CN108692029B

CN108692029B - 机械密封件

Info

Publication number: CN108692029B
Application number: CN201810315560.4A
Authority: CN
Inventors: 中岛彻; 福本崇人
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2038-04-10
Also published as: JP6878103B2; CN108692029A; JP2018179095A

Abstract

紧凑地构成具备护套空间的机械密封件。机械密封件(1)具备：旋转侧单元(2)，其可一体旋转地设置于旋转轴(S)，具有旋转密封环(22)；以及静止侧单元(3)，其设置于壳体(C)，具有静止密封环(39)，通过旋转密封环(22)和静止密封环(39)滑动接触，从而将机外侧区域(A)与机内侧区域(B)之间密封。静止侧单元(3)具备在旋转密封环(22)与静止密封环(39)的滑动接触部分附近与机内侧区域(B)内的被密封流体接触的静止侧部件(21)作为结构部件。静止侧部件(21)具有导入将被密封流体冷却的冷却流体的护套空间(J)。

Description

机械密封件

技术领域

本发明涉及机械密封件。

背景技术

当前，在通过机械密封件对高温的被密封流体进行密封的情况下，使用所谓的闭端(dead end)方式的机械密封件。在闭端方式的机械密封件中，在安装有机械密封件的壳体形成护套空间，通过向该护套空间内导入的护套水，将机械密封件的旋转密封环与静止密封环的滑动接触部分附近的被密封流体冷却(例如，参照专利文献1)。因此，闭端方式的机械密封件有不使用冲洗流体的配管、冷却器等附加设备，就能够减小对机械密封件的热影响这样的优点。

专利文献1：日本特开2015-183790号公报

但是，上述现有的闭端方式的机械密封件，除了机械密封件的设置空间之外还必须确保护套空间，因此存在整个构造大型化这样的问题。

发明内容

本发明就是鉴于这种情形而提出的，其目的在于紧凑地构成具备护套空间的机械密封件。

本发明的机械密封件具备：旋转侧单元，其可一体旋转地设置于旋转轴，具有旋转密封环；以及静止侧单元，其设置于将所述旋转轴包围的壳体，具有静止密封环，通过所述旋转密封环和所述静止密封环滑动接触，从而将机外侧区域与机内侧区域之间密封。在该机械密封件中，所述静止侧单元具备在所述旋转密封环与所述静止密封环的滑动接触部分附近与所述机内侧区域内的被密封流体接触的静止侧部件作为结构部件，所述静止侧部件具有导入将所述被密封流体冷却的冷却流体的护套空间。

根据本发明，作为机械密封件的静止侧单元的结构部件的静止侧部件具有导入冷却流体的护套空间，因此通过向该护套空间导入冷却流体，从而能够将旋转密封环与静止密封环的滑动接触部分附近的被密封流体冷却。由此，不需要如当前那样除机械密封件的设置空间以外还要需要确保护套空间，因此能够紧凑地构成具备护套空间的机械密封件。

在所述机械密封件中，所述机内侧区域形成于与所述滑动接触部分相比的径向外侧，所述旋转侧单元优选具备旋转侧部件，该旋转侧部件在与所述壳体的内周面之间形成第1迷宫式间隙而抑制比该第1迷宫式间隙更靠机内侧的所述被密封流体向所述滑动接触部分附近流入。

在该情况下，通过在旋转侧部件与壳体的内周面之间形成的第1迷宫式间隙，被密封流体变得难以流入到旋转密封环与静止密封环的滑动接触部分附近，因此能够抑制在所述滑动接触部分附近通过冷却流体冷却的被密封流体与比第1迷宫式间隙更靠机内侧的被密封流体替换。其结果，能够提高所述滑动接触部分附近的被密封流体的冷却效率，因此能够有效地减小对机械密封件的热影响。

在所述机械密封件中，优选所述旋转侧部件在与所述第1迷宫式间隙相比的机内侧，在与所述壳体的内周面之间形成有第2迷宫式间隙。

在该情况下，在旋转侧部件与壳体的内周面之间，除了第1迷宫式间隙以外，还形成有第2迷宫式间隙，因此通过上述第1迷宫式间隙以及第2迷宫式间隙，被密封流体进一步难以流入到旋转密封环与静止密封环的滑动接触部分附近。其结果，能够进一步抑制在所述滑动接触部分附近通过冷却流体冷却的被密封流体与比第2迷宫式间隙更靠机内侧的被密封流体替换。

