CN109416127A - 具有涂层的波纹管单元的机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑环密封装置，其包括：旋转滑环(2)和固定滑环(3)，旋转滑环(2)和固定滑环(3)之间限定有密封间隙(4)；以及波纹管单元(5)，其具有波纹管元件(50)、波纹管支撑件(51)和滑环支撑件(52)；其中，波纹管元件(50)以流体密封的方式连接到波纹管支撑件(51)和滑环支撑件(52)；其中，波纹管单元(5)具有面向产品(7)的一侧和大气侧(8)；其中，波纹管单元(5)的面向产品(7)的那侧具有不粘涂层(6)；其中，波纹管元件(50)是金属波纹管；并且插入波纹管单元(5)的滑环支撑件(52)中的滑环被松地插入。

Description

具有涂层的波纹管单元的机械密封装置

技术领域

本发明涉及一种机械密封装置，其具有用于确保波纹管单元的功能的具有涂层的波纹管单元。

背景技术

从现有技术中已知采用不同设计的机械密封装置。为了确保在机械密封装置的操作期间在轴向上调节滑环，使用以在轴向上调节的方式与滑环连接的波纹管元件。波纹管元件确保该滑环的轴向可移动性。

然而，机械密封件还必须满足相对于例如热水或液体混凝土的介质的密封功能，在这种情况下在波纹管元件处产生沉积物。随着时间的推移，这种沉积物填满了波纹管元件的波纹管褶皱，从而有损波纹管元件的轴向可移动性。这特别地涉及由金属制成的波纹管，因为它们具有相对硬的波纹管褶皱。

从DE 102014207188 B4中已知的是一种机械密封装置，其具有由弹性材料制成并且具有不粘涂层的柔性波纹管元件。该波纹管元件不具有波纹管褶皱，而是具有弯曲的柔性波纹管中间空间，在该空间中不会发生上述沉积问题。

此外，如果波纹管单元用于具有金属波纹管的机械密封装置，则产生的问题是金属波纹管通常需要被焊接到滑环支撑件上。这里，滑环可以例如借助于收缩连接部附接于滑环支撑件。这里，在波纹管元件焊接到滑环支撑件上之前进行收缩连接部的制造，因为具有焊接上的波纹管元件的滑环支撑件不会装配到冷缩配合机器(shrink-fittingmachine)中。因此，在具有波纹管单元的机械密封装置中，收缩过程经常引起滑环支撑件中的滑环的翘曲，这可能需要大量的后续处理。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有波纹管单元的机械密封装置，其在密封易于沉积的介质时也提供长的使用寿命，并且提供长的使用寿命和功能可靠性，同时具有简单的结构以及简单、性价比高的可制造性。

该目的通过具有方案1的特征的机械密封装置来实现。从属方案指出了本发明的优选的进一步发展方案。

根据本发明的具有方案1的特征的机械密封装置具有如下优点：能够防止在波纹管单元的波纹管元件处的沉积。以这种方式，能够长时间地保持波纹管单元的使用寿命和功能可靠性，特别是波纹管元件的可移动性。波纹管单元包括波纹管元件、波纹管支撑件和滑环支撑件。这里，波纹管元件以流体密封的方式连接到波纹管支撑件和滑环支撑件。在与待密封的介质接触的产品侧，波纹管元件具有不粘涂层。这里，涂层优选存在于波纹管单元的整个产品侧，即存在于波纹管元件、波纹管支撑件和滑环支撑件的整个产品侧。这里，波纹管元件是金属波纹管，特别地具有多个波纹管褶皱。此外，滑环被松地插入波纹管单元的滑环支撑件中。以这种方式，能够避免滑环内的张力或翘曲等。

因此，根据本发明，整个波纹管单元在产品侧设置有不粘涂层，即柔性波纹管元件、波纹管支撑件和滑环支撑件在产品侧设置有不粘涂层。为了制造，已经在早前将金属波纹管附接于波纹管支撑件和滑环支撑件，例如，可以将金属波纹管焊接到波纹管支撑件和滑环支撑件上。在该焊接过程中，滑环不必配置于滑环支撑件，因为滑环稍后被松地插入滑环支撑件中。

优选地，不粘涂层是DLC涂层。DLC涂层具有非常好的不粘性，并且能够以简单且有性价比高的方式以及以相对小的厚度施加于波纹管单元的产品侧。

不粘涂层的厚度优选是波纹管元件厚度的1/200至1/10，特别地是波纹管元件厚度的1/100。以这种方式，确保了波纹管单元在径向上的尺寸仅被涂层最小地改变。波纹管单元上的涂层的厚度优选地在0.1μm至20μm的范围，并且特别地在0.7μm至3μm的范围。

