CN105378353A - 机械密封 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种与旋转轴的结构无关，可以使平衡比在1以下的机械密封。具有固定于所述旋转轴(200)的套筒(130)，套筒(130)具有：密封对象流体(F)侧与其相反侧相比内径和外径具有大的高低差的第一环状部(131)；第一环状部(131)的小径部(131a)内周面嵌入旋转轴(200)的外周面，且小径部(131a)的外周面侧上设置固定环(110)，在密封第一环状部(131)的大径部(131b)外周面和旋转环(120)内周面之间的环状间隙的状态下，设置旋转环(120)，当固定环(110)和旋转环(120)的滑动面积为S1，由密封对象流体(F)的压力使固定环(110)承受旋转环(120)的压力影响的受压面积为S2时，满足S2/S1≤1。

Description

机械密封

技术领域

本发明涉及一种平衡形机械密封。

背景技术

机械密封大致分为适用于密封流体对象的流体压力较低区域的非平衡形和适用于该流体压力较高区域的平衡形。此处，平衡比超过1的机械密封被称作非平衡形，平衡比在1以下的机械密封被称作平衡形。从旋转环侧向固定环侧施加流体压力，当固定环和旋转环的滑动面积为S1，由流体压力使固定环承受旋转环的压力影响的受压面积为S2时，平衡比是由S2/S1求出的值。

现有技术中，机械密封为平衡形时，采用在旋转轴上设置高低差的构成(参照专利文献1、2)。参照图3对现有技术中的平衡形机械密封进行说明。图3是表示现有技术中的平衡形机械密封安装时的状态的剖面图。

机械密封500用于密封旋转轴600和轴壳700之间的环状间隙。机械密封500具有设置于轴壳700侧的固定环510和与旋转轴600一同旋转的旋转轴520。旋转轴520由未图示弹簧等推压部件向固定环510侧推压。由此，设置于固定环510上的环状凸部511的顶面相对于旋转环520保持接触的状态。因此，旋转环520与旋转轴600一同旋转时，在环状凸部511的顶面与旋转环520的密封对象流体(F)侧的相反侧的端面之间滑动。

旋转轴600上设置有高低差，即旋转轴600具有小径部610和大径部620。固定环510设置于小径部610的外周面侧。固定环510的外周面和轴壳700的内周面之间的环状间隙由密封环810密封。在大径部620的外周面和旋转环520的内周面之间由密封环820密封的状态下，设置旋转环520。

通过上述构成，可使平衡比在1以下。下面对可使平衡比在1以下这点进行详细说明。固定环510和旋转环520的滑动面积S1是环状凸部511的顶面与旋转环520的密封对象流体(F)侧的相反侧的端面之间的接触面积。即，在图3所示的剖面图中，滑动面积S1是从环状凸部511的内周面到外周面为止的距离A1在整个圆周上的面积。另外，在图3所示的剖面图中，固定环510由于流体压力受到旋转环520的压力影响的受压面积S2是从旋转轴600的大径部620的外周面到环状凸部511的外周面为止的距离A2在整个圆周上的面积。这是因为，在比大径部620的外周面更靠近径向内侧中，不存在密封流体对象；在比环状凸部511的外周面更靠近径向外侧中，从轴线方向的两侧对旋转环520施加压力，通过旋转环520对固定环510不施加流体压力。

如上所述，通过在旋转轴600上设置高低差，扩大滑动面积S1(即，图3中A1≥A2)，可以满足S1≥S2。由此，可使平衡比(S2/S1)在1以下。

但是，现有技术中，如果不如上所述的在旋转轴设置高低差就不能使平衡比在1以下。因此，例如制造机械密封的制造商和制造旋转轴的制造商不同时，就会出现制造机械密封的制造商无法控制平衡比的问题。因此，希望仅由机械密封本身的结构就可以使平衡比在1以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2002-267026号公报

