CN1023576C - 转轴的端部密封装置 - Google Patents

Abstract

密封装置含有固定在转轴(1)上的支承环(3)，借助弹性元件(10)压紧至支承环(3)上的环状止推元件(7)，以及防止止推元件(7)相对壳体(2)扭转的定位装置(13，14)。在壳体(2)和止推元件(7)之间安装密封环(20)，该环在径向截面内呈U型。其第一支环片(20-a)敷设并固定在壳体(2)上的环状凹槽(16)内，第二支环片(20-B)敷设在止推元件(7)上的环状凹槽(15)内，以其端部固定在止推元件(7)上，并且直接或者通过第一支环片(20-a)被压紧至壳体(2)上，而在弹性元件(10)弹力的作用下，这支环片要能够相对壳体(2)进行移动。

Description

本项发明属于湿法冶金生产设备的范围，更具体地说，属于转轴的端部密封装置，并且这项发明可以优先用于在磨粒悬浮液和具有结晶倾向的溶液中，存在很大压降的情况下，进行工作的液体泵上的转轴的密封装置，这里所指的结晶是进行氧化铝生产的悬浮液和溶液所特有的。

已知一种转轴对壳体的端部密封装置（PCT/GB83/03454），该装置含有固定于转轴上的并且与转轴形成密封连接的支承环，还有安装在转轴和壳体之间的环状止推元件，该止推元件安装得相对于转轴壳体有一定的径向间隙，沿转轴长度的方向相对于支承环可以进行移动，并且借助于弹性元件（弹簧）使具相对于壳体在支承环的方向内被弹簧作用着。环状止推元件要加以固定，以防止其相对壳体进行扭转。在壳体和环状止推元件之间安置用弹性材料制作的密封环，此密封环在径向截面内呈圆形。密封环朝外的部分放入制作在壳体上的环状沟。利用所提到的弹簧将环状止推元件压紧至支承环上，并且与支承环一起组成摩擦副，该摩擦副将分开高压腔与低压腔。

这种端部密封装置的缺点是在摩擦副（支承环-环状止推元件）磨损过程中，环状止推元件在弹簧作用下进行移动时，将显著增大密封环的摩擦量，这种摩擦量显著增大的现象，是由磨粒悬浮液的颗粒沾污环状止推元件上的密封环所沿着滑动的表面造成的。所指出的这种摩擦量的增大，亦即对环状止推元件移动的阻力的增大，可能引起环状止推元件活动性的丧失，从而使得这种端部密封装置在工作时不是充分可靠的。

还知道一种转轴对壳体的端部密封装置（JP，B，53-8030），此装置含有固定于转轴上的并且与转轴形成密封连接的支承环，还有安装在转轴和壳体之间的环状止推元件，该止推元件安装得相对于转轴和壳体都有一定的径向间隙，沿着转轴长度的方向相对于支承环可以进行移动，并且借助于弹性元件（弹簧）使其相对于壳体在支承环的方向内被弹簧作用着，该端部密封装置还含有防止环状止推元件相对壳体进行扭转的定位装置，以及用柔韧的弹性材料制作的装在壳体和环状止推元件之间的密封环。借助于所提到的弹簧，将环状止推元件压紧至支承环上，并且与支承环一起组成摩擦副。密封环在径向截面内呈U型形状，其凹部对着高压腔，并且安装得使其两支环片位于与转轴轴线相垂直的两个平面内，此外，一支环片以其个表面与壳体相连接，而另一支环片与环状止推元件相连接。

在这种端部密封装置工作时，密封环的两支环片在压差作用下经常以其外表面压紧结构的要密封的元件。随着环状止推元件相对壳体的移动（这种移动是由摩擦副磨损引起的），密封环在依然压紧所要密封的元件的情况下，像一个单皱纹的膜盒那样工作着，并且在径向截面内被拉长。

端部密封装置的这种结构，消除了密封环沿着被磨粒悬浮液的颗粒所沾污的环状止推元件的表面进行滑动，并且还消除了与这种情况相关连的环状止推元件移动阻力的增加。

但是，在这样的端部密封装置中，增加环状止推元件相对其初始位置的偏移，会增大弹性密封环在径向截面内的拉伸作用，因而也将增大环状止推元件的移动阻力。同时，上述阻力的增加将显著减小环状止推元件的行程，亦即减小摩擦副的允许磨损量，因而也就降低了端部密封装置的工作寿命。

此外，因为对密封环进行拉伸可以导致密封环变细，所以在压差作用下有可能将密封环压出至壳体和环状止推元件之间的间隙，，从而也可能造成环状密封元件丧失掉活动性。这样一来，在端部密封装置工作过程中，密封环的变细将降低密封装置的工作寿命，并且还可限制压差的范围。

