CN110469676A - 一种双作用式机械密封组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双作用式机械密封组件，包括动环和静环，所述动环、静环分别套在旋转轴上并且所述动环与静环可相对旋转，所述动环与旋转轴固定连接，还包括第一阀座，所述第一阀座上设有一阀腔，所述阀腔内设阀芯，并且所述阀芯可在阀腔内上下移动，所述阀芯上具有一通孔，所述阀腔的侧壁上具有进口和出口，所述阀芯的外端面上安装有动环或静环。本发明的优点是可以实现CIP清洗阶段机械密封动、静环不接触，以及SIP在线蒸汽灭菌阶段通过外部控制实现机械密封动、静环接触，进而实现密封功能。本发明通过双作用式机械密封组件不仅可以有效实现密封功能，也可以大大延长机械密封使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够满足食品和药品生产的离心机在线清洁和在线消毒的密封装置，具体涉及一种适用于离心机自动控制的CIP/SIP双作用式机械密封组件，属于化工、制药和食品等行业离心机技术领域。
背景技术
离心机是一种高速旋转的精密化工机械设备，高转速所产生的强大离心力能迅速有效地将液体与固体混合物分离开，将带来高分离性能指标。由于离心机产品的高效连续分离作业，被广泛应用于医药、食品、化工、纺织、船舶和环保等行业。伴随着医药行业GMP认证要求越来越严格，同时对制药设备自动化程度的要求也越来越高。离心机是重要的制药设备，根据离心机规格不同，转速为2000～12000rpm，制药设备除了具备CIP在线清洗功能，还需要具备SIP在线蒸汽杀菌功能，SIP在线蒸汽杀菌需要在一定的密闭空间、一定压力高温饱和蒸汽和一定的时间情况下进行灭菌，机械密封可以实现离心机产品的密闭空间，同时也能满足高温蒸汽下可靠密封作用。CIP清洗时离心机处于高速旋转阶段，清洗过程还需要执行排渣动作，尽可能冲洗完设备内部残留物料，高转速和排渣冲击导致机械密封使用寿命很短，严重影响了设备运行的可靠性；SIP在线蒸汽灭菌时离心机处于低速旋转阶段或停机阶段，低速旋转可以保证机械密封使用寿命，也可以防止转鼓内积水影响SIP清洗效果。
现有的机械密封组件不能实现机械密封动环和静环的接触与分离两种工况，无法满足高速旋转离心机密封使用寿命和可靠性的要求。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种双作用式机械密封组件，能够克服现有机械密封的动环与静环长期接触，不能实现接触与分离两种工况的不足问题。
为了达到以上目的，本发明提供一种双作用式机械密封组件，包括动环和静环，所述动环、静环分别套在旋转轴上并且所述动环与静环可相对旋转，所述动环与旋转轴固定连接，可随旋转轴一起旋转；还包括第一阀座，所述第一阀座上设有一阀腔，所述阀腔内设阀芯，并且所述阀芯可在阀腔内上下移动，所述阀芯上具有一通孔，所述阀腔的侧壁上具有进口和出口，所述阀芯的外端面上安装有动环或静环，这样可实现动环或静环双向滑动，不仅仅局限于动环双向滑动。
