CN104995440A - 机械密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机械密封装置，其具有：旋转环(7)，其与旋转轴(300)固定；固定环(4)，其与旋转环(7)滑动自由地接触并形成环状密封面(S)；蛇腹管(5)，其支持固定环(4)以向旋转环(7)施力；弹簧(6)，其对固定环(4)向旋转环(7)施力；以及密封盖(2)，其安装于壳体(200)，支持蛇腹管(5)，以使蛇腹管的外周面相对于密封面(S)处于壳体(200)的内部(A)侧，并且，支持弹簧(6)，以使弹簧(6)相对于密封面(S)处于壳体(200)的外部(B)侧，且相对于蛇腹管(5)处于沿轴向排列的位置。

Description

机械密封装置
技术领域
本发明涉及机械密封装置。
背景技术
以往，作为对不能使用特殊的高温泵或O型圈的化学药品等特殊液体进行密封的机械密封装置，已知具有金属蛇腹管的装置。并且，已知为了实现安装性的提高或紧凑化等以盒式构成的装置(专利文献1、2)。
参照图5，对以往的盒式机械密封装置进行说明。图5是用于说明以往例的机械密封装置的结构的示意剖视图。
图5所示的机械密封装置100设置于泵的外壳等壳体200和旋转轴300之间，将壳体200的内部A相对于外部(大气侧)B密封。机械密封装置100具有安装于壳体200的密封盖102和嵌在旋转轴300上的套筒103。密封盖102上设置有作为环状部件的固定环104、蛇腹管105和弹簧106。套筒103上设置有作为环状部件的旋转环107。
密封盖102和套筒103分别安装于壳体200和旋转轴300，以使固定环104和旋转环107接触。固定环104和旋转环107相互滑动自由地接触并形成环状的密封面S，由此形成上述密封状态。蛇腹管105和弹簧106沿轴向伸缩自由地设置，对固定环104向旋转环107施力，由此提高上述密封面S的密封性。
这里，在上述的盒式机械密封装置100中，为如下结构：一方面，通过减少制造成本高的金属制蛇腹管105的山脊数来实现成本削减和紧凑化，另一方面，使用弹簧106补偿不足的施加力。另外，为了避免弹簧106暴露于流体，将弹簧106配置于蛇腹管105的外周侧。
然而，在上述的蛇腹管105和弹簧106沿径向排列的盒式结构中，由于径向尺寸的紧凑化是有限的，因此安装空间产生限制，限制了可应用的安装对象装置的范围。另外，密封对象流体中所含有的密度高的泥浆被由旋转轴300的转动产生的离心力向外侧压出，而被压入到蛇腹管105的内周侧的山脊与山脊之间的山谷间。经过长期使用，山谷间堆积的泥浆有可能对蛇腹管105的伸缩性产生影响。
背景技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2010/004809号公报
专利文献2：国际公开WO2010/123025号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种能够扩大应用范围并且能够维持长期使用的性能的机械密封装置。
为了实现上述目的，本发明的机械密封装置密封设置于壳体的轴孔和插入该轴孔的旋转轴之间，对所述壳体内的流体进行密封，其特征在于，具有：
第一环状部件，其与所述旋转轴固定；
第二环状部件，其与所述第一环状部件滑动自由地接触并形成环状密封面；
蛇腹管部，其支持所述第二环状部件以向所述第一环状部件施力；
施力部件，其对所述第二环状部件向所述第一环状部件施力；以及
密封盖，其安装于所述壳体，支持所述蛇腹管，以使所述蛇腹管的外周面相对于所述密封面处于所述壳体的内部侧，并且，支持所述施力部件，以使所述施力部件相对于所述密封面处于所述壳体的外部侧，且相对于所述蛇腹管处于沿轴向排列的位置。