在所述机械密封件中，优选所述旋转侧部件在所述第1迷宫式间隙与所述第2迷宫式间隙之间，形成使所述被密封流体填充于与所述壳体的内周面之间的中间室。

在该情况下，处于比第2迷宫式间隙更靠机内侧的被密封流体的热的一部分经由旋转侧部件的形成第2迷宫式间隙的部分、中间室内的被密封流体、以及旋转侧部件的形成第1迷宫式间隙的部分，向旋转密封环与静止密封环的滑动接触部分附近的被密封流体传热。由此，从所述机内侧的被密封流体向所述滑动接触部分附近的被密封流体的传热效率与经由中间室内的被密封流体而传热的情况对应地降低，因此能够进一步有效地减小对机械密封件的热影响。

在所述机械密封件中，优选在所述机外侧区域形成导入将所述滑动接触部分冷却的骤冷流体的骤冷流体室。

在该情况下，旋转密封环与静止密封环的滑动接触部分由护套空间内的冷却流体经由被密封流体而从机内侧进行冷却，并且也由骤冷流体室内的骤冷流体从机外侧进行冷却，因此能够进一步有效地减小对机械密封件的热影响。

在所述机械密封件中，优选在所述机外侧区域形成导入将所述滑动接触部分冷却的骤冷流体的骤冷流体室，所述骤冷流体室优选以所述骤冷流体与所述旋转侧部件接触的方式形成。

在该情况下，即使比旋转侧部件更靠机内侧的被密封流体的热向旋转侧部件传热，也能够通过骤冷流体将旋转侧部件冷却。由此，能够抑制比旋转侧部件更靠机内侧的被密封流体的热经由旋转侧部件向所述滑动接触部分附近的被密封流体传热。其结果，能够进一步有效地减小对机械密封件的热影响。

另外，在旋转侧部件形成上述第2迷宫式间隙以及上述中间室的情况下，通过骤冷流体水将旋转侧部件冷却，从而也能够将中间室内的被密封流体冷却。由此，中间室内的被密封流体的传热效率降低，因此能够抑制处于比第2迷宫式间隙更靠机内侧的被密封流体的热的一部分经由旋转侧部件的形成第2迷宫式间隙的部分、中间室内的被密封流体、以及旋转侧部件的形成第1迷宫式间隙的部分，向所述滑动接触部分附近的被密封流体传热。

发明的效果

根据本发明，能够紧凑地构成具备护套空间的机械密封件。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式涉及的机械密封件的剖视图。

图2是表示图1的要部的放大剖视图。

标号的说明

1 机械密封件

2 旋转侧单元

3 静止侧单元

21 驱动环(旋转侧部件)

22 旋转密封环

30 密封箱(静止侧部件)

39 静止密封环

A 机外侧区域

B 机内侧区域

C 壳体

c2 内周面

J 护套空间

L1 第1迷宫式间隙

L2 第2迷宫式间隙

M 中间室

S 旋转轴

Q 骤冷流体室

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

[整体结构]

图1是表示本发明的一个实施方式涉及的机械密封件的剖视图。在图1中，该机械密封件1用作各种工业用泵、鼓风机、压缩机、或搅拌机等旋转流体仪器中的高温用闭端方式的机械密封件，配置于旋转轴S与将该旋转轴S包围的旋转流体仪器的壳体C之间。此外，在本说明书中，高温用闭端方式的机械密封件是指，通过护套空间内的冷却流体对高温的被密封流体进行冷却，不需要冲洗流体的配管、冷却器等附加设备的机械密封件。

机械密封件1是将机外侧区域A与机内侧区域B之间密封的密封件，具备：旋转侧单元2，其可一体旋转地设置于旋转轴S；以及静止侧单元3，其设置于壳体C。此外，在本说明书中，将图1的左侧称为机外侧，将图1的右侧称为机内侧(对于图2也同样)。