本项发明的基本任务是要研制一种转轴对壳体的端部密封装置，在这种密封装置中，密封环所具有的形状和其相对于壳体的布置，密封环个别部分相对壳体和环状止推元件的固定，以及与壳体和环状止推元件的相互作用都要使得端部密封装置在宽压差的范围内，并且在悬浮液和具有结晶倾向的溶液内进行工作的情况下，能够保证在摩擦副磨损的过程中，环状止推元件在等于摩擦副所允许的最大磨损量的那一段上的移动阻力保持有实际上为恒定的值，而这样一来，就可以提高端部密封装置工作的寿命和可靠性。

所提出的任务是这样解决的，在转轴对壳体的端部密封装置中，含有固定于轴轴上的并且与转轴组成密封连接的支承环，还有安装在转轴和壳体之间的环状止推元件，该止推元件安装得相对于转轴和壳体都有一定的径向间隙，沿着转轴长度的方向相对于支承环可以移动并且借助于弹性元件使其相对于壳体在所提到的支承环的方向内被弹簧作用着，此端部密封装置还含有防止环状止推元件相对壳体进行扭转的定位装置，以及用柔韧的弹性材料制作的安装在壳体和环状止推元件之间的密封环，此密封环在径向截面内呈U型形状，并且由两支相互连接的环片组成，其中一支环片固定在壳体上，而另一个固定在环状止推元件上，另外，借助于所提到的弹性元件将环状止推元件压紧至支承环上，并且与支承环一起组成摩擦副，根据本项发明，在环状支承元件的外表面和壳体的内表面上制作有环状凹槽，这些凹槽在支承环一侧地开启的，密封环的两支环片紧实地敷设在上述的凹槽内，密封环上连接着两支环片的段落位于支承环的一侧，此外，安置在环状止推元件上环状凹槽内的一支环片，以其自由端部固定在环状止推元件上，同时将这支环片压紧至壳体上，并且在所提到的弹性元件的弹力作用下能够相对壳体进行移动。

设置用柔韧的弹性材料制作的并且在径向截面内呈U型形状的密封环，此密封环的一支环片紧实地敷设在壳体上的环状凹槽内，而另一支环片紧实地敷设在环状止推元件上的环状凹槽内，以其自由端部固定于环状止推元件，压紧至壳体上，并且能够相对壳体进行移动，另外，密封环上连接两支环片的段落位于支承环的一侧，以上这些措施可以防止磨损悬浮液的颗粒沾污敷设在环状止推元件上环状凹槽内的密封环的一支环片在摩擦副磨损过程中所沿着滑动的那段表面，因而可以使环状止推元件在滑动段上的移动阻力保持有比较恒定的值，而滑动段的大小由活动的一支环片的长度来决定，并且实际上是不受限制的，这就是说可以保证端部密封装置的工作具有高可靠性和长寿命。

在实施本项发明的一种方案中，安置在环状止推元件上的环状凹槽内的一支环片可以通过安置在壳体上的环状凹槽内的另一支环片压紧至壳体上。

在这种方案里，敷设在环状止推元件上环状凹槽内的密封环的一支环片，在摩擦副（支承环-环状止推元件）的磨损过程中，沿着这个密封环的另一支环片的表面进行滑动。

适当的是使安置在环状止推元件上环状凹槽内的一支环片的自由端，相对于壳体上的环状凹槽，在离开支承环的方向上偏移一段距离，该距离不小于预先规定的摩擦副的最大允许磨损量，并且使这支环片在上述的偏移段内直接压紧壳体。

在这种结构内，敷设在环状止推元件上环状凹槽内的密封环的一支环片，在摩擦副（支承环-环状止推元件）的磨损过程中，沿着金属壳体的表面进行滑动，与发生在一支环片沿另一支环片进行滑动时的阻力相比，这种情况可以减小移动环状止推元件的阻力。所指出的这种阻力的减小，在密封装置工作时可以降低环状止推元件卡住的几率。

适当的是，在安置于环状止推元件上环形凹槽 内的那支环片的自由端具有所提到的偏移的情况下，要在环状止推元件上制作出环状小沟，这种小沟在环状凹槽的底面是开启的，而在这支环片上制作有嵌入上述环状小沟内的环形凸棱。

这样的结构可以显著地减少由高压腔作用来的挤压力，该力将安放在环状止推元件上环状凹槽内的那支环片压紧至环状凹槽的侧壁上，因此，当端部密封装置在高压条件下进行工作时，不会将这支环片挤出至壳体和套圈之间的间隙，这样就能够防止环状止推元件移动阻力增加的可能性，而这就意味着可以更显著地提高端部密封装置工作的可靠性。压紧环片至环状凹槽侧壁的挤压力的减少是由下述情况造成的，位于低压腔一侧的环状小沟的环状小沟的侧壁与密封环的一支环片的环状凸棱相作用，并在小沟侧壁上承受着由高压腔作用到密封环上的大部分力。

