CN102405365A - 机械密封装置 - Google Patents

Abstract

一种机械密封装置，小型并能有效地进行密封面的洗净且能合适地进行密封流体及冷却液的密封。在机械密封装置(1)中，在固定密封环(130)上双层形成有实际液体用密封面(131)和冷却水用密封面(132)，在它们之间的密封槽(133)中流动有冷却液。在固定密封环(130)中形成有沿轴向贯穿固定密封环(130)的冷却液用孔(134)，冷却液经由该冷却液用孔(134)在固定密封环(130)的背面的中间室(C)与密封槽(133)之间流入流出。

Description

机械密封装置

技术领域

本发明涉及一种作为离心泵、搅拌机等的轴密封件是优选的机械密封装置。

背景技术

以往，在对含有浆液的密封流体(被密封流体)进行密封时，可能会出现浆液滞留在密封零件之间、密封流体的固态物附着于密封面或堵住密封零件之间的情形。因此，对于这种密封流体，尤其是若泄漏到空气中则会析出这样的液体，需要进行冷却，并将析出物冲走。为此，需要另外对冷却液进行密封，以往，一般采用将两个机械密封件直线并排的双端面机械密封件。

此外，还公开有一种机械密封装置，在该装置中采用下述结构：在密封盖上设置冲洗通路，利用冲洗液将固定用密封环及旋转用密封环的与被密封流体接触的内周面洗净(参照PCT国际公开WO2006/137305号公报(专利文献1))。

专利文献1：PCT国际公开WO2006/137305号公报

发明的公开

发明所要解决的技术问题

然而，将两个机械密封件直线并排的双端面机械密封件存在以下问题：其轴向长度变长，有时不能安装于离心泵等。

此外，在例如专利文献1所公开的机械密封装置中，存在冲洗液(冷却液)的流路较长，不易有效地将析出物冲走的问题。

此外，在这种进行冷却的密封装置中，冷却液有可能泄漏到机内侧空间或机外侧空间，对冷却液也需要进行与密封流体同样严密的密封，存在结构复杂且变得大型的问题。

此外，在使用垫片作为在轴向上移动的密封环的两次密封件的以往的机械密封装置中，存在以下问题：在被密封流体含有浆液等情形下，有时会出现浆液滞留在垫片与轴之间，在垫片与轴之间析出固态物的情况，两次密封件的工作性变差，密封流体可能会泄漏。

本发明鉴于上述技术问题而作，其目的在于提供一种机械密封装置，该机械密封装置小型，并能有效地进行密封面的洗净，且能合适地进行密封流体与空气的阻断，此外还能防止冷却液泄漏到机内侧空间或机外侧空间。

解决技术问题所采用的技术方案

为解决上述技术问题，本发明的机械密封装置将外壳与贯穿该外壳上形成的开口的转轴之间密封来对外壳内的流体进行密封，具有：旋转环，该旋转环设置于上述旋转环，在上述转轴的轴向一个端部具有密封面；固定环，该固定环是设置于上述外壳并具有与上述旋转环的上述密封面相对配置的相对面的固定环，具有第一密封面、第二密封面、密封槽、多个流体流路，上述第一密封面环状地形成于上述相对面并与上述旋转环的上述密封面紧贴滑动，上述第二密封面与上述第一密封面分隔地环状形成于上述相对面的上述第一密封面的外周侧或内周侧，并与上述旋转环的上述密封面紧贴滑动，上述密封槽形成于上述第一密封面与上述第二密封面之间，上述多个流体流路形成于上述固定环的内部，一个开口与上述密封槽连通；以及冷却液供给路，该冷却液供给路与形成于上述固定环的上述流体流路的另一个开口连通，使冷却液经由上述流体流路流入流出上述密封槽。

在如上所述构成的机械密封装置中，冷却液在设于密封面的槽、即双层形成于固定环(固定密封环)的第一密封面与第二密封面(实际液体用密封面与冷却水用密封面之间的密封槽中流动，因此，冷却液能直接与滑动环(固定密封环、旋转密封环)接触，从而能有效地洗净，并能合适地进行与空气的阻断，此外能有效地发挥润滑、冷却、密封流体的强制排出这些效果。

