CN105121922B - 用于流体机械的滑环、轴、机械密封件、壳体和转子以及流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的滑环（110、112、114、116）和机械密封件，用于例如相对于离心泵的泵送空间密封其轴空间的所谓的滑环密封件。本发明还涉及将所述机械密封件耦接至流体机械的壳体（130）、轴（120）和转子（142）。

Description

用于流体机械的滑环、轴、机械密封件、壳体和转子以及流体 机械

技术领域

本发明涉及一种新型的滑环和机械密封件，用于例如相对于离心泵的泵送空间密封其轴空间的所谓的滑环密封件。本发明还涉及将所述机械密封件耦接至流体机械（flowmachine）的壳体、轴和转子。因此，本发明还涉及流体机械的轴、壳体和转子。

背景技术

在有关现有技术和本发明的下列描述中，离心泵已被用作流体机械的一个示例，并且叶轮用作流体机械的转子的一个示例。然而，需要记住的是，本发明可以与任何流体机械即具有旋转轴的任何液体处理装置连接使用，其需要被如此处理，使得待密封的液体不能够沿轴流出装置。因而，流体机械还包括（除了离心泵以外）其它的泵以及混合器和搅拌器，仅列举若干选择。

现有技术知悉用于密封流体机械的轴的各种类型的密封件，如压盖填料（glandpacking），滑环密封件和动态密封件。两种在先提及的密封件类型基于通过可能发生的泄漏来封闭间隙，而动态密封件的操作基于创建能够防止泄漏的压力差。动态密封件专门为纤维状浆料设计，而且非常适合于清洁的、粘稠的、非纤维状浆料和含有大量固体的液体。动态密封件不需要外部密封水并且不会泄漏。

本发明涉及在先提及的密封件类型。压盖填料轴密封（图1）可以被使用，在某些不含任何特定的密封液体的操作条件下，借此使得待泵送液体的轻微泄漏能够通过润滑填料环的滑动表面来保障压盖填料的正确操作。在某些其它的操作条件下，例如当粘稠的、纤维状和非纤维状浆料和含有大量固体颗粒的液体被泵送时，压盖填料需要外部密封/润滑液体，以防止所泵送的液体进入密封区域。

单机械密封件（图2）通常用在更加严苛的操作中，即例如当稠度高达8％的纤维状浆料被泵送时。当泵吸头是正压的（positive）并且叶轮配备特定平衡孔时，可以使用密封件而无需冲洗水。当然，单机械密封件也适合用于清洁的和粘稠的液体以及含有大量固体的液体。

双机械密封件（图3）适用于最严苛的操作条件，即它可以用于泵送所有稠度和浓度的液体和悬浮液。换言之，可以完成清洁的、粘稠的、纤维状浆料，非纤维状浆料和含有大量固体的液体的泵送。泵吸头可以是负压的（negative）或正压的并且叶轮可以配备或不配备平衡孔。

上文提及并简要描述的所有密封件类型都可以用在所有类型的流体机械，即泵、混合器等中。在下文中，仅仅出于简化的目的，将其称之为泵。泵类型和泵结构使密封（sealing）受制于不同的要求。泵（它的叶轮已被紧固或连接至电驱动马达的轴）为密封设定了特别高的要求。这种泵具有支承于驱动马达的轴承上的叶轮及其轴，借此叶轮被悬挂在距离支承轴承相对较远的地方。这意味着（实际上）携带叶轮的离心泵的轴由于液压径向力而弯曲，尤其是在泵的最佳操作点以外。既然配备至少一部分密封的泵壳体被固定地安装至驱动马达的端部法兰或壳体，就会在轴和泵壳体之间存在一定的运动，因为泵壳体根本不会或者（至少）不会在与轴相同的量级上发生弯曲。轴相对于固定至泵壳体的密封部分的径向运动很容易使密封（由于各种原因）受制于增加的磨损，缩短了密封的寿命。

出于两个原因，非常常见的离心泵设有用于压盖填料的空间。首先，压盖填料是最便宜的密封泵的方式。其次，压盖填料需要比机械密封件更大的空间，特别是沿轴向方向。换言之，具有足够尺寸（长度）的压盖填料无法适应对于机械密封件而言最佳的空间。因此，在较大的或多或少标准化系列中制造的泵设有密封腔，所述密封腔能够容纳需要最大空间的密封件，即压盖填料。这意味着，即使在其中使用单或双机械密封件的更加严苛的环境中使用了相同的泵，机械密封件也适合于为压盖填料保留的空间。容易理解的是，压盖填料的长度要求使得上述问题相对于轴的弯曲以及密封件受到的磨损变得更糟。

由于密封的过量长度，源自很长的轴的另一个问题是增大了叶轮和蜗壳/耐磨板（volute/wear plate）之间的间隙。当设计泵及其运行间隙时，需要考虑最差的可行性操作条件，借此，由于存在轴的弯曲这一潜在风险，为了避免在蜗壳/耐磨板和叶轮的工作叶片之间的机械接触，需要增大叶轮和蜗壳/磨损板之间的间隙。因此，所增大的间隙增加了泄漏损失并且降低了泵的总效率。

当需要考虑轴的弯曲时，可能会在机械密封件的结构中发现进一步的问题。既然机械密封件的旋转环（通常）被夹持在叶轮和代替为轴挡水的压盖填料的轴套的轴的台肩之间，并且既然固定滑环被固定至泵壳体，轴的弯曲就会使滑动表面产生错位，即它们具有沿其方向的较小的角度差。这种错位使得滑动表面受制于动态轴向力，所述动态轴向力趋向于扭转滑动表面。由于这种扭转导致密封的过度磨损和过早泄漏，因此需要避免错位。从传统意义上讲，这通过形成具有通过例如驱动销连接彼此的两部分的滑环密封件的旋转部分来完成。这使得滑环密封件的构造复杂并且使得滑环密封件本身昂贵。图2更加详细地论述了单机械滑环密封件，其包括两个功能性主要部分和技术构造的当前状态所需的一些额外部件。