专利文献2：特开2003-042307号公报

发明内容

本发明的目的是提供一种与旋转轴的结构无关，可以使平衡比在1以下的机械密封。

本发明为了解决上述问题采用以下的方法。

本发明的密封装置，其密封旋转轴和轴壳之间的环状间隙，其特征在于，具有：

固定环，其设置于所述轴壳侧；

旋转环，其经该固定环设置于密封对象流体侧，并与所述旋转轴一同旋转；

推压部件，其使该旋转环向所述固定环推压；和

套筒，其固定于所述旋转轴，

所述套筒包括：

具有密封对象流体侧的内径和外径大于其相反侧的内径和外径的高低差的第一环状部；

从第一环状部的密封对象流体侧的端部向径向外侧扩大的扩径部；和

从该扩径部的径向外侧的端部向所述相反侧延伸的第二环状部，

借助第一环状部的所述高低差使所述相反侧的小径部内周面与所述旋转轴外周面嵌合固定，且在该小径部的外周面侧设置所述固定环，

所述旋转环配置于，借助所述第一环状部的所述高低差使密封对象流体侧的大径部外周面和所述旋转环内周面之间的环状间隙密封的状态，

密封对象流体流入由所述大径部和扩径部和第二环状部所包围的空间内，且该空间内设置所述推压部件，

令所述固定环和旋转环的滑动面积为S1，在密封对象流体的压力作用下所述固定环承受旋转环的压力影响的受压面积为S2，则满足S2/S1≤1。

本发明中，设置固定于旋转轴的套筒，且采用下述构成，具有该套筒的密封对象流体侧与其相反侧相比，内径和外径具有大的高度差的第一环状部。由此，当固定环和旋转环的滑动面积为S1，由密封对象流体的压力使固定环承受旋转环的压力影响的受压面积为S2时，可使S2/S1≤1。即，与旋转轴的结构无关，可以使平衡比在1以下。

所述旋转轴具有设置所述套筒的小径部，和与该小径部相比靠密封对象流体侧的大径部，所述套筒设置为使所述扩径部与所述旋转轴的阶梯部分压紧，

在所述扩径部设置有止转部，该止转部形成为，在所述扩径部上利用连结弯折线的两端而形成的切缝，在所述弯折线位置处向密封对象流体侧弯折，且嵌入到形成在所述旋转轴的大径部上的缺口，由此使所述套筒止转。

采用该构成，可防止套筒与旋转轴之间的相对旋转。另外，可从卡子的部分，向大径部和扩径部以及第二环状部包围的空间内和其外部之间使流体流通。

具有密封第一环状部的所述大径部的外周面和所述旋转环的内周面之间的环状间隙的弹性体制的密封环，

所述推压部件为弹簧，其一端与所述扩径部和第二环状部的角落部分压紧，另一端被保持在相对于第一环状部的大径部外周面可自由滑动的保持部件，

由该弹簧推压的所述保持部件可与所述密封环压紧。

由此，弹簧弹力的不均匀可由弹性体构成的密封环来缓解。

上述各种结构在可能的范围内可组合利用。

如上所述，根据本发明，与旋转轴的结构无关，可以使平衡比在1以下。

附图说明

图1为本发明实施例的机械密封装的安装状态的剖面图。

图2为图1中部分放大的放大图。

图3为现有技术中的平衡形机械密封安装状态的剖面图。

附图标记说明

100机械密封

110固定环

120旋转环

121环状凸部

122环状凹部

123贯通孔

130套筒

131第一环状部

131a小径部

131b大径部

132扩径部

132a止转部

132a1弯折线

132b孔

133第二环状部

133a突出部

134卡止部

140密封环

150弹簧

160保持部件

200旋转轴

210小径部

211环状槽

220大径部

300轴壳

310、320环状槽

410、420弹性挡圈

430、440密封环

具体实施方式

以下参照附图，结合实施例以例示详细说明本发明的实施方式。本实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，若无特殊的记载，则并不构成对本发明的范围的限定。