根据本发明，由于蛇腹管和施力部件为不沿径向排列的配置，因此能够实现装置的径向尺寸的紧凑化。另外，由于密封对象流体被密封于蛇腹管的外周侧，因此密封对象流体内的泥浆等不会堆积在蛇腹管的山谷间。
本发明的机械密封装置也可以包括保持体，所述保持体具有：筒状部，其与所述第二环状部件固定，并从该固定端在所述蛇腹管的内周侧向轴向延伸；以及凸缘部，其从所述筒状部上与所述固定端相反侧的端部向外径方向延伸，承受所述施力部件的施加力。
通过设置这样的保持体，能够简单地实现将密封对象密封于蛇腹管的外周侧且将蛇腹管和施力部件沿轴向排列的结构。
发明效果
根据本发明，能够扩大应用范围并维持长期使用的性能。
附图说明
图1是本发明的实施例的机械密封装置的示意剖视图。
图2是从轴向观察密封盖的示意图。
图3是本发明的变形例1的机械密封装置的示意剖视图。
图4是本发明的变形例2的机械密封装置的示意剖视图。
图5是以往例的机械密封装置的示意剖视图。
具体实施方式
以下参照附图，基于实施例对用于实施本发明的实施方式以示例方式进行详细说明。但是，只要没有特定记载，本发明的范围并不仅限于该实施例中所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、及其相对配置等。
(实施例)
参照图1和图2，说明本发明的实施例的机械密封装置。图1是表示本实施例的机械密封装置结构的示意剖视图。图2是从轴向观察本实施例的机械密封装置的密封盖的示意图。
本实施例的机械密封装置用作在例如石油精炼、化学、钢铁、药品、造纸等产业领域中使用的泵、搅拌机、联轴器、碾磨机等中的轴密封装置。作为密封对象流体，特别是在石油精炼、石油化工厂、化学相关等中被使用的情况下，大多是高温(200℃以上)且大量含有固态量的流体等特殊液体。作为具体例子，列举柏油、焦油、沥青(树脂)等。但是，有时也使用非高温且固态量不多的流体。
<全体结构>
如图1所示，本实施例的机械密封装置1安装在作为泵的外壳等壳体200和插入该壳体200的轴孔201内的旋转轴300之间。通过机械密封装置，将作为机内的壳体200内部A相对于作为机外的外部(大气侧)B密封。机械密封装置1是盒式机械密封装置，大体包括安装在壳体200上的密封盖2和嵌在旋转轴300上的套筒3。密封盖2上设置有作为第二环状部件的固定环4、蛇腹管5、弹簧6和保持体8等。套筒3上设置有作为第一环状部件的旋转环7等。
密封盖2和套筒3通过安装在套筒3的外周面上的设置板10定位，并安装在壳体200。设置板10通过插座螺栓11固定在套筒3的外周面。当密封盖2和套筒3的组装结束时，卸下设置板10。
<套筒3>
套筒3在机外B侧的端部外周面安装有套筒轴环30。套筒3与套筒轴环30一起通过固定螺钉31固定在旋转轴300，并与旋转轴300一起旋转。套筒轴环30通过定位销32相对于套筒3止动，并与旋转轴300一起旋转。套筒3的内周面和旋转轴300的外周面之间设置有O型圈33，通过O型圈33密封两者之间的间隙。套筒3在机内A侧的端部外周面与旋转环7嵌合。
<旋转环7>
旋转环7在内周侧的一部分上具有凹部70，安装于套筒3上的定位销34嵌入凹部70。通过该定位销34，旋转环7相对于套筒3止动，并与旋转轴300一起旋转。另外，旋转环7的内周面和套筒3的外周面之间设置有O型圈35，通过O型圈35密封两者之间的间隙。
旋转环7的机外B侧的侧面成为滑动面71，并与固定环4的滑动面41贴紧的同时通过旋转轴300的旋转相对于滑动面41滑动。对旋转环7使用超硬质材料，例如，可列举碳化硅、碳化钨、碳以及其他陶瓷等。但并不限定于它们。
<密封盖2>