[旋转侧单元]

机械密封件1的旋转侧单元2具备：套筒20，其安装于旋转轴S；驱动环21，其安装于套筒20；以及旋转密封环22，其安装于驱动环21。

套筒20外嵌于旋转轴S，通过将定位螺钉24螺合并紧固于在机外侧的端部配置的止动环23，从而可一体旋转地固定于旋转轴S的外周面。在套筒20的机内侧的端部形成有沿径向外侧凸出的圆环状的套筒圆环部20a。此外，套筒20的机内侧的端部的内周面与旋转轴S的外周面之间通过O型密封圈25进行密封。

驱动环21外嵌于套筒圆环部20a，通过将定位螺钉26螺合并紧固于驱动环21的机内侧的端部而可一体旋转地固定于套筒20。此外，驱动环21的内周面与套筒圆环部20a的外周面之间通过O型密封圈27进行密封。

驱动环21具有比套筒圆环部20a更向机外侧凸出的部分，在该凸出部分内嵌有旋转密封环22。在旋转密封环22的机外侧的端面形成有密封面22a。另外，在旋转密封环22的机内侧的端面沿周方向空开规定间隔而形成多个(在图1中仅图示出1个)销槽22b。在各销槽22b插入有凸出设置于驱动环21的销28。由此，旋转密封环22相对于驱动环21的相对旋转受到限制。此外，旋转密封环22的外周面与驱动环21的所述凸出部分的内周面之间通过O型密封圈29进行密封。

[静止侧单元]

机械密封件1的静止侧单元3具有：密封箱30，其安装于壳体C；保持件36，其安装于密封箱30；驱动套环37，其安装于保持件36；保持部件38，其安装于驱动套环37；以及静止密封环39，其安装于保持部件38。

密封箱30具有：壳体圆环部30a，其形成为圆环状；以及圆筒状的壳体圆筒部30b，其从壳体圆环部30a的内周部向机内侧延伸。壳体圆环部30a在夹持于壳体C的外侧面c1与圆环状的凸缘33之间的状态下，经由圆环状的板34而通过螺栓35固定于壳体C。壳体圆筒部30b形成为沿壳体C的内周面c2而向机内侧延伸。

此外，壳体圆环部30a的机外侧的侧面与凸缘33的机内侧的侧面之间通过O型密封圈40进行密封。另外，凸缘33的机外侧的侧面与板34的机外侧的侧面之间通过O型密封圈41(参照图2)进行密封。

凸缘33具有从其内周面的机内侧的端部向径向内侧延伸的凸缘圆环部33a。在凸缘圆环部33a与板34之间安装有管片(segment)密封件60。关于管片密封件60的详细内容见后述。

保持件36具有：圆环状的保持件主体部36a，其内嵌并固定于壳体圆环部30a；以及圆筒状的保持件圆筒部36b，其从保持件主体部36a的内周部向机内侧延伸。保持件主体部36a的机外侧的侧面与凸缘圆环部33a的机内侧的侧面抵接。另外，在保持件主体部36a的机外侧的侧面沿周方向空开规定间隔凸出设置有多个(在图1中仅图示出1个)销36c。各销36c插入至在凸缘圆环部33a的机内侧的侧面形成的销槽33b。由此，保持件36相对于密封箱30的相对旋转受到限制。

保持件圆筒部36b形成为在相对于套筒20的外周面空开规定的间隙的状态下向机内侧延伸。在保持件主体部36a沿周方向空开规定间隔而形成有多个(在图1中仅图示出1个)沿轴向贯穿的通孔36d。在各通孔36d插入有驱动销42，驱动销42螺合于在保持件圆筒部36b与壳体圆环部30a之间配置的驱动套环37。由此，驱动套环37保持为相对于保持件36可沿轴向移动，并且相对于保持件36的相对旋转受到限制。

在驱动套环37内嵌并固定有圆筒状的保持部件38的机外侧的端部。在保持部件38的机外侧的端部沿周方向空开规定间隔而形成有多个(在图1中仅图示出1个)销槽38a。在各销槽38a插入有凸出设置于驱动套环37的内周的销37a。由此，保持部件38相对于驱动套环37的相对旋转受到限制。此外，保持部件38的外周面与壳体圆筒部30b的内周面之间通过O型密封圈43进行密封。

