CN104279331B - 油封机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油封机构，其通过磁性连接件将动密封环与静密封环吸接在一起，并为动密封环与转轴之间的环隙的磁油幕提供磁源，密封间隙在磁柱的磁吸作用下随轴的随动性，保证浮环与轴的同心性，密封效果极佳。同时，其转轴上的阻挡部设计、动密封环外周面的螺旋槽设计、动密封环内周面动力槽或动力肋设计、静密封环上的导流臂设计、动密封环上的收集槽设计使得本发明具有更佳的油密封效果。

Description

油封机构

技术领域

本发明涉及一种安装在具有轴孔的箱体(如轴承箱盖)和插入轴孔中的转轴之间的油封机构，尤其是高转速机械的转轴两端轴承座的轴端油封。

背景技术

现有的高转速机械的轴承多采用滑动轴瓦支撑结构，轴承箱内存在大量润滑油，随着转子的转动，轴承箱内的润滑油在轴承箱内飞溅、流动。

为防止轴承箱内的润滑油向外泄露，需要在轴承箱的两端设置有油密封。而现有技术的密封，大部分采用固定梳齿密封，利用密封齿与转轴之间的微小间隙，阻挡润滑油向外泄露。但梳齿密封目前所存在的问题是由于轴系的振动，很容易破坏已调好的密封间隙，导致润滑油大量外泄，浪费大量的润滑油，污染环境，在温度较高的区域，还容易产生火灾。另外，密封齿与轴碰撞摩擦，还会磨损转轴的表面，加大机组的维护费用，为机组安全运行带来很大的隐患。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的发明目的在于提供一种密封性能好、确保润滑油不外漏、保护轴系免遭损伤、机组寿命高、运行成本小的一种油封机构。

为解决上述问题，本发明的技术方案提供了以下技术方案：

一种油封机构，设于轴承箱箱体与转轴之间，包括一个或多个油封单元，所述油封单元由安装在所述箱体上的静密封环和安装在所述静密封环内侧的动密封环组成，两密封环沿轴向并列的套装在所述转轴上但不随轴转动，其特征在于：所述动密封环通过磁性连接件与所述静密封环实现轴向固定，并在径向上被一至少设置在动密封环底部的弹簧支撑在所述静密封环内圆周面上且其顶部外圆周面与所述静密封内圆周面之间保持一可供其径向浮动的活动间隙S：所述动密封环与所述转轴之间为间隙配合，所述磁性连接件所产生的环状磁场使所述动密封环与转轴的配合间隙内的油膜被磁化。

通过上述设计，由于利用磁性连接件实现动密封环与静密封环的轴向固定，并不使静密封环与动密封环完全固定，而可以使动密封环沿着静密封环与其通过磁性连接件轴向固定的磁吸面(也即限位凹槽的靠外侧侧壁)上进行一定的径向浮动，这使得动密封环与转轴之间的密封间隙在磁性连接件的磁吸作用下具有随轴的随动性，保证动密封环与转轴的同心性，另外具有强磁性的磁性连接件能够在磁动力环与轴之间形成环状磁场，在磁场作用下转轴与动密封环的内圆周面之间形成一定刚度的磁油幕，可有效的阻止油的通过，且该油幕还可以很好的将摩擦热疏导掉，使局部温度不会过高，防止了动密封环在高温下的变形。磁油幕的存在使本油封机构的密封性大大得以改善。

为取得更好的效果，本申请还可以做以下之一或多项组合的进一步改进：

1)所述静密封与动密封环之间的安装结构及相应关系的优化：所述静密封环沿轴向向箱体外侧突出，其内侧面形成一腔体，动密封环被部分容纳在该腔体中；所述静密封内侧面上形成一环状限位凹槽，所述动密封环顶部伸入到该限位凹槽中并在轴向上与所述限位凹槽的靠外侧侧壁可相对径向移动的紧密贴合在一起并通过磁性连接件实现两者之间的轴向固定，在径向上被一至少设置在动密封环底部的弹簧支撑在所述静密封环限位凹槽内圆周面上且其顶部外圆周面与所述限位凹槽内圆周面之间保持一可供其浮动的活动间隙S，在周向上与所述静密封环通过止动部件连接使其不随轴转动；所述动密封环两端侧面分别形成一向外伸展的集油槽，所述静密封环限位凹槽的左、右侧壁面投影在所述动密封环相应侧的集油槽内。通过静密封与动密封环之间的上述安装结构及相应关系的优化，使得动、静密封环不但能够以简单紧凑的结构构成油封机构，还使得转轴转动所带起来的润滑油能够充分的被收集，送回轴承箱内，极大的减轻了油封机构的密封压力。

2)所述动密封与所述转轴配合的内圆周面或所述转轴与动密封环配合的外圆周面形成有多个周向的螺旋方向与所述转轴的旋转方向相反动力槽或动力肋，优选的，所述动力槽或动力肋螺旋的形成在转轴的外周面或动密封环的内圆周面上，进一步优选的，在所述动密封环内圆周面的靠内侧部分设置所述动力槽或动力肋，动力槽或动力肋的该些设计，使得本申请在利用沟槽的阻油功能的同时，通过转轴的转动动力将润滑油通过动力槽或动力肋压回箱体(如轴承箱)，同时还提高了油膜的刚度和润滑效果。

进一步优选的，当所述动密封环的内圆周面形成动力槽或动力肋时，所述转轴的外圆周面相应地形成有与动密封面的多个动力槽或动力肋对应的多个凹腔；当所述转轴的外圆周面形成动力槽或动力肋时，所述动密封面的内圆周面相应地形成有与转轴的多个动力槽或动力肋对应的多个集油凹腔，通过这些凹腔保证油膜一定的厚度及动密封环的非接触密封；进一步优选的，仅所述动密封环内圆周面的靠内侧部分设置的动力槽或动力肋对应的设置有所述集油凹槽。

3)动密封环内圆周面上设置连续或断续形成的防磨带可保证由软金属材料构成的动密封环内圆周面不被很快的磨损，如采用条状防磨片或点状防磨柱连续或断续的形成防磨带，优选的，所述条状防磨片或点状防磨柱在动力密封环上整体设置成螺旋状，且螺旋方向与所述转轴的旋转方向相反。此举通过简单的结构实现一举两得的效果达到防磨带和动力槽/动力肋的双重作用；进一步优选的，所述防磨带设置在所述动密封环内圆周面的靠外侧部分，以进一步保证在各种不利的工况下的形成稳固的油膜。

