CN109073090B - 机械密封件 - Google Patents

Abstract

本发明提供轴环和二次密封件的配置的自由度高的波纹管型机械密封件。在波纹管型机械密封件(1)中，借助于波纹管(13)而被安装在密封环(15)上的轴环(3)具有向径向内侧和径向外侧中的至少一侧延伸的限制片(4、8)，该波纹管型机械密封件(1)具有适配器(50、70)，该适配器(50、70)被安装在轴环(3)上，在轴向上的移动被限制片(4、8)限制，且该适配器(50、70)越过限制片(4)、(8)而向径向内侧或径向外侧延伸，轴环(3)和适配器(50、70)划分出二次密封件(60、80)的收纳空间(S、S’)的至少一部分。

Description

机械密封件

技术领域

本发明涉及波纹管型机械密封件。

背景技术

波纹管型机械密封件是如下的密封件：在轴向上相对地使密封环与配合环滑动接触而形成一次密封，从而在旋转轴与壳体之间对径向内外进行密封，在密封环侧沿轴向按顺序配置有轴环、波纹管、密封环，在轴环的安装有波纹管的一端的内周或外周的环状槽中配置O形环，在轴环与旋转轴或轴环与壳体之间形成二次密封，由此抑制被密封流体从轴环部分漏出。

作为波纹管型机械密封件，存在波纹管被安装在壳体侧的被称作静止型的静止型波纹管型机械密封件和波纹管被安装在旋转轴侧的被称作旋转型的旋转型波纹管型机械密封件(下面简称为静止型或旋转型)。为了减少部件数量，提出了如下结构：在轴环的径向外侧和径向内侧分别设置环状凹部，在静止型的情况下，在轴环的径向外侧的环状凹部中配置O形环，另一方面，在旋转型的情况下，在轴环的径向内侧的环状凹部中配置O形环，从而能够通过通用的轴环来应对静止型和旋转型中的任意一种。(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4076626号公报(第0016、0020段、图2、图3)

发明内容

发明要解决的课题

然而，在现有的轴环的径向外侧和径向内侧分别设置有环状凹部，O形环被配置在一个环状凹部中。因此，在轴环上，在不配置O形环的环状凹部侧也需要设置在径向上延伸的用于形成该环状凹部的壁部。因此，轴环和O形环的配置因取决于轴环的形状而被限定。

本发明就是着眼于这样的问题点而完成的，其目的在于提供轴环和二次密封件的配置的自由度高的波纹管型机械密封件。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的波纹管型机械密封件具有密封环、借助于波纹管而被安装在所述密封环上的轴环、与所述密封环滑动接触的配合环、以及对所述轴环与旋转轴之间或所述轴环与壳体之间进行密封的二次密封件，该波纹管型机械密封件的特征在于，

所述轴环具有向径向内侧和径向外侧中的至少一侧延伸的限制片，

所述波纹管型机械密封件具有适配器，该适配器被安装在所述轴环上，在轴向上的移动被所述限制片限制，且该适配器越过所述限制片而向径向内侧或径向外侧延伸，

所述轴环和所述适配器划分出所述二次密封件的收纳空间的至少一部分。

根据该特征，能够根据所使用的适配器来变更收纳空间，因此可提供轴环和二次密封件的配置自由度高的波纹管型机械密封件。

所述波纹管型机械密封件的特征在于，所述轴环具有向径向内侧和径向外侧延伸的所述限制片。

根据该特征，通过有选择地将适配器安装在径向内侧和径向外侧的限制片上，从而能够将波纹管和轴环兼用于旋转型和静止型这两者，并且能够减小不安装适配器的一侧的轴环的占有区域。

