CN104797868A - 具有改良的辅助密封件的机械密封设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械密封设备，其包括旋转密封环(2)、固定密封环(3)以及辅助密封装置(5)，所述辅助密封装置(5)为单件式并且包括不同材料的辅助密封件(51)和环元件(52)，并且所述环元件(52)配置于所述辅助密封件(51)的指向所述固定密封环(3)的一侧。

Description

具有改良的辅助密封件的机械密封设备

技术领域

本发明涉及具有改良辅助密封件的机械密封设备。

背景技术

已知的机械密封设备中的一系列问题为辅助密封件的问题，该辅助密封件经常在密封环的后侧，即与密封间隙相反的一侧执行密封。为此，辅助密封件必须保持轴向可动性，以便在机器的待机或缓慢运行期间特别是对轴和壳体之间的轴向偏移进行补偿并且确保密封。归因于机械密封设备操作期间通常普遍存在的高压和高温，辅助密封件塑性变形，接着可能导致在机器待机情况下归因于温度下降和压力下降而使辅助密封件在套管状部件上不期望的收缩。然而，由此可能减小辅助密封件的轴向可动性，在机器的待机期间或刚重启时可能发生两个密封环之间的泄漏，或者在配置有辅助密封件的密封环后侧可能发生泄漏。DE 20 2007 017 783.6 U1公开了一种机械密封设备，其中，支撑环松弛地配置在辅助密封件和密封环之间，以避免各部分之间的潜在的剪切应力，该剪切应力也是在高温以及特别是高机械应力时由不同部件的不同的热膨胀引起的。此外，支撑环和辅助密封件之间布置有PEEK的膜状中间层。该膜状中间层还将防止分别由密封环和辅助密封件的不同热膨胀系数引起的不利影响。

发明内容

因此，本发明的目标在于提供一种具有辅助密封装置的机械密封设备，其在所有操作状态下，特别是在待机期间或待机之后允许安全并且无泄漏的密封，同时结构简单并且能以简单的方式低成本生产。

通过具有方案1的特征的机械密封设备实现该目标。从属方案示出本发明的优选改进方案。

因此，本发明的具有方案1的特征的机械密封设备具有在待机或缓慢运行期间或重启的情况下确保辅助密封件的充分轴向可动性的优点。特别地，根据本发明能够防止辅助密封装置在冷却后粘在管状部件上或在管状部件上收缩，这将防止辅助密封装置的轴向可动性。根据本发明这实现为辅助密封装置利用环元件(环元件部分)和辅助密封件(辅助密封件部分)一体地制成。该环元件在此配置于辅助密封件的朝向固定密封环所指的一侧。辅助密封件和环元件在此由不同材料制成并且其间具有不可分离的连接，以提供单件式辅助密封装置。因而，通过将环元件固定到辅助密封件以形成单个部件能够保持辅助密封装置的轴向可动性。此外，环元件在密封环和辅助密封件之间设置轴向的距离，使得能够避免特别是在操作期间可能发生的挤出，即，能够避免辅助密封件的材料被拉入到密封环和环状部件之间的间隙内。

优选地，辅助密封件和环元件之间的连接是通过热方法特别是烧结连接建立的连接。烧结连接提供辅助密封件和环元件之间的不可分离的连接，并且能够以特别简单并且便宜的方式形成。例如，用于辅助密封件和环元件的颗粒或粉末状物质能够被导入模具并且被烧结接合，或者可选地，环元件被烧结于已生产出的辅助密封件，或者辅助密封件烧结于环元件。此外优选地，采用其他方法生产的辅助密封装置可选地也是可能的，例如由至少两种不同材料制成的单件式注射成型部件，或者采用快速原型法(rapid prototypingmethod)制成，例如借助于激光烧结法，其中特别地，能够借助于层状建立的方式快速并且低成本地生产辅助密封装置。此外可选地，辅助密封件和环元件之间的连接是粘接连接。

