CN103782072B - 冷却的机械密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械密封组件，其包括：转动密封环（2）和静止密封环（3），在转动密封环（2）和静止密封环（3）之间限定了密封间隙（4）；轴套筒（6），转动密封环（2）配置于轴套筒（6）；承载环（5），承载环（5）配置于轴套筒（6）并且承载环（5）在转动密封环（2）的外周上至少部分地覆盖转动密封环（2）；第一O型环（8）和第二O型环（9），第一O型环（8）和第二O型环（9）配置在转动密封环（2）和承载环（5）之间，并且在转动密封环（2）和承载环（5）之间限定在转动密封环（2）的外周上的空隙（15）；以及至少一个连接开口（11），其将空隙（15）连接到承载环（5）的外周面（5c）。

Description

冷却的机械密封组件

技术领域

本发明涉及一种流体冷却的机械密封组件，其被特别地构造成干运转的机械密封，并且本发明涉及该机械密封组件的热输送的优化方法。

背景技术

从现有技术已知具有不同构造的机械密封组件。例如，在搅拌机中使用气体润滑的机械密封；在这种情况下，气体存在于转动密封环和静止密封环之间以作为所谓的干运转密封，该气体特别地是空气。可以在接触的条件下并且利用密封间隙来操作这种机械密封组件。在操作期间，在这种机械密封中可能出现热问题并且可能产生不期望的噪声。JP2009-108941A1公开了一种机械密封，其中，在转动密封环中形成气体通道，该气体通道通过密封环被引导到密封间隙的滑动面。然而，该方案需要密封环本身具有径向孔和轴向孔以及铣出部（milled-outportion），因而该方案非常复杂和昂贵。此外，由于上述通道导致密封环被弱化，特别是由于将要被密封的压力会导致密封环的变形并且最终会导致密封环使用寿命缩短。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种机械密封组件，其具有简单的结构同时制造成本低，该机械密封组件借助于流体，特别是气体，提供了改进的冷却，尤其是一种节约能量和空间优化的冷却。

通过具有方案1的特征的机械密封组件来实现该目的。从属方案示出了本发明的优选的发展。

与现有技术相比，具有方案1的特征的本发明的机械密封组件具有显著提高的使用寿命。此外，使得对密封环的更有效的冷却变成可能。此外，根据本发明的该机械密封组件能够有效地防止在转动密封环和承载环之间形成不期望的压力。此外，冷却操作不需要任何附加的安装空间。根据本发明，这是如下地实现的，在紧固到轴套筒的承载环中，存在至少一个连接到转动密封环和承载环之间的空隙的连接开口。通过两个O型环形成环状的空隙，该两个O型环配置在承载环的内侧和转动密封环的外侧之间。在承载环中的连接开口使得流体能够流入和流出空隙，特别地是该空隙的进气和排气，由此实现对转动密封环的有效冷却。此外，因为空隙经由连接开口被连接到承载环的外周面（大气侧），所以在空隙中不可能出现不期望的压力升高。由于承载环与转动密封环一起转动，所以经由在转动密封环的径向外周面上的连接开口产生了流体循环，使得能够有效地冷却转动密封环。因此，能够通过流动的流体流排出热。根据本发明的方案的另一具体优点是在密封环上的热增长主要取决于转动速度，然而由于冷却能力也随着转动速度而增强，所以该机械密封组件能够自动地基于转动速度来冷却。

优选地，承载环包括多个连接开口。这些连接开口特别优选地在圆周上等间距地分布。由此，能够通过转动承载环有效地提高冷却能力。此处，连接开口的形状优选地被构造成具有相同直径或不同直径的圆筒状和/或渐缩形状，特别地是圆锥形渐缩形状，和/或台阶状（台阶孔），并且/或者被构造成长形孔的形状。特别优选地，此处多个连接开口被配置在承载环上的圆周线上。可选地，连接开口设置在承载环的不同平面中。

当优选地多个连接开口的中心轴线相对于在承载环的外周上的切线T的角度被配置成小于90°时，能实现特别有效的冷却。相对于承载环上的切线的角度优选地在从45°至65°的范围内并且特别优选地为大约55°。可选地，多个连接开口的角度被配置在90°至170°之间。进一步优选地，所有具有相同角度的连接开口还沿相同方向定向，优选地采用转动方向。