下面利用对实施本发明的实例的详细说明和附图的引证说明解释一下本项发明，在附图上：

根据本项发明，图1表示转轴端部密封装置的纵剖面图;

图2用放大的比例表示图1上的部份B;

图3表示图1上的部份B，未装密封环;

与图2相比较，图4表示另外一种安装密封环的方案。

转轴1（图1）对壳体2的端部密封装置包含支承环3，利用配合将其固定于中间圆环4内，借助于螺钉（图上未示出）在中间圆环4的尾部5将中间圆环4与转轴1相连接。在中间圆环4与转轴1之间安置环状密封垫圈6，该垫圈可以保证支承环3通过中间圆环4与转轴1具有密封连接。在实施本项发明的一种方案中，可以不设中间圆环，在这种情况下，环状密封垫圈直接装在支承环和转轴之间。也可以采用其它的方案将支承环装在转轴上。在转轴1和壳体2之间安装环状止推元件7，并且安装得使其相对于转轴和壳体具有一定的间隙，这种环状止推元件由套圈8和利用配合固定在套圈8上的止推环9组成。也可以采用另外的结构方案制作环状止推元件，例如将套圈8与止推环9做成一个整体。环状止推元件7沿着转轴1长度的方向相对于支承环3可以移动，并且借助于作用在套圈8上的弹性元件10，例如弹簧，通过止推环9顶紧至支承环3上。支承环3和止推环9组成摩擦副，并且将转轴1和壳体2之间的空腔分成高压腔11和低压腔12。在壳体2上固定一个指向径向的拨销13，其端部插入套圈8的纵向槽14内。拨销13和纵向槽14构成环状止推元件7的定位装置，以防止止推元件7相对壳体2进行扭转。在套筒8的外表面和壳体2的内表面上分别制作有环状凹槽15和16（图3）这种凹槽在支承环3的一侧是开启的。在实施本项发明的一种方案中，环状凹槽16可以不直接制作在壳体2上，而是制作在中间圆环上，这种圆环可以密封地固定在壳体2的内表面上。套筒8上的环状凹槽15的端部可以相对壳体2上的环状凹槽16的环状凹槽16的端部偏移一个距离“A”，该距离不小于摩擦副3，9预先规定的最大允许磨损量。在环状止推元件7的套圈8上，制作有沿环状凹槽15的长度分布的且在环状凹槽15的底面为开启的环状小沟17。这种环状小沟17由环状凹槽15底面上的深沟形成，环状凹槽的底面在径向截面内呈波浪形。环状小沟在径向截面内也可呈其它形状，如矩形。制作套圈8的方案也可以是不带小沟17的。环状凹槽15和16分别终止于径向截面内具有“燕尾”形的环状沟18和19。在壳体2和套圈8之间安装密封环20（图2），该密封环由柔韧的弹性材料制作，如橡胶，并且在径向截面内呈U型形状。密封环20的一支环片20-a紧实地敷设在壳体2上的环形凹槽16内。另一支环片20-B紧实地敷设在套圈8上的环状凹槽15内，并且这支环片上制作有紧实地嵌入环状小沟17内的环状凸棱21。密封环20上连接两支环片20-a和20-B的段落20-C位于支承环3的一侧。环片20-a以其紧实地装入环状沟19内的端部固定于壳体2上。环片20-B以其紧实地装入环状沟18内的端部固定在套圈8上，并且在偏移段“A”以一定的力压紧壳体，这个力要允许带有止推环9的套圈8在弹性元件10弹力的作用下能够移动。根据套圈8活动性的情况，将环片20-B压紧至壳体2上的最大挤压力可以用已知的计算方法，根据壳体2和密封环20的材料，元件10的弹性力来确定，而在壳体和密封环之间存在润滑油的情况下，还与润滑油的特性有关。按照在偏移段“A”上保证有可靠的密封这个条件，将环片20-B压紧至壳体2上的最大挤压力可以用试验的方法进行选取。根据环片几何形状的不同，两支环片 20-a和20-B或者以比较不太大的力相互压紧，或者彼此间具有一定的间隙，当套圈8相对壳体2移动时，上述的力不能将套圈8卡住。两支环片20-a与20-B的相互位置，和它们相互作用的特点，以及这些环片的尺寸和几何形状，都容易根据结构的工艺性和简单性，以及可靠地密封高压腔一侧壳体2和套圈8之间的间隙的条件，用试验的办法加以选取。