4)当所述动密封环同时设置1)或2)所述动力槽/动力肋和防磨带时，防磨带设置在动密封环内圆周面的靠外侧部分，在动密封环内圆周面的靠内侧部分设置上述任一项所述的动力槽或动力肋，进一步优选的，所述防磨带与所述动力槽/动力肋分别构成或形成一整体构件，设置在所述动密封环的内圆周面上。这样的设置方式，防磨带设置密封区域利用磁化油膜阻挡润滑油向外泄露，同时，同时利用耐磨材料保护软金属材料不被很快的磨损。而被挡回到动力槽区域内的润滑油，可利用动力槽与转轴之间的作用实现动力回油，将大部分润滑油“推回”轴承箱内。

5)所述动密封的顶部宽度小于其下部的宽度，且在其顶部与下部的两侧过渡面上，分别形成一集油槽，至少静密封环的限位凹槽的两侧内壁面均投影在与其各自相对的集油槽内，这样的设计不但使得动密封环表面上的润滑油能够沿着其壁面流进集油槽中，而进一步优选的，集油槽的外侧壁形成向外延展伸出的飞沿，还会使更多的润滑油集纳在集油槽中。而进一步优选的，与动密封环的集油槽相应的，所述静密封环的限位凹槽的靠内侧(即轴承箱的润滑油侧)侧壁形成一伸向集油槽的导流臂，更能将润滑油顺利的导引到集油槽内，减少浮动间隙内的润滑油量。

6)所述转轴在所述动密封环的内侧设一阻挡部，该阻挡部为套设在转轴上与转轴一起转动的独立部件或由转轴一体形成，可防止动密封环沿轴向向轴承箱内侧移动。而优选的，将阻挡部与述动密封环采用倾斜度小于90度的斜端面配合不但可更好的阻挡润滑油通过动密封环与转轴的配合间隙泄露，还相当于延长了密封长度，增大了润滑油的流动阻力，优选的，所述阻挡部与所述动密封环的斜面配合形成一狭长间隙，以进一步提高阻油效果；进一步优选的，该阻挡部的外侧面和/或所述飞沿的外侧面形成螺旋沟槽或凸肋，且所述螺旋沟槽或突肋螺旋方向与转轴的旋转方向相反，这样润滑油既可以通过阻挡部的离心效应被抛离油面，提高润滑油的磁化效果，同时还可以利用阻挡部外侧面螺旋沟槽或凸肋旋转产生的离心推动作用将润滑油从阻挡部和动密封环之间的缝隙中推出，减小密封压力。

设置在转轴上的阻挡部还可优化与动密封环配合端面的设置，使两者在配合部位分别或整体形成一尖部，以在对润滑油从动密封环内圆周面泄露到外侧起到很好的阻挡作用的同时，还对轴承箱内的润滑油具有很好的飞溅效果保证转轴等转动部件的充分润滑。

7)所述磁性连接件优选为一设在动密封环上的高磁性柱状磁连接件，这样的设置不仅适于柱状磁连接件的安装，也适于静密封环和动密封环之间的紧密接触以及动密封环相对静密封环的径向移动。优选的，两者通过磁连接件紧密贴合的结合面为直面配合，进一步优选的，为垂直转轴的竖直面配合。

8)所述静密封环的密封结构可采用梳齿密封和/或蜂窝密封，但申请优选的从外侧到内侧依次为梳齿密封、蜂窝密封、梳齿密封。此种密封方式将单纯的梳齿密封变为蜂窝密封与梳齿密封的结合，不但利用了蜂窝密封双向阻尼特性所具有的更好密封效果，还利用蜂窝密封与梳齿密封形成互补，使得本申请与动密封配合的静密封更具有特点：先是利用梳齿密封产生节流效应，初步降润滑油的能量，然后通过蜂窝密封的双向阻尼特性对润滑油进行能量消耗，并利用蜂窝的双向阻尼特性调整润滑油的流向，为其后的梳齿的节流与热力学扩容创造良好的密封环境，由此获得更好的密封效果。

9)综合考虑润滑油密封效果及轴的安全，结合本申请的上述设计，进一步优选所述静密封环的梳齿密封与转轴的配合间隙d2大于所述蜂窝密封与转轴的配合间隙d3，，所述动密封环与转轴的配合间隙d1小于蜂窝密封与转轴的配合间隙d3；所述动密封环与转轴的配合间隙为0.05～0.10mm，为0.055～0.10mm，静密封环齿环密封间隙为：0.125～0.15mm，静密封环蜂窝密封间隙为：0.10～0.125mm。

10)在所述动密封环密封区的大致中间位置(是指横向方向)的底部，开有多个如3-5个回油孔，经过动力槽的润滑油在此区域聚集时，可通过回油孔流回轴承箱内。

11)所述静密封环和动密封为四等分结构或上下二等分结构以便于与转轴的装配。

上述改进措施，在本领域技术人员可判断其不矛盾冲突的情况下，可任意的组合在一起，并不受限于撰写顺序以及“优选“和”进一步优选“的关系。

附图说明

图1为本发明具有动密封环实施例的油密封机构整体结构示意图(注：该图中的可动密封环采用实施例1形式：动力槽由动密封环直接形成在其内圆周面的靠内侧区域，防磨带镶嵌在动密封环内圆周面的靠外侧区域)。