此外优选地，机械密封设备包括用于在轴向上对辅助密封装置施力的施力装置。施力装置包括压力环和施力元件，优选地是几个弹簧围绕周向分布，压力环抵靠辅助密封件。

此外优选地，压力环在轴向上从上方至少部分地夹持辅助密封装置的辅助密封件。特别地，即使在强烈的温度变化的情况下，另外通过压力环也能够由此将辅助密封装置保持在适当位置。压力环仅松弛地位于辅助密封装置上。根据本发明的另一个优选变形，压力环在轴向上借助于轴向突起从下方夹持辅助密封件的一部分。由此通过压力环将辅助密封件保持在适当位置，这能够抵消辅助密封件的收缩趋势。特别优选地，压力环从上方和下方夹持辅助密封件的一部分。

此外优选地，压力环借助于后夹持部从后方夹持辅助密封件。

根据本发明的另一个优选变形，辅助密封装置的环元件具有在轴向上延伸的环状延伸部。该环状延伸部从上方夹持辅助密封件，优选地在轴向上至少部分地夹持径向最外部。由此能够确保，环元件优选地在辅助密封件的整个径向高度的上方延伸，并且另外在轴向上从上方夹持辅助密封件。由此能够防止特别是可能发生的并且将导致固定密封环的倾斜的倾斜力。

根据本发明的可选的变形，辅助密封装置的辅助密封件在朝向固定密封环所指的一侧具有轴向突出的肩部。此外，环元件包括轴向延伸的环状延伸部，其从上方夹持辅助密封件的突出肩部。

此外优选地，连接形成于辅助密封件和环元件之间的整个接触区域。这确保两个部件之间的可靠连接，使得辅助密封装置作为单件式部件具有长的使用寿命。此外，能够以非常可靠的方式传递剪切力。

优选地，环元件包括高性能塑料，特别是PEEK或PEK或PEKEKK。

特别优选地，辅助密封件包括PTFE，环元件包括PEEK。通过选择优选的PEEK作为环元件用的材料确保了：归因于PEEK环元件和PTFE辅助密封件之间的稳固连接，即使在温度降低的情况下，压力环也能抵消PTFE辅助密封件和PEEK环元件的收缩趋势。因而，能够减小PEEK环元件和PTFE辅助密封件上可能的收缩力，并且能够避免管状部件上的收缩，使得能够一直保持辅助密封装置的轴向可动性。此外，通过较硬的PEEK环元件能够避免较软的PTFE辅助密封件挤入管状部件和固定密封环之间的间隙内。因此，用于环元件的挤压稳定性材料的使用还使得固定密封环和管状部件之间的所述间隙减小。可选地，包括PEEK的材料混合物能够用作环元件所使用的材料，包括PTFE的材料混合物用于辅助密封件。

优选地，辅助密封装置的环元件在朝向管状部件所指的一侧具有长度L1，辅助密封件在朝向管状部件所指的一侧具有轴向上的长度L2，长度L2是长度L1的至少两倍长，优选地为三倍长。特别优选地，长度L1在0.1mm至2mm的范围内，优选地在0.4mm和0.8mm之间。优选地，辅助密封件的轴向长度L2在2mm至12mm的范围内，特别是4mm至10mm的范围内，优选地在3mm和8mm之间，优选地在3mm和6mm之间。此外优选地，单件式辅助密封装置的总长L3不大于14mm。换言之，长度L1+L2的和不大于14mm。

根据本发明的另一个优选变形，在辅助密封装置和压力环之间设置形状匹配连接。形状匹配连接特别地形成于辅助密封件和压力环之间。特别优选地，辅助密封装置以从压力环悬挂的方式配置于压力环，即，压力环从下方夹持辅助密封装置的一部分，特别是还使得归因于该方法的压力环保持辅助密封装置，在辅助密封装置的冷却期间不期望的收缩变得更不可能。特别优选地，借助于环状锚式固定(annular anchorage)在辅助密封装置和压力环之间形成形状匹配连接，其中优选地，辅助密封件包括容纳在压力环的环状槽内的环状突起部。