作为优选，本发明的机械密封装置的特征是，具有设置于上述外壳的密封盖，上述冷却液供给路具有：形成于上述密封盖的内周部的中间室；将上述密封盖贯穿而形成并将冷却液供给到上述中间室的冷却液入口；以及将上述密封盖贯穿而形成并将冷却液从上述中间室排出的冷却液出口，上述固定环的上述流体流路的另一个开口与上述中间室连通。

根据如上所述构成的机械密封装置，冷却液不会泄漏到机内侧空间B，也不会泄漏到机外侧空间A。

此外，作为优选，本发明的机械密封装置的特征是，上述冷却液入口形成于铅垂方向下方侧，上述冷却液出口形成于铅垂方向上方侧。

根据如上所述构成的机械密封装置，冷却液能从下部朝向上部流动，不会使空气残留在内部，冷却液能充满密封槽和与之相连的流体流路。此外，被导入固定环的密封槽的冷却液吸收在密封面(滑动面)产生的热来进行冷却，此时由于冷却液自身的温度上升，因此相对地朝上部流动。在本发明的机械密封装置中，冷却液从上部排出，因此能将温度上升后的冷却液合适地排出，此外能从下部导入低温的冷却液，从而能提高冷却效率。此外，由于形成这种冷却液的流动，因此，即便将冷却液导入密封面的流路的直径较窄，也能利用在密封槽中产生的冷却液的流动来合适地维持冷却液的流动，从而能合适地维持冷却等效果。

此外，作为优选，本发明的机械密封装置的特征是，具有波纹管，该波纹管将密封流体侧空间与上述中间室之间分隔开，并将上述固定环朝上述旋转环方向弹性地按压。

根据如上所述构成的机械密封装置，即便在密封流体含有浆液等的情形下，也能防止两次密封件的工作性变差，并能防止密封流体泄漏，从而能维持合适的密封性能。

此外，作为优选，本发明的机械密封装置的特征是，具有第二弹性元件，该第二弹性元件与上述波纹管一起将上述固定环朝上述旋转环方向弹性地按压。

根据如上所述构成的机械密封装置，即便具有两个密封面，由于除了波纹管以外还利用弹性元件来按压固定环，因此也能合适地将固定环的密封面按压于旋转环，从而能维持合适的密封性能。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的机械密封装置的结构的图，是表示机械密封装置安装于离心泵的转轴贯穿部位的状态的剖视图。

图2是表示图1所示的机械密封装置的固定密封环的密封面的图。

图3是表示在图1所示的机械密封装置中使密封盖与密封套环组合的状态的主视图。

具体实施方式

参照图1～图3对本发明一实施方式的机械密封装置进行说明。

在本实施方式中，对用作离心泵的轴密封件的机械密封装置进行例示来说明本发明。

如图1所示，机械密封装置1对于转轴2在开口60的部位将转轴2与壳体6之间密封(封闭)，上述转轴2贯穿在离心泵的装置主体的壳体6(以下简称为壳体6)上形成的开口60，并朝离心泵的装置内外延伸。藉此，机械密封装置1将离心泵的内外密封，能防止装置内部的流体(密封流体)泄漏到外部，并能防止装置外部的外部气体(空气)进入装置内部。

另外，在图1中，图纸左侧为机内侧，壳体6的开口60的内周面60a的内部空间为机内侧空间B，图纸右侧为机外侧(空气侧)，是机外空间(空气空间)A。

机械密封装置1作为主要构成部件具有密封盖110、固定密封环130、金属波纹管150、螺旋弹簧170、密封套环210及旋转密封环230。

如上所述，转轴2穿过机械密封装置1的壳体6的开口60并沿装置主体的内外贯穿，被未图示的轴承支承成能旋转。在供转轴2贯穿的开口60的外部侧的端部周边的外表面(开口外端部周面)60b上，从内部朝向外部插入有四根双头螺栓101，机械密封装置1被这些双头螺栓101设置。

