CN102378872A - 波纹管型机械密封 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够降低对波纹管的振动的影响的波纹管型机械密封。该波纹管型机械密封(1)包括：第一环状部件(13)，其固定于旋转轴(30)；第二环状部件(14)，其在比第一环状部件(13)靠近轴孔(21)的开口部侧的位置，通过波纹管(11)而弹性支撑于壳体(20)；以及密封环(12)，其具有垂直于与第一环状部件(13)自由滑动地接触的轴的第一密封端面(12a1)、和垂直于与第二环状部件(14)接触的轴的第二密封端面(12a2)，其中，所述波纹管型机械密封还包括定心部件(16)，其分别与密封环(12)的朝向环状间隙的非密封对象区域侧的内周面、和第二环状部件(14)的内周面接触，使密封环(12)和第二环状部件(14)的轴中心一致。

Description

波纹管型机械密封

技术领域

本发明涉及一种波纹管型机械密封。

背景技术

众所周知，在石油精制、石油化学设备或制铁化学设备等中，作为处理超过200℃的高温、且含有很多固体成分的柏油、焦油、或沥青等流体的泵的轴封装置，有具有波纹管的机械密封(参照非专利文献1)。

参照图6～图8，对现有波纹管型机械密封进行说明。图6为说明现有波纹管型机械密封结构的剖面示意图。图7为图6的X方向剖面图。图8为说明其它现有波纹管型机械密封结构的剖面示意图。

图6所示的机械密封100通过密封环102与固定于旋转轴300的接合环103互相自由滑动地接触，从而密封壳体200与旋转轴300之间的环状间隙，其中所述密封环102利用止动器104、波纹管101、套环105、密封盖202等弹性支撑于壳体200。

密封环102被热压嵌入或压入焊接于波纹管101的一端的止动器104。波纹管101的另一端焊接有套环105。套环105固定于安装在壳体200的轴孔201的开口部的密封盖202。另一方面，接合环103与固定在旋转轴300的外周面的套筒(sleeve)301固定。

密封环102与接合环103使垂直于轴的端面彼此接触而沿轴向并列设置，通过使旋转轴300相对于壳体200旋转，而使密封环102与接合环103沿周向相互滑动。波纹管101弹性地承受由密封环102与接合环103的滑动产生的滑动转矩，提高了密封环102相对于接合环103的跟随性。

另外，设置挡板套筒(baffle sleeve)203，其能够将蒸汽等阻封流体引导到密封端面，清洗来自密封端面的渗漏液，并能够冷却和润滑密封端面。挡板套筒203安装于密封盖202，且具有圆筒部203a，其在密封环102和接合环103的内径侧沿轴向延伸。

如图7所示，在止动器104的内周面设置有由多个向内径方向突出的突出部构成的缓冲器104a。该缓冲器104a的突出使止动器104的内周面与挡板套筒203的圆筒部203a的外周面之间的间隙部分地缩小，且不妨碍止动器104在轴向上移动。由此，限制止动器104在垂直于轴的方向上移动，例如，能够抑制因密封端面的润滑不足等引起的密封端面高频周向微振动(粘着滑动)，防止因振动对波纹管101的焊接部分造成损伤。

但是，在如上所述将密封环102被热压嵌入或压入止动器104而成为一体的结构中，具有在高温下使用时，会在波纹管101、密封环102和止动器104的热膨胀系数差的影响下，导致密封性下降，以及因密封端面的局部接触而引起损伤等问题。

因此，在图8所示的机械密封100′中，不将密封环102′固定于止动器104′，而是利用抛光(表面研磨)后的彼此面接触。由此，降低了热膨胀系数差的影响，即使在高温下使用，也能够保持密封性，能够抑制因热变形的影响等引起的损伤。另外，不需要热压嵌入或压入、以及之后的热处理等特殊工序，能够降低制造成本。

另外，在该机械密封100′中，在挡板套筒203′的圆筒部203a的前端设置有凸部203b，该凸部203b有间隙地嵌入到设置于密封环102′的内周面的缺口102a处，联合挡板套筒203′与密封环102′。由此，使滑动转矩不会传递给波纹管101。

