CN104179977A - 一种非接触式机械旋转密封 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式机械旋转密封，包括转子(1)和定子(2)，转子(1)与定子(2)相互配合，二者之间形成介质腔(4)，还包括用于对介质腔(4)内的介质增压的增压机构(3)；转子(1)或定子(2)设有高压介质喷嘴和高压介质通道，且转子(1)和定子(2)的配合面形成射流通道(5)；增压机构(3)将介质腔(4)内的介质增压或加速后输送至高压介质通道，介质在高压介质通道内形成高压介质，高压介质经高压介质喷嘴喷入射流通道(5)，在射流通道(5)内形成与介质泄露方向相反的介质流，并返回介质腔(4)，有效地实现了介质的密封，同时，还可以精确控制密封流体的用量。

Description

一种非接触式机械旋转密封

技术领域

本发明涉及机械密封领域，具体涉及一种非接触式机械旋转密封。

背景技术

旋转密封是动密封的一种，目前，旋转密封包括接触式密封和非接触密封。

接触式密封需要满足接触表面的摩擦力要小、耐磨损和同心度高等要求，且密封结构要具有足够的强度和刚度。目前，接触式密封的密封结构的主要通过以下方面提高密封性能：使用柔性材料如塑胶，或使用浮动环结构，来弥补同心度误差；在接触面加润滑剂、提高接触面表面光度，来减小摩擦力和延缓磨损速度；改善接触面材料的性能，提高材料耐磨损能力；使用复合材料或结构，提高密封结构的强度和刚度，如在塑胶中增加钢结构等；使用强度好、刚度好、耐磨损的材料，如铁氟龙、石墨、高密度钢丝刷等。但无论哪一种结构或材料，密封结构接触面的相对速度都有使用限制，超过这个限制，密封面就会发热、磨损直至最后失效。

非接触密封又分为迷宫密封和动力密封两类。

迷宫密封是利用流体在间隙处的节流效应，通过设置多道节流结构，减少流体的泄漏量，因此，迷宫密封不是完全密封的。

动力密封有离心密封、浮环密封和螺旋密封等，是依靠动力元件产生高的压力，抵消密封件两侧的压力差来获得密封的。动力密封对工作转速也有规定，不能太低，密封的压力差也不是特别大；同时，动力密封对密封处的结构精度，如配合精度、同轴度和跳动等，有较高的技术要求，另外，密封处的结构尺寸也比较大，对密封结构的流体流量不能精确控制，导致密封效果不理想。

发明内容

针对现有的机械非接触密封，由于其密封处的结构精度要求较高，而且密封处的流体流量不能精确控制，本申请提供一种非接触式机械旋转密封，包括转子和定子，转子与定子相互配合，二者之间形成介质腔，还包括用于对介质腔内的介质增压的增压机构；

转子或定子设有高压介质喷嘴和高压介质通道，且转子和定子的配合面形成射流通道；

介质腔通过增压机构与高压介质通道一端连通，高压介质通道的另一端通过射流通道与所述介质腔连通，使得介质腔、高压介质通道和射流通道形成一连通腔；

工作状态下，增压机构将介质腔内的介质增压或加速后输送至高压介质通道，介质在高压介质通道内形成高压介质，高压介质经高压介质喷嘴喷入射流通道，形成与介质泄漏方向相反介质流并返回介质腔。

在一种实施例中，高压介质喷嘴位于高压介质通道与射流通道的交界处，其通道截面面积分别小于高压介质通道、射流通道的通道截面面积。

在一种实施例中，增加机构为增压泵；

增压泵的入口与介质腔连通，增压泵的出口与高压介质通道连通。

在一种实施例中，非接触式机械旋转密封还包括传动机构，传动机构通过转子向增压泵提供动力。

在一种实施例中，增压机构包括分别设置在转子和定子上的泵体部分结构，组合构成增压泵。

在另一种实施例中，增压机构包括叶轮，叶轮与转子为一体化结构，用于将介质腔内的介质加速。

在另一种实施例中，增压机构还包括导向器；

导向器与定子为一体化结构，导向器设置于高压介质通道的入口端，用于将叶轮加速后的介质导向高压介质通道。

进一步，导向器包括叶片组，叶片组用于将介质导入高压介质通道内。

本发明的有益效果是：本申请提供一种非接触式机械旋转密封，通过增压机构将介质腔内的介质增压或加速后输送至高压介质通道，介质在高压介质通道内形成高压介质，该高压介质经高压介质喷嘴喷入射流通道，在射流通道内形成与介质泄露方向相反的介质流，并从射流通道流入介质腔内，有效地实现了介质的密封，同时，由于高压喷嘴处没有运动部件和结构，可以精确控制密封流体的用量，当增压机构不与转子直接联系时，机械密封不受转子的转速限制，甚至可以在转子不转动的情况下进行良好的密封。