特别优选地，两个彼此相邻的连接开口均配置成使得相邻的连接开口的中心轴线限定的角度为大约90°。这能够产生不依赖转动方向的有效的冷却，这是因为对于逆时针方向和顺时针方向两者而言都在与行进方向相反的方向成角度地设置各连接开口。这特别地允许该机械密封组件被用在可以发生逆时针转动和顺时针转动的搅拌机中。进一步优选地，彼此相邻的连接开口在承载环的内周上彼此交叉。由此，在承载环和转动密封环之间的空隙中可以形成特别有效的流体引导。

进一步优选地，承载环包括设置在承载环的外周面上且将多个连接开口彼此连接的槽。由此，在承载环的外侧引导气体流。该槽优选地是V形，特别地具有约90°的角度。可选地，该槽被设置为在承载环的平面中的连续槽。可选地，该槽以锯齿的方式使得在承载环的不同平面中的连接槽连接。

对于特别紧凑的结构，承载环进一步优选地包括用于容纳紧固元件的紧固开口，利用该紧固元件能将承载环固定到轴套筒。

特别优选地，机械密封组件还包括配置在轴套筒的径向内侧的夹持环。优选地，由通过承载环中的紧固开口的紧固元件将夹持环固定到诸如轴等的转动组件。

此外，根据本发明的机械密封组件还优选地包括施力部件，该施力部件配置在转动密封环上并且相对于静止密封环对转动密封环施力。这确保了在两个密封环之间的最小密封间隙。可选地，还可以在通过施力部件使得两个密封环彼此接触的条件下设置突起。

为了实现特别紧凑和简单的组件，优选地，在机械密封组件的轴向上，承载环比轴套筒长。进一步优选地，密封环、轴套筒、承载环和两个O型环形成能够预先组装的子组件。一方面，这使得利用将静止密封环特别优选地配置在凸缘上等而实现了机械密封组件的快速安装。

进一步优选地，承载环具有相对于通过中心轴线延伸的平面对称的结构。由此，特别地能够采用没有误差的方式来安装承载环。

可以使用液体或气体，特别是空气，或者气体/液体混合物作为冷却介质。

特别优选地在搅拌机等中使用根据本发明的机械密封组件。

此外，本发明涉及具有根据本发明的机械密封组件的搅拌机。

此外，本发明涉及一种机械密封组件的转动部件的热输送和/或波动（waviness）的优化方法，该转动部件特别地是转动密封环。借助于套筒状元件使该转动部件处于热室中，其中套筒状元件与转动部件一起转动。使得在转动部件和套筒状元件之间提供的流体在此运动以执行热输送并且优化波动，流体尤其是在两个密封环之间的密封间隙运动。因此，能够以选择性的方式将热供给到机械密封组件的转动部件或者将热从机械密封组件的转动部件排出，使得能够避免密封环的不期望的波动。特别优选地，流体排他地通过转动过程而运动。特别地，由此可以免除用于使得流体运动的单独驱动组件的设置。特别优选地，通过改变流体的流路能够以选择性的方式影响热输送。特别优选地，通过在套筒状组件中的开口和/或缝在此执行热输送。特别地通过对开口/缝的几何形状的选择能够选择性地改变机械密封的转动部件上的热输送。特别地，由此还能够以选择性的方式调整密封环的波动。

附图说明

现在将参照附图详细地说明根据本发明的机械密封组件的实施方式，其中：

图1是根据本发明的第一实施方式的机械密封组件的示意性立体图；

图2是图1的示意性局部剖视图；

图3是图1的承载环的立体图；

图4是图3的承载环的示意性截面图；

图5是沿着图4的线V-V的承载环的示意性截面图；

图6是机械密封组件的示意性截面图；以及

图7是根据本发明的第二实施方式的机械密封组件的示意性立体图。

具体实施方式

如图1至图6所示，根据本发明的第一实施方式的机械密封组件1包括转动密封环2和静止密封环3，在转动密封环2和静止密封环3之间限定了密封间隙4。在本实施方式中，转动密封环2随着作为转动组件的轴17转动。转动密封环2配置在轴套筒6上，该轴套筒6在夹持环7上滑动。此外，设置承载环5，其包括被设置成连续开口的长形孔5a，每个长形孔5a均容纳有紧固元件10。借助于紧固元件10，将轴套筒6固定到夹持环7上，并且夹持环被夹持到轴17上。因而，夹持环7、轴套筒6、转动密封环2和承载环5彼此一起转动。此外，在轴套筒6的凹部中，沿着圆周等距离分布的多个施力部件16被设置成相对于静止密封环3对转动密封环2施力。