另外，止动器104′的内周面设置有缓冲器104a′，其是向内径方向突出的多个突出部。缓冲器104a′与上述图6中所示的机械密封100的缓冲器104a相同，用于限制止动器104′在垂直于轴的方向上移动，能够抑制波纹管11的摇晃。在止动器104′的内周面的多个位置处向内径方向突出，部分地缩小止动器104′与挡板套筒203′的圆筒部203a之间的间隙。

在密封环102′的外周面和止动器104′的外周面，利用部分缩小外径而成的台阶部102b和台阶部104b，形成环状凹部，在该凹部中安装有对密封环102′和止动器104′定心的定心壳体106。

但是，若考虑由热膨胀导致的尺寸变化，则由于定心壳体106是保持微小间隙而嵌入的，因此在焦油或沥青等流体进入间隙并固着于此时，振动会传递到波纹管101，引起波纹管101的损伤。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：高橋秀和、“损伤防止機構付き高温用波纹管密封”、“產業機械、No.682、2007年7月号”、社団法人日本產業機械工業会、平成19年7月20日、p.38-40

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术的问题而完成的，其目的在于提供一种能够降低振动对波纹管造成的影响的波纹管型机械密封。

为了达到上述目的，本发明提供了一种波纹管型机械密封，其用于密封设置于壳体的轴孔和插入该轴孔的旋转轴之间的环状间隙，其包括：

第一环状部件，其固定于所述旋转轴；

第二环状部件，其在比所述第一环状部件靠近所述轴孔的开口部侧的位置，通过波纹管而弹性支撑于所述壳体；以及

密封环，其具有垂直于与所述第一环状部件自由滑动地接触的轴的第一密封端面、和垂直于与所述第二环状部件接触的轴的第二密封端面，

所述波纹管型机械密封的特征在于，

包括定心部件，其分别与所述密封环的朝向所述环状间隙的非密封对象区域侧的内周面、和所述第二环状部件的内周面接触，使所述密封环和所述第二环状部件的轴中心相一致。

根据本发明，由于将使密封环和第二环状部件的轴中心一致的定心部件设置于非密封对象区域，因此，能够抑制象现有技术那样的由密封对象流体的固定引起的振动向波纹管传递。即，根据本发明，不会产生焦油或沥青等具备高温时具有流动性、温度降低时固化的性状的密封对象流体，进入定心部件与密封环和第二环状部件之间的间隙并固着于此的情况。因此，能够抑制由第一环状部件和密封环的滑动引起的振动传递到波纹管，抑制波纹管发生损伤。

本发明的波纹管型机械密封还可以包括挡板套筒，其固定于所述壳体，且具有圆筒部，该圆筒部在所述旋转轴的外周面与所述第二环状部件和所述密封环的内周面之间沿轴向延伸，将阻封流体引导到所述第二环状部件和所述密封环之间的密封面的内周侧。

由此，定心部件与密封环和第二环状部件之间的间隙被阻封流体清洗，能够很好地保持密封环与第二环状部件之间的密封面的接触状态。

本发明的波纹管型机械密封还可以包括弹性部件，其对所述第二环状部件向外径方向施加弹力。

由此，弹性部件能够缓冲由固定于旋转轴的第一环状部件与密封环的滑动而对第二环状部件产生的振动，能够抑制振动传递到波纹管。所述弹性部件可以安装在所述挡板套筒的所述圆筒部的外周面与所述定心部件的内周面之间、或者安装在所述挡板套筒的所述圆筒部的外周面与所述第二环状部件的内周面之间。

另外，所述弹性部件可以为环状的板簧。

由此，能够简单地形成抑制波纹管的振动的结构。

根据本发明，能够降低振动对波纹管造成的影响。

附图说明

图1为说明本发明实施例1的波纹管型机械密封的结构的剖面示意图；

图2为说明本发明实施例2的波纹管型机械密封的结构的剖面示意图；

图3A为弹性部件的剖面示意图；

图3B为图3A的A方向剖面图；

图4为说明本发明实施例3的波纹管型机械密封的结构的剖面示意图；

图5为说明弹性部件的其它结构的立体示意图；

图6为说明现有的波纹管型机械密封的结构的剖面示意图；

图7为图6的X方向剖面图；

图8为说明其它现有的波纹管型机械密封的结构的剖面示意图。

附图标记说明

1波纹管型机械密封

11波纹管

12密封环

13接合环

14止动器

15套环

20壳体

21轴孔

22密封盖

23挡板套筒

30旋转轴

具体实施方式

以下参照附图，利用实施例对本发明的实施方式进行详细说明。但是，本实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对设置等，除非有特别的记载，本发明的范围不限定于此。