图2为本发明动密封环的实施例2结构示意图(在动密封环内圆周面上单独形成一构件，用来形成动力槽和设置防磨带)。

图3为本发明动密封环实施例3结构示意图(在动密封环内圆周面上分别镶嵌防磨带与动力肋)。

图4为本发明动密封环实施例4结构示意图(防磨结构与动力槽由防磨材料一体形成，再设置到动密封环内圆周面上)。

图5为本发明动密封环实施例5结构示意图(直接用防磨结构形成螺旋动力槽/动力肋)。

图6-1为本发明直接用防磨结构形成螺旋动力槽/动力肋的具体实施方式1。

图6-2为本发明直接用防磨结构形成螺旋动力槽/动力肋的具体实施方式2。

图7为本发明动密封环与静密封环采用止动键防止动密封环随转轴周向转动的实施例结构示意图。

图8为本发明图7所示实施例的左视图。

图9为本发明阻挡部实施例结构示意图。

图10为图9所示阻挡部形成有螺旋槽的实施例的左视图。

图11为静密封环所采用的蜂窝带结构示意图。

附图标记的含义如下：

1-轴承箱箱体；

2-阻挡部；21-阻挡部尖端；22-阻挡部安装螺钉；23-阻挡部左侧端面(也即靠外侧的端面)；24-阻挡部轴套部分；

3-静密封环；

30-静密封环内部形成的腔体；31-静密封环上的梳齿；32-静密封环上的蜂窝带；33-静密封环上的回油孔；34-静密封环向下的导流臂；35-静密封环内侧形成的限位凹槽；351-限位凹槽的左侧壁(也即靠外侧的侧壁)；352-环状凹槽的右侧壁(也即靠内侧的侧壁)；36-止动键；361-防转孔；362-固定螺栓；37-静密封环上半部分；38-静密封环下半部分；39-静密封环安装螺栓

4-动密封环；

40-动密封环顶部；41-磁性连接件；42-防磨带；43-动力槽；44-集油槽；441-收集槽尖部；45-回油路径；46-支撑弹簧；47-动密封环平面密封区；49-动密封环下部48-动力肋

5-转轴；

61-动力槽回油方向；62-润滑油泄漏方向；

d1-动密封环的密封间隙；d2-静密封环梳齿密封间隙；d3-静密封环蜂窝带密封间隙；s-动、静密封环间的径向活动间隙；

D-蜂窝带的蜂窝晶格内接圆直径；L-蜂窝带宽度；H-蜂窝带高度

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

如无特别说明，本申请中所述轴向、径向、周向均是以转轴为基准。

如无特别说明，在轴向方向上，轴承箱油侧视为内侧，而靠近外界环境一侧视为外侧；

如无特别说明，在径向上，与转轴配合侧视为内侧，而外周方向视为外侧，为避免表达上的混淆并便于与附图对应了解，本专利中也将外周称为顶部、上部，内周称为了下部或底部等。

如无特别说明，本申请中所述“在..内”包括边界，如所述“静密封环限位凹槽的左、右侧壁面投影在动密封环两侧的相应集油槽44内”包括投影在集油槽边界轮廓线上此种情况。

下面结合附图1-11描述本申请的优选实施方式：

由图1所示的油封机构，其安装在轴承箱箱体1(包括将轴承箱与汽缸等缸体部件做成一体的情形)与转轴5之间实现两部件之间的油密封，其包括一个或多个油密封单元，每个油密封单元由固定安装在箱体1上的静密封环3和和安装在静密封环内侧的动密封环4组成，两密封环沿轴向并列的套装在转轴上但不随轴转动，动密封环外侧面与所述静密封环内侧面在磁性连接件41磁吸力的作用下可相对径向移动的紧贴在一起，但两者并不随轴转动，产生在动密封环4与转轴5之间的配合间隙d1内的油膜会在磁性连接件41所产生的环状磁场下被磁化产生磁油幕。

通过上述设计，本申请不但可以利用磁性连接件41实现动密封环4与静密封环的轴向固定，还可以使动密封环4与静密封环并不是完全固定在一起不能动，而还可以使动密封环沿着静密封环与其产生磁吸配合的静密封环结合面移动实现一定的径向浮动，使得动密封环4与转轴之间的密封间隙在磁性连接件41的磁吸作用下具有随轴的随动性，从而不但保证动密封环4与转轴的同心，还能有效避免密封机构与转轴之间的硬性摩擦，使静密封环和动密封环4在磁性连接件41的磁力及密封介质润滑油的压力作用下紧贴在一起形成非接触浮动式自密封而避免将转轴划伤(动密封环4内圆表面与转轴外表面间有一圈环状的间隙，两个圆周面不直接接触)，并使磁性连接件41所产生的强力磁场可在磁连接机构与轴之间形成强大的环状磁场，在该磁场作用下转轴与动密封环4的内圆周面光滑段的润滑油形成具有一定刚度的磁油幕，该磁油幕可有效的阻止油的通过，并可以很好的将摩擦热疏导掉，使局部温度不会过高，防止了动密封环4在高温下的变形。因此磁油幕的存在使本油封机构的密封性及动密封环的耐用性都大大得以改善。优选，磁性连接件沿周向布置。

本申请不但提出了上述静密封环与动密封环4采用磁性连接件41连接的改进点，还通过巧妙改进动密封环4、静密封环结构上的关系创造性的使动密封环4与静密封能够以简单紧凑的结构高效可靠的协同工作，从而不但能够使润滑油不外漏、达到完全阻油的效果，还能够确保轴系免遭密封环损伤，实现机组寿命高、工作安全、运行成本低廉、结构简单的油封机构。

下述优化方案，还能够使本发明进一步带来更好的密封效果及较高的安全性及综合性价比：

一、所述静密封3与动密封环4之间的安装结构及配合关系的优化：

具体的，由图1所示，静密封环3沿轴向向箱体1外侧突出，其内侧面形成一腔体30，且腔体的内侧壁面上形成一环状限位凹槽35，动密封环4被部分容纳在腔体30中且其顶部40(也即动密封环4的外周部分)伸入到该限位凹槽35中，并与该限位凹槽35实现轴向、径向、周向的全方位配合关系：轴向上与所述限位凹槽35的靠外侧侧壁通过磁性连接件41的高磁性可相对径向移动的紧密吸合在一起实现两者之间的轴向固定；径向上被一至少设置在动密封环4底部的弹簧46支撑在静密封限位凹槽35内圆周面上且使其顶部外圆周面与限位凹槽35内圆周面之间保持一可供其径向浮动的活动间隙S，由此使该弹簧既起到调心作用又可以限制动密封环4仅在一定范围内进行径向浮动并对其实施减震作用；周向上与静密封环通过止动部件36，如止动键或止动销连接使动密封环4不被轴5带动转动。除此之外，动密封环4在其两端面分别形成一向两侧外伸展的集油槽44，静密封环限位凹槽35的左、右侧壁351/352内壁面投影在动密封环4两侧的相应集油槽44内，如此使溅落到静密封环内壁面的润滑油能够通过限位凹槽35侧壁的导流效果充分的回流到集油槽44中，而进一步优选的，所述静密封环限位凹槽的内侧侧壁形成伸向集油槽的导流臂34，该导流臂整个投影在其相应侧的所述动密封环集油槽44内，还能进一步提高集油效果，以及阻止润滑油向外泄露和保证油封机构密封压力。

