CN110370483A - 一种密炼机转子密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械设备密封技术领域,具体涉及一种密炼机转子密封结构,主体结构包括转子轴、侧壁、转子、间隙、转子工作端面和螺旋槽,将螺旋密封原理应用在转子工作端面与混炼室侧壁之间的间隙密封上,通过转子工作端面上的螺旋槽将间隙中的物料输送回混炼室中,从而阻止物料的泄露,密封高粘度的聚合物熔体物料,具体是在转子工作端面上加工出螺旋槽,螺旋槽的旋向与转子轴的旋转方向相反,当转子端面顺时针转动时,螺旋槽的旋向应为逆时针,当转子端面逆时针转动时,螺旋槽的旋向应为顺时针,螺旋槽带动物料运动,产生泵送效应,物料被输送回密炼室,当螺旋槽输送的物料和间隙泄露的物料平衡时,起到动态密封。
Description
技术领域:
本发明属于机械设备密封技术领域,具体涉及一种密炼机转子密封结构,将螺旋槽密封引入到混炼室内的转子密封中,通过螺旋槽的泵送作用从源头上实现胶料的密封。
背景技术:
密炼机是橡胶混炼生产的关键设备,从原料(生胶)到成品的加工过程中,混炼是第一道工序,有着极其重要的作用,是橡胶改性最关键的一步。混炼均匀的与否决定了之后工序的效果,并在很大程度上影响着产品性能与使用寿命。在所有橡胶(塑料)制品行业中,密炼机作为重要的生产设备,其能否安全、正常、平稳地进行工作,直接影响到整条生产线正常工作与否。密炼机的工作条件相对苛刻,需要满足高温、高压的要求,且能承受瞬间冲击和高负载,另外必须满足炼胶工艺的要求,所以对密炼机的使用性能具有很高的要求。转子是密炼机的核心部件。为了保证转子旋转,支撑转子的轴承安装在混炼室外距离混炼室侧壁一定距离的轴承座上,这样,转子工作端面与混炼室侧壁面和转子轴颈与混炼室侧壁孔之间形成环形泄露间隙,在炼胶过程中,混炼室室内处于高压状态,为了避免物料(胶料、油料及粉料)沿环形间隙泄露,需要在混炼室侧壁内或外的转子轴径处安装密封装置。
密封装置是密炼机的重要组成部分,其密封的能力严重影响着密炼机的使用性能。若密封装置的工作能力较差,其间隙处必然存在漏料现象,一方面胶料与配合剂成分的比例发生改变,影响胶料的使用性能和工作寿命,另一方面对环境造成一定污染。结构合理、密封性能好的密封装置,不但可以减少物料的泄露,保证混炼胶的质量,而且可以有效改善工人的工作环境,杜绝炭黑及配合剂等飞扬现象,从最大程度上降低粉尘对人体的伤害。
传统的密炼机转子通常在混炼室侧壁内或外采用端面密封,即接触式端面密封,形成密封的核心是一对耐磨环,由相对回转的动环和静环组成,进而形成平面摩擦副,通过外力(弹簧力、液压力等)使动环端面和静环端面紧密接触,在摩擦面间注入润滑油或润滑脂,形成一层非常薄的油膜,具有流体的动压和静压,起到润滑摩擦面和减少磨损的作用,平衡内外压力,达到密封的目的。同时,在转子轴颈与混炼室壁的间隙处,注入高压油,来粘结和稀释泄露的炭黑及其他配合剂,以便形成主要密封。另外,为了防止油泥混合物从套筒和静环之间外泄,利用O型辅助密封圈,在套筒和静环之间形成次要密封。传统的密炼机转子密封装置存在两个弊端:一是均位于混炼室外;二是受外界因素影响较大,当密封压力出现波动、密封面出现偏磨及润滑油供油不足时,引起物料的泄露。
为了从根源上杜绝甚至大幅减少密炼机泄露现象,将螺旋槽密封引入到转子密封中,研发设计一种通过螺旋槽的泵送作用实现胶料密封的新型密炼机转子密封结构,具有社会和经济效益。
螺旋槽密封是一种非接触式的密封,也称为上游泵送。螺旋槽密封是在运动的密封环的接触面上开设螺旋槽,将低压侧的流体输送到高压侧,与由高压侧引起的泄露方向相反,当螺旋槽泵送流量大于或等于泄漏流量时,起到密封作用。由于螺旋槽的非接触性密封,密封环的磨损量很小,具有极长的使用寿命。
发明内容:
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点,研发设计一种密炼机转子密封结构,从根源上解决密炼机物料泄漏的问题。