在保持部件38的机内侧的端部内嵌并固定有圆环状的静止密封环39。在静止密封环39的机内侧的端部形成有与旋转密封环22的密封面22a滑动接触的密封面39a。在保持件主体部36a与驱动套环37之间沿周方向空开规定间隔而设置多个(在图1中仅图示出1个)将驱动套环37向机内侧按压的弹簧44。由此，静止密封环39的密封面39a一边由于弹簧44的预紧力而受到旋转密封环22的密封面22a按压，一边与密封面22a进行滑动接触，由此将机外侧区域A与机内侧区域B之间密封。

[护套空间]

图2是表示图1的要部的放大剖视图。机内侧区域B在与旋转密封环22的密封面22a与静止密封环39的密封面39a的滑动接触部分(以下，称为“密封滑动接触部”)相比的径向外侧，形成于比上述O型密封圈43更靠机内侧，在该机内侧区域B将高温的被密封流体(例如160℃的热水)密封。

密封箱30的壳体圆筒部30b的机内侧的端部在密封滑动接触部附近与机内侧区域B内的被密封流体接触。即，本实施方式的密封箱30作为在密封滑动接触部附近与机内侧区域B内的被密封流体接触的静止侧部件起作用。在密封箱30形成有环状的凹陷部31，该环状的凹陷部31成为导入将密封滑动接触部附近的被密封流体冷却的护套水(冷却流体)的护套空间J。

本实施方式的凹陷部31通过使壳体圆环部30a的机内侧的侧面向机外侧凹陷、以及使壳体圆筒部30b的外周面向径向内侧凹陷而形成。并且，凹陷部31的开口由壳体C的外侧面c1以及内周面c2覆盖。由此，在密封箱30的凹陷部31的内部形成由壳体C的外侧面c1以及内周面c2覆盖的环状的护套空间J。

在壳体圆环部30a形成有向护套空间J供给护套水的供给路(图示省略)和将护套空间J内的护套水排出至外部的排出路30d。此外，壳体圆环部30a的机内侧的侧面与壳体C的外侧面c1之间通过O型密封圈45进行密封，防止护套空间J内的护套水向机内侧区域B泄露。另外，壳体圆筒部30b的机内侧端部的外周面与壳体C的内周面c2之间通过O型密封圈46进行密封，防止护套空间J内的护套水向机外泄露。

如上所述，作为机械密封件1的静止侧单元3的结构部件的密封箱30具有导入护套水的护套空间J，因此通过向该护套空间J导入护套水，从而能够将密封滑动接触部附近的被密封流体冷却。由此，如当前那样，除了机械密封件的设置空间以外不需要确保护套空间，因此能够紧凑地构成具备护套空间J的机械密封件1。

[迷宫式间隙以及中间室]

在旋转侧单元2中，在驱动环21的外周面的机外侧的端部形成有凹凸沿轴向连续的第1凹凸部21a。在该第1凹凸部21a与壳体C的内周面c2之间形成有第1迷宫式间隙L1。

由此，在机内侧区域B，在与密封滑动接触部附近相比的机内侧形成有第1迷宫式间隙L1，因此能够抑制比第1迷宫式间隙L1更靠机内侧的被密封流体向密封滑动接触部附近流入。因此，本实施方式的驱动环21在与壳体C的内周面c2之间形成第1迷宫式间隙L1，而作为抑制比该第1迷宫式间隙L1更靠机内侧的被密封流体向密封滑动接触部附近流入的旋转侧部件起作用。

如上所述，高温的被密封流体难以流入到比第1迷宫式间隙L1更靠机外侧的密封滑动接触部附近，因此能够抑制在密封滑动接触部附近通过护套水冷却的被密封流体与比第1迷宫式间隙L1更靠机内侧的被密封流体替换。其结果，能够提高密封滑动接触部附近的被密封流体的冷却效率，因此能够有效地减小对机械密封件1的热影响。