(实施例1)

参照图1，对本发明实施例1的波纹管型机械密封进行说明。图1为说明本发明实施例1的波纹管型机械密封的结构的剖面示意图。

本实施例的波纹管型机械密封1，在石油精制、石油化学设备或制铁化学设备等中，用作处理柏油、焦油、或沥青等超过200℃的高温、且含有很多固体成分的流体的泵的轴封装置。

波纹管型机械密封1的大致结构是，使密封环12分别与固定于旋转轴30的接合环13、和止动器14密封接触，从而密封壳体20的轴孔21与旋转轴30之间的环状间隙，其中所述止动器14经由波纹管11、套环15、密封盖22等弹性支撑于壳体20。由此，防止焦油或沥青等密封对象流体从作为设备内的密封对象区域(O)向作为大气侧的非密封对象区域(A)泄露。

另外，波纹管型机械密封1包括挡板套筒23，其用于引导对密封环12和止动器14的密封面等进行清洗的蒸汽等阻封流体。挡板套筒23具有圆筒部23a，其在密封环12和止动器14等的内周面与旋转轴30的外周面之间沿轴向延伸。挡板套筒23由SUS630等金属材料构成。

作为第一环状部件的接合环13利用止动器32与固定于旋转轴30的外周面的套筒31固定，所述止动器32由42％的Ni-Fe等5×10^-6(1/℃)左右的低热膨胀系数的金属材料构成。接合环13在其位于轴孔21的开口部侧的端部具有垂直于轴的端面13a。

作为第二环状部件的止动器14为由热膨胀系数与铬镍铁合金625等金属或波纹管11的材料大致近似的不同类型的材料构成的环状部件，波纹管11的一端焊接于止动器14的位于轴孔21的开口部侧的端部。

波纹管11为铬镍铁合金625等金属制的波纹状部件。如图1所示，波纹管11整体成为波纹筒状，是通过焊接等将多个形成波形截面的金属圆盘(金属制隔膜板)的内周部或外周部彼此连接而形成的。另外，如图1所示的波纹管11只是焊接波纹管的具体结构的一个例子，本发明的各实施例中使用的波纹管的结构，并不限定于如图1所示的结构。此外，在图2、图5、图6、图8中，省略了波纹管11的具体形状示图。

套环15焊接于波纹管11的另一端。套环15为SUS304等金属制环状部件，固定于安装于壳体20的轴孔21的开口部的密封盖22。

上述互相焊接的止动器14、波纹管11、套环15这三个部件，可以作为一个单元(波纹管组装体)安装于壳体20(密封盖22)。

止动器14在远离轴孔21开口部侧的端部具有垂直于轴的端面14a。另外，止动器14在内周面的多个位置处设置有由向内径方向突出的突出部构成的缓冲器14b，所述突出部部分地缩小止动器14内周面与挡板套筒23的圆筒部23a外周面之间的间隙。由于缓冲器14b的具体结构与图6所示的机械密封100的缓冲器104a(参照图7)、和图8所示的机械密封100′的缓冲器104a′相同，因此省略其详细说明。另外，在止动器14与挡板套筒23的圆筒部23a之间的间隙在相邻的突出部之间形成扩大区域，该扩大区域成为易于将从密封盖22的阻封孔22a供给的阻封流体沿着挡板套筒23的圆筒部23a的外周引导到密封端面侧的扩大流路。

密封环12在轴向两侧具有垂直于轴的密封端面12a1、12a2。远离轴孔21的开口部侧(即设备内侧)的密封端面12a1(第一密封端面)与接合环13的端面13a接触，轴孔21的开口部侧的密封端面12a2(第二密封端面)与止动器14的端面14a接触。与止动器14接触的密封端面12a2的宽度设定为与接合环13接触的密封端面12a1的宽度大致相同、或比密封端面12a1的宽度略窄。