所述波纹管型机械密封件的特征在于，所述限制片和所述适配器的形状为无端且呈环状。

根据该特征，限制片与适配器的卡合量较大，能够将力在周向上分散而进行支承，因此能够使限制片和适配器构成为小型。

所述波纹管型机械密封件的特征在于，所述限制片形成有在外周侧或内周侧延伸的阶部，所述适配器能够从轴向抵接于该阶部。

根据该特征，限制片和适配器通过阶差而卡合(所谓的接口卡合)，因此卡合状态稳定。

所述波纹管型机械密封件的特征在于，所述轴环被螺合部件从轴向固定在旋转轴侧或壳体侧。

根据该特征，能够通过旋转轴侧和适配器或通过壳体侧和适配器将二次密封件在轴向上压缩来进行安装。

所述波纹管型机械密封件的特征在于，所述二次密封件以石墨、聚四氟乙烯以及金属中的任意一种为主要成分。

根据该特征，即使是弹性比以橡胶为主要成分的二次密封件小的二次密封件，也能够将其从限制片的相反侧安装到轴环上，因此组装性良好。

附图说明

图1是实施例1中的波纹管型机械密封件的波纹管单元的剖视图，(a)是将二次密封件安装在轴环的径向外侧的波纹管单元的剖视图，(b)是将二次密封件安装在轴环的径向内侧的波纹管单元的剖视图。

图2是图1的轴环的沿箭头A方向的视图。

图3是示出用于静止型的波纹管型机械密封件的例子的剖视图。

图4是示出图3的主要部分的剖视图。

图5是示出用于旋转型的波纹管型机械密封件的例子的剖视图。

图6是示出图5的主要部分的剖视图。

图7是示出实施例2中的波纹管型机械密封件的波纹管单元的剖视图。

图8是示出静止型的波纹管型机械密封件的主要部分的剖视图。

图9是示出旋转型的波纹管型机械密封件的主要部分的剖视图。

图10是示出实施例3中的波纹管型机械密封件的波纹管单元的剖视图。

图11是示出静止型的波纹管型机械密封件的主要部分的剖视图。

图12是示出旋转型的波纹管型机械密封件的主要部分的剖视图。

图13是示出实施例3的变形例的静止型的波纹管型机械密封件的主要部分的剖视图。

图14是对轴环的变形例进行说明的图。

具体实施方式

下面，根据实施例对用于实施本发明的波纹管型机械密封件的方式进行说明。在实施例中，将旋转轴的轴线的延伸方向称为轴向，将与该轴线垂直的方向称为径向。另外，为了便于说明，在各图中，环状的部件的剖视图仅示出剖切面，省略了表示未被剖切的部位的在径向上延伸的线的图示。并且，将轴向上的两端中的面向附图而言的左侧作为一端，将右侧作为另一端进行说明。

实施例1

参照图1至图6对实施例1的波纹管型机械密封件进行说明。

波纹管型机械密封件1被安装在旋转轴39与壳体40之间，对两者之间进行密封，该波纹管型机械密封件1主要由轴环3、波纹管13、保持器14、密封环15以及配合环17构成。轴环3、波纹管13、保持器14以及密封环15被连结为一体而构成波纹管单元2。另外，由于波纹管单元2在静止型和旋转型中是通用的，因此对在径向外侧配置有二次密封件的图1(a)进行说明，而省略对于在径向内侧配置有二次密封件的图1(b)的说明。

如图2所示，轴环3由金属形成，且呈环状，在轴向上的一端部的内外周上形成有向径向外侧延伸的环状的凸缘4(限制片)和向径向内侧延伸的环状的凸缘8(限制片)，并且在轴向上的另一端部螺合设置有沿轴向延伸的螺纹孔12。另外，轴环3也可以由金属以外的材料例如树脂形成。

波纹管13是如下的波纹管：将多块通过冲裁加工等而形成为波形环状的金属制的隔膜板排列成一列，通过气体焊接等将相邻的隔膜板的外径部之间和内径部之间交替连结起来，从而整体形成为环状的波纹筒状，该波纹管13的另一端通过气体焊接等而与轴环3连结为一体。另外，波纹管13也可以由金属以外的材料例如树脂形成。