在通过法兰或螺钉或无头螺栓将滑环密封件的固定独立部件紧固至用于压盖填料的空间或一个相应的空间的日常实践中，可能会发现其它进一步的问题，这使得滑环密封件的构造更加复杂并且使得滑环密封件本身更加昂贵。

在双机械密封件的使用中，可能会发现更进一步的问题。既然位于双机械密封件的大气侧的旋转环（通常）通过锁定螺钉被紧固在轴上，并且既然固定滑环被固定至泵壳体，轴的弯曲就会使滑动表面产生错位，即它们具有沿其方向的较小的角度差。这种错位使得滑动表面受制于动态轴向力，所述动态轴向力趋向于扭转滑动表面。旋转滑动表面被变形/扭转的另一个原因是锁定螺钉受制于滑环的张力。由于这种扭转导致密封的过度磨损和过早泄漏，因此需要避免错位/扭转。从传统意义上讲，这通过在两部分的大气侧形成滑环密封件的旋转部分来完成。这使得滑环密封件的构造复杂并且使得滑环密封件本身昂贵。图3更加详细地论述了具有由两个主要部分组成的大气侧旋转滑环的双机械滑环密封件。

发明内容

本发明的目的在于通过一种新颖的密封结构来消除至少一个上文提及的问题。

本发明的另一个目的在于开发一种新颖的机械密封件，其可以用于代替传统的压盖填料，和单以及双机械密封件。

本发明的又一个目的在于设计一种新颖的机械密封件，其被集成到泵壳体的构造当中。

本发明的再一个目的在于设计一种新颖的机械密封件，其本质是较短的，并因此使得离心泵的轴缩短。

本发明的还一个目的在于设计一种新颖的轴、壳体和转子，其用于能够利用本发明的机械密封件的流体机械。

本发明的其它一个目的在于设计一种新颖的用于流体机械的机械密封件，其能够考虑轴的弯曲，使得密封表面保持适当得对准，而无视轴的弯曲。

通过所附权利要求，根据本发明的机械密封件以及流体机械的特征会变得清楚。

本发明带来了若干优点，如例如：

2-3倍的直径），

附图说明

参照附图，下面更详细地描述本发明的机械密封件以及流体机械，附图中：

图1示意性地图示了现有技术中与离心泵的壳体连接的压盖填料型轴密封件；

图2示意性地图示了现有技术中与离心泵的壳体连接的单机械密封件；

图3示意性地图示了现有技术中与离心泵的壳体连接的双机械密封件；

图4示意性地图示了根据本发明的第一优选实施例的双机械密封件；

图5a示意性地图示了沿图4中的A-A线截取的离心泵的轴的剖面的第一种可选替代；

图5b示意性地图示了沿图4中的A-A线截取的离心泵的轴的剖面的第二种可选替代；

图6示意性地图示了沿图4中的C-C线截取的双机械密封件的固定滑环之间的可选耦接的局部剖面；

图7示意性地图示了沿图4中的B-B线截取的泵壳体和双机械密封件的第二固定滑环之间的耦接的剖面；

图8a-8d图示了图4中滑环的放大剖面视图；

图9a是根据本发明的第二优选实施例的离心泵、携带旋转滑环的离心泵的轴的示意性局部剖面；

图9b和9c图示了图9a中滑环的放大剖面视图；

图10a是根据本发明的第三优选实施例的离心泵、携带旋转滑环的离心泵的轴的示意性局部剖面；

图10b和10c图示了图10a中滑环的放大剖面视图；以及

图11a和11b图示了针对单机械密封件的新构造的两个优选实施例。

具体实施方式

图1示意性地图示了一种示例性的现有技术的压盖填料型的轴密封件。离心泵壳体2设有用于泵的轴的孔洞4，孔洞4具有靠近壳体2的后壁8的台肩6。泵的轴10设有台肩12，当将离心叶轮（未示出）紧固在轴上时，保护套筒14靠着所述台肩12借助于叶轮来夹持。套筒14保护轴10免受机械磨损。底环16靠着孔洞4的台肩6安置，并且填料环（packing ring）18在泵壳体2和保护套筒14之间的空间中一个接一个地堆叠在底环16上。在此特定情况下，填料环18的堆叠设有处于填料环18的堆叠的近似中心处的中间环20。环20的目的在于允许密封和润滑液体从导管22进入填料环18和套筒14之间的接触区域。填料环18借助于压盖24在压力下保持在堆叠中，压盖24的位置借助于旋拧在泵壳体2中的孔中的螺栓26是可调整的。压盖填料的轴向尺寸是相当大的，这是因为填料环本身、中间环、压盖和螺栓沿轴向方向都需要空间。

图2示意性地图示了单机械轴密封件的一个示例。图2的示例性密封件已是优于布置机械密封件的常规方式的一种改进，所述布置机械密封件的常规方式即将机械密封件直接组装到为压盖填料设计的空间中。换言之，现在泵壳体32设有用于轴的孔洞34，孔洞具有在孔洞34中位于泵的后壁38对面的端部的台肩36。在实践中，这意味着密封件的组装和维护通过壳体的蜗壳端部进行，而并非通过驱动端部，因为其与图1中的填料密封件连接。泵的轴40设有台肩42，靠着其布置旋转转接环44。在实践中，旋转转接环44在其位置上通过泵的叶轮被夹持，而叶轮被紧固在轴上。O形环密封件46防止液体进入轴40和旋转转接环44之间，并且布置在旋转转接环44的外周向表面处的O形环48防止液体进入旋转滑环50和转接环44之间。保证配有轴的旋转滑环50的旋转未脱离O形环46，但至少一个驱动销52被布置在旋转转接环44中的至少一个径向孔中，使得它径向延伸至旋转滑环50的内周向表面中的至少一个相对应的基本上轴向的槽54中。