如图3所示，密封盖110主视形状形成大致四边形，从中心朝向四角方向设有U字状的固定槽111。插入壳体6的开口外端部周面60b的双头螺栓101穿过该固定槽111并被螺母102旋紧，从而将密封盖110固定设置于壳体6。

另外，在密封盖110与壳体6之间设有由橡胶、树脂或被橡胶层覆盖的软的金属等形成的垫片120。

如图3所示，在密封盖110的中心形成有开口112，当将密封盖110设于壳体6时，上述开口112与壳体6的开口60连续，形成供转轴2穿过的连续的通孔。

如图1所示，形成密封盖110的开口112的内周面由以从机内侧朝向机外侧直径逐渐变大的方式形成台阶状截面的内周面112a、内周面112c及内周面112f形成。此外，在内周面112a与内周面112c之间形成有与径向平行的圆环状的台阶面112b，在内周面112c与内周面112f之间形成有与径向平行的圆环状的台阶面112d。

在密封盖110的开口112的最外部即内周面112f的机外侧端部，以朝机外侧且朝内径侧突出的方式形成有环状的定位部113。在定位部113的外周部形成有定位槽114，在将旋转密封环230设置于转轴2时，如后所述，该定位槽114与定位板310卡合，从而确定旋转密封环230的固定位置。

此外，在密封盖110上形成有贯穿从外周面110a起直径最大的内周面112f的冷却液入口115及冷却液出口116。冷却液入口115及冷却液出口116都是与形成于密封盖110内部的中间室C直接连接的开口，在本实施方式中，在配置成轴向呈大致水平方向的离心泵中，将配置于铅垂方向下方侧的开口设为冷却液入口115，将配置于铅垂方向上方侧的开口设为冷却液出口116。即，相对于机械密封装置1，冷却液从铅垂方向下侧注入，并从铅垂方向上侧排出。

另外，在冷却液入口115及冷却液出口116的端部侧端口形成有能与外部配管连接的配管用螺纹。

在密封盖110的最靠机内侧的直径最小的内周面112a上，隔着O形环181嵌合设置有壳140。O形环181设置于在密封盖110的内周面112a上形成的环状的槽中。

壳140的机外侧的端面从内周面112a突出到直径较大的内周面112c的内侧，其端部与金属波纹管150的机内侧端部周面紧贴地焊接。

金属波纹管150是将不锈钢、铜合金等薄板金属拉深加工成蛇腹状的圆环状，或是将环板状的不锈钢、铜合金等薄板金属的相邻的各内径部及外径部焊接而成形为圆筒状，从而形成为在内周面与外周面之间，截面折曲成波状或连续的V字状或Z字状的弹簧元件。即，金属波纹管150是利用圆筒部的中间弯曲成不同形状而产生的反作用力而朝轴向反弹的弹簧元件。金属波纹管150的机外侧端部周面通过焊接等与环状的止动器160密封地结合。

在止动器160的机外侧内周部形成有沿轴周面进一步朝机外侧圆环状突出的筒状部161，在该筒状部161的外周面嵌合设置有固定密封环130。

在固定密封环130的内周机内侧的角部形成有O形环用的带台阶槽135，在该带台阶槽135中设有O形环182，从而使固定密封环130与止动器160的筒状部161的外周面嵌合。

这样，利用通过各种焊接等而密封地结合的壳140、金属波纹管150、止动器160、O形环181及O形环182，能将机内侧的内部空间B与密封盖110内侧的中间室C之间分隔阻断。

此外，固定密封环130的外周面隔着O形环183能在轴向上移动地与密封盖110的内周面112f紧贴。藉此，密封盖110的内侧的中间室C相对于机外侧(空气侧)空间A被密封。

此外，止动器160的机外侧端面的外周部沿着固定密封环130的机内侧端面到密封盖110的内周面112f附近扩张成圆环状，形成凸缘部162。

在密封盖110的台阶面112d上形成有供螺旋弹簧170的一个端部设置的弹簧座凹部112e。弹簧座凹部112e沿着台阶面112d的环状面均匀地形成于规定的多个部位。