如图2所示，密封盖2上沿外周面等间隔地设置有多个冲洗通路20和排出孔21。对于多个冲洗通路，仅使用所需数量的冲洗通路，不使用的通路用塞堵塞。另外，密封盖上沿圆柱方向等间隔地设置有多个固定槽22。通过在这些固定槽22中嵌入图未示出的螺栓，将密封盖2安装在壳体200的外面(轴孔开口部外周的端面)。
另外，如图1所示，在密封盖2和壳体200之间例如设置有由树脂或金属等材料制成的垫圈29，从而密封两者之间的间隙。
如图1所示，密封盖2具有从机外B侧的端部向内径方向延伸的内向凸缘状的支承部23。支承部23上设置有用于保持蛇腹管5的一端的环状凹部25和用于保持弹簧6的凹部26。凹部26与弹簧6的数目一致地设置多个，并沿圆周方向等间隔地设置于凹部25的内侧。另外，在多个凹部26之间安装有用于使保持体8止动的定位销27。
<蛇腹管5>
蛇腹管5是金属制蛇腹管，其具有：蛇腹状的蛇腹管主体50和其两端上设置的环状(筒状)的保持部51、52。作为蛇腹管5的材料，例如，可举例不锈钢、铬镍铁合金、镍基合金、卡彭特等合金和钛等，但并不限定于这些。在本实施例中，为了形成还得到弹簧6的施加力(弹性力)的结构，蛇腹管主体50的山脊数可以是3～5个山脊(优选，4个山脊)左右。
蛇腹管5安装在密封盖2的支承部23和固定环4之间。详细地，蛇腹管5被组装成，第一保持部51嵌入到密封盖2的支承部23的环状凹部25，第二保持部52沿轴向与固定环4抵接。另外，蛇腹管5被组装成，蛇腹管主体50沿旋转轴300的轴向伸缩自如而构成，并且将固定环4向旋转环7沿轴向施力的弹性力起作用。O型圈24沿径向压缩设置在保持部51的外周面和凹面25的外侧周面之间，O型圈25沿轴向压缩设置在保持部52的前端面和固定环4的端面之间。
<弹簧6>
弹簧6设置在蛇腹管5的第一端部51的径向内侧且沿轴向与蛇腹管50大致排列的位置上。弹簧6沿圆周方向设置有多个。弹簧6的个数并不特别地限定，可以设为4～24个。弹簧6沿轴向伸缩自由地安装在密封盖2的支承部23的凹部26和保持体8之间。弹簧6被组装成，经由保持体8以及蛇腹管5的第二端部52，将固定环4向旋转环7沿轴向施力的弹性力起作用。
<保持体8>
保持体8具有筒状部80和从筒状部80的机外B侧端部沿外径方向延伸的凸缘部81。保持体8安装在蛇腹管5的内侧，筒状部80的外周面与蛇腹管5的第二端部52的内周面以及固定环7的内周面抵接。另外，保持体8的凸缘部81与密封盖2的支承部23的凹部26之间沿轴向保持压缩弹簧6，并从弹簧6沿轴向承受施加力。
保持体8设置成，定位销82在筒状部80的外周面上向外径方向突出。定位销82嵌入到设置于蛇腹管5的第二端部52的内周侧的凹部53，由此，使蛇腹管5相对于保持体8止动。另外，保持体8在凸缘部81上设置有孔部28，密封盖2的支承部23上设置的定位销27嵌合到孔部28。由此，使保持体8相对于密封盖2止动。
另外，保持体8在筒状部80的外周面上设置有向径向突出的凸部83。凸部83限制保持体8、蛇腹管5的第二端部52和固定环4之间的轴向相对移动，使这3者能够轴向一体移动。
<固定环4>
固定环4嵌入保持体8的圆筒部80的前端(作为固定端的机内A侧的端部)外周。另外，固定环4组装成与蛇腹管5的第二端部52的前端面(机内A侧的侧面)抵接。对固定环4使用超硬质材料，例如，可列举碳化硅、碳化钨、碳以及其他陶瓷等。但并不限定于它们。
固定环4具有从与旋转环7的对置面，向旋转环7突出的环状的凸部40。该凸部40的前端的环状滑动面41与旋转环7的滑动面71接触，由此形成环状的密封面S。另外，固定环4在内周侧的一部分上具有凹部42，安装于蛇腹管5的第二端部52上的定位销55嵌入凹部42，使固定环4相对于端部52止动。由此，滑动面40a相对于通过旋转轴300的旋转而旋转的滑动面71进行旋转滑动。