固定滑环56通过固定转接环58被支承至泵壳体32，所述固定转接环58借助于分别针对泵壳体32和固定滑环56的O形环60和62被密封。固定转接环58借助于例如一个或多个螺钉或驱动销被不可转动地紧固至孔洞。防止固定滑环56的旋转需要借助于至少一个驱动销64，其由固定转接环58沿径向延伸至固定滑环56中的轴向长方形开口66中。开口66具有长方形构型，用于允许固定滑环56的轴向运动。保证滑环50和56的密封表面之间具有适当的压缩，这借助于将固定滑环56推向旋转滑环50的弹簧68。如果需要，则泵壳体32可以设有用于将冲洗液体引入到密封的孔洞70。

如上文所述及图2所示，单机械密封件具有（除了功能上必要的部件，即滑环50和56，弹簧68和O形环以外）两个转接环44、58以及至少两个可能多个驱动销52、64，这大大增加了单机械密封件的制造成本。此外，在机械密封件的安装阶段，它们增加了组装中的工作量和出错机会。

图3示意性地图示了现有技术的双机械轴密封件的一个示例。图3的示例性密封件已是优于布置机械密封件的常规方式的一种改进，所述布置机械密封件的常规方式即将机械密封件直接组装到为压盖填料设计的空间中。左手侧或叶轮/蜗壳侧或产品侧（双机械轴密封件的一半）类似于图2中所论述者，直至固定转接环80，由此其结构未作详细论述。

既然这是双机械密封件的问题，固定转接环80就不仅支承了固定左手侧滑环56，还支承了滑环56的一部分，其充当右手侧固定滑环84的载体环82。滑环/载体环56/82借助于驱动销（未示出）相对于转接环80不可旋转地布置。分别借助于O形环86和88将固定转接环80密封至泵壳体90和固定滑环84的载体环82。借助于至少一个驱动销92或螺钉来防止固定转接环80的旋转。右手侧或大气侧旋转滑环94被支承在轴96上，这借助于旋转转接环98，其抵靠着轴96上的台肩100。借助于旋转滑环94和转接环98之间的驱动销102来保证滑环94的旋转。保证两对滑环的密封表面之间的压力，这借助于弹簧104，其将固定右手或大气侧滑环84推向旋转滑环94并且同时将载体环82推向左侧，使得还将左手侧固定滑环56针对旋转滑环向左侧按压。载体环82与滑环56之间的连接尚未示出。然而，可选地，载体环82和滑环56具有一体化构造。此外，泵壳体90设有用于将冲洗液带入机械密封的通道106，为此，固定转接环80设有开口，其允许液体进入轴96和机械滑环对之间。

从前面的描述和所附的附图及其描述中可以看出，现有技术中的单和双机械密封件都具有除了必要部件（即滑环和弹簧）以外的一些额外的部件。容易理解的是，每一个额外的部件都增加了密封的制造成本。众多部件的装配开启了装配错误的风险，这也是客观事实。部件的小尺寸增加了风险。另外，业已发现，现有技术中的机械密封件会失效，因为驱动销折断以及固定滑环或转接环开始旋转或者旋转滑环逐渐停止旋转。在这种情况下，巨大的风险不仅在于密封件本身的部件受损，而且在于泵壳体和/或轴开始磨损。在最坏的情况下，在已经检测到泄漏之后，需要同时更换或修理机械密封件以及泵的泵壳体和/或轴。

图4示意性地图示了根据本发明的第一优选实施例的双机械密封件。在图4中论述的最佳情况下，如果不计O形环或相对应的副密封构件，则所述机械密封件包括五个部件。换言之，此实施例的机械密封件由如下部件形成：第一旋转滑环110、第一固定滑环112、第二固定滑环114、第二旋转滑环116和弹簧118，所述弹簧118推开固定滑环112和固定滑环114，即推向旋转滑环110和旋转滑环116。因此，本发明的机械密封件只包括这种在密封操作中具有明确的效果或功能的部件。

第二旋转滑环116是旋转对称的，并且在密封的大气侧处借助于布置在滑环的内周向表面处的两个密封环122、124（优选但不一定为O形环）被支承在其支承物上，即支承在轴120上，使得第二旋转滑环116浮在密封环122和密封环124上。如同本发明的其它滑环，尽管第二旋转滑环116可以完全由滑动密封构件材料制成，但所述滑环包括实际的滑动密封构件和环体。滑环116在其内周向表面处具有向内延伸的台肩126，其靠着轴120上的台肩126'安置。台肩区域，即与台肩126和台肩126'轴向非常靠近的区域，在滑环的内周向表面处设有用于使第二旋转滑环116与轴120耦接的装置128，使得滑环116随着轴120旋转。所述耦接基于将滑环116形锁合（form-locking）在轴120上，并且已结合图5a和图5b更详细地论述。台肩区域也可以被称为耦接区域或形锁合区域。这里应当理解的是，滑环116靠着其安置的轴上的台肩126'可以在耦接装置或形锁合装置128的任一侧上，即在轴直径较小的一侧上或在轴直径较大的一侧上。关于轴上的耦接装置，根据优选但非必要的替代方案，耦接装置或形锁合装置被布置在基本上圆柱形的（即，轴向和周向延伸的）表面上或其中，由此耦接装置或形锁合装置本身不会使滑环经受任何轴向力。但是，滑环和轴之间的耦接，即形锁合，可以以任何其它适当的方式来布置。