在实施本项发明的一种方案中（图4），制作在套圈8上的环状凹槽的末端与制作在壳体2上的环状凹槽的末端沿转轴1长度的方向相重合。在这个方案内，环片20-B通过环片20-a压紧至壳体2上，并且所具有的长度超过预先规定的摩擦副的最大磨损量。在这种情况下，压紧环片20-B至壳体2上的最大挤压力决定于密封环20的材料和元件10的弹性力。

在端部密封装置工作时，支承环3（图1）与转轴1一起旋转，并且以其端面沿着固定在套圈8上的止推环9的端面进行滑动，套圈8借助于插入纵向槽14内的拨销13进行固定，以防止其转动。利用摩擦副3，9和密封环20，将高压腔11与低压腔12隔开。在端部密封装置进行工作的过程中，摩擦副3，9发生逐渐的磨损，此外，套圈8在弹性元件10作用下逐渐向支承环3一侧进行移动，并且保证止推环9经常压紧支承环3。当套圈8移动时，拨销13沿着纵向槽14移动，而密封环20的一支环片20-B（图2）在偏移段“A”上沿着壳体2的表面进行滑动。因为偏移量“A”不小于预先规定的摩擦副3，9的最大允许磨损量，而在这一偏移段上壳体2和环片20-B的接触表面受到遮蔽，并且不被磨粒悬浮液的颗粒所污染，所以摩擦力的大小以及与该摩擦力有关的环状止推元件7的移动阻力，在端部密封装置整个运行期间将不会显著增大，这样将可提高密封装置工作的寿命和可靠性。

在端部密封装置工作地过程中，高压腔11一侧的压力作用着密封环20，其总合力的水平分力F力图将环片20-B压紧至环状凹槽15的侧壁上，并且力图将其挤出至壳体2和套圈8之间的间隙。位于低压腔一侧的环状小沟17的侧面与环状凸棱21相作用，并在该侧面上承受着力F的绝大部分，因此，力F₁将大大小于力F，而环片20-B是以力F₁压紧至环状凹槽15的侧壁上的。环状小沟17和相应的环状凸棱21的数量，以及它们的形状和尺寸，按照防止将环片20-B挤出至壳体2和套圈8之间的间隙的条件，可以根据工作压力的大小，密封环20的材料，以及其它的某些特性，通过试验方式进行选取。同时，消除将环片20-B挤出至壳体2和套圈8之间的上述间隙，也可防止环状止推元件7移动阻力增加的可能性，因而可以更显著地提高端部密封装置工作的可靠性。除此之外，环状小沟17和环状凸棱21的形状，要选择得在套圈移动的过程中，防止密封环20的环片20-B从环状凹槽中脱出的段落在套圈外面进行咬合的可能性。

在实施本项发明的方案中（图4），当着制作在套圈8上的环状凹槽的末端，沿着转轴的长度与制作在壳体2上的环状凹槽的末端相重合的情况下，密封环20的环片20-B在摩擦副3，9摩擦的过程中，将沿着环片20-a的表面进行滑动。

Claims (3)

1、转轴对机壳的端部密封装置，包含固定于转轴(1)上的并与转轴(1)形成密封连接的支承环(3)，在环状止推元件(7)的外表面和壳体(2)的内表面上制作有环状凹槽(15)(16)，为防止环状止推元件(7)相对于壳体(2)进行扭转，具有定位装置(13)(14)，密封环(20)的两支环片(20a)(20b)的段落位于支承环(3)的一侧，环片(20b)的自由端固定在止推元件(7)上并被压紧在壳体(2)上，并在弹性元件(10)的作用下能够相对壳体(2)移动，其特征在于：安置在环状止推元件(7)上的环状凹槽(15)内的一支环片(20b)可以通过安置在壳体(2)上环状凹槽(16)内的另一支环片(20a)被压紧至壳体(2)上。

2、根据权利要求1所述的端部密封装置，其特征在于：安置在环状止推元件（7）上环状凹槽（15）内的一支环片（20b）的自由端，相对于壳体（2）上的环状凹槽（16），在离开支承环（3）的方向上偏移一段距离“A”，该距离不小于预先规定的摩擦副的最大允许磨损量，并且这支环片（20b）在上述的偏移段上将直接压紧至壳体（2）上。

3、根据权利要求2所述的端部密封装置，其特征在于：在环状止推元件（7）上制作有环状小沟（17），这种小沟在环状凹槽（15）的底面是开启的，而安置在这个环状凹槽（15）内的环片（20b）上制作有凹棱（21），该凸棱嵌入所指出的环状小沟（17）内。

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