CN1085312C - 一种表面机械密封 - Google Patents

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Abstract

一种表面机械密封，它包括一对密封环(12，20)，一个密封环(20)利用波纹管单元(22)相对于轴(10)密封起来。波纹管单元(22)的端部(23，25)借助传动带(30，31)被迫分别与轴(10)和密封环(20)进入传动和密封啮合。传动带(30，31)的内端(33)有相等的直径并具有相互啮合的城堡墙形凸起(34)，借此，传动带(30，31)可以伸缩，并且扭转负荷可以作用于轴(10)和密封环(20)之间。弹簧(35)使传动带(30，31)偏压分开，并与密封环(12)进入密封啮合。

Description

一种表面机械密封
技术领域
本发明涉及表面机械密封，其中，第一密封环以相对于第一部件轴向和周向固定的关系安装，而第二密封环以相对于第二部件周向固定但是轴向可以移动的关系安装，特别是涉及其中第二密封环利用弹性波纹管单元相对于第二部件密封的上述那种表面机械密封。
背景技术
US-3,117,793公开了一种密封装置，它的隔膜波纹管的一端通过一个柱形环30被径向施压而与轴密封结合，波纹管的另一端则通过弹簧11的压力而与密封环50的一个径向面密封结合。这样，如果隔膜波管被从内部加压，它的与环14密封的一端就会被内压力胀破，使被密封的流体漏出。
还有，在内部压力作用下，隔膜波纹管13的膨胀将会将其压向壳体的空隙之间，从而使其很容易损坏，甚至干涉密封环14的轴向运动和安装。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种表面机械密封装置，它能克服上述密封装置的缺点，当受到内部压力时仍能保持密封整体性。
根据本发明的一个方面的内容，在一对相对旋转部件之间提供流体密闭密封的表面机械密封包括一个相对于第一部件以轴向和周向固定关系并且与其密封安装的第一密封环，和一个相对于第二部件以周向固定关系安装的第二密封环，所述第二密封环利用弹性波纹管单元相对于第二部件密封起来，借此，第二密封环相对于第二部件可以轴向移动，其特征在于，一对管形传动带以轴向彼此隔开的关系与波纹管单元同轴安装，一个传动带的外端与波纹管单元的一端相啮合，并且对其施加径向负荷，迫使它与所述第二部件进入传动和密封啮合，并且另外的传动带的外端与波纹管单元的另外一端相啮合并且对其施加径向负荷，迫使它与第二密封环进入传动和密封啮合，传动带的内端直径相等，并且有轴向延伸的城堡墙形凸起，一个传动带的城堡墙形凸起与另外的传动带的城堡墙形凸起相互啮合，借此，传动带可以伸缩，并且扭转载荷可以通过波纹管单元的端部和传动带作用于第二部件和第二密封环之间，一个弹性装置作用在传动带之间，以便偏压它们使它们分开，并迫使第一和第二密封环的对置的密封表面进入密封啮合。
根据本发明的一个较佳实施例，波纹管单元的端部具有较厚的截面并且由一个较薄的柔性中央部分互相连接起来，在其轴向松弛的状态下，中央部分是大致的圆筒形，从其固定在第二部件的靠近其啮合第二部件的直径的端部延伸到其固定在第二密封环上的靠近其固定在第二密封环表面的端部，使得当被轴向压缩到其工作长度时，波纹管的靠近第二密封环的中央部分将变形而进入与密封环的后表面相啮合并向下靠在第二部件上，形成一种无折叠或者扭曲的光滑的形状。
波纹管的中央部分因此将支承在第二部件上，以便承受在波纹管部件的远离第二部件的一侧上的流体压力，另外，如果压力作用在第二部件和波纹管部件之间，可伸缩的传动带将支承波纹管单元的中央部分，防止它膨胀，因而保持密封的整体性。
附图说明
现在参照附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1是本发明的表面机械密封的局部剖侧视图；
图2是图1所示的波纹管密封组件的局部剖侧视图；
图3是图1所示的在放松状态下的波纹管单元密封的剖视图；
图4是与图1相似的剖视图，其中波纹管单元内部受压。
最佳实施方式