为了实现上述目的,本发明涉及的密炼机转子密封结构的主体结构包括转子轴、侧壁、转子、间隙、转子工作端面和螺旋槽;转子轴的两端伸出侧壁,侧壁之间的转子轴上设置有转子,侧壁与转子之间存在间隙,转子的端部设置有转子工作端面,转子工作端面上开设有螺旋槽。
本发明涉及的密炼机转子密封结构使用时,转子轴转动,带动转子工作端面上的螺旋槽旋转,螺旋槽内的物料产生运动,从螺旋槽的根部向螺旋槽的开口处流动,物料被输送回混炼室,单位时间内螺旋槽的输送量和沿间隙的泄露量相平衡,实现密封。
本发明涉及的密炼机转子密封结构能够单独使用,也能够与现有技术中的密炼机转子密封装置配合使用;能够在新机器上应用,也能够应用于改造后的现有技术中的密炼机转子密封装置,提高转子轴密封效果。
本发明与现有技术相比,将螺旋密封原理应用在转子工作端面与混炼室侧壁之间的间隙密封上,通过转子工作端面上的螺旋槽将间隙中的物料输送回混炼室中,从而阻止物料的泄露,密封高粘度的聚合物熔体物料,具体是在转子工作端面上加工出螺旋槽,螺旋槽的旋向与转子工作端面的旋转方向相反,当转子工作端面顺时针转动时,螺旋槽的旋向应为逆时针,当转子工作端面逆时针转动时,螺旋槽的旋向应为顺时针,螺旋槽带动物料运动,产生泵送效应,物料被输送回混炼室,当螺旋槽输送的物料和间隙泄露的物料平衡时,起到动态密封;其位于混炼室内部,不受外界因素影响,能够单独使用或与其他转子密封装置联合使用,实现物料的零泄漏,从根源上减少了胶料、粉料和油料的泄漏量以及原材料的损耗,保证混炼胶的品质,当螺旋槽密封与其他转子密封装置联合使用时,减少了动静环接触面的压力,减缓了静环的磨损速度,延长了使用寿命,降低了维护修理成本,另外,对于旧设备而言,稍加改动就能提高密炼机的密封性能,节能环保。
附图说明:
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明的主体结构局部剖面示意图。
图3为本发明涉及的转子工作端面的结构示意图。
图4为本发明涉及的螺旋槽的根部结构示意图。
图5为本发明涉及的螺旋槽的开口处结构示意图。
图6为本发明涉及的螺旋槽的螺旋槽的压力场云图。
图7为本发明涉及的间隙和螺旋槽中的流体的周向速度分量对比示意图。
图8为本发明涉及的螺旋槽分别在转速为60、70、80、90和100r/min时的压力场云图。
图9为本发明涉及的螺旋槽的转速与密封压力值的线性关系图。
具体实施方式:
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1:
本实施例涉及的密炼机转子密封结构的主体结构包括转子轴1、侧壁2、转子3、间隙4、转子工作端面5和螺旋槽6;转子轴1的两端伸出侧壁2,侧壁2之间的转子轴1上设置有转子3,侧壁2与转子3之间存在间隙4,转子3的端部设置有转子工作端面5,转子工作端面5上开设有螺旋槽6。
本实施例涉及的螺旋槽6的个数为12,等间距式分布在转子工作端面5上,能够有效平衡转子3受到的径向力,螺旋槽6的个数少于12时,螺旋槽6对物料的输送量小,密封效果不明显,螺旋槽6的个数多于22时,相邻螺旋槽6连通,失去密封作用。
本实施例涉及的螺旋槽6的旋转方向为逆时针,与转子工作端面5的旋转方向相反,转子工作端面5的旋转方向为顺时针;螺旋槽6的宽度为13mm,螺旋槽6的深度为2mm,螺旋槽6的底径为43mm,螺旋槽6的螺旋角为25°,螺旋槽6的转角为18.53°;螺旋槽6的结构不受转子轴1的类型与规格的影响,使用范围广。