螺旋弹簧170设置于密封盖110的台阶面112d与止动器160的凸缘部162之间，和金属波纹管150一起将止动器160朝机外侧即旋转密封环230的方向按压。

螺旋弹簧170的机内侧端部插入弹簧座凹部112e而固定于此，机外侧端部通过焊接等与止动器160的凸缘部162连接。

螺旋弹簧170沿轴的周面均匀地设置于规定的多个部位。

此外，在止动器160的凸缘部162的内径侧附近形成有沿轴向贯穿止动器160的冷却液用孔163。冷却液用孔163能合适地确保中间室C与形成于固定密封环130的冷却液用孔134的连通状态，使冷却液容易从中间室C流入或流出固定密封环130的冷却液用孔134。冷却液用孔163与固定密封环130的冷却液用孔134对应地形成，沿凸缘部162的周面均匀地形成于6～8个部位左右。

固定密封环130是截面呈大致矩形的环状的密封构件，在机外侧的端面具有分别突出成环状的双层密封面131及132。两个密封面131及132都与后述的旋转密封环230的密封面231紧贴地滑动，分别将密封面231的径向的内部及外部密封。

如图1及图2所示，在两个密封面131及132之间形成有密封槽133，在该密封槽133中，沿轴向贯穿固定密封环130的冷却液用孔134形成于6～8个部位左右。冷却液用孔134沿密封槽133的周面均匀地形成。

冷却液用孔134与上述止动器160的冷却液用孔163连通，经由冷却液入口115流入中间室C的冷却液通过冷却液用孔134流入密封槽133。此外，流入密封槽133的冷却液经由冷却液用孔134排出到中间室C。

如上所述，在机械密封装置1中，冷却液从配置于铅垂方向下侧的冷却液入口115流入密封盖110内的中间室C，并从配置于铅垂方向上侧的冷却液出口116排出到外部。此时，密封面附近的冷却液因滑动发热而温度上升并流向上部，低温的新的冷却液从下侧流入，因此，在密封面附近能合适地进行冷却液的润滑。流入固定密封环130的密封槽133的冷却液也进行同样的流动，因此能防止空气滞留在密封槽133，使得密封槽133能合适地被冷却水充满。

因此，固定密封环130内周侧的密封面131作为将内周侧的机内侧空气B和外周侧的密封槽133的冷却液密封的实际液体用密封件131起作用，外周侧的密封面132作为将内周侧的密封槽133的冷却液和外周侧的空气空间A密封的冷却水用密封件132起作用。

固定密封环130的材质为碳化硅、碳或其它陶瓷等。

密封套环210在形成于内周面的密封槽211通过O形环281与转轴2的外周面嵌合，并被固定螺丝220固定设置于转轴2。藉此，密封套环210能与转轴2一体旋转。

密封套环210的外周面由以从机内侧朝向机外侧直径逐渐变大的方式形成台阶状截面的外周面212a、外周面212c及外周面212e形成。此外，在外周面212a与外周面212c之间形成有与径向平行且指向机内侧的圆环状的台阶面212b，在外周面212c与外周面112e之间形成有与径向平行且指向机内侧的圆环状的台阶面212d，此外，在外周面212e与密封套环210的外周面212g之间形成有与径向平行且指向机内侧的圆环状的台阶面212f。

作为密封套环210的最靠机内侧部分，在沿着转轴2的外周面朝机内侧延伸的筒状部分的外周即外周面212a的外周，嵌合设置有旋转密封环230。

此外，在台阶面212d上设置有在沿圆周的规定多个部位与旋转密封环230卡合的定位销240。

此外，在将密封套环210固定设置于转轴2时，台阶面212f与用于对密封套环210的位置进行定位的定位板310卡合。

旋转密封环230是截面呈大致矩形的环状密封构件，其轴向机内侧的端面形成与固定密封环130的密封面131及132紧贴滑动的密封面231。该密封面231与固定密封环130的实际液体用密封件131紧贴滑动，并与冷却水用密封件132紧贴滑动。

旋转密封环230的内周面与密封套环210的机内侧细径部的外周面212a嵌合，以使密封面231的背面侧即旋转密封环230的机外侧的端面与密封套环210的台阶面212b抵接。