保持器14由金属形成，且呈环状，在一端部的内周面侧形成有环状的阶部，在该阶部内供密封环15的外周嵌合。波纹管13的一端通过气体焊接等而与保持器14连结为一体。另外，保持器14也可以由金属以外的材料例如树脂形成。

密封环15由碳形成，且呈环状，通过使外周侧嵌合在保持器14的阶部内而被一体地安装于保持器14。在密封环15的轴向上的一端形成有与轴向大致垂直的密封端面。另外，密封环15也可以由碳以外的材料例如金属或SiC(碳化硅)形成。

配合环17(参照图3、图4)由SiC形成，且呈环状，在轴向上的一端形成有与轴向大致垂直的密封端面。另外，配合环17也可以由SiC以外的材料例如金属或碳形成。

接下来，主要参照图1(a)、图2、图3、图4对将波纹管型机械密封件1作为静止型来使用的情况进行说明。

轴环3以在径向外侧安装有环状的座环50(适配器)和环状的截面为矩形的衬垫60(二次密封件)的状态被定位螺钉16(螺合部件)安装在壳体40侧，并且配合环17借助于保持器18、连接环19等而被安装在旋转轴39侧。

座环50由金属形成，在轴向一端侧的径向内侧形成有环状的阶部51，且截面呈大致L字状，阶部51的内周面52与凸缘4的外周面5形成为大致相同的直径，座环50能够从轴向压入轴环3而被固定。在轴环3上安装有座环50的状态下，阶部51的侧面53抵接在凸缘4的另一端侧的侧面6上，从而限制了座环50向轴向一端侧的移动。另外，由轴环3的外周面7、座环50的轴向另一端侧的侧面54、壳体40的内周面41、以及壳体40的内侧面42划分出收纳矩形截面的衬垫60的收纳空间S(图4)。另外，座环50也可以由金属以外的材料例如树脂形成。

矩形截面的衬垫60形成为截面呈矩形，其轴向上的长度即厚度T1(图1(a))比收纳空间S的轴向长度t1(侧面54与内侧面42之间的距离)(图4)稍大，并且其径向上的长度即径向宽度R1形成为比收纳空间S的径向长度r1(外周面7与内周面41之间的距离)稍小。而且，通过紧固定位螺钉16，矩形截面的衬垫60被座环50的侧面54和壳体40的内侧面42夹持住，在轴向上被稍微压缩并且在径向上稍微鼓出，矩形截面的衬垫60的内周面64与轴环3的外周面7接触并且外周面63紧密地贴合在壳体40的内周面41上。

另外，以上作为二次密封件而以矩形截面的衬垫60为例进行了说明，但二次密封件的形状和材料没有限制。另外，二次密封件并不限于被座环50的侧面54和壳体40的内侧面42夹持的情况，也可以在压缩状态下仅被保持在壳体40的内周面41与轴环3的外周面7之间。并且，二次密封件也可以是根据被密封流体的压力而变形来进行密封的结构(例如截面为C字形的环状密封件)。

另外，在对无法应用主要成分由橡胶形成的O形环的被密封流体进行密封的情况下，可以使用收缩性和伸缩性比该O形环小的、主要成分由橡胶以外的材料形成的二次密封件。也可以在由石墨形成主要成分的情况下由截面为矩形的环状衬垫等形成二次密封件，在由PTFE(聚四氟乙烯)形成主要成分的情况下由截面为V字形的环状的V形衬垫、截面为X字形的环状的X形环等形成二次密封件，在由金属形成主要成分的情况下由截面为C字形的环状密封件、截面为E字形状的环状的金属环等形成二次密封件。

接下来，对旋转轴39侧的结构进行说明。

套筒37由金属形成，且呈环状，被定位螺钉38固定安装在旋转轴39上。连接环19由金属形成，且呈环状，被定位螺钉20固定在旋转轴39侧的套筒37上。保持器18由金属形成，且呈环状，在其与配合环17之间配置有定位销21，从而限制了配合环17与保持器18的相对旋转。