另外，第1迷宫式间隙L1设置于驱动环21的机外侧的端部，因此与设置于驱动环21的机内侧的端部的情况相比，能够将在比第1迷宫式间隙L1更靠机外侧形成的空间尽可能地缩小。由此，能够减少比第1迷宫式间隙L1更靠机外侧的被密封流体，因此能够进一步提高密封滑动接触部附近的被密封流体的冷却效率。

在驱动环21的外周面的机内侧的端部形成有凹凸沿轴向连续的第2凹凸部21b。在该第2凹凸部21b与壳体C的内周面c2之间形成有第2迷宫式间隙L2。由此，在机内侧区域B，在比第1迷宫式间隙L1更靠机内侧形成有第2迷宫式间隙L2，因此能够进一步抑制被密封流体流入到比第1迷宫式间隙L1更靠机外侧的密封滑动接触部附近。

通过如上所述地形成第2迷宫式间隙L2，从而高温的被密封流体进一步难以流入到比第1迷宫式间隙L1更靠机外侧的密封滑动接触部附近，因此能够进一步抑制在密封滑动接触部附近通过护套水冷却的被密封流体与比第2迷宫式间隙L2更靠机内侧的被密封流体替换。由此，能够提高密封滑动接触部附近的被密封流体的冷却效率，因此能够进一步有效地减小对机械密封件1的热影响。

在驱动环21的外周面，在第1迷宫式间隙L1与第2迷宫式间隙L2之间形成有环状槽21c。并且，通过该环状槽21c和壳体C的内周面c2，形成使被密封流体填充于第1迷宫式间隙L1与第2迷宫式间隙L2之间的环状的中间室M。

通过如上所述地形成中间室M，处于比第2迷宫式间隙L2更靠机内侧的被密封流体的热量的一部分，经由驱动环21的形成第2迷宫式间隙L2的部分、中间室M内的被密封流体、以及驱动环21的形成第1迷宫式间隙L1的部分，向密封滑动接触部附近的被密封流体传热。由此，从机内侧的被密封流体向密封滑动接触部附近的被密封流体的传热效率与经由中间室M内的被密封流体而传热的情况相对应地降低，因此能够进一步有效地减小向机械密封件1的热影响。

[骤冷流体室]

机外侧区域A形成于比旋转密封环22与静止密封环39的密封滑动接触部更靠径向内侧。并且，在机外侧区域A形成导入将密封滑动接触部清洗以及冷却的骤冷水(骤冷流体)的骤冷流体室Q。本实施方式的骤冷流体室Q在机内侧的套筒圆环部20a与机外侧的管片密封件60之间，形成于比壳体圆环部30a更靠径向内侧。另外，骤冷流体室Q的机内侧以骤冷水与驱动环21的内周端部21d接触的方式形成。

在壳体圆环部30a形成有向骤冷流体室Q供给骤冷水的供给路30e、和将骤冷流体室Q内的骤冷水排出至外部的排出路30f。此外，从供给路30e向骤冷流体室Q供给的骤冷水通过上述O型密封圈43防止向机内侧区域B的泄露。

管片密封件60将骤冷流体室Q的机外侧密封，具备：一对管片环(segment ring)61，其形成为圆环状；以及圆环状的卡紧弹簧62，其设置于各管片环61的外周。一对管片环61在沿轴向排列而配置的状态下，以夹持于凸缘圆环部33a与板34之间的状态，通过上述螺栓35固定于壳体C侧。

在图1中，在机内侧的管片环61，沿周方向空开规定间隔而形成有多个(在图1中仅图示出1个)沿轴向贯穿的销孔61a。另外，在机外侧的管片环61的机内侧的侧面形成有与销孔61a相同数量的销槽61b。在一对管片环61的销孔61a以及销槽61b插入有凸出设置于凸缘圆环部33a的机外侧的侧面的销33c。由此，一对管片环61相对于凸缘33的相对旋转受到限制。