本实施例涉及的螺旋槽6的密封作用是基于流量平衡理论,螺旋槽6的反输流量(泵送流量)等于间隙4中的泄露流量,螺旋槽6的旋向和转子工作端面5的旋转方向决定了泵送流动的方向,在密炼机中转子工作端面5的旋转方向是一定的,螺旋槽6的旋向决定了泵送方向,如图6所示,转子工作端面5逆时针转动,转速为60r/min时,螺旋槽6的出口处压力值最大,为正值,从外向内沿着螺旋槽6的方向,压力逐渐减小,在螺旋槽6的根部压力值最小,出现负值;转子3旋转时,流体产生圆周运动,将螺旋槽6处流体的速度分解为相切于螺旋槽6的速度和垂直于螺旋槽6的速度,由于切线速度VS的存在,使得流体沿螺旋槽6运动,流体不断地从螺旋槽6的根部泵送到螺旋槽6的开口处,进而开口处出现高压区,根部出现低压区;螺旋槽6之所以产生密封效果,是因为转子轴1带动螺旋槽6转动,形成“螺旋泵”,从而起到泵送和增压作用;转子工作端面5的转动方向与螺旋槽6的旋向相反时,起到减压密封作用,转子工作端面5的旋方向与螺旋槽6的旋向相同时,起到增压作用,会加剧熔体的泄露;根据图7所示的间隙和螺旋槽6中的流体的周向速度分量可知,两者的周向速度分布一致,速度都是随着转子工作端面5的半径的增大而增大,呈线性变化,在外径处具有最大周向速度,使得螺旋槽6的开口处获得最大密封压力;根据图8所示的螺旋槽6在不同转速下的压力场云图可知,不同转速下密封压力的变化趋势是一致的,螺旋槽6根部的压力为负值,从内向外沿着螺旋槽6逐渐增大,开口处取得最大值,压力值均大于零,具有良好的密封性能;根据图9所示的螺旋槽6在不同转速下的压力折线图可知,随着转速的增加,密封压力值增大,且呈线性变化,这是由于转速的增加,螺旋槽6内的流体速度增大,单位时间内螺旋槽6的泵送流量增加。
本实施例涉及的密炼机转子密封结构使用时,转子轴1转动,带动转子工作端面5上的螺旋槽6旋转,螺旋槽6内的物料产生运动,从螺旋槽6的根部向螺旋槽6的开口处流动,物料被输送回混炼室,单位时间内螺旋槽6的输送量和沿间隙4的泄露量相平衡,实现密封。
Claims (6)
1.一种密炼机转子密封结构,其特征在于主体结构包括转子轴、侧壁、转子、间隙、转子工作端面和螺旋槽;转子轴的两端伸出侧壁,侧壁之间的转子轴上设置有转子,侧壁与转子之间存在间隙,转子的端部设置有转子工作端面,转子工作端面上开设有螺旋槽。
2.根据权利要求1所述的密炼机转子密封结构,其特征在于螺旋槽的个数为12,等间距式分布在转子工作端面上,能够平衡转子受到的径向力。
3.根据权利要求1所述的密炼机转子密封结构,其特征在于螺旋槽的旋转方向为逆时针,与转子工作端面的旋转方向相反;螺旋槽的宽度为13mm,螺旋槽的深度为2mm,螺旋槽的底径为43mm,螺旋槽的螺旋角为25°,螺旋槽的转角为18.53°。
4.根据权利要求1所述的密炼机转子密封结构,其特征在于螺旋槽的反输流量等于间隙中的泄露流量,螺旋槽的旋向决定了泵送方向,转子工作端面逆时针转动,转速为60r/min时,螺旋槽的出口处压力值最大,为正值,从外向内沿着螺旋槽的方向,压力逐渐减小,在螺旋槽的根部压力值最小,出现负值;转子旋转时,流体产生圆周运动,将螺旋槽处流体的速度分解为相切于螺旋槽的速度和垂直于螺旋槽的速度,流体不断地从螺旋槽的根部泵送到螺旋槽的开口处,开口处出现高压区,根部出现低压区;转子轴带动螺旋槽转动,形成螺旋泵,起到泵送和增压作用;转子工作端面的转动方向与螺旋槽的旋向相反时,起到减压密封作用,转子工作端面的旋转方向与螺旋槽的旋向相同时,起到增压作用,加剧熔体的泄露;间隙和螺旋槽中的流体的周向速度都是随着转子工作端面的半径的增大而增大,呈线性变化,在外径处具有最大周向速度,使得螺旋槽的开口处获得最大密封压力;螺旋槽在不同转速下密封压力的变化趋势是一致的,螺旋槽根部的压力为负值,从内向外沿着螺旋槽逐渐增大,开口处取得最大值,压力值均大于零;螺旋槽内的流体速度增大,单位时间内螺旋槽的泵送流量增加,密封压力值增大,呈线性变化。
5.根据权利要求1-4所述的密炼机转子密封结构,其特征在于使用时,转子轴转动,带动转子工作端面上的螺旋槽旋转,螺旋槽内的物料产生运动,从螺旋槽的根部向螺旋槽的开口处流动,物料被输送回混炼室,单位时间内螺旋槽的输送量和沿间隙的泄露量相平衡,实现密封。
6.根据权利要求1-4所述的密炼机转子密封结构,其特征在于能够单独使用、与现有技术中的密炼机转子密封装置配合使用、在新机器上应用或应用于改造后的现有技术中的密炼机转子密封装置。
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