特别优选的是，机械密封装置还包括第一套筒，第一套筒在第一端处具有第一环凸缘并且优选地在第二端处具有第二环凸缘。第一套筒设置用于将松地放置的滑环连接到滑环支撑件。这里，滑环支撑件具有用于接收第一环凸缘的槽，其中在槽和第一环凸缘之间形成卡合连接。因此，通过底切形成卡合连接，从而便于第一套筒在滑环支撑件处的快速且简单的卡扣安装。此外，第一套筒优选地包括第二环凸缘，并且松地放置的滑环在面向另一滑环的一侧具有边缘。以这种方式，在机械密封装置的轴向上限制了松地放置的滑环在第二环凸缘和滑环支撑件之间的可移动性。

优选地，波纹管元件具有多个波纹管褶皱，其中各波纹管褶皱的最大深度等于或小于波纹管褶皱的双倍最大宽度。通过对波纹管褶皱的深度到宽度的这种定义，确保了能够涂覆波纹管褶皱的所有区域。

优选地，在被松地插入的滑环和滑环支撑件之间配置附加密封件，特别是O形环。附加密封件特别地用于将被松地插入的滑环固定在滑环支撑件内。这里，借助于附加密封件的固定确保没有不期望的张力等被引入被松地插入的滑环中。附加密封件优选地设置于滑环支撑件处的环凹部。

为了促进具有涂层的波纹管元件在轴向上的足够的可移动性，具有涂层的波纹管元件的硬度与具有涂层的波纹管元件的E模量的比在1：6至1：8的范围。特别优选地，具有涂层的波纹管元件的硬度与E模量的比为1：7。

进一步优选的是，在波纹管单元处连续地设置不粘涂层。因此，不粘涂层完全地设置于产品侧，即设置于波纹管单元的与待密封的介质接触的全部区域中。

进一步优选的是，在金属波纹管和波纹管支撑件之间形成第一焊接连接部，并且在金属波纹管和滑环支撑件之间形成第二焊接连接部。优选在涂覆波纹管单元之前实现两个焊接连接部，以避免随后的焊接过程对涂层的任何损坏。

此外，波纹管单元优选地在面向产品的那侧具有第一不粘涂层，并且在大气侧具有第二不粘涂层。因此，波纹管单元以及特别是波纹管元件在两侧被涂覆。因此，在待密封的介质经由滑环之间的密封间隙朝向波纹管单元的大气侧发生泄漏的情况下，还能够避免在波纹管单元的大气侧形成沉积物等。因此，能够确保波纹管单元的特别长的使用寿命和良好的可移动性。特别优选地，第二涂层的厚度等于第一涂层的厚度。此外还优选的是，涂层是相同的。进一步优选的是，波纹管单元，即波纹管元件、波纹管支撑件和滑环支撑件在两侧被完全涂覆。

特别优选的是，根据本发明的机械密封装置用于密封经常发生沉积的介质。这种介质可以例如是液体混凝土或热水，其中在热水的情况下经常发生的是钙化。

附图说明

以下，通过参照附图详细地说明本发明的优选示例性实施方式。在这里：

图1示出了根据本发明第一示例性实施方式的机械密封装置的示意性截面图；

图2示出了图1的波纹管单元的示意性截面图；

图3示出了图2的波纹管元件的一个圈的示意性截面图；以及

图4示出了根据本发明的第二示例性实施方式的波纹管单元的波纹管元件的一个圈的示意性截面图。

具体实施方式

以下，详细说明本发明的第一优选示例性实施方式的机械密封装置1。

如在图1中能够看到的，机械密封装置1包括具有旋转滑环2和固定滑环3的机械密封部，旋转滑环2和固定滑环3之间限定有密封间隙4。

此外，机械密封装置1包括在图2中能够详细看到的波纹管单元5。波纹管单元5包括柔性波纹管元件50、波纹管支撑件51和滑环支撑件52。柔性波纹管元件50是金属材料的波纹管，特别是弹簧钢材料的波纹管。在本示例性实施方式中，波纹管元件设置为圆形波纹管。应理解的是，也能够将具有尖锐褶皱的波纹管设置为柔性波纹管元件。