固定环4在与旋转环7的对置面的相反侧的面(机外B侧的侧面)与蛇腹管5的第二端部52抵接，经由端部52在轴向上承受蛇腹管5的施加力，经由保持体8以及端部52在轴向上承受弹簧6的施加力。由此，提高密封面S对固定环4和旋转环7之间轴向的相对位置变动的密封性。
<其他>
作为O型圈24、33、35、54的材料，例如，可举例二丁腈橡胶、EPDM、FKM、FFKM。另外，当要求耐腐蚀性时，可使用FFKM(全氟醚橡胶(注册商标))。然而，并不限定于这些。
图3和图4是表示本实施例的变形例的机械密封装置结构的示意剖视图。固定环4、蛇腹管5和保持体8的一体结构不限于上述实施例所示的结构，并能够使各种结构起作用。
在图3所示的变形例1中，在固定环4的内周侧设置凹部43，保持体8的定位销82的一部分嵌入到上述凹部43。定位销82的一部分也嵌入蛇腹管5的第二端部52的凹部53，由此，保持体8为使蛇腹管5和固定环4双方止动的结构。
图4所示的变形例2中，取消了使蛇腹管5止动的结构。即，上述例中，在本例中去除了设置在蛇腹管5的第二端部52上的凹部53。并且，保持体8的定位销82嵌入设置在固定环4的内周侧的凹部43，使固定环4相对于保持体8止动。如果能够防止固定环4相对于旋转轴300的旋转进行旋转，则难以产生旋转向蛇腹管5的传播，因此，即使在蛇腹管5不设置止动结构，蛇腹管5也几乎不会产生旋转。因此，能够简化生产成本高的金属蛇腹管5的结构，能够降低成本。
<本实施例的优点>
本实施例的机械密封装置1为蛇腹管5和弹簧6沿旋转轴300的轴向大致排列的结构。即，蛇腹管5和弹簧6成为不是像以往例那样沿径向排列的配置结构。由此，与以往例相比能够实现装置全体径向尺寸的紧凑化。因此，在盒式机械密封装置中，能够减少安装空间的制约，能够扩大可安装的对象装置的范围。
另外，本实施例的机械密封装置1设置为，蛇腹管5的径向外侧是作为密封作对象区域侧的机内A侧。即，形成密封对象流体在蛇腹管5的外侧被密封的结构。由此，即使密封对象流体中包含的泥浆等由于由旋转轴300的旋转产生的离心力而向外侧移动，也不会如以往例那样堆积在蛇腹管5的山谷间。因此，不会发生如以往例那样由于泥浆等堆积而对蛇腹管5伸缩性产生影响，能够维持长期使用的性能。
进一步，本实施例的机械密封装置1的弹簧6配置于机外B侧。因此，不会发生由密封对象流体引起的腐蚀、与蛇腹管5一样由泥浆等的堆积、堵塞对性能产生的影响，能够实现维持长期使用的性能。
符号说明
1 机械密封装置
200 壳体
300 旋转轴
2 密封盖
3 套筒
4 固定环
5 蛇腹管
6 弹簧
7 旋转环
8 保持体

Claims (2)

1.一种机械密封装置，其密封设置于壳体的轴孔和插入该轴孔的旋转轴之间，对所述壳体内的流体进行密封，其特征在于，具有：
第一环状部件，其与所述旋转轴固定；
第二环状部件，其与所述第一环状部件滑动自由地接触并形成环状密封面；
蛇腹管部，其支持所述第二环状部件以向所述第一环状部件施力；
施力部件，其对所述第二环状部件向所述第一环状部件施力；以及
密封盖，其安装于所述壳体，支持所述蛇腹管，以使所述蛇腹管的外周面相对于所述密封面处于所述壳体的内部侧，并且，支持所述施力部件，以使所述施力部件相对于所述密封面处于所述壳体的外部侧，且相对于所述蛇腹管处于沿轴向排列的位置。
2.根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，包括保持体，所述保持体具有：
筒状部，其与所述第二环状部件固定，并从该固定端在所述蛇腹管的内周侧向轴向延伸；以及
凸缘部，其从所述筒状部上与所述固定端相反侧的端部向外径方向延伸，承受所述施力部件的施加力。
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