附图说明

图1为实施例一的非接触式机械旋转密封结构示意图；

图2为实施例二的非接触式机械旋转密封结构示意图；

图3为实施例三的非接触式机械旋转密封结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。实施例一：

本例提供一种非接触式机械旋转密封，如图1所示，包括转子1、定子2和增压机构3，转子1与定子2相互配合，二者之间形成介质腔4，增压机构3用于对介质腔4内的介质增压，其中，介质可以为液体介质或气体介质；本例的定子2设有高压介质通道21和高压介质喷嘴22，转子1和定子2的配合面形成射流通道5；介质腔4通过增压机构3与高压介质通道21一端连通，高压介质通道21的另一端通过射流通道5与介质腔4连通，使得介质腔4、高压介质通道21和射流通道5形成一连通腔，且高压介质喷嘴22位于高压介质通道21与射流通道5的交界处，其通道截面面积分别小于高压介质通道21、射流通道5的通道截面面积。

本例中，增压机构3具体为增压泵，本例的增压泵独立于转子1设置，即增压泵独立外设于机械密封体的外部，使得增压泵的入口与介质腔4连通，增压泵的出口与高压介质通道21连通。

本例的非接触式机械旋转密封的工作原理是：增压泵将介质腔4内的介质吸入泵体，并通过其出口将增压后的介质喷出至高压介质通道21，高压介质通过高压介质喷嘴22喷入射流通道5，由于高压介质喷嘴22的通道截面面积分别小于高压介质通道21、射流通道5的通道截面面积，高压介质经过高压介质喷嘴22喷入射流通道5内，并在射流通道5内形成与介质泄露方向相反的介质流，该介质流通过射流通道5流入介质腔4内，从而阻止了介质的泄漏，有效地实现了介质的密封。

由于密封处转子1和定子2不需要直接接触，使得本实施例的非接触式机械旋转密封对密封处转子1相对定子2的线速度没有限制。

另外，本例的增压泵可以独立设置于机械密封体外部，其增压泵的动力与转子1不直接联系，使得在转子1不转动的情况下也可以进行良好的密封。

在其他实施例中，增压泵可以通过转子1提供动力，即可以在非接触式机械旋转密封中增加一个传动机构，转子1通过传动机构与增压泵联动，使得传动机构通过转子1向增压泵提供动力。

在其他实施例中，增压机构3可以由转子1和定子2上直接设置泵体结构组合而成，如增压机构3包括分别设置在转子1和定子2上的泵体部分结构，组合构成增压泵，组合而成的增压泵通过转子1提供动力，向介质腔4内的介质增压。

实施例二： 

基于实施例一，本例提供另外一种非接触式机械旋转密封，如图2所示，包括转子1、定子2和增压机构3，转子1与定子2相互配合，二者之间形成介质腔4，增压机构3用于对介质腔4内的介质增压，其中，介质可以为液体介质或气体介质；本例的定子2设有高压介质通道21和高压介质喷嘴22，转子1和定子2的配合面形成射流通道5；介质腔4通过增压机构3与高压介质通道21一端连通，高压介质通道21的另一端通过射流通道5与介质腔4连通，使得介质腔4、高压介质通道21和射流通道5形成一连通腔，且高压介质喷嘴22位于高压介质通道21与射流通道5的交界处，其通道截面面积分别小于高压介质通道21、射流通道5的通道截面面积。

本例的非接触式机械旋转密封与实施例一的非接触式机械旋转密封不同之处在于：本例的增压机构3与转子1和定子2一体化结构，具体的，增压机构3包括叶轮31和导向器32，叶轮31与转子1为一体化结构，用于将介质腔内4的介质加速，导向器32与定子2为一体化结构，导向器32设置于高压介质通道21的入口端，用于将叶轮31加速后的介质导向高压介质通道21，进一步，导向器32包括叶片组，叶片组用于将介质导入高压介质通道21内。

在其他实施例中，可以采用柱塞替换叶轮31，达到将介质腔4内的介质增压的目的即可。

本例的非接触式机械旋转密封的工作原理是：转子1带动叶轮31旋转，叶轮31将介质腔4内的介质加速，并通过导向器32输送至高压介质通道21，高压介质通道21将介质的速度能转化成压能，使其转化成高压介质，高压介质通过高压介质喷嘴22喷入射流通道5，由于高压介质喷嘴22的通道截面面积分别小于高压介质通道21、射流通道5的通道截面面积，高压介质经过高压介质喷嘴22喷入射流通道5内，并在射流通道5内形成与介质泄露方向相反的介质流，该介质流通过射流通道5流入介质腔4内，从而阻止了介质的泄漏，有效地实现了介质的密封。