在旋转密封环230的内周机外侧的角部形成有O形环用的带台阶槽232，在该带台阶槽232中设有O形环282，从而使旋转密封环230与密封套环210的外周面212a嵌合。藉此，旋转密封环230与密封套环210之间被密封。

在旋转密封环230的外周机外侧沿其周面均匀地形成有规定数量的销用凹部233。将设置于密封套环210的定位销240插入上述销用凹部233，从而使旋转密封环230与密封套环210嵌合，藉此密封套环210与旋转密封环230这两个零件彼此卡定而不会在周向上相对移动。此外，利用定位销240将转轴2及密封套环210的旋转力传递到旋转密封环230，从而使旋转密封环230与转轴2及密封套环210一体旋转。

旋转密封环230的材质与固定密封环130的材质相同，为碳化硅、碳、其它陶瓷等。

此外，O形环181～183、281、282的材质为氟橡胶、丁腈橡胶、H-NBR、EPDM、全氟橡胶等。

定位板310是用于在将与旋转密封环230嵌合的密封套环210固定设置于转轴2时，将密封套环210与供固定密封环130设置的密封盖110的相对轴向距离严格地设置成规定距离的构件。在将旋转密封环230设置于转轴2时，定位板310使中间凸部311的机外侧侧面与密封套环210的机内侧最外周的台阶面212f抵接，并通过螺栓313安装于密封套环210，藉此，定位板310与密封套环210的相对轴向距离被设定成规定的距离。接着，将定位板310的前端定位凸部312嵌入密封盖110的定位部113的定位槽114，从而将定位板310与密封盖110的相对轴向距离设定成规定的距离，其结果是，密封盖110与密封套环210的相对轴向距离被设定成规定的距离。在该状态下，旋紧固定螺丝220，来将密封套环210固定设置于转轴2。

定位板310在密封套环210的周面上均匀地配置三处并安装。此外，在组装好机械密封装置1后，将该定位板310拆下。

在如上所述构成的本实施方式中的机械密封装置1中，冷却液在设于密封面的槽、即同心圆状地双层形成于固定密封环130的实际液体用密封面131与冷却水用密封面132之间的密封槽133中流动，因此，冷却液能直接与密封环(滑动环)接触，从而能有效地洗净，并能合适地进行与空气的阻断，此外能有效地发挥润滑、冷却、密封流体的强制排出这些效果。

此外，在本实施方式的机械密封装置1中，在固定密封环130中形成有沿轴向贯穿固定密封环130的冷却液用孔134，冷却液经由该冷却液用孔134在固定密封环130的背面的中间室C与密封槽133之间流入流出。因此，冷却液不会泄漏到机内侧空间B和机外侧空间A，是较为理想的。

此外，中间室C利用金属波纹管150及O形环181、182与机内侧空间B密封，利用O形环183与机外侧(空气侧)空间A密封。在使用垫片作为在轴向上移动的密封环的两次密封件的以往结构中，在被密封流体含有浆液等情形下，有时会出现浆液滞留在垫片与轴之间，在垫片与轴之间析出固态物的情况。当出现这种状态时，两次密封件的工作性变差，密封流体可能会泄漏。然而，在本实施方式中，作为固定密封环130的两次密封件，中间室C使用金属波纹管150与密封流体侧空间、即机内侧空间B密封，固定密封环130的两次密封件的工作性不会变差，固定密封环130能合适地与旋转密封环230紧贴滑动，从而能维持合适的密封性能。

此外，在本实施方式的机械密封装置1中，由于具有实际液体用密封面131和冷却水用密封面132这两层密封面，因此，即便在假设机内侧密封面因旋转而磨损或密封面因析出物而磨损的情形下，由于存在机外侧密封面，因此能防止密封流体泄漏到机外侧。