如附图所示，用于在轴10和壳体11之间产生流体密闭密封的表面机械密封包括一个第一密封环或环座12，该环或者环座12安装在壳体11中的环形凹槽13中并且利用弹性密封环14相对其密封起来。密封环14也起将环座12相对于壳体11旋转定位的作用。
一个第二密封环20利用波纹管组件21相对于轴10密封起来。波纹管组件21包括一个弹性波纹管单元22，而该单元22具有一个第一端部23，一个相对薄的柔性中央部分27和一个第二端部25。第一端部23具有与轴10的圆周相啮合的内径24。第二端部25具有与密封环20的外径相啮合的内径26。中央部分27是大致圆筒形结构，其从端部23的内径24附近向着端部25延伸并向外扩张而与端部2在其内径26处相连接。
一对管形传动带30，31每个都包括一个大直径端部32和一个小直径部分33。传动带30和31的小直径部分33有相等的直径并且设置有轴向延伸的城堡墙形凸起34。在每个传动带30和31上的城堡墙形凸起34具有相同的宽度，并且在每个传动带30，31上的城堡墙形凸起34的宽度等于或者稍稍小于在城堡墙形凸起34之间的间隙35。
传动带30，31与波纹管单元22同轴安装。传动带30的大直径部分32与波纹管单元22的端部23的外径相啮合，径向挤压端部23而与轴10密封啮合，并且使端部23相对于它旋转定位。同样，传动带31的大直径部分32与波纹管单元22的端部25的外径相啮合，径向挤压端部25而与密封环20的外径密封啮合并且也使密封环20相对于端部25旋转定位。
传动带30，31的小直径部分33彼此相对，一个传动带30的城堡墙形凸起34以伸缩的方式与另外的传动带31的城堡墙形凸起34相啮合。作用在密封环20上的扭转载荷将从轴10经过波纹管单元22的端部25，传动带31，传动带30和波纹管单元22的端部23来传递。
螺旋压缩弹簧35作用在传动带30和31的大直径部分32之间，驱使它们分开，并且使在密封环20上的密封表面36与在环座12上的密封表面37密封啮合。
波纹管组件21利用与在轴10上的周向槽41相啮合的簧环40和止推垫圈42而相对于轴10轴向定位。环形凹槽43设置在波纹管单元22的端部23的端面上，以便当在传动带30和轴10之间径向压缩时容许端部23轴向扩张并有助于波纹管在轴上产生均匀的径向负荷。
密封环20的后表面50这样成形，使得当波纹管组件21被压缩到其在簧环40和环座12之间的工作长度时，波纹管单元22的中央部分27将变形而与密封环20的后表面50相啮合并且向下靠在轴10上，形成一种光滑的形状，没有折叠或者扭曲，如图1所示。当在压力下的流体作用在波纹管单元22的外径上时，波纹管单元22的柔性中央部分27将因而支承在轴10上。除了引导波纹管单元22的变形以外，密封环20的成形表面50能够避免可能撕扯或切割波纹管单元的尖角并还能降低在波纹管单元上的应力。
波纹管单元22的靠在密封环20的后表面50的变形部分和传动带30和31的伸缩性质将能够使密封环20相对于轴10轴向移动，以便适应分别在密封环20和环座12上的密封表面36和37的磨损。
如果流体压力作用在波纹管单元22的内径上，那么，传动带30和31的可伸缩的小直径部分33将支承波纹管单元22的中央部分27，从而防止它向外膨胀，因而可以保持密封的整体性。
本发明的密封环12和20可以由任何通常用于表面机械密封的惯用组合材料制成，例如碳/石墨对金属，陶瓷或者镀陶瓷材料，金属对陶瓷，或者陶瓷对陶瓷的组合。任何适用的弹性合成物都可以用于波纹管单元。传动带最好是由不锈钢制成，但是其它金属或者刚性的塑性材料也可以采用。
在不脱离本发明范围的情况下可以作出各种改进。例如，环座12可以以其它惯用方式相对于壳体11密封起来，例如采用“○”形环，或者PTFE环。另外，可以不依靠摩擦来使环座12相对于壳体11旋转定位，而是可以设置一个或者多个与环座12和壳体11相啮合的销来防止在它们之间的旋转。
虽然在上述的实施例中，波纹管组件21是利用簧环41与轴10轴向定位，都是也可以采用其它的使波纹管组件21定位的方法。例如，波纹管组件21可以靠在形成在轴上的台阶或者靠在以适当方式固定在轴上的卡圈或者套筒。
虽然，在上述的实施例中，波纹管组件21安装在轴10上，而环座12安装在壳体11上，但是波纹管组件21也可以相对于壳体11安装，而环座12相对于轴安装。

