中泄漏，或者向泵、风机或类似装置中泄漏，进而，上述的环境、被抽吸的介质或设备本身会受到污染。液体清除介质也会，并确实向空气中泄漏，因而可能产生不合要求的安全条件，包括潜在的失火危险。

此外，许多现有技术的密封，需将由轴驱动的装置拆卸后再更换密封。由于拆卸和重新安装装置需要附加的人工时间及停机时间，所以这也不受欢迎。

因此，需要提供一种干式、能防止沿轴向的泄漏且安装简便的密封。本发明即满足上述要求。

本发明设想了一种用于转轴的密封，这种密封可以被相对容易地更换，且较经济。这种密封沿轴向呈一整体，并利用若干个具有非对称剖面的翼片以及轴限定数个密封腔，用以防止或减少不希望的泄漏。

本发明的密封为干式密封，它包括一单个的、轴向延伸的整体弹性元件，或是多个这样的密封元件，每个元件具有一轴侧壁和一壳体侧壁。轴侧壁上设有多个径向向内延伸的圆周翼片，各翼片向一脊尖斜削。各翼片在含轴线的剖切平面中是非对称的。两个间隔相邻的翼片在其间限定一圆周的清除腔，该清除腔具有至少一个延伸穿过弹性密封元件直至清除腔的入口。上述清除腔两边翼片的脊尖指向在轴线方向背向清除腔。当密封被安置于轴的周围时，各翼片脊尖延伸至轴而仅留有很小或几乎没有间隙。可选择地，在上述清除腔两侧设置数个相邻的翼片，该翼片具有在同上述轴线方向上背向清除腔指向的脊 尖，并在翼片之间限定一个或多个密封腔。

使用时，先将密封安置在轴周围。再将惰性气体在一定压力下从清除腔入口引入至清除腔内。这样，惰性气体流入并清除限定在翼片间的各相邻的密封腔。使用时，清除气体的主要气流流向腔室的内部，旋转轴即由此延伸而来。

本发明的密封可以在很短的停机时间内很简便地被安装。而且，由于这种密封是“干式”密封，现有技术的液体清除密封装置的不合要求的安全条件，在不丧失润滑性的情况下均被克服。此外，密封的材料选择，如氟橡胶，能进一步降低密封和轴之间的摩擦。

本发明的其它许多优点及特征，通过下文的发明详细描述，附带的实例，附图及附带的权利要求书，将变得明显易懂。

附图中，

图1是实施本发明的密封的部分剖开透视图;

图2是实施本发明的密封的轴向剖视图，该密封固定在密封壳体中并围绕一转轴安置;

图3是放大的透视图，表示实施本发明的一个切开密封的未装配的元件，上述元件围绕一转轴安置，转轴的部分表示呈幻象。

由于本发明易于采用多种不同形式的实施例，故仅对本发明的优选实施例用附图来表示并进行详细描述。然而应当理解到，现进行的描述应作为本发明基本原理的实例，而不是用于将本发明限制于实施例所说明的范围。

在说明书的下文及权利要求书中，“轴向整体的”一词是指沿转轴轴线方向有一单个延伸的密封元件。但环绕着轴的圆周，密封也可以由一个或多个这种轴向整体的密封元件构成。

根据本发明的一个实施例，转轴36的密封10表示在图1和图2中。密封10包括一弹性密封元件11，该密封元件在轴向和圆周向均为整体的，且具有一轴侧12和一壳体侧14。轴侧12设有多个径向向内延伸的圆周翼片20，上述翼片与轴36一起限定一圆周的清除腔32，且可选择地，在清除腔32的两边限定环绕轴36的一个或多个圆周密封腔24。

各翼片20向脊尖22斜削。翼片20在含轴36的轴线的平面中，具有非对称的剖面21。翼片20的脊尖22在轴线方向背向清除腔32的指向角度，通常大约在25°至40°，最好是大约30°。翼片20的深度通常约为0.275英寸至约0.375英寸，最好是约0.3英寸。相邻翼片20间的间隔，通常大约在0.1英寸至约0.75英寸，最好是约0.4英寸。

两个指向相反的间隔的翼片20在其间限定了一圆周的清除腔32，该清除腔32经至少一个清除腔入口30与一惰性气体源（未示出）连通。最好是在垂直于轴36轴线的平面中，环绕清除腔32设置大致等间隔的六个清除腔入口30。

在优选实施例中，在清除腔32的两侧各设置了多个翼片，这样，脊尖22在相同的轴线方向背离清除腔32指向的两个相邻翼片20，共同限定了一圆周的密封腔24。最好是在清除腔32的两侧各设置一个与其相邻的密封腔24，而各设置至少三个这样的密封腔则更佳。这样把密封腔24限定为在过轴36轴线的平面内具有非对称的剖面，如图2所示。密封腔与清除腔的容积比，通常在大约为0.25至大约为2的范围内。最好是各密封腔的容积为清除腔容积的一半;然而，各单个密封腔的容积不一定是相等的。