(实施例)

参照图1～图2对本发明实施例的机械密封进行说明。图1为本发明实施例的机械密封装的安装状态的剖面图。图2为图1中部分放大的放大图。另外，在下述说明中，“轴线”是指旋转轴200的中心轴线。

机械密封100用于密封旋转轴200和轴壳300之间的环状间隙。旋转轴200是有高低差的结构，具有小径部210和大径部220。在小径部210上设置机械密封100(具体来说是构成机械密封100的套筒130)。另外，在小径部210上形成环状槽211。在该环状槽211上嵌入决定机械密封100的套筒130在轴线方向的位置的弹性挡圈410。另外，在旋转轴200的大径部220的圆周方向上设置多个缺口221。在轴壳300的内周面也形成有高低差。另外，在轴壳300的内周面上设置环状槽310。在该环状槽310上嵌入决定构成机械密封100的固定环110的轴线方向位置的弹性挡圈420。

机械密封100具有：固定环110，设置于轴壳300侧；旋转环120，通过固定环110设置于密封对象流体(F)侧，并与所述旋转轴200一同旋转；弹簧150，作为使旋转环120向固定环110推压的推压部件。另外，本实施例的机械密封100中具有固定于旋转轴200的套筒130。利用该套筒130，固定环110和旋转环120以及弹簧150等被一体化。即，可以将机械密封100作为一个部件进行处理。由于利用套筒130使各个部件一体化，保管机械密封100的时候，也具有防止灰尘等异物进入固定环110和旋转环120之间的接触部分(使用时滑动的部分)的优点。即，固定环和旋转环分别处理时，保管固定环和旋转环时，有灰尘等异物进入固定环和旋转环之间的滑动部分的问题。如果在异物进入的状态下将固定环和旋转环进行了安装，会对密封性能造成恶劣影响。本实施例中可以解决这样的问题。

本实施例的固定环110固定于轴壳300上。固定环110的外周面和轴壳300的内周面之间的环状间隙由弹性体构成的密封环(O形环)430密封。该密封环430安装于形成于轴壳300内周面上的环状槽320上。

本实施例的旋转环120具有：环状凸部121，向固定环110侧(密封对象流体(F)侧的相反侧)突出；环状凹部122，设置于内周面侧；多个贯通孔123，在外周面附近穿过轴线方向。环状凸部121的顶面与固定环110的密封对象流体(F)侧的端面抵接。因此，旋转环120与旋转轴200一同旋转时，在环状凸部121的顶面与固定环110的密封对象流体(F)侧的端面之间滑动，

本实施例的套筒130的各部分由作为原材料的金属材质的环状部件通过钣金加工形成。套筒130具有：内周面侧的第一环状部131；从第一环状部131的密封对象流体(F)侧的端部向径向外侧扩大的扩径部132；从该扩径部132的径向外侧的端部向与密封对象流体(F)侧的相反侧延伸的第二环状部133。

第一环状部131中，密封对象流体(F)侧与其相反侧相比内径和外径具有大的高低差。通过该第一环状部131的高低差，密封对象流体(F)侧的相反侧的小径部131a的内周面嵌入旋转轴200的外周面，且固定环110设置于小径部131a的外周面侧。另外，通过第一环状部131的高低差密封密封对象流体(F)侧的大径部131b的外周面与旋转环120的内周面之间的环状间隙的状态下，设置旋转环120。由弹性体构成的密封环140密封大径部131b的外周面与旋转环120的内周面之间的环状间隙。另外，第一环状部131的密封对象流体(F)侧的相反侧的端部在圆周方向的多处设置向径向外侧弯曲的卡止部134。处理机械密封100时，可利用该卡止部134防止固定环110等从套筒130脱落。