通过静密封与动密封环4之间的上述安装结构及相应关系的优化，尤其是可浮动密封与静密封环利用静密封内侧凹腔及限位凹槽35及集油槽、导流臂的配合使得动密封环4、静密封环不但能够以简单紧凑的结构构成油封机构，还使得转轴转动所带起来的润滑油能够充分的被收集，送回轴承箱内，不但大大提高油的回收效果，极大的减轻了油封机构的密封压力，还使得油封机构的密封效果大大加强。

二、关于动密封环4的改进

1、关于动力槽43的设置

本发明为提高油密封效果，如图1-图6所示，动密封环4的内圆周面沿轴向形成有多个螺旋状动力槽43(优选的，靠近动密封环4的内圆周面的内侧设置)，且螺旋方向与转轴的旋转方向相反，以在利用沟槽的阻油功能的同时，还能够通过转轴5的转动动力将润滑油通过动力槽压回轴承箱1内(如图1放大图所示)，同时也降低了密封面的摩擦发热。

具体的，螺旋动力槽或动力肋可以像图1所示实施例1那样直接在动密封环4内圆周面(优选动密封环内圆周面采用软金属材料制成的轴承合金)上形成螺旋动力槽43(如图1所示，优选的，靠近动密封环4的内圆周面的内侧设置)，也可以如图2所示实施例2，将动力槽在一动力槽构件(优选采用软金属材料制成的轴承合金制成)上形成，再将动力槽构件设置在动密封环4的内圆周面上(如采用镶嵌方式)，还可以如图3所示实施例3在可浮动密封内表面上以镶嵌方式，通过镶嵌动力肋48形成动力槽；还可如4所示实施例4，将动力槽/动力肋与动密封环4内圆周面上的其他部件如防磨带形成一整体部件设置在动密封环4内圆周面上；或如图5、6-1～6-2所示实施例5，干脆直接将防磨带设置成螺旋状，形成螺旋动力槽或螺旋动力肋，达到一举两得之效(图6-1所示动力槽形成方式是利用柱状防磨颗粒以断点形式镶嵌在动密封环内圆周面上，整体形成螺旋状动力槽；图6-2所示实施方式是直接利用一整个防磨条以螺旋状布置在动密封环的内圆周面上形成螺旋状动力槽)。

优选的，形成动力槽的动密封环内圆周面或动力槽构件采用软金属材料制成的轴承合金。

动力槽43产生的抽吸作用，虽然一定的润滑油被压回密封侧提高了密封性能，但油膜的厚度会变薄，因此不能基于流体润滑来实现低转矩化，为此当所述动密封面的内圆周面形成动力槽或动力肋时，如图5所示，本发明还创造性的提出在转轴5的外圆周面形成有与动密封环4的动力肋或动力槽对应的一个或多个集油凹槽51，但优选的，采用一个集油凹槽与多个动力槽或动力肋配合的方式更有助于保证油膜的稳定形成。而同理，当转轴的外圆周面形成动力槽或动力肋时，动密封面的内圆周面也可以相应地形成有与转轴的一个或多个动力槽或动力肋对应的多个凹腔。集油凹槽51的对应设置，保证了所需的油膜厚度，在阻挡润滑油向外泄漏的同时，还保证了密封区的润滑、扭转力矩及防止密封圈干磨。

需要说明的是，动力肋与动力槽仅是相对而言，两者必然是同时出现的，形成动力槽必然需要动力肋，形成动力肋必然形成动力槽，因此本申请除非有特别说明，这两种情形其实所要达到的目的都是相同的，即利用槽道实现“推油”效果。另外，除可以在动密封环4上设置动力槽或动力肋之外，还可以在转轴上的相应位置处形成动力槽或动力肋，作用都是一样，但考虑到转轴的强度需要及工艺的简单性，本申请优选在动密封环的内周形成动力槽或动力肋。

2、关于防磨带42的设置

除上述优化方式之外，在动密封环4内圆周面上设置防磨条或防磨柱等防磨结构形成动密封环4内圆周面上的防磨带42可保护动密封环内圆周面(通常是软金属材料构成的轴承合金)的摩损刮伤问题，优选的，防磨带高度和动力槽或动力肋高度采用相同的高度，有利于油膜压力的稳定。

进一步的，还可进一步优化：

防磨带具体材料可采用耐磨的软合金材料如巴氏合金等，以条、短片、或柱粒等形式连续或不连续的(如断点形式)沿动密封环4内圆周面周向的形成防磨带(防磨带是防磨结构整体成带状)，由于防磨带采用耐磨软金属制成，对转轴也具有很好的防磨效果，因此可避免采用硬金属对转轴带来的损伤，缩小与转轴的配合间隙减少漏油量。

为节约材料成本，并使防磨带能够牢固的设置在动密封环4的内圆周面上，防磨带优选采用一个个单独的圆柱颗粒沿动密封环的内圆周面不完全连续的镶嵌而成，以节省大量的软金属材料，降低产品成本。

采用软金属材料制成的防磨带的动密封环4与转轴的配合间隙可以缩小到0.055～0.07mm。

需要说明的是，本领域技术人员可理解的，本申请所谓的不连续是指防磨结构个体彼此之间是断开的，如采用一块块防磨片或点状防磨柱彼此分开的镶嵌，但整体还是分布于整个动密封环的内圆周面并呈带状，而不是指仅圆周面部分设置防磨带。

3、动力槽/动力肋与防磨带的整体设置优化

对于上述动密封环4的改进措施，本申请还创造性的发现，将防磨带和动力槽/动力肋综合考虑、组合设计会取得综合性价比更高的一举多得效果。

如图1、2、3、4所示，动密封环4与转轴配合的内圆表面分为两个部分：外侧的防磨带设置区域和内侧的动力槽设置区域，将动力槽/动力肋43、48设置在动力密封环内侧，将防磨带设置在动力密封环外侧。这样的设置方式的技术效果主要在于：防磨带利用磁化油膜阻挡润滑油向外泄露，同时利用耐磨材料制成的防磨带保护动密封环4内圆周上的软金属材料不被很快的磨损。而被挡回到动力槽区域内的润滑油，可利用动力槽与转轴之间的作用实现动力回油，将大部分润滑油“推回”轴承箱内。