各翼片20的脊尖22向转轴36延伸。当脊尖22无须接触到轴36时，脊尖22和轴36间的间隙很小，为0.050英寸或更小。这改善了整体密封特性。由于实际与轴36接触的是一带状接触区34，且至多只是密封10的一相对很小的表面，因而，在任何情况下，密封和轴之间的总接触面相对较小，故减小了摩擦。用对于转轴具有较低摩擦系数的加填料含氟聚合物来制造弹性密封元件，可以进一步减小摩擦。优选的加填料含氟聚合物，是如库姆尼克（Kumnick）等人的美国专利第2，891，921号中描述的加碳的含氟聚合物类型。这些含氟聚合物是市场买得到的。

弹性密封元件11在其一端面处限定一O型圈接受槽16。O型圈17放置在槽16中，用来防止密封10和密封壳体26之间的泄漏。

弹性密封元件11在一端的内部有螺纹，用以与密封壳体26上的螺纹啮合，这样，将密封10固定到密封壳体26上。

图3说明密封110的一替换实施例，在该替换实施例中，弹性密封元件111大致与密封元件11的外部及内部形状相同，但包括了环绕轴136安置的两个互补且轴向整体的部件138和140。这样，密封元件111沿轴136为一轴向的整体件，但它并不是环绕轴136的圆周整体件。轴向整体件138和140两者互补，且在安装时互补地围绕上述轴。本视图中，表示了未装配的密封110。所以，翼片120的脊尖122未表示成与轴136相接触，尽管在安装时，脊尖122可能顶在轴136上。

图3中还表示了清除腔132和六个清除腔入口130，上述入口130在垂直于轴136的平面内，环绕清除腔132的圆周大致等间 隔地设置。清除腔入口130的这种布局，与图1和图2中实施例的相应布局相同。

本发明优选实施例的使用，将结合图1和图2进行讨论。

首先将密封10环绕轴36安置，再使密封壳体26上的螺纹段28与密封10上的内螺纹段18相配啮合。因此，O型圈接受槽16中的O型圈17被推压与密封壳体26接触，以防止密封10和密封壳体26间的泄漏。

来自一气体源（未表示出）的惰性气体，通过清除腔入口30被引入到圆周的清除腔32内。最好是利用六个清除腔入口30来提供均衡分布的惰性气体。当所有密封腔24被引入的惰性气体清除后，惰性气体气流保持在沿着轴的方向，并流向轴伸出的腔室的内部。

翼片20与清除腔32、密封腔24以及轴36共同作用，防止了沿轴36方向的不需要的液体泄漏。这样，环境或设备的污染就被防止或至少降低了。翼片20的形状和排列方向，使得翼片能承受任何在轴向施加于其上的压力。

本发明可以由适应于所需要的工作环境的结构材料，经模制或机加工制成。特别优选的结构材料是前面提及的加填料的含氟聚合物。

由于通常无需拆卸由轴驱动的装置，本发明的密封可在很短的停机时间内安装完毕。

以上说明书用来作为说明而不能作为限制。在本发明的精神和范围内，其它变化也是可能的，且这些变化将提供给本领域的技术人员。

Claims (7)

1、用于转轴的密封，包括：

至少一个轴向整体的弹性密封元件，该密封元件具有一轴侧壁和一壳体侧壁，并在其轴侧壁上设有多个径向向内延伸的圆周翼片，各翼片向一脊尖斜削；

各翼片在过所述轴轴线的平面内具有非对称的剖面；

上述翼片中的相互间隔的两个翼片在其间限定一圆周清除腔；

上述翼片的脊尖，在所述密封环绕轴安置后，向所述的轴延伸；

设置在所述清除腔两侧的多个相邻的翼片，在其间限定一圆周密封腔；这些多个相邻的翼片的脊尖背离所述清除腔指向同一轴向方向，所述的密封腔在过所述轴轴线的平面内具有非对称的剖面。

2、根据权利要求1所述的密封，至少还设置有一个清除腔入口，该清除腔入口由所述的弹性密封元件限定，并从所述的弹性元件延伸至所述的清除腔。

3、根据权利要求2所述的密封，其特征在于：六个消除腔入口大致等间隔地环绕所述清除腔的圆周设置。

4、根据权利要求1所述的密封，其特征在于：所述的弹性密封元件包括多个轴向整体的部件。

5、根据权利要求1所述的密封，其特征在于：所述的弹性密封元件由加填料的含氟聚合物组成。

6、根据权利要求5所述的密封，其特征在于：所述的加填料含氟聚合物为加碳的含氟聚合物。

7、根据权利要求1所述的密封，其特征在于：所述的弹性密封元件是由两轴向整体的部件组成。

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