滑环116也可以通过稍微简单的装置被支承在轴上，即在一些情况下，需要在滑环的内周向表面处使用单密封环，即O形环124。单密封环124的目的在于防止来自于大气中的灰尘进入形锁合装置128，即滑环116和轴120之间的小间隙。进入形锁合装置中的杂质可以与密封/润滑液体形成糊状介质，其容易填充间隙并且可能导致形锁合装置被卡住，也使密封件的检修变得更加困难，即从轴120上移走滑环116。关于密封环124（和密封环122，如果使用）的定位，它/它们可以被布置在滑环116的内周向表面中的槽/多个槽中，但它/它们最好可被布置在轴120中的相对应的槽/多个槽中，由此滑环的内周向表面只在形锁合装置128的一侧处设有用于密封环的密封表面。

借助于处于滑环114的外周向表面处的密封环134（优选但不一定为O形环），第二固定滑环114在泵壳体130内被密封至用于轴120的孔洞132。结合图7，更加详细地论述第二固定密封件114及其保证固定滑环114的不可旋转特征的支承物（即泵壳体）之间的耦接，即形锁合136。

借助于布置在滑环112的外周向表面处的密封环138（优选但不一定为O形环），第一固定滑环112在泵壳体130内被密封至孔洞132。它还借助于至少一个销140与第二固定滑环114耦接，所述至少一个销140从第二固定滑环114径向向内延伸并且装配在布置于第一固定滑环112中的至少一个相对应的开口中。优选但非必要地，存在布置在第二固定滑环114的相对侧上的两个销，以及以彼此相对的相对应方式定位的第一固定滑环112中的两个开口。结合图6，已经更加详细地说明耦接。上面论述的耦接具有双重功能。第一并且最重要地，它保持了第一固定滑环112与第二固定滑环114的物理连通，使得第二固定滑环114不能旋转，同样第一个112也不能旋转。第二，如果需要（并非总是必要），图6中所示的耦接使其有可能将第一固定滑环112与弹簧118锁定，作为连接第二固定滑环114的一个套件。这使得第一旋转滑环110与叶轮142的组装更加容易，因为弹簧118不能推动第一旋转滑环112脱离与密封环138的接触。然而，也可能如此设计固定滑环和弹簧，使得弹簧不会推动内部固定滑环完全脱离外部的滑环。换言之，如此选择弹簧的自由长度，使得当弹簧自由地处于固定滑环之间时，内部滑环仍然位于外部滑环之内的一定距离处。将固定滑环和弹簧保持为一个套件的又一种方式是将弹簧布置成容易被附接至固定滑环。

然而，此处需要理解的是，固定滑环112和114的彼此锁定可以通过一些其它合适的装置来完成。此外，需要理解的是，固定滑环在一起的这种锁定并非总是必要的，但是第一固定滑环112可以与泵壳体130不可转动地耦接至孔洞132，采用类似的装置处理第二固定滑环，借此两种固定滑环都直接地并且彼此独立地与泵壳体不可转动地耦接。此外，可能的是，恰恰是第一固定滑环与泵壳体不可转动地耦接，并且第二固定滑环与第一固定滑环不可转动地耦接。在最后一个选项中，如果需要，还可以以与如上所述者类似的方式布置滑环的相互锁定，即通过形锁合，或者通过一些其它适当的装置。

第一旋转滑环110是旋转对称的，并且在其内圆周向表面设有内部延伸的基本上径向的台肩146，用于抵靠互补平面即在叶轮142的轮毂144的外周上的台肩146'。第一旋转滑环110被支承在其支承物上，其不仅由轴120，还由叶轮142的轮毂144形成，轮毂144抵靠着在其上的台肩146'。第一旋转滑环110在其内周向表面借助于密封环148（优选但不一定为O形环）被密封至轮毂144并且借助于密封环150（优选但不一定为O形环）被密封至轴120，使得第一旋转滑环110浮在密封环上。轮毂144和第一旋转滑环110之间的耦接152优选地类似于图5a、图5b和图7中论述的耦接，即基于滑环的内周向表面处的形锁合。因此，前面关于台肩相对于耦接的位置的论述同样适用于此。关于轮毂上的耦接装置或形锁合装置，根据优选但非必要的替代方案，耦接装置或形锁合装置被布置在基本上圆柱形的（即，轴向和周向延伸的）表面上或其中，由此耦接装置或形锁合装置本身不会使滑环经受任何轴向力。但是，滑环和轴之间的耦接，即形锁合，可以以任何其它适当的方式来布置。

滑环110也可以通过稍微简单的装置被支承在轴上，即在一些情况下，需要使用在其内周向表面处设置的单密封环，即O形环148。密封环148的目的在于防止待泵送的液体中的任何固体或其它杂质进入形锁合装置152，即滑环110和轴120之间的小间隙。进入形锁合装置152中的杂质可以形成能够填充间隙的糊状介质，可能导致形锁合装置被卡住，并且使密封件的检修变得更加困难，即从叶轮上移走滑环148（和滑环150，如果使用）。关于密封环148（和密封环150，如果使用）的定位，它们可以被布置在滑环116的内周向表面中的槽/多个槽中，如所示，但它/它们最好可被布置在轮毂144中和轴120中的相对应的槽/多个槽中，由此滑环的内周向表面只在形锁合装置152的一侧处设有用于密封环的密封表面。