具体的，两者整体设置方式可如图1所示，动力槽由动密封环4直接形成在其内圆周面的靠内侧区域，而防磨带镶嵌在动密封环4内圆周面的靠外侧部分形成。

也可以如图3所示，在动密封内表面上单独镶嵌防磨带和动力肋48；

也可以如图2所示，在动密封环4其内圆周面上单独形成一动力槽构件，用来设置动力槽和设防磨带，其中动力槽直接由动力槽构件形成，而防磨带则以圆柱状颗粒形式透过动力槽构件镶嵌在动密封环4的内圆周面上整体形成防磨带，如此以镶嵌形式设置在动力槽构件和动密封环4内圆周面上的柱状颗粒不但构件了防磨带，还起到固定动力槽构件的作用，使其与动密封环4内周面的结合更牢固。

还可以如图4所示，将防磨带与动力槽、动力肋由防磨材料整体形成一独立部件设置在动密封环4内圆周面上，此时防磨带为一平面防磨区42。

对于上述的这些实施方式，无论是将动力槽/动力肋与防磨片/防磨柱先形成一独立整体部件再设置到动密封环4上还是将两者分别设置成一独立部件再设置到动密封环4上还是将两者与动密封环4整体加工而成，这些方式都得必须加工出动力槽/动力肋与防磨带两个结构，工艺比较复杂，为此本发明还创造性的发现一种可以使防磨片/防磨柱和动力槽/动力肋两个功能合而为一极大简化工艺及维修费用的方式，如下：

如图5、6-1、6-2所示，将防磨带直接设这成螺旋状，使防磨带之间的沟槽直接形成螺旋动力槽，从而达到一举多得的效果。具体的，可参考上述的镶嵌方式将一个个耐磨软金属材料构成的柱状颗粒整体呈螺旋状的镶嵌在动密封环4的内圆周面上，从而既构成了防磨带又构成了螺旋动力槽，避免了动力槽与防磨带分别设置成型的工艺上的繁琐和不安全因素，可谓一举多得、简单易施、具有极高的性价比。

4、关于动密封环4与转轴配合间隙的设置

动密封环4与转轴之间的间隙配合使两者之间的油膜的存在一方面使防磨带和动力槽能够更安全、更高效的实现其密封效果和防磨效果，一方面也使两者配合间隙内的油膜能够在磁性连接件41的磁场作用下被磁化成磁油幕，从而具有更好的阻油防漏效果。为进一步提高这一综合效果，动密封环4与转轴之间的配合间隙d1(也即动密封环4的内圆周面与转轴的外圆周面之间的间隙距离)最好设置在0.055～0.10mm范围内。进一步的，配合间隙动力中可设有供润滑油通过的回油路径45以进一步保证配合间隙内的润滑油油膜厚度。

5、关于磁性连接件41的优化

用来固定动、静密封环的磁性连接件41可以是分别设置在静密封环与动密封环4上的极性相反的一片或多片磁铁或磁钢构成的磁性连接件，也可以是单独设置在静密封环或动密封环4上的磁铁或磁钢构成的磁性连接件(此时与该磁性连接件对应的动或静密封面与该磁性连接件产生磁吸作用)，还可以不设磁性连接件，直接采用具有磁吸作用的材料使动密封环和静密封环的配合面产生磁吸作用(除该些实施方式外，配合面可以全部采用磁吸材料制成，也可以部分采用磁吸材料制成，但这种方式较设置磁性连接件方式对磁油幕的形成较差)。

当磁性连接件41设计为具有在动、静密封环上两两相对的磁性连接件时，则分别沿周向设置在静密封环3和动密封环4上并一一相对应。当仅在一侧设置磁连接件时，如图1所示，优选的周向设置在动密封环4上以易于安装，且优化磁性连接件41采用柱状磁性连接接件，以适于静密封环和动密封环4之间的紧密接触以及动密封环4的径向浮动。

进一步指出的是，如果选择只在一侧设置磁性连接件41的方式，要求没有安装磁性连接件41的动密封环4或静密封环3的至少吸接部位为能够与磁性连接件41产生磁吸作用的材料构成，且由于动密封环4是靠磁性连接件41通过磁吸作用与静密封环轴向固定在一起，而工作中只允许动密封环4在径向上进行一定的浮动，因此为防止动密封环4在转子的高速旋转作用下相对静密封转动，要求本申请的磁性连接件41及相应部位的磁吸材料都具有较高的磁性。

综合上述实施方式，最优选的，选择在可动密封环上设置磁性连接件41，此时静密封环采用铁性材料直接与磁性连接件41产生吸附作用或静密封环采用非铁性材料，在静密封环与磁性连接件的相应位置，镶嵌铁性材料或其他可产生磁性吸附作用的材料与磁性连接件产生吸附作用。该种设置方式可节省空间，使整个密封装置的结构更为紧凑。

6、其他连接关系的优化

进一步的，为避免动密封环4在转子的高速旋转作用下相对静密封转动，如图7、8所示，在静密封环上安装防转动件，本实施例采用防转键36，对应的动密封环4上设置防转孔361，防转键深入防转孔361内，可避免动密封环4随转轴转动，但动密封环4的防转孔361应大于止动键36的宽度，使彼此之间保留有间隙，从而使动密封环4有足够的活动空间，固定螺栓362的头大于防转孔的孔径并有一定的膨胀空隙。

7、动密封环4两侧集油槽的形成

为使动密封环4更好的实现集油槽的集油效果及与静密封环之间的结构的紧凑，如图1所示，将动密封环4顶部宽度设计为小于下部宽度，顶部伸入静密封环的限位凹槽35中，下部两侧分别向外形成一具有尖端的飞沿，该飞沿与顶部的端面分别形成一向外伸展的集油槽44，静密封环的凹槽的两侧壁至少内壁面投影在与其侧相对的集油槽44内，以使溅到静密封环内侧面上的润滑油流进集油槽44中。

同样，为静密封与箱体安装位置的润滑油也导进集油槽44中，与动密封环4的集油槽相应的，静密封环的凹腔的外侧壁351形成向下伸出的导流臂34，该导流臂投影在与其相应的动密封环4集油槽44内，从而使集油槽的集油效果更佳。