Claims (11)

1.一种用于在一对相对旋转的部件(10，11)之间提供流体密闭密封的表面机械密封，包括一个相对于第一部件(11)以轴向和周向固定关系并且与其密封安装的第一密封环(12)，和一个相对于第二部件(10)以周向固定关系安装的第二密封环(20)，所述第二密封环(20)利用弹性波纹管单元(22)相对于第二部件(10)密封起来，借此，第二密封环(20)相对于第二部件(10)可以轴向移动，其特征在于，一对管形传动带(30，31)以轴向彼此隔开的关系与波纹管单元(22)同轴安装，一个传动带(30)的外端(32)与波纹管单元(22)的一端(23)相啮合，并且对其施加一个径向负荷，迫使它与所述第二部件(10)进入传动和密封啮合，而另外的传动带(31)的外端(32)与波纹管单元(22)的另外一端(25)相啮合并且对其施加径向负荷，迫使它与第二密封环(20)进入传动和密封啮合，传动带(30，31)的内端(33)直径相等，并且有轴向延伸的城堡墙形凸起(34)，一个传动带(30)的城堡墙形凸起(34)与另外的传动带(31)的城堡墙形凸起(34)相互啮合，借此，传动带(30，31)可以伸缩，并且扭转载荷可以通过波纹管单元(22)的端部(23，25)和传动带(30，31)作用于第二部件(10)和第二密封环(20)之间，弹性装置(35)作用在传动带(30，31)之间，以便偏压它们分开，并迫使第一和第二密封环(12，20)的对置的密封表面(36，37)进入密封啮合。
2.如权利要求1所述的表面机械密封，其特征在于，波纹管单元(22)包括由较薄的柔性中央部分(27)互相连接的一对端部(23，25)。
3.如权利要求2所述的表面机械密封，其特征在于，当波纹管单元(22)被压缩到其工作长度时，波纹管单元(22)的中央部分(27)将变形而靠在第二密封环(20)的后表面(50)上并且与第二部件(10)相啮合，从而形成一种无折叠或者扭曲的光滑的形状。
4.如权利要求3所述的表面机械密封，其特征在于，第二密封环(20)的后表面(50)做成控制波纹管单元变形的形状。
5.如权利要求1所述的表面机械密封，其特征在于，第一部件(11)是一个壳体，而第二部件(10)是一个轴。
6.如权利要求5所述的表面机械密封，其特征在于，波纹管单元(22)包括其内径(24)与轴(10)相啮合的第一端部(23)，其内径与第二密封环(20)的外径相啮合的第二端部(25)，和一个较薄的柔性中央部分(27)，中央部分(27)具有大致圆筒形的构形，其从第一端部(23)的内径(24)附近延伸，中央部分(27)的靠近第二端部(25)的端部向外扩张并且连接在第二端部(25)的内径上。
7.如权利要求6所述的表面机械密封，其特征在于，传动带(30，31)的外端(32)具有较大的外径，其与波纹管单元(22)的第一和第二端部(23，25)的外径相啮合。
8.如权利要求7所述的表面机械密封，其特征在于，螺旋压缩弹簧(35)作用在传动带(30，31)的较大的直径端部之间，使它们偏置分开。
9.如权利要求6所述的表面机械密封，其特征在于，波纹管单元(22)利用与在轴(10)上的周向槽(41)相啮合的簧环(40)，止推垫圈(42)，在轴上形成的台阶或者固定在轴(10)上的卡圈或者套筒件来在轴(10)上轴向定位。
10.如权利要求6所述的表面机械密封，其特征在于，当波纹管单元被内部加压时，可以伸缩的传动带(30，31)的内径限制波纹管单元(22)的中央部分(27)的径向膨胀。
11.如权利要求1所述的表面机械密封，其特征在于，一个环形凹槽(43)设置在波纹管单元(22)的与第二部件(10)相啮合的端部(23)的端面上，该环形凹槽(43)当波纹管单元(22)的端部(23)被径向压缩而与第二部件(10)相啮合时有助于它的轴向膨胀。
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