如在图2中能够看到的，波纹管单元5的面向产品7的一侧具有不粘涂层6。在本示例性实施方式中，不粘涂层6是DLC涂层。

这里，不粘涂层6完全设置于波纹管单元5的面向产品7的一侧。这里，涂层6没有任何中断等。

如图2所示，在波纹管支撑件51中还能够进一步设置不具有涂层的螺纹孔54。在涂覆过程中例如用塞子覆盖螺纹孔54。借助于螺纹孔54，能够将波纹管单元5固定在第二套筒12处(参见图1)。第二套筒12用于将波纹管支撑件51固定在轴15上。

如在图3中能够看到的，不粘涂层6具有大约为波纹管元件50的恒定的第二厚度D2的1/100的恒定的第一厚度D1。在图3中，为了提供更清楚的呈现，厚度D1和D2的关系未按真实比例呈现。这里，不粘涂层6完全形成于波纹管元件50的波纹管褶皱。波纹管褶皱的宽度B由界定波纹管褶皱的两个径向最外侧点16、17之间的距离限定。波纹管褶皱的深度T由波纹管褶皱的径向最内侧点18到连接两个径向最外侧点的直线的距离限定。这里，深度T对应于波纹管褶皱的宽度B的两倍。

这里，不粘涂层6的厚度D1在0.1μm至20μm的范围，并且特别地在0.7μm和3μm之间。

此外，在旋转滑环2和滑环支撑件52之间设置有O形环形式的附加密封件9。附加密封件9配置在滑环支撑件52中的第一槽53内。附加密封件9防止产品7沿着旋转滑环2的背离固定滑环3的区域从产品侧移动到大气侧70。固定滑环3固定于壳体30处。

因此，附加密封件9将旋转滑环2夹紧在滑环支撑件52和第一套筒11之间。

如在图1中能够看到的，滑环支撑件52松地接收旋转滑环2。这里，旋转滑环2在其内周处由第一套筒11固定。第一套筒11包括圆筒形主体20、在第一端处的第一环凸缘21和在第二端处的第二环凸缘22。

在第一环凸缘21和滑环支撑件52中的第二槽55之间形成有卡合连接10。卡合连接10简单地通过将滑环支撑件52轴向滑动到第一套筒11上而建立。在旋转滑环2的松安装状态下，第二环凸缘22防止旋转滑环2在朝向固定滑环3的方向上沿轴向X-X移动。

此外，柔性波纹管元件50借助于第一焊缝13连接到滑环支撑件52，并且借助于第二焊缝14连接到波纹管支撑件51。

因此，为了制造有涂层的波纹管单元5，首先将波纹管元件50焊接到波纹管支撑件51和滑环支撑件52上。随后，将不粘涂层6施加于波纹管单元5，其中，波纹管单元5的面向产品7的一侧被完全涂覆。在该程序的过程中，利用塞子或盖等覆盖可能存在的开口，以避免稍后在安装状态下朝向大气侧70定位的内部区域处出现涂层。随后，将旋转滑环2松地插入滑环支撑件52中，并且第一套筒11沿轴向滑动，直到在第一环凸缘21和滑环支撑件52中的第二槽55之间建立卡合连接10。随后，安装到轴15上。

因此，借助于波纹管单元5的在面向产品7的一侧的单侧涂层，防止在波纹管单元5的面向产品7的一侧形成沉积物。不粘涂层6防止了任何此类颗粒的粘附。以这种方式，不会限制柔性波纹管元件50在机械密封装置1的轴向X-X上的可移动性。并且，在滑环支撑件52和波纹管支撑件51的面向产品7的一侧的区域中不会发生沉积。

由于波纹管单元50在涂覆之前已经被组装，因此在随后的安装步骤中能够松地插入待插入滑环支撑件52的滑环。这具有如下优点：能够防止例如当将波纹管元件50固定在滑环支撑件52处时滑环受到过高的热负荷，并且防止由此能够发生的对滑环的任何损坏。

因此，基于涂覆有不粘涂层6的金属波纹管元件50的构思，能够使用被松地插入的旋转滑环2，在该旋转滑环2处，在安装期间不会发生损坏并且不需要后续处理等。借助于可解除的卡合连接10实现了旋转滑环2在滑环支撑件52处的定位。该卡合连接10能够以简单的方式制造并且提供对旋转滑环2的可靠支撑。