此外优选地，机械密封设备是用于密封气体介质的气体密封件。可选地，机械密封设备优选地是用于密封液体介质或气液混合物的液体密封件。

附图说明

现在将参考附图详细地说明本发明的优选实施方式。在图中，

图1是根据本发明的第一实施方式的机械密封设备的示意性截面图。

图2是图1的辅助密封装置的放大图。

图3是根据本发明的第二实施方式的机械密封设备的示意性截面图。

图4是根据本发明的第三实施方式的机械密封设备的示意性截面图。

图5是根据本发明的第四实施方式的机械密封设备的示意性截面图。

图6是图5的辅助密封装置的放大图，以及

图7至图10示出本发明的辅助密封装置的另外的优选替换。

具体实施方式

在以下说明的实施方式中，相同的或技术功能相同的部件由相同的附图标记表示。

现在参考图1和图2详细说明根据本发明的第一实施方式的机械密封设备1。

如图1中能够看到的，机械密封设备1包括转动机械密封环2和固定密封环3，以已知的方式在两者之间形成密封间隙4。旋转密封环3连接到诸如轴等的转动部件(未示出)。图1中所示的机械密封设备1是所谓的压力密封件，其密封压力区域10内的加压气体使加压气体不受大气区域11影响。

机械密封设备1还包括单件式辅助密封装置5和分离的压力环6。辅助密封装置5包括适当的辅助密封件51和环元件52，环元件52不可分离地连接到辅助密封件51。在该实施方式中，辅助密封件51和环元件52由不同的烧结材料制成，使得在辅助密封件51和环元件52之间形成烧结连接53。该烧结连接53是不可分离的，以便形成单件式辅助密封装置。根据本发明，术语“不可分离”是指只有通过破坏才能分离的连接。对于烧结材料，在本实施方式中，PTFE用于辅助密封件51，PEEK用于环元件52，或者混合所述材料。

特别是如图2中能够看到的，在此，环元件52在轴向X-X上的长度L1是辅助密封件51在轴向上的长度L2的大约1/3。总长度L3＝(L1+L2)<14mm。此外，辅助密封件51的径向高度H2为环元件52的径向高度H1的至少两倍大。(参见图2)。

机械密封件1还包括具有施力元件7的施力装置，在本实施方式中为弹簧。施力元件7对分离的压力环6施加轴向上的力，压力环6将施力经由单件式辅助密封装置5传递到固定密封环3。在待机状态或当启动或关闭机器时，介质经由机械密封4从压力区域10进入大气区域11，固定密封环3因而在轴向上压抵旋转密封环2。

因此，单件式辅助密封装置5必须在所有操作状态下密封壳体9的管状部件8。管状部件8包括辅助密封装置5所密封的外密封面8a。在操作期间，辅助密封件51密封外密封面8a，环元件52密封固定密封环3的后部3a。

根据本发明的单件式辅助密封装置5由此能够提供由两种不同材料制成的一件式部件。环元件52特别是提供朝向密封环3减小的径向摩擦力。由于环元件52以平面的方式经由烧结连接53连接到辅助密封件51，因此特别是在机器的待机或冷却期间，具有减小的单件式辅助密封装置5在管状部件上收缩的风险。特别是在待机期间或刚启动或关闭时，能够避免通过两个密封环之间的密封间隙4产生泄漏的情况，该泄露是由于单件式辅助密封装置5粘在(stuck on)管状部件8上而使固定密封环3不能进行轴向运动而产生的。。此外，由与辅助密封件51的材料不同的材料构成的环元件52的使用使得能够防止材料被从辅助密封装置5拉入固定密封环3和管状部件8之间的间隙12的情况，该情况在现有技术中造成辅助密封件的稳定性的严重问题。优选地，轴向上的长度L1是间隙12的至少两至三倍。

因此，与迄今为止已知的并且分别在辅助密封件上使用多个分离的单个环的现有技术方案相比，本发明在机器的启动和关闭期间以及待机期间提供较大的优势。根据本发明的单件式辅助密封装置5还特别适用于密封高压和高温的介质。