二、阻挡部2的设置

上述动密封环4与静密封环的综合设计使本申请相对现有技术具有了空间立体、多层防护的阻油效果，同时还大大降低了密封机构由于为考虑防止漏油而使动静配合间隙过小给转轴带来划伤等可能的损害。尽管该些做法已经使本申请相对现有技术具有很好的密封效果，但本申请仍创造性的提出一种将现有技术常设的阻挡部2进行与动密封环4相匹配的优化设计，虽然这种手段对于本发明其不是必须的，但若采用可进一步增强油封机构的整体密封效果。

如图1、9、10所示，转轴在动密封环4的内侧设有一阻挡部2，该阻挡部2为套设在转轴上与转轴一起转动的单独部件或由转轴一体形成。阻挡部2的设置，相当于为防止润滑油外泄设置了一道屏障。进一步可改进的，其外端面还可与动密封环4飞沿的外端面形状相应，形成一狭长的倾斜度在0度～90度之间的配合间隙，进一步增大了润滑油沿动密封环4内圆周面的泄漏难度。而为进一步增强该效果，本申请还创造性的提出，阻挡部2的外侧面和/或飞沿的外侧面形成向外甩油效应的螺旋沟槽或凸肋231，如图10所示，该些螺旋沟槽或突肋螺旋方向与转轴的旋转方向相反，如此润滑油既可以通过阻挡部2的离心效应被抛离油面，又可以因阻挡部2旋转产生的离心作用将润滑油压回密封侧。优选的，如图1、9所示，阻挡部2和/或与动密封环4的端部配合处形成一尖部21能够进一步增强阻挡部的甩油效果。

三、静密封环3

尽管由于上述的优化设置，流到作为最后一道密封的静密封环的润滑油已经很少，但为能提高本发明无论任何情况下都不会发生漏油的效果，本申请还是对静密封环3进行了优化，以将极少漏网之油也能够完全阻挡，为磁动力油封做好最后一道密封屏障。优选的，本发明静密封环可采用梳齿密封31与蜂窝密封32结合的方式，如图10所示，采用的蜂窝密封32是一个个封闭的晶格，且为软金属材料制成，因此其具有良好的阻尼减振特性及较好的结构强度，而且蜂窝壁厚很薄，如果蜂窝密封32与转子碰磨，首先磨损的是蜂窝密封32，对转子没有伤害，可有效的减轻轴振现象，保护密封间隙不因轴振而遭到破坏，提高密封的使用寿命。

如图1、10所示，本实施例最优选的静密封环密封方式是：从外侧到内侧依次为梳齿密封31、蜂窝密封32、梳齿密封31。由于蜂窝密封32为软金属材料，且蜂窝带宽度大，即使与轴发生碰撞磨损时也不会损伤轴，因此蜂窝密封32的间隙d3设计得可比梳齿密封31的间隙d2要小，动密封环4与转轴的配合间隙d1小于蜂窝密封32与转轴的配合间隙d3，优选的动密封环4与转轴的配合间隙为d1为0.055mm～0.10mm，静密封环齿环密封间隙为：0.125mm～0.15mm，静密封环蜂窝密封32间隙为：0.10mm～0.125mm，以获得耐磨、防漏油、不降低转矩的综合较佳效果

进一步优选的，如图所示，静密封环的密封齿设计为偏尖结构，齿尖偏向轴承箱内侧。该种设计可有效防止润滑油在齿内侧聚集，减少润滑油的泄漏量。

进一步优选的，静密封环上设置有越过动密封环4并沿径向向下的导流臂34也即限位凹槽35的靠油箱内侧的壁(或称右壁)。当轴承箱内飞溅的润滑油飞溅到静密封环上并沿静密封环向下流动时，通过此导流臂，将润滑油导入动密封环4的收集槽，通过收集槽将润滑油导入轴承箱底部，减少进入密封空间的润滑油量。

优选的，静密封环上设置有回油孔。通过动密封环4的少量润滑油在静密封环与动密封环4之间聚集时，可以通过回油孔回到轴承箱内部，防止润滑油外泄。

优选的，静密封环与动密封环4之间有止动键，防止动密封环4随转轴转动。

四、关于动、静密封环的各自整体结构

静、动密封环4周向上可分为几部分，如图8所示，静密封环分为上半部分37和下半部分38，以便于套装在转轴5与轴承箱箱体1之间。相应的，动密封环也相应的包括上下部分组装而成。

综上，本申请油封机构应用上述改进措施可具有如下显著效果：

1、磁性连接件41的采用，可将动密封环4磁吸在静密封环上，并为动密封环4与转轴之间的环隙的磁油幕提供磁源，密封间隙在磁柱的磁吸作用下随轴的随动性，保证浮环与轴的同心性，密封效果极佳。

2、设置在转轴上的阻挡部2既防止了动密封环4的轴向移动，又可利用其将润滑油抛离轴面，还可利用其外端面上与转轴的旋转方向相反的螺旋沟槽或突肋螺旋因阻挡部2旋转产生的负压作用将润滑油压回密封侧，同时也提高了动密封内圆周面的动力槽或动力肋的“推油”效果。本申请对阻挡部2的优化设计，使得阻挡部2可很好的胜任磁动力油封的第一道密封屏障。

3、通过活动间隙的动密封环4外周面一个或多个螺旋槽的设计以及动密封环4内周面动力槽或动力肋的螺旋方向与转子的转动方向相反的设计将轴向留出的润滑油推回轴承箱内。此为磁动力油封的第二道密封屏障。而动密封环4或转轴上凹腔的设计以及动密封环4回油路径的设计保证了在动力槽作用所需的润滑油的油膜厚度。

4、静密封环上的导流臂、动密封环4上的收集槽、飞沿以及位于回油孔的设置发挥了集液与回收之功效，可对润滑油进行有效收集并排出，可看作磁动力密封第三道密封屏障。

5、磁性连接件41的磁性使得磁性连接件41与转轴5之间形成环状磁场使得轴与动密封环4的内表面光滑段形成一定刚度的油幕，可有效的阻止油的通过，且该油幕还可以很好的将摩擦热疏导掉，使局部温度不会过高，防止了磁动力环在高温下的变形。磁油幕的存在为本密封机构添加了第四道密封屏障。