保持器18通过定位螺钉25以在与连接环19之间介入安装有矩形截面的衬垫22的方式紧固固定在连接环19上，由此对该保持器18与旋转轴39侧的套筒37之间进行了密封。另外，配合环17的外周侧以介入安装有矩形截面的衬垫23的方式嵌合于保持器18的内周侧，由此对该配合环17与保持器18之间进行了密封。

接下来，对整体的结构进行说明。

从轴环3的轴向上的另一端侧按顺序安装座环50和矩形截面的衬垫60，在该状态下，使旋转轴39的套筒37贯插到波纹管单元2的内周侧，使轴环3嵌合于壳体40，并使定位螺钉16从轴向螺合而紧固于轴环3等上所配置的螺纹孔12(参照图2)内，从而将轴环3固定在壳体40上。密封环15被波纹管13向配合环17的方向施力，使得密封环15的密封端面和配合环17的密封端面成为被按压的状态。

这样，将波纹管单元2安装在壳体40侧，将配合环17安装在旋转轴39侧。在该状态下，当使旋转轴39旋转时，密封环15的密封端面与配合环17的密封端面相互滑动接触而作为一次密封件发挥功能，由此旋转轴39与壳体40之间被密封。

另外，矩形截面的衬垫60作为二次密封件发挥功能，由此壳体40侧被密封，矩形截面的衬垫22、23作为二次密封件发挥功能，由此旋转轴39侧被密封。

另外，在壳体40上设置有挡套45、流路46、大气侧的密闭部件47，能够通过流路46导入淬火液。

接下来，主要参照图1(b)、图2、图5、图6对将波纹管型机械密封件1作为旋转型来使用的情况进行说明。另外，对与静止型相同的结构省略其说明。

轴环3以在径向内侧安装有环状的座环70(适配器)和环状的矩形截面的衬垫80(二次密封件)的状态借助于连接环19等而被安装在旋转轴39侧，并且配合环17被安装在壳体40上。

座环70在轴向另一端侧的径向外侧形成有环状的阶部71，截面呈大致L字状，阶部71的内周面72和凸缘8的外周面9形成为大致相同的直径，座环70能够从轴向压入轴环3而被固定。在轴环3上安装有座环70的状态下，阶部71的侧面73抵接在凸缘8的一端侧的侧面10上，从而限制了座环70向轴向一端侧的移动。另外，由轴环3的内周面11、座环70的轴向一端侧的侧面74、套筒37的外周面36、连接环19的侧面35划分出收纳矩形截面的衬垫80的收纳空间S’。

矩形截面的衬垫80形成为截面呈矩形，其与收纳空间S’的尺寸关系和静止型的情况相同，因此省略其说明。另外，作为二次密封件以矩形截面的衬垫80为例进行了说明，但由于二次密封件的形状和材料与上述的静止型的情况相同，因此省略其说明。另外，座环70的材料与静止型的情况相同，因此省略其说明。

配合环17通过嵌入方式而被安装在壳体40上。在配合环17与壳体40之间配置有矩形截面的衬垫27而形成二次密封件。另外，在配合环17与壳体40之间配置有定位销28，从而限制了配合环17与壳体40的相对旋转。

通过定位螺钉20将连接环19固定在套筒37上。从轴环3的轴向的一端侧按顺序安装座环70和矩形截面的衬垫80，在该状态下，使套筒37贯插到波纹管单元2的内周侧，使定位螺钉25(螺合部件)从轴向的一端侧螺合紧固于轴环3的螺纹孔内，从而将轴环3固定在旋转轴39侧的连接环19上。密封环15被波纹管13向配合环17的方向施力，使得密封环15的密封端面和配合环17的密封端面成为被按压的状态。

这样，将波纹管单元2安装在旋转轴39侧，将配合环17安装在壳体40上。在该状态下，当使旋转轴39旋转时，密封环15的密封端面与配合环17的密封端面相互滑动接触而作为一次密封件发挥功能，由此旋转轴39与壳体40之间被密封。