与实施例一相比，本例的叶轮31的动力与转子1直接联系，机械密封体受转子1的转速限制，必须在转子1转动的情况下才能进行良好密封，但结构简单。

实施例三：

基于实施例二，本例提供另外一种非接触式机械旋转密封，如图3所示，包括转子1、定子2和增压机构3，转子1与定子2相互配合，二者之间形成介质腔4，增压机构3用于对介质腔4内的介质增压，其中，介质可以为液体介质或气体介质；转子1和定子2的配合面形成射流通道5。本例与实施例二不同之处在于：本例的转子1设有高压介质通道11和高压介质喷嘴12，介质腔4通过增压机构3与高压介质通道11一端连通，高压介质通道11的另一端通过射流通道5与介质腔4连通，使得介质腔4、高压介质通道11和射流通道5形成一连通腔，且高压介质喷嘴12位于高压介质通道11与射流通道5的交界处，其通道截面面积分别小于高压介质通道11、射流通道5的通道截面面积。

本例的增压机构3仅包括叶轮31，且叶轮31与转子1一体化结构，本例的非接触式机械旋转密封的工作原理是：转子1带动叶轮31旋转，叶轮31将介质腔4内的介质加速，直接输送至高压介质通道11，高压介质通道11将介质的速度能转化成压能，使其转化成高压介质，高压介质通过高压介质喷嘴12喷入射流通道5，由于高压介质喷嘴12的通道截面面积分别小于高压介质通道11、射流通道5的通道截面面积，高压介质经过高压介质喷嘴12喷入射流通道5内，并在射流通道5内形成与介质泄露方向相反的介质流，该介质流通过射流通道5流入介质腔4内，从而阻止了介质的泄漏，有效地实现了介质的密封。

本发明各实施例的非接触式机械旋转密封的结构简单，使用方便，密封处转子1和定子2不需要接触，密封处转子1相对定子2的线速度没有限制，使用寿命长。

各实施例中，增压机构3的原理还可使用叶片泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵等各类增压泵原理和结构，达到增压机构3对介质腔4内的介质增压的目的即可。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (8)

1.一种非接触式机械旋转密封，包括转子(1)和定子(2)，所述转子(1)与所述定子(2)相互配合，二者之间形成介质腔(4)，其特征在于，还包括用于对所述介质腔(4)内的介质增压的增压机构(3)；

所述转子(1)或定子(2)设有高压介质喷嘴和高压介质通道，且所述转子(1)和定子(2)的配合面形成射流通道(5)；

所述介质腔(4)通过所述增压机构(3)与所述高压介质通道一端连通，所述高压介质通道的另一端通过所述射流通道(5)与所述介质腔(4)连通，使得所述介质腔(4)、高压介质通道和射流通道(5)形成一连通腔； 

工作状态下，所述增压机构(3)将所述介质腔(4)内的介质增压或加速后输送至所述高压介质通道，所述介质在所述高压介质通道内形成高压介质，所述高压介质经所述高压介质喷嘴喷入所述射流通道(5)，形成与介质泄漏方向相反介质流并返回所述介质腔(4)。

2.如权利要求1所述的非接触式机械旋转密封，其特征在于，所述高压介质喷嘴位于所述高压介质通道与所述射流通道(5)的交界处，其通道截面面积分别小于所述高压介质通道、所述射流通道(5)的通道截面面积。

3.如权利要求2所述的非接触式机械旋转密封，其特征在于，所述增加机构(3)为增压泵；

所述增压泵的入口与所述介质腔(4)连通，所述增压泵的出口与所述高压介质通道连通。

4.如权利要求2所述的非接触式机械旋转密封，其特征在于，所述增压机构(3)包括叶轮(31)，所述叶轮(31)与所述转子(1)为一体化结构，用于将所述介质腔(4)内的介质加速。

5.如权利要求2所述的非接触式机械旋转密封，其特征在于，所述增压机构包括分别设置在所述转子(1)和定子(2)上的泵体部分结构，组合构成增压泵。

6.如权利要求3所述的非接触式机械旋转密封，其特征在于，还包括传动机构，所述传动机构通过所述转子(1)向所述增压泵提供动力。

7.如权利要求4所述的非接触式机械旋转密封，其特征在于，所述增压机构(3)还包括导向器(32)；

所述导向器(32)与所述定子(2)为一体化结构，所述导向器(32)设置于所述高压介质通道的入口端，用于将所述叶轮(31)加速后的介质导向所述高压介质通道。

8.如权利要求7所述的非接触式机械旋转密封，其特征在于，所述导向器(32)包括叶片组，所述叶片组用于将介质导入所述高压介质通道内。