本发明的机械密封件的组装进行如下。O形环122（如果使用）和O形环124或相对应的密封装置，例如唇形密封件，在第二旋转滑环116中被插入就位（优选但非必要地，在它们相应的槽中），并且滑环靠着台肩126'在轴120上被推挤，使得耦接装置或形锁合装置128恰当地连接。其次，O形环134或相对应的密封装置被插入槽中，如图4中所示，所述槽可以位于泵壳体130中用于轴的孔洞132的壁中或者位于第二固定滑环114的外周向表面上。接着，第二固定滑环114被推入泵壳体130中它的孔洞132中，使得耦接装置或形锁合装置136恰当地连接。然后，弹簧118被插入第二固定滑环114内，并且O形环138或相对应的密封装置被插入它的槽中，所述槽在泵壳体130中用于轴120的孔洞132的壁中（图4中示出）或在第一固定滑环112的外周向表面上，其后第一固定滑环112可以被推入第二固定滑环114内，同时压缩弹簧118。如果使用锁定装置140，则所述锁定装置被应用于将第一滑环和第二滑环与弹簧118锁定在一起。换言之，如果使用图4中公开的锁定，则第一固定滑环112被推入第二固定滑环114内，使得第二固定滑环114的销与第一固定滑环112中的开口相遇。当销已达到开口的底部时，第一固定滑环112被扭转，借此销将固定滑环锁定到彼此。现在，轴120可以被推入泵壳体130内，或者轴120上的泵壳体130内。接着，第一旋转滑环110设有O形环148和O形环150（如果使用）或者相对应的密封装置，但密封装置148也能够被布置在叶轮142的轮毂144中的槽中。其后，第一旋转滑环110在叶轮142的轮毂144上被推挤，使得耦接装置或形锁合装置152恰当地连接。之后，叶轮142可以被插在轴120上并且紧固于其上，借此滑环的密封表面被一个靠着另一个压缩。通过恰当地限定轴120上的台肩126'和叶轮靠着其被紧固在轮毂144上的台肩146'的相互定位以及弹簧118的长度，容易控制压缩产生的力。

图4还示出了泵壳体130中的导管154和第二固定滑环114中用于将冲洗或润滑液体带至轴120和滑环之间的空腔的开口156。导管154可以被连接至用于从待泵送的液体处带来冲洗液的泵壳体或蜗壳，或者被连接至液体的外部来源，如果待泵送的液体不适合用作冲洗液。

图5a示意性地图示了针对耦接128的第一种选择，即轴120和第二旋转滑环之间的形锁合，作为图4中的截面A。此处示出了耦接装置128被布置在第二旋转滑环靠着其安置的轴120上的台肩126'之前。此实施例的耦接装置128由多边形形成，所述多边形具有在轴120的周向表面上以等间隔布置的八个（尽管可以应用二之上的任何数目）平面表面160。换言之，在台肩126'的前面，或者更加普遍地在台肩的一侧，轴120含有具有平坦的表面160的轴向耦接区域。脊耦接区域前面的轴120的实际尺寸或剖面已经通过虚线圆圈162来展示。由此可见，脊耦接区域前面的轴120的半径（即圆圈162的半径）等于或小于从平坦的表面160到轴120的轴线的最小距离。为了建立第二旋转滑环和轴120之间的恰当的耦接，第二旋转滑环的内周向表面（即其一定的轴向长度）设有一种构型，其类似于轴120的耦接区域的外周向表面上的构型。

还应当记住的是，耦接区域处的多边形可以被更换为平面表面和圆周表面的组合。例如，可以只布置一个平面表面，其覆盖耦接区域的周向表面的一部分，例如45度，并且使耦接区域的剩余部分成为周向的。当然，也可以有两个或多个这种平面表面，与其间的两个或多个圆周部分相结合。此外，应当理解的是，偏离位于耦接区域的轴的周向表面的表面未必是平坦的，也可以使用弯曲的表面，如凸面、凹面或其组合。一种可行的选择是位于耦接区域的轴的或多或少不断变化的波状表面。

图5b示意性地图示了针对耦接128的第二种选择，即轴120和第二旋转滑环之间的形锁合，作为图4中的截面A。此处表明，耦接装置128是在台肩126'前面的轴上的矩形脊164。脊的形状可以是满足目的的任何形状。换言之，它可以是三角形或圆形，只要它从轴表面明显地延伸出来即可。此外，脊164的数目可以是认为适合的任何数目，即从一个开始。脊164可以从脊耦接区域前面的轴的表面径向向外延伸，所述表面如图5b中附图标记162所示，或者脊可以具有基底周向表面，其半径稍大于耦接区域前面的轴120的半径（圆圈162）。自然地，同样在这种情况下，为了建立第二旋转滑环和轴120之间的恰当的耦接或形锁合，第二旋转滑环的内周向表面需要设有一种构型，其与轴的耦接或形锁合区域的外周向表面中的构型互补。

关于其它耦接，即第二固定滑环114和泵壳体之间的耦接136以及第一旋转滑环110和叶轮142的轮毂144之间的耦接152，以上论述的耦接替代方案以及任何其它适当类型的形锁合也是适用的。