另外，矩形截面的衬垫80作为二次密封件而发挥功能，由此旋转轴39侧被密封，矩形截面的衬垫27作为二次密封件而发挥功能，由此壳体40侧被密封。

在上述的波纹管型机械密封件1中，在静止型的情况下，由于在轴环3的密封环15侧的外周侧配置有座环50，因此通过变更座环50就能够变更矩形截面的衬垫60的收纳空间S。因此，轴环3和矩形截面的衬垫60的配置自由度高。在旋转型的情况下，与静止型的情况一样，也能够变更收纳空间S’，因此轴环3和矩形截面的衬垫80的配置自由度高。

另外，由于轴环3的凸缘4、8在径向上的长度短，因此轴环3不会在径向上变大，由于轴环3在不配置座环50、70的一侧所占有的空间小，因此能够有效地利用旋转轴39与壳体40之间的空间。

另外，在静止型的情况下，轴环3的凸缘8的径向长度短，在径向内侧未配置座环70等，因此能够使轴环3以及与轴环3连结的波纹管13、密封环15在径向上小型化。

另外，由于在轴环3的径向内外设置有凸缘4、8，因此能够在静止型和旋转型中共用轴环3。并且，还能够在静止型和旋转型中共用与轴环3连结的波纹管13、密封环15。

另外，由于轴环3的径向内外的凸缘4、8和座环50、70为无端且环状的形状，因而轴向上的卡合量较大，能够使力在周向上分散而进行支承，因此能够将凸缘4、8和座环50、70构成为小型。

另外，由于座环50、70的阶部51、71从轴向抵接在轴环3的径向内外的凸缘4、8上，因而凸缘4、8和座环50、70通过阶差而卡合(所谓的接口卡合)，因此卡合状态稳定。

实施例2

接下来，参照图7至图9对实施例2的波纹管型机械密封件进行说明。另外，省略了以与所述实施例1相同的结构重复的结构的说明。实施例2与实施例1的不同之处主要在于在轴向上限制座环的结构。

在轴环3A的内外周设置有环状的凹槽90、92。在静止型的情况下，将截面为矩形的扣环等C形环91(限制片)嵌入径向外侧的凹槽90中，通过该C形环91来限制座环56在轴向上的移动。另外，对座环56的截面形状为矩形的例子进行了说明，但也可以在座环56上形成与实施例1相同的阶部从而通过阶差来进行卡合。这样的话，就不会存在向轴环3A的径向内侧突出的部位，因此能够使轴环3A更加小型化。

另外，在旋转型的情况下，将截面为矩形的C形环93(限制片)嵌入到径向内侧的凹槽92中，通过该C形环93来限制座环76在轴向上的移动。

实施例3

接下来，参照图10至图12对实施例3的波纹管型机械密封件进行说明。另外，省略了以与所述实施例1相同的结构重复的结构的说明。实施例3与实施例的不同之处主要在于外周侧未使用座环和矩形截面的衬垫的结构。

轴环3B在内周侧形成有凸缘8，外周侧由平坦的面形成。在静止型的情况下，在轴环3B的轴向的另一端面29与壳体40的侧端面48之间配置有主要由石墨形成的环形片状的垫片95，该垫片95作为二次密封件而发挥功能。在旋转型的情况下，是与实施例1相同的结构。这样，能够在静止型和旋转型中共用轴环3B。

另外，在实施例3中，对仅在轴环3B的内周侧形成有凸缘8的例子进行了说明，但也可以仅在轴环的外周侧形成有凸缘。

另外，作为实施例3的变形例，如图13所示，也可以在壳体40的侧端面48上设置环状槽49，在环状槽49内配置金属环96(二次密封件)。

以上，根据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的结构并不限于这些实施例，即使存在不脱离本发明的主旨的范围内的变更或追加，也都属于本发明。