此外，由于冷却液在双层密封面之间的密封槽133中流动，因此，即便在上述情形下也能有效地将密封流体排出。

此外，本实施方式的机械密封装置1不需增加轴向长度就能进行冷却。即，能使机械密封装置1小型化，能以与以往的金属波纹密封件相同的轴向长度进行冷却。

此外，由于能如上所述地形成小型，因此能防止成本上升，此外对以往的泵几乎不用作任何改动等就能进行设置。

此外，在本实施方式的机械密封装置1中，将配置于铅垂方向下方侧的开口设为冷却液入口115，将配置于铅垂方向上方侧的开口设为冷却液出口116。因此，冷却液能从下部朝向上部流动，不会使空气残留在内部，冷却液能充满固定密封环130和与之相连的冷却液用孔134。此外，被导入固定密封环130的密封槽133的冷却液吸收在实际液体用密封面131和冷却水用密封面132(及旋转密封环230的密封面231)上产生的热来进行冷却，此时，冷却液自身的温度上升而相对朝上部流动。在本实施方式的机械密封装置1中，冷却液从上部排出，因此能将温度上升后的冷却液合适地排出，此外能从下部导入低温的冷却液，从而能提高冷却效率。此外，由于形成这种冷却液的流动，因此，即便将冷却液导入密封槽133的冷却液用孔134的直径较窄，也能利用在密封槽133中产生的冷却液的流动来合适地维持冷却液的流动，从而能合适地维持冷却等效果。

上述实施方式是为使本发明易于理解而记载的，并不对本发明作任何限定。本实施方式中公开的各要素，包括属于本发明的技术范围的全部的设计变更和均等物，此外任何适宜的种种改变都是可能的。

例如，在本实施方式中，将双层的实际液体用密封面131和冷却水用密封面132及密封槽133、冷却液用孔134形成于固定密封环，但也可将这些构件形成于旋转密封环230。

此外，密封盖110、固定密封环130、密封套环210或旋转密封环230等的结构的细微部分可作任意变更。

工业上的可利用性

本发明能用作离心泵、搅拌机等具有转轴的任意装置的轴密封件。

Claims (7)

1.一种机械密封装置，将外壳与贯穿该外壳上形成的开口的转轴之间密封来对外壳内的流体进行密封，其特征在于，具有：

旋转环，该旋转环设置于所述旋转环，在所述转轴的轴向一个端部具有密封面；

固定环，该固定环是设置于所述外壳并具有与所述旋转环的所述密封面相对配置的相对面的固定环，具有第一密封面、第二密封面、密封槽、多个流体流路，所述第一密封面环状地形成于所述相对面并与所述旋转环的所述密封面紧贴滑动，所述第二密封面与所述第一密封面分隔地环状形成于所述相对面的所述第一密封面的外周侧或内周侧，并与所述旋转环的所述密封面紧贴滑动，所述密封槽形成于所述第一密封面与所述第二密封面之间，所述多个流体流路形成于所述固定环的内部，一个开口与所述密封槽连通；以及

冷却液供给路，该冷却液供给路与形成于所述固定环的所述流体流路的另一个开口连通，使冷却液经由所述流体流路流入流出所述密封槽。

2.如权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，

具有设置于所述外壳的密封盖，

所述冷却液供给路具有：

形成于所述密封盖的内周部的中间室；

将所述密封盖贯穿而形成并将冷却液供给到所述中间室的冷却液入口；以及

将所述密封盖贯穿而形成并将冷却液从所述中间室排出的冷却液出口，

所述固定环的所述流体流路的另一个开口与所述中间室连通。

3.如权利要求2所述的机械密封装置，其特征在于，

具有波纹管，该波纹管将密封流体侧空间与所述中间室之间分隔开，并将所述固定环朝所述旋转环方向弹性地按压。

4.如权利要求3所述的机械密封装置，其特征在于，

具有第二弹性元件，该第二弹性元件与所述波纹管一起将所述固定环朝所述旋转环方向弹性地按压。

5.如权利要求2所述的机械密封装置，其特征在于，

所述冷却液入口形成于铅垂方向下方侧，所述冷却液出口形成于铅垂方向上方侧。

6.如权利要求5所述的机械密封装置，其特征在于，

具有波纹管，该波纹管将密封流体侧空间与所述中间室之间分隔开，并将所述固定环朝所述旋转环方向弹性地按压。

7.如权利要求6所述的机械密封装置，其特征在于，

具有第二弹性元件，该第二弹性元件与所述波纹管一起将所述固定环朝所述旋转环方向弹性地按压。

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