接合环13的端面13a与止动器14的端面14a均进行了抛光(表面研磨)，具有与密封环的密封端面12a1、12a2相同的表面粗糙度的平坦度。利用波纹管11的弹力负载和由流体压力产生的压紧力使上述抛光面互相密封接触。

密封环12的内周面设置有一个或多个缺口12b，设置于挡板套筒23的圆筒部23a的前端的凸部23b与缺口12b具有微小的间隙并啮合(有间隙地嵌入)(参照图1的中央部被圆包围的虚线部分)。通过该接合结构，密封环12能够自由地沿轴向移动，但是周向的移动即旋转运动被限制。

因此，密封端面12a1利用旋转轴30的旋转而自由滑动地与接合环13的端面13a接触，但是，由于密封环12相对于止动器14的旋转被限制，因此，与止动器14的端面14a接触的密封端面12a2为不产生旋转滑动的大致静止的密封面。

另外，在密封环12的内周面设置有使密封环12的位于止动器14侧的内径扩大的台阶部12c。在止动器14的内周面也设置有使止动器14的位于密封环12侧的内径扩大的台阶部14c。这些台阶部12c、14c设定为内径尺寸分别大致相同，而在密封环12与止动器14的接缝处形成环状的凹部。该凹部安装有定心壳体16，作为对密封环12与止动器14定心的定心部件。定心壳体16为由与密封环12相同的材料、或者热膨胀系数小于等于密封环12的材料(例如SiC)制造的环状部件，在径向具有微小间隙地被嵌入凹部。

如上所述，与现有技术不同，在本实施例中，密封环12不是固定于止动器14，而是能够在接合环13和止动器14之间在垂直于轴的方向自由滑动。因此，利用波纹管11的伸缩吸收因热膨胀等的影响引起的轴向尺寸变化，利用垂直于轴的密封端面之间互相滑动(偏离)吸收垂直于轴的方向(径向)的尺寸变化。由此，即使在高温环境下，与接合环13滑动接触的密封环12的密封端面的平坦度不会受到热膨胀的影响，能够保持密封性。另外，不会受到止动器14自身的压力变形和热变形影响。

而且，与现有技术不同，由于密封环12不固定于止动器14，因此不需要热压嵌入或压入、以及之后的热处理等特殊工序，并且也不需要用于上述工序的设备。因此，能够降低成本并节省工时。而且容易进行密封环的更换作业。

另外，在本实施例中，用于对密封环12和止动器14定心的定心壳体16，安装于设置在密封环12和止动器14的非密封对象区域侧的各内周面的台阶部。即，由于考虑了热膨胀系数差，以微小间隙嵌入的定心壳体16不在密封对象流体中，因此，即使密封对象流体为具有低温时易固化或固定的性质的流体或固体成分较多的流体，密封对象流体也不会固着在在定心壳体16与密封环12和止动器14之间的间隙。而且，由于定心壳体16设置于阻封流体侧，因此，所述间隙经常被阻封流体清洗，密封部的抛光端面之间能够经常顺利地接合。

(实施例2)

参照图2～图3B，对本发明实施例2的波纹管型机械密封1′进行说明。图2为说明本发明实施例2的波纹管型机械密封1′的结构的剖面示意图。图3A和图3B为说明弹性部件的结构的示意图，图3A为弹性部件的剖面示意图、图3B为图3A的A方向剖面图。在此，对与上述实施例1相同的结构，附以相同的符号，省略其详细说明，仅说明与实施例1不同的部分。未说明的结构与实施例1相同。

本实施例包括向外径方向对止动器14施加弹力的弹性部件17。弹性部件17安装于设置在定心壳体16′的内周侧的环状槽16a，与挡板套筒23的圆筒部23a弹性接触。弹性部件17为极薄且具有弹性的带状部件(环状板簧部件)，在一面设置有多个形式相同的R状的突起17a。弹性部件17环状安装于挡板套筒23的圆筒部23a与定心壳体16′之间，同时突起17a被收容于定心壳体16′内周的环状槽16a，从而限制其轴向移动。

弹性部件17通过使突起17a向半径方向变形而具有的弹性力，由此使平面部分(内周侧)17b以极低的表面压力与挡板套筒23的圆筒部23a的外周接触，通过定心壳体16′来缓冲密封环12和止动器14的振动。弹性部件17的平面部分(内周侧)17b与挡板套筒23的圆筒部23a的外周能够沿轴向自由滑动。