图6示意性地图示了一种用于将第一和第二固定滑环（112和114分别地）彼此锁定的替代，作为图4中的截面C-C。如图6所示并且如已经结合图4所简要地提及，第二固定滑环114设有至少一个径向向内延伸的销140。对于至少一个销140而言，第一固定滑环112设有至少一个基本上轴向的狭槽（slot）170和周向长圆形开口172。锁定作用成使得当将第一和第二固定滑环彼此组装时，在弹簧已被插入其间之后，第一固定滑环112被推靠在第二固定滑环114内的弹簧上，使得销140（或者多个销，如果存在多个销）遇到狭槽170。如果需要，则第一旋转滑环112可以被旋转，用于使销找到狭槽。当销140已经首先进入狭槽170，并且随后进入长圆形开口172时，第一旋转滑环112可以被如此旋转，使得销140到达长圆形开口172的一端，借此两个滑环112和114被彼此锁定，使得环之间的弹簧不能将其推开。当然，很明显地，长圆形开口不必是双侧面的，即从狭槽170的两个周向侧面延伸，而开口172可以只延伸至狭槽170的一个侧面。关于开口，需要理解的是，其端部区域的直径大于销的直径，使得固定密封环沿轴向方向具有一定的自由性，即环可以沿轴向方向移动，用于补偿滑动表面的磨损。

图7示意性地同时图示了图6中的锁定销140和针对在耦接或形锁合136处使用的第二固定滑环114的剖面的一种替代方案，作为图4中的截面B-B。换言之，当前第二固定滑环114的外周向表面由多边形构成，其具有十个平坦的表面。当然，泵壳体130，即包围第二固定滑环114的孔洞在其内周向表面上也设有相应但互补的多边形剖面。

图8a图示了图4的第一旋转滑环110的放大剖面视图。如先前已提及的，第一旋转滑环110包括主体部分210和滑动构件212。例如，这两个部分收缩配合到彼此。然而，可以制造相同的材料的完整的环110，即滑动构件212的材料。第一旋转滑环110是很长的套筒状物体，其具有处于其一个轴向端部处的滑动表面或密封表面214，并且在此实施例中，具有处于其内周向表面220的用于密封环（例如O形环）的两个周向槽216、218。然而，需要理解的是，当只使用一个密封环时，槽216即为对于这种单密封环而言所需要的槽。滑动或密封表面214通常是径向的，但也可以使表面倾斜。在槽216和槽218之间，内表面220具有台肩146和装置222，后者位于台肩146的一侧，用于在流体机械的转子的轮毂的外周向表面上形锁合第一旋转滑环110。适用的形锁合装置222的形状已在上面论述，然而，并未意欲将形锁合装置的构型限制为所论述者。关于用于密封环的槽，它们不一定在第一旋转滑环110的内周向表面214中，但可以定位一个或两个相对应的槽，如上文已提及的，一个（唯一的一个，如果使用单密封环）处于转子的轮毂上，并且另一个处于流体机械的轴上（如果需要）。在这两种情况下，采用更加普通的术语，可以将其表述如下，滑环的内周向表面具有用于密封环的密封表面216'（和218'，如果使用两个密封环的话），即当密封件已被组装在轴和/或轮毂上时，面向轮毂或轴并且与密封环连通的表面。在图8a中，密封表面216'和218'是槽216和槽218的底部表面。密封表面在此处被定位在形锁合装置的两侧。

图8b图示了图4的第一固定滑环112的放大剖面视图。第一固定滑环112包括主体部分230和滑动构件232。例如，这两个部分收缩配合到彼此。然而，可以制造相同材料的完整的环112，即滑动构件232的材料。第一固定滑环112是很长的套筒状物体，其具有处于其一个轴向端部处的滑动表面或密封表面234和处于其与滑动表面相对的端部处的轴向狭槽170以及用于将第一固定滑环和第二固定滑环耦接到彼此的周向长圆形开口172。滑动或密封表面234通常是径向的，但也可以使表面倾斜，只要其配对物，即旋转环110的滑动或密封表面214具有互补的倾斜度即可。如前面已提及的，第一固定滑环112的外周向表面可以设有用于密封装置的周向槽，来代替布置在孔洞132的壁中的图4的槽和密封装置138。在任何情况下，第一固定滑环112的外周都设有密封表面，其在轴和密封已被组装在泵壳体130中之后与密封环协作。

图8c图示了图4的第二固定滑环114的放大剖面视图。第二固定滑环114包括主体部分240和滑动构件242。例如，两个部分收缩配合到彼此。然而，可以制造出相同材料的完整的环114，即滑动构件242的材料。第二固定滑环114是很长的套筒状物体，其具有处于其一个轴向端部处的滑动表面或密封表面244以及处于其与滑动表面244相对的端部处的至少一个径向向内延伸的销140，其用于将第一和第二固定滑环彼此耦接，这借助于连通图8b中所示的第一固定滑环中的至少一个狭槽和开口。滑动或密封表面244通常是径向的，但也可以使表面倾斜。第二固定滑环114的外周向表面可以设有用于密封装置的周向槽，来代替布置在孔洞132的壁中的图4的槽和密封装置134。在任何情况下，第二固定滑环114的外周都设有密封表面，其在轴和密封已被组装在泵壳体130中之后与密封环协作。

第二固定滑环的114的外周向表面246设有装置248，其用于将第二固定滑环114形锁合至用于流体机械的轴的孔洞，所述孔洞提供于流体机械的壳体中。形锁合装置248的构造和形状已经在前面详细论述过。第二固定滑环114还设有开口156，用于将冲洗液体引入至机械密封件和流体机械的轴之间的空间中。