图3示出根据第二实施方式的机械密封设备1，其与第一实施方式大致一致。与第一实施方式相比，第二实施方式的机械密封设备1另外包括悬挂的单件式辅助密封装置5。为此，在背向固定密封环3的一侧，辅助密封件51具有环状凹口54，压力环6的轴向突起61突出到凹口54中。突起61和辅助密封件51之间存在形状匹配连接，该连接包括辅助密封件上的突起部55和突起61上的环状凹部60(参见图3)。从截面所见的，形状匹配连接具有V形。归因于该方式，单件式辅助密封装置5自压力环6悬挂，或者压力环6从下方夹持辅助密封装置5的一部分，使得特别是进一步减小机器待机期间管状部件8上收缩的趋势。

图4示出根据本发明的第三实施方式的机械密封设备1，其与第一实施方式大致一致。与第一实施方式相比，第三实施方式的单件式辅助密封装置5有所不同。如图4中能够看到的，环元件52在径向上比辅助密封件51大，并且借助于上夹持部52a夹持在辅助密封件51的径向外周上。特别地，由此使辅助密封件51和环元件52之间的连接53设置在较大的区域。此外，环元件52在辅助密封件51上的上夹持配置降低了辅助密封件51的特别是随温度改变而出现的趋势，即，在压力环6的方向上倾斜的趋势，该趋势能够以负面方式影响两个密封环2、3之间的密封间隙4。

图5和图6示出根据本发明的第四实施方式的机械密封设备1。在该实施方式中，辅助密封件51包括在轴向X-X上突出的肩部51b(参见图6)。环元件52也包括上夹持部52a并且夹持在肩部51b上。由此减小辅助密封件51的不期望的倾斜移动趋势。特别是在图6中能够看到的，环元件52在管状部件8的区域中的轴向长度L1具有与肩部51b在轴向X-X上的轴向长度L4大致相同的尺寸。

图7至图10示出根据本发明的辅助密封装置5的另外的优选实施方式。

图7示出优选实施方式，其中环元件52具有多层结构。在该实施方式中，环元件52具有第一层52b和第二层52c的两层结构。然而还可以将环元件52设置为更多层。此外，辅助密封件51包括配置在辅助密封件51中对应形成的凹部内的扩展元件13。图8中示出的两层是由不同材料制成的，层的硬度优选地径向向外降低。这是指第一层52b比第二层52c硬。然而，两层52b和52c都经由烧结连接53连接到辅助密封件51。此外，扩展元件13配置于辅助密封件51，以便确保辅助密封件51可靠地抵靠管状部件。

图8示出本发明的另一个优选替换，其中借助于辅助密封件51从压力环6悬挂辅助密封装置5。为此，压力环6具有接合到辅助密封件51的凹口54内的轴向突起61。由此辅助密封件从压力环6悬挂。压力环6还包括上夹持部63和后夹持部64。因此，辅助密封件51的径向向外取向的所有部分被压力环6覆盖(参见图8)。由于压力环6非常刚硬，因此该优选的变形还能够抵消特别是辅助密封件51的倾斜，并且防止辅助密封装置5在轴等情况下的收缩。

图9示出本发明的另一个优选实施方式，其与图8的实施方式大致相同，其中，在图9的实施方式中定位环14配置于压力环6替代后夹持部64，定位环14从后方夹持辅助密封件51。

图10所示的另一个优选实施方式示出了从后方夹持的压力环6的另一个替换，其中图10的压力环6是多件式构造。在该实施方式中，压力环6包括借助于销15互相连接的三部分6a、6b、6c。特别是由此能够减小压力环6的生产成本，使辅助密封件51能够以快速容易的方式安装于压力环6。在图10所示的实施方式中，辅助密封件51也从轴向突起61悬挂。

应当注意的是，对于所说明的所有实施方式，特别是压力环6，可以构造为辅助密封件51是从压力环6悬挂的。此外，在所有说明的实施方式中，可以以如下方式构建压力环6：如图8至图10的实施方式中所示，压力环6可以完全从上方夹持辅助密封件51或者完全从后方夹持辅助密封件51。此外，还可以使用每个适当的方法特别是注射成型方法替代烧结方法生产一件式辅助密封装置5。此外，在所有说明的实施方式中，扩展元件13可以另外用于辅助密封件51，以确保辅助密封件51对管状部件8的可靠密封。