在实施例1～3中，对轴环3、3A、3B的凸缘4、8、C形环91、93以及座环50、56、70、76都为环状的情况进行了说明，但它们的形状只要为能够限制座环50、56、70、76在轴向上的移动的形状即可。例如，可以像图14(a)所示那样，设置从轴环3C的外周面7C向径向外侧延伸且在周向上具有规定长度的多个突片4c，并设置从轴环3C的内周面11C向径向内侧延伸且在周向上具有规定长度的多个突片8c，并且，也可以像图14(b)所示那样，在轴环3D的内外周设置呈波形延伸的突片4d、8d。若采用这样的形状，则能够使轴环3C、3D轻量化。

另外，也可以同样地变更座环50、70的形状。

另外，在实施例1～3中，座环50、56、70、76既可以固定在轴环3、3A、3B上也可以不固定在轴环3、3A、3B上。在固定的情况下，通过热压配合、冷缩配合、粘接、焊接等来进行固定即可。

另外，在实施例1～3中，若在静止型和旋转型中共用波纹管单元2、2A、2B，则可减少部件数量，因而是优选的，但从能够通过限制片来有助于轴环的小型化的观点来看，也可以在静止型和旋转型中分别使用各自的波纹管单元。从同样的观点来看，还可以采用将二次密封件安装在环状的凹槽中的方式。

标号说明

1：波纹管型机械密封件；2、2A、2B：波纹管单元；3、3A、3B、3C、3D：轴环；4：凸缘(限制片)；4c、4d：突片(限制片)；8：凸缘(限制片)；8c、8d：突片(限制片)；13：波纹管；15：密封环；16、25：定位螺钉(螺合部件)；17：配合环；36：外周面；37：套筒；39：旋转轴；40：壳体；41：内周面；42：内侧面；48：侧端面；50、56、70、76：座环(适配器)；51、71：阶部；52、72：内周面；53、54、73、74：侧面；60、80：矩形截面的衬垫(二次密封件)；63：外周面；64：内周面；90、92：凹槽；91、93：C形环(限制片)；95：垫片(二次密封件)；96：金属环(二次密封件)；R1：径向宽度；S、S’：收纳空间。

Claims (5)

1.一种波纹管型机械密封件，其具有密封环、借助于波纹管而被安装在所述密封环上的轴环、与所述密封环滑动接触的配合环、以及对所述轴环与旋转轴之间或所述轴环与壳体之间进行密封的二次密封件，该波纹管型机械密封件的特征在于，

所述轴环具有在轴向上的一端部向径向内侧和径向外侧中的至少一侧延伸的限制片，在轴向上的另一端部螺合设置有沿轴向延伸的螺纹孔，

所述波纹管型机械密封件具有适配器，该适配器被安装在所述轴环上，在轴向上的移动被所述限制片限制，且该适配器越过所述限制片而向径向内侧或径向外侧延伸，

所述轴环和所述适配器划分出所述二次密封件的收纳空间的至少一部分，通过变更所使用的适配器来变更所述收纳空间，

所述轴环以在径向外侧或径向内侧安装有所述适配器和所述二次密封件的状态通过使定位螺钉螺合并紧固于所述轴环的所述螺纹孔内而被安装在壳体侧或旋转轴侧。

2.根据权利要求1所述的波纹管型机械密封件，其特征在于，

所述轴环具有向径向内侧和径向外侧延伸的所述限制片。

3.根据权利要求1或2所述的波纹管型机械密封件，其特征在于，

所述限制片和所述适配器的形状为无端且呈环状。

4.根据权利要求1或2所述的波纹管型机械密封件，其特征在于，

所述限制片形成有在外周侧或内周侧延伸的阶部，所述适配器能够从轴向抵接于该阶部。

5.根据权利要求1或2所述的波纹管型机械密封件，其特征在于，

所述二次密封件以石墨、聚四氟乙烯以及金属中的任意一种为主要成分。

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