图8d图示了图4的第二旋转滑环116的放大剖面视图。第二旋转滑环116包括主体部分260和滑动构件262。例如，两个部分收缩配合到彼此。然而，可以制造出相同材料的完整的环116，即滑动构件262的材料。第二旋转滑环116是很长的套筒状物体，其具有处于其一个轴向端部处的滑动或密封表面264，并且在此实施例中，具有处于其内周向表面270处的用于密封环（例如O形环）的两个周向槽266、268。然而，需要理解的是，当只使用一个密封环时，槽266即为对于这种单密封环而言所需要的槽。滑动或密封表面264通常是径向的，但也可以使表面倾斜，只要其配对物，即第二固定环114的滑动或密封表面244具有互补的倾斜度即可。在槽266和槽268之间，内周向表面270具有台肩126和装置272，后者位于台肩126的一侧，用于在流体机械的轴上形锁合第二旋转滑环116。适用的形锁合装置272的形状已在上面论述，然而，并未意欲将形锁合装置的构型限制为所论述者。关于用于密封环的槽，它们不一定在第二旋转滑环116的内周向表面270中，但是，如上面已经提及的，一个或两个相应的槽可以被定位在流体机械的轴上，如果需要的话。在这两种情况下，采用更加普通的术语，可以将其表述如下，滑环的内周向表面具有用于密封环的密封表面266'（和268'，如果使用两个密封环），即当密封件已被组装在轴和/或轮毂上时，面向轮毂或轴并且与密封环连通的表面。在图8a中，密封表面266'和密封表面268'是槽266和槽268的底部表面。密封表面在此处被定位在形锁合装置的两侧。

图9a是根据本发明的第二优选实施例的双机械密封件的局部图示。图9a示出了离心泵的轴120和叶轮轮毂144以及布置在轮毂144和轴120上的第一旋转滑环310和第二旋转滑环360。

在旋转滑环沿轴向方向被支承的方式中可以看到第一实施例和第二实施例之间的差异。在第一实施例中，旋转滑环110和116被轴向抵靠着在图4中的轮毂144和轴120上发现的台肩146'和126'。换言之，滑环本身被抵靠着台肩。在第二实施例中，第一旋转滑环310和第二旋转滑环360设有密封环350和密封环322，通过密封环350和密封环322，第一旋转滑环310和第二旋转滑环360被布置成分别靠着轮毂144和轴120的台肩146'和台肩126'安置。

图9b和图9c更加详细地图示了第一和第二旋转滑环310和360的结构。第一和第二旋转滑环的结构非常接近于前一实施例中的结构。至此，在第一和第二旋转滑环310和360的内周向表面320和370处可以看出唯一的区别在于槽318和槽368相对于形锁合装置322和372的深度。既然当第一和第二旋转滑环310、360被安装或组装在轴120上时，优选但不一定为O形环的密封环350、322被分别布置成定位于在第一和第二旋转滑环310、360的内周上的台肩324、374及轮毂144和轴120的台肩146'、126'之间，槽318、槽368的深度就只需要在在轴120上组装第一和第二旋转滑环310、360的过程中保持密封环350、322的位置不变。此外，同样在前一实施例中，密封环可以被布置在轴上相应的浅槽中，使得当滑环被组装在轴上时，密封环被压在滑环和台肩之间。在这两种情况下，采用更加普通的术语，可以将其表述如下，第一和第二旋转滑环310和360的内周向表面320和370具有用于密封环的密封表面316'和366'（以及318'和368'，如果使用两个密封环），即当密封件已被组装在轴和/或轮毂上时，面向轮毂和/或轴并且与密封环连通的表面。在图9b和9c中，密封表面316'、318'、366'和368'是槽316、槽318、槽366和槽368的底部表面。密封表面在此处被定位在形锁合装置322和形锁合装置372的两侧。

图10a是根据本发明的第三优选实施例的双机械密封件的局部图示。图10a示出了离心泵的轴120和叶轮轮毂144以及布置在轮毂144和轴120上的第一旋转滑环410和第二旋转滑环460。

在旋转滑环沿轴向方向被支承的方式中可以看到第一实施例和第三实施例之间的差异。在第一实施例中，旋转滑环110和旋转滑环116被轴向抵靠着在图4中的轮毂144和轴120上发现的台肩146'和台肩126'。在第三实施例中，旋转滑环的密封环450和密封环422被布置成分别靠着轮毂144和轴120的台肩146''和台肩126''安置。

图10b和图10c更详细地图示了第一旋转滑环410和第二旋转滑环460的结构。滑环的结构非常接近于前一实施例中的结构。至此，分别在滑环410和460的内周向表面420和470处可以看出主要的区别在于槽418和槽468相对于形锁合装置422和472的定位。用于密封环450和422的滑环的内周向表面420和470中设有槽418和槽468。既然当滑环410、460被安装在轴120上时，密封环450、422（优选地，但非必要地，O形环）被分别定位于在滑环410、460的内周上的台肩424、474及轮毂144和轴120的台肩146''、126''之间，当与前面图9a-9c中的实施例相比时，槽418、槽468就处于形锁合装置422和形锁合装置472的同侧。此外，如同在前一实施例中，密封环450和密封环422可以被布置在轴上相对应的浅槽中，使得当滑环被组装在轴/轮毂上时，密封环被压在滑环和台肩之间。在这两种情况下，采用更加普通的术语，可以将其表述如下，滑环410和滑环460的内周向表面420和内周向表面470具有用于密封环的密封表面416'和密封表面466'（以及418'和468'，如果使用两个密封环），即当密封件已被组装在轴和/或轮毂上时，面向轮毂和/或轴并且与密封环连通的表面。在图10b和图10c中，密封表面416'、密封表面418'、密封表面466'和密封表面468'是槽416、槽418、槽466和槽468的底部表面。密封表面在此处被定位在形锁合装置322和形锁合装置372的两侧。

以上面图9a-10c中所描述的方式支承旋转滑环的优点在于密封环（优选O形环）承受来自于滑环的轴向载荷，借此由轴的弯曲导致的滑环的定向的小角度偏转例如可以被密封环吸收，使得不会承受来自于滑环的过多载荷。为了使这种操作成为可能，很显然地，滑环310/410和轮毂144之间需要留下较小的轴向间隙，使得密封环350/450具有在轴向上被压缩的空间。以类似的方式，滑环360/460和轴120上的台肩之间需要留下较小的间隙，使得密封环322/422具有在轴向上被压缩的空间。