在此，适当设定弹性部件17的各部分的尺寸和结构、以及作用于定心壳体16′的内周面和挡板套筒23的圆筒部23a的外周面的表面压力(弹力)的大小等，使得能够利用突起17a的变形来充分缓冲由密封环12与接合环13的滑动产生的振动，并且，设定平面部分17b接触的表面压力为不妨碍密封环12和止动器14的轴向自由移动(波纹管11的伸缩)。

根据本实施例，一旦在抛光的密封端面的接合部发生固着时，密封端面的粘着滑动会传递给止动器14并使其振动，但是，由于该振动被弹性部件17缓冲，因此，能够抑制振动向波纹管11传递，能够防止波纹管11的焊接部分的损伤等。

另外，由于弹性部件17收纳于定心壳体16′的内周，定心壳体16′为独立的，因此，易于与挡板套筒23的圆筒部23a嵌合，容易组装。

(实施例3)

参照图4对本发明实施例3的波纹管型机械密封1″进行说明。图4为说明本发明实施例3的波纹管型机械密封1″′的结构的剖面示意图。在此，对于与上述各实施例相同的结构，附以相同的符号，省略其详细说明，仅对于上述各实施例不同的部分进行说明。未说明的结构与上述各实施例相同。

在本实施例中，在止动器14′的内周侧设置有环状槽14d，弹性部件17安装于该环状槽14d。即，相对于上述实施例2经由定心壳体16′来缓冲密封环12和止动器14的振动，本实施例利用弹性部件17直接缓冲止动器14′的振动。

这样，通过未经由其它部件而是直接缓冲止动器14′的振动，能够将由热膨胀等引起的尺寸变化产生的缓冲特性的变化抑制到最小限度。另外，上述实施例2和实施例3的弹性部件17的结构，并不限于

上述结构，只要是能够向径向施加弹力的结构，就可以适当采用。例如，也可以是如图5所示的弹性部件17′。图5为说明弹性部件的另一结构的立体示意图。

图5所示的弹性部件17′为，在由不锈钢等构成的薄带板材上冲压形成多个凸部17a′，并弯曲成环状的结构。该弹性部件17′因形成多个凸部17a′而使周向的截面形状(从轴向看的截面形状)呈波形，多个凸部17a′与定心壳体16′或止动器14′弹性接触，由此能够缓冲止动器等的振动，抑制振动向波纹管11传递。

Claims (6)

1.一种波纹管型机械密封，其用于密封设置于壳体的轴孔和插入该轴孔的旋转轴之间的环状间隙，其包括：

第一环状部件，其固定于所述旋转轴；

第二环状部件，其在比所述第一环状部件靠近所述轴孔的开口部侧的位置，通过波纹管而弹性支撑于所述壳体；以及

密封环，其具有垂直于与所述第一环状部件自由滑动地接触的轴的第一密封端面、和垂直于与所述第二环状部件接触的轴的第二密封端面，

所述波纹管型机械密封的特征在于，

包括定心部件，其分别与所述密封环的朝向所述环状间隙的非密封对象区域侧的内周面、和所述第二环状部件的内周面接触，使所述密封环和所述第二环状部件的轴中心一致。

2.根据权利要求1所述的波纹管型机械密封，其特征在于，

包括挡板套筒，其固定于所述壳体，且具有圆筒部，该圆筒部在所述旋转轴的外周面与所述第二环状部件和所述密封环的内周面之间沿轴向延伸，将阻封流体引导到所述第二环状部件和所述密封环之间的密封面的内周侧。

3.根据权利要求2所述的波纹管型机械密封，其特征在于，

包括弹性部件，其对所述第二环状部件向外径方向施加弹力。

4.根据权利要求3所述的波纹管型机械密封，其特征在于，

所述弹性部件安装在所述挡板套筒的所述圆筒部的外周面与所述定心部件的内周面之间。

5.根据权利要求3所述的波纹管型机械密封，其特征在于，

所述弹性部件安装在所述挡板套筒的所述圆筒部的外周面与所述第二环状部件的内周面之间。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的波纹管型机械密封，其特征在于，

所述弹性部件为环状的板簧。

Images