6、作为最后一道密封，静密封环梳齿密封31的设计利用了梳齿节流之功效，将极少漏网之油彻底阻挡，为磁动力油封设置了最后一道密封屏障。

本申请的上述设计及技术效果，使得本申请的油封机构能够广泛适用于各种转动机械，如汽轮机油挡、发电机端盖的密封等。

最后说明的是：

尽管在本文中描述和图示了本发明的各种创造性方面、概念和特征，通过结合在示例性实施方式中实施它们，但是可在许多替代实施方式中使用不同实施例的各种方面、概念和特征，单独地或者以各种组合及其子组合的方式。除非在本文中被明确地排除在外，所有这样的组合和子组合意图都是在本发明的范围内。

另外，尽管可能在本文中描述了关于本发明的各种方面、概念和特征的各种优选实施方式，但是这些描述不是本发明所有实施方式的完全或详尽的清单，这些描述并不表明这些特征是必需的，排他性的。本申请示例性方法或结构的描述并不限于包括在所有情况下所要求的所有特征，除非明确陈述为这种情况。

Claims (30)

1.一种油封机构，设于轴承箱箱体(1)与转轴(5)之间，包括一个或多个油封单元，所述油封单元由安装在所述箱体上的静密封环(3)和安装在所述静密封环内侧的动密封环(4)组成，两密封环沿轴向并列的套装在所述转轴上但不随轴转动，其特征在于：所述静密封环沿轴向向箱体外侧突出，其内侧面形成一腔体且在腔体的内壁面形成一环状的限位凹槽(35)；所述动密封环被部分容纳在该腔体(30)中，且其顶部(40)伸入到该限位凹槽中，并：在轴向上通过磁性连接件与所述限位凹槽的靠外侧侧壁可相对径向移动的紧密贴合在一起，在径向上被一至少设置在动密封环底部的弹簧(46)支撑在所述静密封环限位凹槽内圆周面上且其顶部外圆周面与所述限位凹槽内圆周面之间保持一可供其径向浮动的活动间隙S，在周向上与所述静密封环通过止动部件(36)连接使其不随轴转动；所述动密封环与所述转轴之间为间隙配合，所述磁性连接件所产生的环状磁场使所述动密封环与转轴的配合间隙内的油膜被磁化。

2.根据权利要求1所述的油封机构，其特征在于：所述动密封环与所述转轴配合的内圆周面或所述转轴与动密封环配合的外圆周面形成有一个或多个周向的动力槽(43)或动力肋(48)。

3.根据权利要求2所述的油封机构，其中在所述动密封环内圆周面的靠内侧部分设置所述动力槽或动力肋。

4.根据权利要求2所述的油封机构，其特征在于：所述动力槽或动力肋螺旋的形成在转轴的外周面或动密封环的内圆周面上，且螺旋方向与所述转轴的旋转方向相反。

5.根据权利要求2所述的油封机构，其中仅当所述动密封环的内圆周面形成动力槽或动力肋时，所述转轴的外圆周面相应地形成有与所述动密封面的多个动力槽或动力肋对应的集油凹槽。

6.根据权利要求2所述的油封机构，其中当所述转轴的外圆周面形成动力槽或动力肋时，所述动密封环的内圆周面相应地形成有与所述转轴的多个动力槽或动力肋对应的集油凹槽。

7.根据权利要6所述的油封机构，其中仅所述动密封环内圆周面的靠内侧部分与动力槽或动力肋对应的设置有所述集油凹槽。

8.根据权利要求1所述的油封机构，其特征在于：所述动密封环内圆周面上周向的设置有软性材料制成的防磨带。

9.根据权利要求8所述的油封机构，其中所述防磨带(42)在动密封环上整体呈螺旋状，且螺旋方向与转轴的旋转方向相反。

10.根据权利要求8所述的油封机构，其中所述防磨带设置在所述动密封环内圆周面的靠外侧部分。

11.根据权利要求2所述的油封机构，其特征在于：所述动密封环内圆周面的靠外侧部分设置防磨带，靠内侧部分设置所述动力槽或动力肋。

12.根据权利要求11所述的油封机构，其中所述防磨带与所述动力槽/动力肋单独或整体形成一构件设置在所述动密封环的内圆周面上或由所述动密封环一体形成。

13.根据权利要求1所述的油封机构，其特征在于：所述动密封环两端侧面分别形成一向外端伸展的集油槽(44)，所述静密封环限位凹槽的两侧内壁面投影在所述动密封环相应侧的集油槽(44)内。

14.根据权利要求13所述的油封机构，其中所述静密封环限位凹槽的内侧侧壁形成伸向集油槽的导流臂(34)，该导流臂投影在其相应侧的所述动密封环集油槽(44)内。

15.根据权利要求1所述的油封机构，其特征在于：所述转轴在所述动密封环的内侧设有一阻挡部(2)，该阻挡部套设在转轴上或由转轴一体形成。

16.根据权利要求15所述的油封机构，其中所述阻挡部与所述动密封环相邻的对应面形状相配、为倾斜度小于90度的斜面配合。

17.根据权利要求16所述的油封机构，其中所述阻挡部与所述动密封环在配合部位配合形成一尖部。

18.根据权利要求17所述的油封机构，其中所述阻挡部与所述动密封环配合的端面上形成有具有向外甩油效应的螺旋沟槽或凸肋(231)，所述螺旋沟槽或凸肋螺旋方向与转轴的旋转方向相反。

19.根据权利要求1-18任一项所述的油封机构，其特征在于：在所述动密封环的底部，开有3-5个回油路径(45)，将动力槽离心抛出的润滑油进行收集并通过回油路径流回轴承箱内。

20.一种油封机构，设于轴承箱箱体(1)与转轴(5)之间，包括一个或多个油封单元，所述油封单元由安装在所述箱体上的静密封环(3)和安装在所述静密封环内侧的动密封环(4)组成，两密封环沿轴向并列的套装在所述转轴上但不随轴转动，其特征在于：所述动密封环(4)在轴向上通过磁性连接件与所述静密封环可相对径向移动的紧密贴合在一起，在周向上与所述静密封环通过止动部件连接使其不随轴转动，在径向上被一至少设置在动密封环底部的弹簧(46)支撑在所述静密封环内圆周面上且其顶部外圆周面与所述静密封内圆周面之间保持一可供其浮动的活动间隙S；所述动密封环与所述转轴之间为间隙配合，所述磁性连接件产生的磁场使所述动密封环与转轴的配合间隙内的油膜被磁化；所述动密封环与所述转轴配合的内圆周面上形成有多个周向的由软性耐磨材料构成的防磨带(42)，所述防磨带螺旋形成在动密封环的内圆周面上，且螺旋方向与所述转轴的旋转方向相反。