附图标记列表

1  机械密封设备

2  旋转密封环

3  固定密封环

3a 后部

4  密封间隙

5  辅助密封装置

6  压力环

6a、6b、6c 压力环的一部分

7  施力元件

8  管状部件

8a 外密封面

9  壳体

10 压力区域

11 大气区域

12 间隙

13 扩展元件

14 定位环

15 销

51 辅助密封件

51a 径向外周

51b 肩部

52  环元件

52a 上夹持部

52b 第一材料

52c 第二材料

53  烧结连接

54  凹口

55  突起部

60  环状凹部

61  轴向突起

62  肩部

63  上夹持部

64  后夹持部

X-X 轴向

F   施力

Claims (13)

1.一种机械密封设备，其包括：

-旋转密封环(2)，

-固定密封环(3)以及

-辅助密封装置(5)，

-所述辅助密封装置(5)被制成单件式并且包括不同材料的辅助密封件(51)和环元件(52)，以及

-所述环元件(52)配置于所述辅助密封件(51)的指向所述固定密封环(3)的一侧。

2.根据权利要求1所述的机械密封设备，其特征在于，借助于热方法，特别是烧结连接，和/或粘接连接，在单件式的所述辅助密封装置(5)的所述辅助密封件(51)和所述环元件(52)之间建立连接(53)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封设备，其特征在于，所述机械密封设备还包括施力装置，所述施力装置用于在轴向(X-X)上对单件式的所述辅助密封装置(5)施力，所述施力装置包括压力环(6)和施力元件(7)，所述压力环(6)抵靠所述辅助密封装置(5)的所述辅助密封件(51)。

4.根据权利要求3所述的机械密封设备，其特征在于，所述压力环(6)在轴向(X-X)上借助于上夹持部(63)从上方部分地夹持单件式的所述辅助密封装置(5)的所述辅助密封件(51)，和/或在轴向(X-X)上借助于轴向突起(61)从下方部分地夹持所述辅助密封件(51)，和/或借助于后夹持部(64)或定位环在后方夹持所述辅助密封件(51)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封设备，其特征在于，所述环元件(52)包括环延伸部(52a)，所述环延伸部在轴向(X-X)上延伸并且在轴向(X-X)上从上方至少部分地夹持所述辅助密封件(51)。

6.根据权利要求5所述的机械密封设备，其特征在于，所述环元件(52)从上方夹持所述辅助密封件(51)的径向最外部，或者所述环元件(52)从上方夹持所述辅助密封件(51)的形成于所述辅助密封件(51)的肩部(51b)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封设备，其特征在于，所述连接(53)设置于所述辅助密封件(51)和所述环元件(52)之间的全部接触区域。

8.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封设备，其特征在于，所述辅助密封件(51)包括PTFE和/或所述环元件(52)包括聚醚酮，特别是PEEK。

9.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封设备，其特征在于，所述机械密封设备还包括由单件式的所述辅助密封装置(5)所密封的管状部件(8)。

10.根据权利要求9所述的机械密封设备，其特征在于，所述环元件(52)在朝向所述管状部件(8)所指的一侧具有轴向(X-X)上的长度(L1)，所述辅助密封件(51)在朝向所述管状部件(8)所指的一侧具有轴向上的长度(L2)，所述长度(L2)为所述长度(L1)的至少两倍长。

11.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封设备，其特征在于，所述辅助密封件(51)和所述压力环(6)之间为形状匹配连接。

12.根据权利要求10所述的机械密封设备，其特征在于，所述辅助密封件(51)包括凹口(54)和突出到所述凹口内的突起部(55)，所述压力环(6)包括环状凹部(60)，所述环状凹部形成为与所述突起部(55)的形状相符合，用于所述形状匹配连接。

13.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封设备，其特征在于，所述机械密封设备是用于密封气体介质的气体密封件，或者所述机械密封设备是用于密封液体介质的液体密封件。