CN107477187B - 一种非接触式旋转密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非接触式旋转密封结构，包括密封座以及旋转轴；旋转轴活动穿设于密封座，以使旋转轴与密封座之间沿旋转轴长度方向形成间隙；密封座的一端盖设有压套；压套上开有进气口；压套内开有与进气口连通的第一气道；密封座内开有连通第一气道以及间隙的第二气道；沿密封座内圆周面周向开有若干与间隙连通的膨胀腔；若干膨胀腔沿间隙长度方向间隔排布；第一气道、第二气道直径均大于间隙宽度；膨胀腔的容积大于间隙宽度，提高旋转轴与密封座的使用寿命以及保证旋转轴在旋转过程中的气密性。

Description

一种非接触式旋转密封结构
技术领域
本发明涉及一种密封件，尤其涉及一种非接触式旋转密封结构。
背景技术
目前，现有的密封结构的设计中，针对高速旋转的密封件一般采用接触式密封结构较多，但是，现有的接触式密封中由于旋转件与密封件长期接触，在使用过程中存在摩擦，旋转件在高速旋转过程中接触面会有大量热量产生，容易使密封件和旋转件损坏，导致密封结构失效。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非接触式旋转密封结构，在高速旋转下达到密封要求，同时不易损坏，有较长的使用寿命。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种非接触式旋转密封结构，包括密封座以及旋转轴；所述旋转轴活动穿设于所述密封座，所述旋转轴与所述密封座之间沿所述旋转轴长度方向形成间隙；所述密封座的一端盖设有压套；所述压套上开有进气口；所述压套内开有与所述进气口连通的第一气道；所述密封座内开有连通所述第一气道以及所述间隙的第二气道；沿所述密封座内圆周面周向开有若干与所述间隙连通的膨胀腔；若干所述膨胀腔沿所述间隙长度方向间隔排布；所述第一气道、所述第二气道直径均大于所述间隙宽度；所述膨胀腔的容积大于所述间隙宽度。
进一步地，若干所述膨胀腔容积大小一致。
进一步地，所述膨胀腔的两侧均形成有用于反弹回转气流的侧壁；在所述非接触式旋转密封结构的径向投影方向，两侧所述侧壁倾斜于所述间隙所在平面；两侧所述侧壁倾斜方向相反；两侧所述侧壁的延长线相交呈锐角，所述锐角顶点朝向所述膨胀腔远离所述间隙的一侧。
进一步地，所述旋转轴远离所述压套的一端端面开有出气口；所述旋转轴内开有连通所述间隙以及所述出气口的第三气道。
进一步地，所述第二气道与所述间隙连通的端部形成第一端口；所述第三气道与所述间隙连通的端部形成第二端口；所述第一端口正对所述第二端口。
进一步地，第一端口处设有气体环槽。
进一步地，所述进气口、所述第一气道、所述第二气道、所述第三气道以及所述出气口均为两个，分别位于所述非接触式旋转密封结构内的两侧。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
通过在密封座内设置若干膨胀腔，在旋转轴工作旋转时，进气口通气，气流通过第一气道与第二气道进入较小的间隙，再沿着旋转轴和密封座之间的间隙进入空间较大的膨胀腔，气流从第二气道进入间隙时受到节流作用，气体流速增大，压强降低，当气流进入膨胀腔后会受到扩容作用，气体体积突然增大形成极强的漩涡，速度降低且压强增大，从而使旋转轴以及密封座之间形成密封并接在旋转轴旋转过程中不与密封座接触，提高旋转轴与密封座的使用寿命，第一气道与第二气道也受到膨胀腔内的气流影响难以渗漏，达到密封的目的。
附图说明
图1为本发明非接触式旋转密封结构剖视图；
图2为图1的A部放大视图。
图中：10、密封座；20、旋转轴；30、压套；11、间隙；12、第二气道；121、第一端口；1211、气体环槽；13、膨胀腔；131、侧壁；21、出气口；22、第三气道；221、第二端口；23、第一轴承；24、第二轴承；31、进气口；32、第一气道；321、O形圈；33、凹台；40、气孔；50、堵头。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-2所示，为了提高旋转轴20以及密封座10的使用寿命，同时满足旋转轴20在旋转过程中的密封需求，本发明提供一种非接触式旋转密封结构，该非接触式旋转密封结构包括密封座10以及旋转轴20；旋转轴20活动穿设于密封座10，旋转轴20与密封座10之间沿旋转轴20长度方向形成间隙11；密封座10的一端盖设有压套30。本例中，旋转轴20与密封座10采用间隙配合(间隙δ为0.01mm-0.035mm)，旋转轴20位于密封座10内的两端套接有第一轴承23和第二轴承24，其中第一轴承23与第二轴承24优选为深沟球轴承，第一轴承23与第二轴承24的内圈与旋转轴20过盈配合，第一轴承23设置在密封座10远离压套30的一端，与密封座10采用间隙配合，并且第一轴承23的端面与密封座10端面齐平，保证非接触式旋转密封结构的结构紧凑性以及密封性；第二轴承24设置在密封座10靠近压套30的一端，第二轴承24的外圈一侧与密封座10采用间隙配合，另一侧与压套30采用间隙配合。