由保持环13围绕和保持静止密封环3，借助于无头螺钉18或其它形状配合连接（positiveconnection）来将保持环13固定在凸缘14中。

此外，环状空隙15设置在转动密封环2的在中心轴线X-X的径向上的外周面2上，并且设置在承载环5的内周面5b上。通过承载环5和转动密封圈2之间的第一O型环8和第二O型环9限定环状空隙15。此处，第一O型环8和第二O型环9在相对于中心轴线X-X的径向上配置在转动密封环2和承载环5之间。此处，用于第一O型环8和第二O型环9的各凹部可以设置在转动密封环2和/或承载环5中。此外，在承载环5中形成多个连接开口11。在图4和图5中可以看到连接开口11的细节。此处，连接开口11将空隙15连接到承载环5的外周面5c。

如图5特别示出地，本实施方式的承载环5包括总共十六个连接开口11。此处，连接开口11被设置成圆筒状的孔，其中心被分别配置在承载环上的表面中的公共圆周线U上。此外，在本实施方式中为具有大约90°的角度的V状的环绕槽12形成在承载环5的外周上的该周线U上。如图4特别示出地，连接开口11被配置成使得各对连接开口11彼此紧密相邻地设置。此处，连接开口11被设置成使得切线T与中心轴线51、52分别形成的角度小于90°。在图5中的本实施方式中，采用示例的方式绘制了两个相邻的连接开口11的两个角度，其中在第一连接开口11中该角度为α1且在第二连接开口11中该角度为α2。此处，角度α1、α2具有相同的大小，但是具有不同的附图标记。此外，直接地相邻的连接开口11被布置成使得，连接开口中的一个连接开口的中心轴线51与相邻的连接开口11的中心轴线52所成的角度β为大约90°。

在承载环5上的在彼此相反的方向上成对配置的连接开口11具有显著的优点，这实现了独立于转动方向而能够通过流入和流出连接开口11的流体对转动密封环2进行冷却。换句话说，现在可以任意选择机械密封组件的转动方向，而始终实现相同的冷却效果。

连接开口11具有如下作用：基于承载环5的转动，流体可以通过连接开口11流动到空隙15中，能够吸收空隙中的来自转动密封环2的热，并且该流体能够经由其它连接开口11从空隙15输送出。由于通常情况下转动速度增大会导致在两个密封环之间的密封间隙4的区域中产生更多的热，所以通过连接开口11和空隙15的本发明的气流可以提供与增大的转动速度同等增大的冷却能力。此外，转动密封环2和承载环5之间的空隙的压力补偿（特别是通风）可以通过连接开口11实现。因此，在两个O型环8、9之间的空隙15中不会形成压力，使得不存在转动密封环2由于这种压力而趋于变形的风险，否则该变形会显著地减少该机械密封组件的使用寿命。此外，能够避免由于该密封环的变形而导致的泄漏。

形成在承载环5的外周上的槽12发挥对流体的引导作用，该槽12分别使流体进入连接开口11中的流入和流体从连接开口11的流出有所改善。

因此，本发明提供了对转动密封环2的冷却的改进，由此降低了机械密封的磨损并且延长了使用寿命。此外，还由此减小了摩擦功率和驱动方面的损失。此外，例如能够由此延长了密封环的保养周期，并且可以在满足产品温度和转动速度方面增长的需求的同时使用本发明的机械密封组件。

转动密封环2、承载环5、轴套筒6、夹持环7、第一O型环8和第二O型环9形成了能够预先组装并且能够由紧固元件10保持到一起的子组件。

此外，应该注意，连接开口11可以不仅被构造成圆筒状，还可以被构造成具有不同的直径和/或渐缩形状。此外，可以选择任意期望数量的连接开口11。此外，还可以将连接开口11形成为长形孔，由此可以实现对冷却的进一步改进。