图4示出了根据本发明的第二示例性实施方式的波纹管单元5的波纹管圈。与第一示例性实施方式相比，柔性波纹管元件50在两侧被涂覆。因此，第二示例性实施方式的波纹管单元5包括在柔性波纹管元件50的面向产品7的一侧的第一不粘涂层6，以及在柔性波纹管元件50的面向大气侧70的一侧的第二不粘涂层60。这里，第二不粘涂层60具有第三厚度D3。第三厚度D3等于第一厚度D1。优选地，第一不粘涂层和第二不粘涂层分别是DLC涂层。归功于柔性波纹管元件50两侧的涂层，确保了在待密封的介质通过滑环之间的密封间隙朝向大气侧70泄漏的情况下，防止在柔性波纹管元件50的大气侧70发生沉积。因此，能够确保波纹管单元5的特别长的使用寿命和可移动性。优选地，完整的波纹管单元(即柔性波纹管元件50)、波纹管支撑件51和滑环支撑件52完全地设置有不粘涂层。

附图标记说明

1 机械密封装置

2 旋转滑环

3 固定滑环

4 密封间隙

5 波纹管单元

6 第一不粘涂层/第一DLC涂层

7 产品

9 O形环/附加密封件

10 可解除的卡合连接

11 第一套筒

12 第二套筒

13 第一焊缝

14 第二焊缝

15 轴

16、17 波纹管元件的径向最外侧点

18 波纹管褶皱的径向最内侧点

20 圆筒形主体

21 第一环凸缘

22 第二环凸缘

30 壳体

50 柔性波纹管元件

51 波纹管支撑件

52 滑环支撑件

53 第一槽

54 螺纹孔

55 第二槽

60 第二不粘涂层/第二DLC涂层

70 大气侧

D1 第一厚度

D2 第二厚度

D3 第三厚度

B 宽度

T 深度

X-X 轴向

Claims (13)

1.一种机械密封装置(1)，其包括：

-旋转滑环(2)和固定滑环(3)，所述旋转滑环(2)和所述固定滑环(3)之间限定有密封间隙(4)；以及

-波纹管单元(5)，其具有波纹管元件(50)、波纹管支撑件(51)和滑环支撑件(52)；

-其中，所述波纹管元件(50)以流体密封的方式连接到所述波纹管支撑件(51)和所述滑环支撑件(52)；

-所述波纹管单元(5)具有面向产品(7)的一侧和大气侧(70)；

-所述波纹管元件(50)的面向产品(7)的那侧具有不粘涂层(6)；

-所述波纹管元件(50)是金属波纹管；并且

-插入所述波纹管单元(5)的所述滑环支撑件(52)中的滑环被松地插入。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述不粘涂层(6)是DLC涂层。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述不粘涂层(6)具有第一厚度(D1)，所述第一厚度(D1)在所述波纹管元件(50)的第二厚度(D2)的1/200至1/10的范围，特别是所述第一厚度(D1)为所述波纹管元件(50)的第二厚度(D2)的1/100。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述不粘涂层(6)的所述第一厚度(D1)在0.1μm至20μm之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括具有第一环凸缘(21)的第一套筒(11)，所述第一环凸缘(21)在所述第一套筒的第一端处径向向外地定向，其中所述第一套筒(11)在所述滑环支撑件(52)处支撑被松地插入的所述滑环，并且在所述滑环支撑件(52)处设置有用于接收所述第一环凸缘(21)的槽(55)，其中在所述槽(55)和所述第一环凸缘(21)之间形成卡合连接(10)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一套筒(11)在所述第一套筒的第二端处具有第二环凸缘(22)，其中被松地插入的所述滑环(2)被支撑在所述第二环凸缘(22)和所述滑环支撑件(52)之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述波纹管元件(50)具有多个波纹管褶皱，其中各波纹管褶皱的最大深度(T)等于或小于所述波纹管褶皱的最大宽度(B)的两倍。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在被松地插入的所述滑环(2)和所述滑环支撑件(52)之间配置有附加密封件(9)，特别是在被松地插入的所述滑环(2)和所述滑环支撑件(52)之间配置有O形环。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述滑环支撑件(52)具有槽(53)，在所述槽(53)内配置有附加密封件(9)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，有涂层的波纹管元件(50)的硬度与有涂层的波纹管元件的E模量的比在1：6至1：8的范围内。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述不粘涂层(6)在所述波纹管单元(5)的面向产品(7)的那侧连续地形成。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述波纹管元件(50)和所述滑环支撑件(52)之间设置有第一焊接连接部(13)，并且在所述波纹管元件(50)和所述波纹管支撑件(51)之间设置有第二焊接连接部(14)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述波纹管元件(5)在面向大气侧(70)的一侧具有第二不粘涂层(60)。