扩径部132设置有止转部132a，止转部132a为由连接弯折线132a1的两端形成的卡子向所述弯折线132a1位置上的密封对象流体(F)侧弯折。卡子的形状没有特殊的限定，可采用V字型，C字型等。该止转部132a通过嵌入旋转轴200的大径部220上形成的缺口221使套筒130止转。由卡子在轴线方向上形成贯通的孔132b。

在第二环状部的圆周方向多处设有向密封对象流体(F)侧的相反侧突出的突出部133a。该突出部133a插入设置于旋转环120上的贯通孔123，使得旋转环120相对于套筒130止转。即，旋转环120与套筒130一同旋转。另外，第二环状部133中除了突出部133a的部分与旋转环120之间形成间隙。由此，密封对象流体(F)流入由套筒130的大径部131b和扩径部132以及第二环状部133包围的空间内，该空间内设置作为推压部件的弹簧150。弹性体构成的密封环140安装于设置于旋转环120上的环状凹部122。由该密封环140密封第一环状部131大径部131b的外周面和旋转环120的内周面之间的环状间隙。另外，本实施例中，密封环140采用O型环，但也可以采用O型环以外的角型环或D型环等的各种密封环。

弹簧150的一端与扩径部132和第二环状部133的角落部分压紧，另一端保持在相对于第一环状部131的大径部131b外周面可自由滑动的保持部件160上。由弹簧150推压的保持部件160与密封环140压紧。即，弹簧150的推压力通过保持部件160传导至密封环140。

本实施例中，套筒130的大径部131b的内周面侧设置密封套筒130内周面和旋转轴200外周面之间的环状间隙的、由弹性体构成的密封环440。但是，当通过套筒130的第一环状部131的小径部131a内周面和旋转轴200的外周面之间的嵌入部分可获得密封效果时，就不需要该密封环440。

<机械密封的组装顺序>

下面对机械密封100的组装顺序进行说明。首先，作为原材料的金属材质的环状部件，通过钣金加工形成套筒130中除了卡止部134的部分。接着，按照保持于保持部件160上的弹簧150、安装了密封环140的旋转环120、以及固定环110的顺序，向套筒130组装。组装旋转环120时，将套筒130的第二环状部133的突出部133a插入设置于旋转环120的贯通孔123中。之后，形成套筒130中的卡止部134。由此，可防止固定环110等从套筒130脱落，可以将机械密封100作为一个部件进行处理。

<机械密封的安装顺序>

下面对机械密封100的安装顺序进行说明。首先，将密封环430、440分别安装于轴壳300内周面上设置的环状槽320和旋转轴200的小径部210的外周面中。接着，相对于旋转轴200的小径部210，将机械密封100朝向大径部220侧安装。此时，设置于套筒130的多个止转部132a分别嵌入旋转轴200的大径部220上设置的多个缺口221中。另外，使机械密封100滑动安装，直至套筒130的扩径部132与旋转轴200的阶梯部分抵接(压紧)为止。之后，将弹性挡圈410、420分别安装于设置于旋转环200的环状槽211和设置于轴壳300内周面上的环状槽310中。由此，可定位套筒130和固定环110的轴线方向位置。另外，由多个弹簧150，使固定环110通过密封环140和旋转环120向密封对象流体(F)的相反侧推压。因此，在被弹性挡圈420和旋转环120夹着的状态下，定位固定环110在轴线方向上的位置。

<本实施例的机械密封的优点>

通过如上所述构成的机械密封100，与固定环110和旋转环120的滑动面积S1相比，可使由密封对象流体(F)的压力使固定环110承受旋转环120的压力影响的受压面积S2更小。即，与旋转轴200的结构无关，可以使平衡比在1以下。关于此点，下面参照图2进行更详细的说明。