现在将在下文中参照图7说明根据第二实施方式的机械密封组件1，其中利用与第一实施方式相同的附图标记表示类似的或功能类似的部分。

与第一实施方式相比，在第二实施方式中，连接开口11被配置在第一平面E1上，并且另外的连接开口21被配置在第二平面E2上。此处，两个平面E1、E2彼此平行并且与机械密封组件1的中心轴线X-X垂直。此外，设置连接槽22，该连接槽22将第一平面E1的连接开口11连接到第二平面E2的形成为长形孔21的连接开口。这具有如下效果：使得机械密封组件能够在不同位置被冷却。应该注意，可选地，还可以在多于两个的平面上设置连接开口并且以相应的方式经由槽使得设置在多于两个的平面上的连接开口互相连接。因此，根据本发明并且与各应用对应地，对机械密封组件的单独冷却是可能的。

另外，本实施方式与前述实施方式相符，使得可以参考对前述实施方式提供的说明。

优选地，在轴17的竖直方向上使用根据本发明的机械密封组件1，特别地在搅拌机等中使用根据本发明的机械密封组件1。

附图标记列表

1机械密封组件

2转动密封环

3静止密封环

4密封间隙

5承载环

5a紧固开口

5b内周面

5c外周面

6轴套筒

7夹持环

8第一O型环

9第二O型环

10紧固元件

11连接开口

12槽

13保持环

14凸缘

15空隙

16施力部件

17轴

18无头螺钉

21长形孔

22槽

51中心轴线

52中心轴线

E1、E2平面

T切线

Claims (19)

1.一种机械密封组件，其包括：

-转动密封环(2)和静止密封环(3)，在所述转动密封环(2)和所述静止密封环(3)之间限定了密封间隙(4)；

-轴套筒(6)，所述转动密封环(2)配置于所述轴套筒(6)；

-承载环(5)，所述承载环(5)配置于所述轴套筒(6)并且所述承载环(5)在所述转动密封环(2)的外周上至少部分地覆盖所述转动密封环(2)；

-第一O型环(8)和第二O型环(9)，所述第一O型环(8)和所述第二O型环(9)配置在所述转动密封环(2)和所述承载环(5)之间，并且在所述转动密封环(2)和所述承载环(5)之间限定在所述转动密封环(2)的外周上的空隙(15)；以及

-至少一个连接开口(11)，其将所述空隙(15)连接到所述承载环(5)的外周面(5c)。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件包括多个连接开口(11)。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述多个连接开口(11)沿着所述承载环(5)的圆周配置于同一圆线上，或者所述多个连接开口(11)配置于所述承载环的不同平面。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其特征在于，多个所述连接开口(11)被构造成具有相同直径或者不同直径的圆筒状和/或渐缩形状，并且/或者被构造成长形孔。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其特征在于，多个所述连接开口(11)的中心轴线(51、52)相对于所述承载环(5)的外周上的切线(T)的角度(α1、α2)被配置成小于90°。

6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，两个相邻的连接开口的中心轴线(51、52)限定的角度(β)为大约90°。

7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，两个相邻的连接开口(11)在所述承载环(5)的内周面(5b)上彼此交叉。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件还包括槽(12)，所述槽(12)设置于所述承载环(5)的外周面(5c)并且连接所述承载环(5)的外周面上的多个所述连接开口(11)。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件还包括夹持环(7)，所述夹持环(7)配置于所述轴套筒(6)的径向内侧。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其特征在于，在轴向(X-X)上，所述承载环(5)比所述轴套筒(6)长。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其特征在于，所述转动密封环(2)、所述轴套筒(6)、所述承载环(5)、所述第一O型环(8)和所述第二O型环(9)形成能够预先组装的子组件。

12.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述渐缩形状为圆锥形渐缩形状和/或台阶状。

13.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述角度(α1、α2)被配置成在45°至65°之间。

14.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述角度(α1、α2)被配置成大约55°。

15.一种机械密封组件的转动部件的热输送和/或波动的优化方法，其中，所述转动部件是借助于套筒状元件而处于热室中的组件，所述套筒状元件与所述转动部件一起转动，在所述转动部件和所述套筒状元件之间提供的流体运动以执行所述热输送，所述机械密封组件是根据权利要求1-14的任一项的机械密封组件。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，通过所述转动部件和/或所述套筒状元件的转动来使得所述流体运动。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，能够通过改变所述流体的流路而以选择性的方式来影响所述热输送。

18.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，通过在所述套筒状元件中的多个开口来执行所述热输送。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述转动部件是转动密封环。