此外，压套30还设有用于压紧第二轴承24外端面凹台33，通过螺钉将压套30与密封座10锁紧，保证压套30压紧第二轴承24于旋转轴20上；压套30上开有进气口31；压套30内开有与进气口31连通的第一气道32，优选的，进气口31位于压套30远离密封座10的一端端面，第一气道32分别连通进气口31以及压套30的另一端端面；密封座10内开有连通第一气道32以及间隙11的第二气道12，考虑到深孔加工存在一定难度，本例中的第一气道32以及第二气道12走向均与旋转轴20相对平行或垂直，在加工第一气道32以及第二气道12过程中，当遇到气道需要拐弯时，需要从压套30以及密封座10的另一侧垂直于旋转轴20的方向进行钻孔，因此在加工过后会留有若干与第一气道32以及第二气道12连通的气孔40，在加工完毕后，多出的气孔40均采用堵头50对其进行封堵，第一气道32与第二气道12的连接端采用O形圈321进行密封，保证气密性；沿密封座10内圆周面周向开有若干与间隙11连通的膨胀腔13；若干膨胀腔13沿间隙11长度方向间隔排布；第一气道32、第二气道12直径均大于间隙11宽度；膨胀腔13的容积大于间隙11宽度。
在旋转轴20相对于密封座10工作旋转时，进气口31通入气体，进入进气口31的气体压力为P0，气体从第一气道32以及第二气道12进入空间狭小的间隙11受节流作用，气体的流速增大，热能转换为动能，同时温度降低，位于间隙11内的气压P1降低(此时P1<P0)，随后气体经过间隙11的节流作用后进入容积远大于间隙11的膨胀腔13，此时气体会受到扩容作用，气体体积突然增大，形成极强的漩涡，速度降低，位于膨胀腔13内的气压增大，但气压增大的幅度很小，可认定为保持流经节流间隙11时的压力，随后再沿间隙11依次进入沿间隙11长度方向间隔排布的膨胀腔13，以使密封座10与旋转轴20之间形成迷宫密封(如图所示，膨胀腔13由靠近第一气道32的一端往远离第一气道32的一端对应间隙11的气压分别为P1、P2、P3……)，气体在经过多次节流和扩容作用而产生很大的能量消耗，气压大为下降(即P1>P2>P3……)，从而使第一气道32和第二气道12中的气体难于渗漏，达到密封的目的，旋转轴20的旋转过程中也会受气压影响，与密封座10保持一定距离，延长了旋转轴20与密封座10的使用寿命。
为了稳定若干膨胀腔13之间的气压比，若干膨胀腔13容积大小一致。
为了优化气体在膨胀腔13内的漩涡旋转强度，膨胀腔13的两侧均形成有用于反弹回转气流的侧壁131；在非接触式旋转密封结构的径向投影方向，两侧侧壁131倾斜于间隙11所在平面；两侧侧壁131倾斜方向相反；两侧侧壁131的延长线相交呈锐角，优选的，锐角角度为60°，锐角顶点朝向膨胀腔13远离间隙11的一侧。
为了在旋转轴20工作过程中排出多余的气体，旋转轴20远离压套30的一端端面开有出气口21；旋转轴20内开有连通间隙11以及出气口21的第三气道22，同样的，为了降低第三气道22的加工难度，第三气道22位于旋转轴20内均平行或垂直于旋转轴20，加工形成的多余气孔40采用堵头50进行封堵。
为了更好的让气体能够进入间隙11以及更好的把多余的气体排出，第二气道12与间隙11连通的端部形成第一端口121；第三气道22与间隙11连通的端部形成第二端口221；第一端口121正对第二端口221，使进气口31气压P1与出气口21气压P基本保持一致。
为了方便旋转轴20与密封座10的装配，第一端口121处设有气体环槽1211，避免旋转轴20与密封座10安装时第二气道12与第三气道端22口对接影响装配。
进气口31、第一气道32、第二气道12、第三气道22以及出气口21均为两个，分别位于非接触式旋转密封结构内的两侧，在非接触式旋转密封结构的两侧相对设置相同的进气口31、第一气道32、第二气道12、第三气道22以及出气口21并采用相同的连接结构，使间隙11以及膨胀腔13内气体更加均匀。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种非接触式旋转密封结构，其特征在于：
包括密封座以及旋转轴；所述旋转轴活动穿设于所述密封座，所述旋转轴与所述密封座之间沿所述旋转轴长度方向形成间隙；所述密封座的一端盖设有压套；所述压套上开有进气口；所述压套内开有与所述进气口连通的第一气道；所述密封座内开有连通所述第一气道以及所述间隙的第二气道；沿所述密封座内圆周面周向开有若干与所述间隙连通的膨胀腔；若干所述膨胀腔沿所述间隙长度方向间隔排布；所述第一气道、所述第二气道直径均大于所述间隙宽度；所述膨胀腔的截面宽度大于所述间隙宽度；
所述膨胀腔的两侧均形成有用于反弹回转气流的侧壁；在所述非接触式旋转密封结构的径向投影方向，两侧所述侧壁倾斜于所述间隙所在平面；两侧所述侧壁倾斜方向相反；两侧所述侧壁的延长线相交呈锐角，所述锐角顶点朝向所述膨胀腔远离所述间隙的一侧；
所述旋转轴远离所述压套的一端端面开有出气口；所述旋转轴内开有连通所述间隙以及所述出气口的第三气道。
2.如权利要求1所述的非接触式旋转密封结构，其特征在于：若干所述膨胀腔容积大小一致。
3.如权利要求1所述的非接触式旋转密封结构，其特征在于：所述第二气道与所述间隙连通的端部形成第一端口；所述第三气道与所述间隙连通的端部形成第二端口；所述第一端口正对所述第二端口。
4.如权利要求3所述的非接触式旋转密封结构，其特征在于：第一端口处设有气体环槽。
5.如权利要求3所述的非接触式旋转密封结构，其特征在于：所述进气口、所述第一气道、所述第二气道、所述第三气道以及所述出气口均为两个，分别位于所述非接触式旋转密封结构内的两侧。
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