21.根据权利要求20所述的油封机构，其中所述防磨带设置在所述动密封环内圆周面的靠外侧部分。

22.一种油封机构，设于轴承箱箱体(1)与转轴(5)之间，包括一个或多个油封单元，所述油封单元由安装在所述箱体上的静密封环(3)和安装在所述静密封环内侧的动密封环(4)组成，两密封环沿轴向并列的套装在所述转轴上但不随轴转动，其特征在于：所述动密封环(4)在轴向上通过磁性连接件与所述静密封环可相对径向移动的紧密贴合在一起，并在周向上与所述静密封环通过止动部件连接使其不随轴转动，在径向上被一至少设置在动密封环底部的弹簧(46)支撑在所述静密封环内圆周面上且其顶部外圆周面与所述静密封内圆周面之间保持一可供其浮动的活动间隙S；所述动密封环与所述转轴之间为间隙配合，所述磁性连接件所产生的环状磁场使所述动密封环与转轴的配合间隙内的油膜被磁化；所述动密封环与所述转轴配合的内圆周面上形成有多个周向的动力槽(43)；所述动力槽螺旋的形成在动密封环的内圆周面上，且螺旋方向与所述转轴的旋转方向相反；所述动密封环的内圆周面上还周向的设置有软性材料制成的防磨带(42)，所述动力槽靠动密封环的内圆周面的内侧设置，所述防磨带靠动密封环的内圆周面的外侧设置。

23.如权利要求20-22任一项所述的油封机构，其特征在于：所述静密封环沿轴向向箱体外侧突出，其内侧面形成一腔体，且在其内壁面上形成一环状限位凹槽，所述动密封环被部分容纳在该腔体中且其顶部伸入到环状限位凹槽中，通过该限位凹槽所述动密封环在轴向上与所述限位凹槽的靠外侧侧壁可相对径向移动的紧密贴合在一起实现所述磁性连接件的轴向磁吸固定及所述弹簧径向上的支撑；所述动密封环两端侧面分别形成一向外伸展的集油槽，所述静密封环限位凹槽的左、右侧壁面投影在所述动密封环相应侧的集油槽内。

24.一种油封机构，设于轴承箱箱体(1)与转轴(5)之间，包括一个或多个油封单元，所述油封单元由安装在所述箱体上的静密封环(3)和安装在所述静密封环内侧的动密封环(4)组成，两密封环沿轴向并列的套装在所述转轴上但不随轴转动，其特征在于：所述静密封环沿轴向向箱体外侧突出，其内侧面形成一腔体，所述动密封环被部分容纳在该腔体(30)中；所述静密封腔体的内壁面形成一环状限位凹槽(35)，所述动密封环顶部(40)伸入到该限位凹槽中并在轴向上通过磁性连接件与所述限位凹槽的靠外侧侧壁可相对径向移动的紧密贴合在一起，在径向上被一至少设置在动密封环底部的弹簧(46)支撑在所述静密封环限位凹槽内圆周面上且其顶部外圆周面与所述限位凹槽内圆周面之间保持一可供其浮动的活动间隙S，在周向上与所述静密封环通过止动部件连接使其不随轴转动；所述动密封环两端侧面分别形成一向外伸展的集油槽，所述静密封环限位凹槽的左、右侧壁面投影在所述动密封环相应侧的集油槽(44)内；所述动密封环与所述转轴之间为间隙配合，所述磁性连接件所产生的环状磁场使所述动密封环与转轴的配合间隙内的油膜被磁化；所述动密封环与所述转轴配合的内圆周面上形成有多个周向的动力槽(43)；所述动力槽螺旋的形成在动密封环的内圆周面上，且螺旋方向与所述转轴的旋转方向相反；所述动密封环的内圆周面上还周向的设置有软性材料制成的防磨带(42)，所述动力槽靠动密封环的内圆周面的内侧设置，所述防磨带靠动密封环的内圆周面的外侧设置；所述静密封环限位凹槽的右侧壁形成一伸向集油槽的导流臂(34)，该导流臂投影在与其同侧的所述动密封环集油槽(44)内；所述转轴在所述动密封环的内侧设有一与所述动密封环端面形状相配、随转轴转动的阻挡部(2)，该阻挡部的端部形成一尖部；在所述动密封环密封区的底部，开有多个回油路径(45)，经过动力槽的润滑油在此区域聚集时，可通过该回油路径流回所述轴承箱内。

25.根据权利要求20-22、24任一项所述的油封机构，其特征在于：在与所述动密封环内圆周面动力槽或动力肋对应的转轴外周面上，形成有集油凹槽，所述集油凹槽与所述动密封环动力槽或动力肋采用凸凹相对的方式设置。

26.根据权利要求1-18、20-22、24任一项所述的油封机构，其特征在于：所述磁性连接件为一设在动密封环上的高磁性柱状磁连接件，由于该高磁性柱状磁连接件的磁力作用，所述动密封环被磁吸在所述限位凹槽的靠外侧侧壁上。

27.根据权利要求1-18、20-22、24任一项所述的油封机构，其特征在于：所述静密封环从外侧到内侧依次为梳齿密封、蜂窝密封、梳齿密封。

28.根据权利要求27所述的油封机构，其特征在于：所述静密封环的梳齿密封与转轴的配合间隙d2大于所述蜂窝密封与转轴的配合间隙d3，所述动密封环与转轴的配合间隙d1小于蜂窝密封与转轴的配合间隙d3。

29.根据权利要求28所述的油封机构，其中所述动密封环与转轴的配合间隙d1为0.055mm-0.10mm，静密封环齿环密封间隙d2为：0.125mm-0.15mm，静密封环蜂窝密封间隙d3为：0.10mm-0.125mm。

30.根据权利要求1-18、20-22、24、29任一项所述的油封机构，其特征在于：所述静密封环和动密封为周向四等分结构或上下二等分结构。