鉴于上文提出的各种耦接装置或形锁合装置128、136和152，需要理解的是，可以应用能够防止构件在轴上旋转的布置在轴和耦接在其上的构件之间的任何种类的形锁合。在这一方面，形锁合被理解为通过构件之间的直接的机械接触的两个构件之间的耦接，即无需任何单独的销或键。同样，需要理解的是，形锁合的使用不仅可以用于连接双机械密封件的耦接滑环，而且可以用于连接单机械密封件的耦接环。因此，作为本发明的第四优选实施例，图4中的左手侧滑环对可以被认为是如图11a和11b中所示的单机械密封件。

图11a图示了根据本发明的第一优选实施例的单机械密封件。如上所述，本发明的单机械密封件基本上类似于图4中双机械密封件的左手侧密封件。换言之，单机械密封件包括借助于密封装置（优选O形环）被支承在轮毂144和轴120上旋转滑环510、借助于O形环138被支承在壳体130的孔洞132中的固定滑环512、弹簧518和垫环514。垫环514被紧固至壳体130。换言之，它可以设有与孔洞132的表面上的内螺纹匹配的外螺纹或者它可以借助于或多或少的径向螺钉被螺钉固定或螺栓固定至壳体130。垫环具有径向向内延伸的部分，弹簧518的一个端部与其相抵靠。弹簧的另一端抵靠固定滑环512的端部表面。正是固定滑环512的这个端部设有至少一个狭槽和开口，用于从垫环514径向向内延伸出来的至少一个销520。因此，旋转滑环510和固定滑环512可能类似于图8a和图8b中所论述的环。此外，固定滑环512至垫环514的耦接类似于结合图6所论述者。图11a的单机械密封件可以设有偏转环（deflector ring）516，其借助于O形环布置在轴120上，即以类似于图4的第二旋转滑环516的方式。偏转环的目的在于保护泵或流体机械的轴承免受可能泄漏的液体的侵害。换言之，旋转环径向向外抛洒液体，借此液体无法流至轴承并导致轴承失效。

图11b图示了根据本发明的第四优选实施例的单机械密封件。事实上，除了图11中的垫环514被更换为壳体130的孔洞132中的径向向内延伸部522以外，图11b中的单机械密封件类似于图11a中的单机械密封件。借助于径向延伸部522，已经消除了一个单独的环，其具有用于紧固该环所需的螺纹或螺钉/螺栓。此外，与固定滑环512中的至少一个狭槽和至少一个开口协作的至少一个销524被设置在孔洞132的壁中，用于将固定滑环形锁合在孔洞132中。

还应当理解的是，通过将本发明的第二实施例和第三实施例用为起点，即借助于在滑环和转子的轮毂二者上的基本上径向的台肩之间的密封环来布置滑环的轴向支承，也可以构建单机械密封件。

从上面的描述中可以看出，已经能够开发出一种滑环密封件，其构造非常简单，但是能够完成其任务，如同任何其它更加复杂的机械密封件一样。本发明的机械密封件是不太昂贵的，并且需要比现有技术中的密封件更少的空间。为此，可以在使用压盖填料型密封件或单机械密封件的所有应用中采用双机械密封件。由于其最具成本效益，因此目前避免了选择错误密封件的风险。虽然本发明在此已经借助于实施例结合目前被认为是最优选的实施例而得到描述，但是应当理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，而是旨在覆盖其特征的各种组合和/或修改以及在所附的权利要求中如限定的发明范围之内的其它应用。关于所附的权利要求，需要理解的是，权利要求使用“壳体”一词，借此覆盖紧固有滑环密封件的所有元件、部分、外壳或外壳盖，其通常被理解为应用点。

Claims (7)

1.一种机械密封件，包括至少一对滑环，每个环具有外周向表面、内周向表面和处于其一个轴向端部处的滑动表面或密封表面，所述机械密封件还包括弹簧，当在使用中时，每对滑环具有旋转滑环和固定滑环，当在使用中时，每对滑环的滑动表面或密封表面彼此滑动及密封接触，至少一个旋转滑环的内周向表面设有：

当组装至包括轴的流体机械时，所述内周向表面相对于所述轮毂和所述轴的一个的外周向表面的互补构型，所述轴带有叶轮，所述叶轮具有轮毂；

处于形锁合装置的一侧处的至少一个密封表面；

其特征在于，当组装至流体机械时，所述滑环借助于密封环沿轴向方向被支承至所述流体机械的轮毂和轴中的一个。

2.如权利要求1所述的机械密封件，其特征在于，当组装至流体机械时，所述密封环被布置在所述滑环与所述流体机械的轴和轮毂中的一个之间的所述密封表面上，用于使所述滑环浮在所述轴上或所述轮毂上。

3.如权利要求1或权利要求2所述的机械密封件，其特征在于，在所述滑环的内周向表面上的台肩及在所述轴和所述轮毂中的至少一个上的协作台肩，以及，当组装至流体机械时，布置在所述台肩和所述协作台肩之间以将所述滑环沿轴向方向支承在所述轴和所述轮毂中的至少一个上的密封环。

4.如权利要求1所述的机械密封件，其特征在于，在所述滑环、所述轴和所述轮毂中的至少一个中的用于所述密封环的槽。

5.如权利要求1所述的机械密封件，其特征在于，所述密封环是O形环或唇形密封件。

6.如权利要求1所述的机械密封件，其特征在于，所述机械密封件是单机械密封件或双机械密封件。

7.一种流体机械，包括如权利要求1-6中任一项所述的机械密封件。