在图2中，在机内侧的管片环61与凸缘圆环部33a之间，沿周方向空开规定间隔而设置有多个(在图2中仅图示出1个)将该管片环61向机外侧按压的弹簧63。

卡紧弹簧62安装于各管片环61的外周，使各管片环61的内周面压接于套筒20的外周面。由此，防止骤冷流体室Q内的骤冷水向机外侧泄露。

如上所述，旋转密封环22与静止密封环39的密封滑动接触部是由护套空间J内的护套水经由被密封流体而从机内侧进行冷却的，并且还由骤冷流体室Q内的骤冷水从机外侧进行冷却，因此能够进一步有效地减小对机械密封件1的热影响。

另外，驱动环21的内周端部与骤冷水接触，因此即使比驱动环21更靠机内侧的被密封流体的热向驱动环21传热，也能够通过骤冷水将驱动环21冷却。由此，能够抑制比驱动环21更靠机内侧的被密封流体的热经由驱动环21向密封滑动接触部附近的被密封流体传热。其结果，能够进一步有效地减小对机械密封件1的热影响。

另外，如上所述通过骤冷水将驱动环21冷却，从而也能够将中间室M内的被密封流体冷却。由此，中间室M内的被密封流体的传热效率降低，因此能够抑制处于比第2迷宫式间隙L2更靠机内侧的被密封流体的热的一部分经由驱动环21的形成第2迷宫式间隙L2的部分、中间室M内的被密封流体、以及驱动环21的形成第1迷宫式间隙L1的部分，向密封滑动接触部附近的被密封流体传热。

[其他]

上述实施方式中的护套空间由密封箱的凹陷部形成，但也可以在密封箱的内部形成中空部，将该中空部作为护套空间。另外，上述实施方式中的机内侧区域形成于比密封滑动接触部更靠径向外侧，但也可以形成于比密封滑动接触部更靠径向内侧。另外，在上述实施方式中的驱动环的外周形成了第1迷宫式间隙以及第2迷宫式间隙和中间室，但也可以在整个外周形成迷宫式间隙。

上述实施方式中的静止侧单元将密封箱作为静止侧部件，但也可以将其他结构部件作为静止侧部件。另外，上述实施方式中的旋转侧单元将驱动环作为旋转侧部件，但也可以将其他结构部件作为旋转侧部件。另外，在上述实施方式中的机械密封件形成了护套空间和骤冷流体室，但只要至少形成护套空间即可。

此外，应该认为本次公开的实施方式的全部内容仅是例示，并非是限定性的内容。本发明的范围并不是由上述的说明示出的，而是由权利要求书示出的，意在包含与权利要求书等同的含义及范围内的全部变更。

Claims

1.一种机械密封件，其具备：

旋转侧单元，其可一体旋转地设置于旋转轴，具有旋转密封环；以及

静止侧单元，其设置于将所述旋转轴包围的壳体，具有静止密封环，

通过所述旋转密封环和所述静止密封环滑动接触，从而将机外侧区域与机内侧区域之间密封，

在该机械密封件中，

所述机内侧区域形成于与所述旋转密封环和所述静止密封环的滑动接触部分相比的径向外侧，

所述静止侧单元具备在与所述滑动接触部分相比的径向外侧与所述机内侧区域内的被密封流体接触的静止侧部件作为结构部件，

所述静止侧部件具有导入将所述被密封流体冷却的冷却流体的护套空间，

所述旋转侧单元具备旋转侧部件，该旋转侧部件在与所述壳体的内周面之间形成第1迷宫式间隙，抑制比该第1迷宫式间隙更靠机内侧的所述被密封流体向所述滑动接触部分的径向外侧流入，

所述第1迷宫式间隙形成于所述旋转侧部件的机外侧的端部，

所述旋转侧部件在与所述第1迷宫式间隙相比的机内侧，在与所述壳体的内周面之间形成有第2迷宫式间隙。

2.根据权利要求1所述的机械密封件，其中，

所述旋转侧部件在所述第1迷宫式间隙与所述第2迷宫式间隙之间，形成使所述被密封流体填充于与所述壳体的内周面之间的中间室。

3.一种机械密封件，其具备：

在该机械密封件中，

所述第1迷宫式间隙形成于所述旋转侧部件的机外侧的端部，

在所述机外侧区域形成导入将所述滑动接触部分冷却的骤冷流体的骤冷流体室，

所述骤冷流体室以所述骤冷流体与所述旋转侧部件接触的方式形成。