固定环110和旋转环120的滑动面积S1是旋转环120的环状凸部121的顶面和固定环110的密封对象流体(F)侧的端面的接触面积。即，如图2所示的剖面图中，滑动面积S1是从环状凸部121内周面到外周面为止的距离A1在整个圆周上的面积。另外，在图2所示的剖面图中，固定环110由于流体压力受到旋转环120的压力影响的受压面积S2是从套筒130的第一环状部131的大径部131b的外周面到环状凸部121的外周面为止的距离A2在整个圆周上的面积。这是因为，在比大径部131b的外周面更靠近径向内侧中，不存在密封流体对象；在比环状凸部121的外周面更靠近径向外侧中，从轴线方向的两侧对旋转环120施加压力，通过旋转环120对固定环110不施加流体压力。

如上所述，通过在套筒130的第一环状部131上设置高低差，扩大滑动面积S1(即，图2中A1≥A2)，可以满足S1≥S2。由此，可使平衡比(S2/S1)在1以下。

根据本实施例的机械密封100，通过在套筒130上设置止转部132a，可防止套筒130与旋转轴200之间的相对旋转。另外，可从该止转部132a形成的孔132b(卡子的部分)，向套筒130的大径部131b和扩径部132以及第二环状部133包围的空间内和其外部之间使流体流通。即，该空间内和其外部之间，不论是径向还是轴线反向都可使流体流通。因此，即使由固定环110和旋转环120的滑动产生的热量使密封对象流体(F)被加热，也可防止密封对象流体(F)滞留于该空间内的，所以可防止弹簧150或密封环140被加热。

本实施例中，采用由弹簧150推压的保持部件160可与密封环140压紧的结构。由此，弹簧150弹力的不均匀可由弹性体构成的密封环140来缓解。

Claims (3)

1.一种机械密封，其密封旋转轴和轴壳之间的环状间隙，其特征在于，具有：

固定环，其设置于所述轴壳侧；

旋转环，其经该固定环设置于密封对象流体侧，并与所述旋转轴一同旋转；

推压部件，其使该旋转环向所述固定环推压；和

套筒，其固定于所述旋转轴，

所述套筒包括：

具有密封对象流体侧的内径和外径大于其相反侧的内径和外径的高低差的第一环状部；

从第一环状部的密封对象流体侧的端部向径向外侧扩大的扩径部；和

从该扩径部的径向外侧的端部向所述相反侧延伸的第二环状部，

借助第一环状部的所述高低差使所述相反侧的小径部内周面与所述旋转轴外周面嵌合固定，且在该小径部的外周面侧设置所述固定环，

所述旋转环配置于，借助所述第一环状部的所述高低差使密封对象流体侧的大径部外周面和所述旋转环内周面之间的环状间隙密封的状态，

密封对象流体流入由所述大径部和扩径部和第二环状部所包围的空间内，且该空间内设置所述推压部件，

令所述固定环和旋转环的滑动面积为S1，在密封对象流体的压力作用下所述固定环承受旋转环的压力影响的受压面积为S2，则满足S2/S1≤1。

2.根据权利要求1所述的机械密封，其特征在于，

所述旋转轴具有设置所述套筒的小径部，和与该小径部相比靠密封对象流体侧的大径部，所述套筒设置为使所述扩径部与所述旋转轴的阶梯部分压紧，

在所述扩径部设置有止转部，该止转部形成为，在所述扩径部上利用连结弯折线的两端而形成的切缝，在所述弯折线位置处向密封对象流体侧弯折，且嵌入到形成在所述旋转轴的大径部上的缺口，由此使所述套筒止转。

3.根据权利要求1或2所述的机械密封，其特征在于，

具有密封第一环状部的所述大径部的外周面和所述旋转环的内周面之间的环状间隙的弹性体制的密封环，

所述推压部件为弹簧，其一端与所述扩径部和第二环状部的角落部分压紧，另一端被保持在相对于第一环状部的大径部外周面可自由滑动的保持部件，

由该弹簧推压的所述保持部件可与所述密封环压紧。