本发明提供了一种适用于离心机产品自动控制的CIP（Clean-in-Place）/SIP（Steam in Place）双作用式机械密封组件，用于离心机产品CIP在线清洗和SIP在线蒸汽灭菌，解决了离心机在CIP和SIP状态下机械密封使用寿命问题，满足食品和药品生产对设备相关清洁要求。具体地，外部控制作用下，在CIP清洗阶段机械密封的动、静环不接触，在SIP在线蒸汽灭菌阶段（离心机产品低速旋转或停止）机械密封的动、静环接触，实现密封工况，进而实现机械密封在低速旋转或停止阶段使用。本发明实现了动环与静环接触（即密封状态）和分离（即非密封状态）两种工况，避免由于机械密封动环和静环长期接触无法满足高速旋转阶段和排渣冲击作用下的使用寿命问题，提高了机械密封使用寿命和可靠性，克服了现有机械密封由于长期接触而导致的不能实现接触和分离两种工况的问题。为了实现动环和静环接触和分离，将动环或静环固定在阀芯上，利用外部水源或气源动力实现阀芯上下滑动，再根据工况确定动环与静环接触和分离，有效提高机械密封使用寿命。
进一步的，所述阀芯将阀腔隔成一独立的工作空间，所述工作空间与通孔的出口端相连通，所述通孔的进口端可与阀腔进口配合连通，阀腔出口与工作空间相连通。
进一步的，所述阀腔进口的直径与通孔直径相同，并且所述阀腔进口的直径大于阀腔出口的直径。
进一步的，所述阀腔的外端具有限位块，在所述阀芯的外端两侧对应设置与限位块相配合的台阶状的限位槽。
为了保证密封效果，阀座上设置机械限位结构，以控制阀芯滑动范围，从而保证动环和静环接触力。
进一步的，所述第一阀座通过第一螺栓固定安装在机座上，第一阀座呈静止状态。
进一步的，所述静环安装在阀芯上，所述动环通过固定座与旋转轴固定连接，并且在所述动环与固定座之间连接有弹簧。
进一步的，所述固定座通过固定螺钉安装在旋转轴上。
进一步，所述第一阀座内部形成有阀腔。
进一步的，所述动环安装在阀芯上，所述静环通过弹簧与第二阀座连接，所述第二阀座通过第二螺栓固定安装在机座上，第二阀座呈静止状态。
进一步的，所述第一阀座的内腔中装有阀体，所述阀体通过固定螺钉安装在旋转轴上，所述阀体内部形成有阀腔，所述第一阀座上具有阀座进口，所述阀座进口与阀腔进口配合连通。
总之，本发明将机械密封冷却和双向滑动动力源集成于一体，利用水源或气源对机械密封进行冷却，延长机械密封使用寿命，同时利用水源或气源实现动环或静环双向滑动，最终实现动环与静环的接触和分离两种工况。
本发明的优点是可以实现CIP清洗阶段机械密封动、静环不接触，以及SIP在线蒸汽灭菌阶段通过外部控制实现机械密封动、静环接触，进而实现密封功能。本发明通过双作用式机械密封组件不仅可以有效实现密封功能，也可以大大延长机械密封使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例二的结构示意图。
图3为本发明的双作用式机械密封组件的安装示意图。
图中：1.动环，2.静环，3.旋转轴，4.限位块，5.阀腔进口，6.阀腔出口，7.阀芯，8.第一阀座，9.弹簧，10.固定座，11.第一螺栓，12.第二阀座，13.第二螺栓，14.阀体。
具体实施方式
实施例一
一种双作用式机械密封组件，如图1和图3所示，包括动环1和静环2，动环1、静环2分别套在旋转轴3上并且动环1与静环2可相对旋转，动环1与旋转轴3固定连接，可随旋转轴3一起旋转。机械密封组件还包括第一阀座8，第一阀座8通过第一螺栓11固定安装在机座上。第一阀座8上设有一阀腔，阀腔内设阀芯7，并且阀芯7可在阀腔内上下移动，阀芯7上具有一通孔，阀腔的侧壁上具有阀腔进口5和阀腔出口6，阀芯7将阀腔隔成一独立的工作空间，工作空间与阀芯通孔的出口端相连通，阀芯通孔的进口端可与阀腔进口5配合连通，阀腔出口6与工作空间相连通，阀腔进口5的直径与阀芯通孔直径相同，并且阀腔进口5的直径大于阀腔出口6的直径。另外，在阀腔的外端具有限位块4，在阀芯7的外端两侧对应设置与限位块4相配合的台阶状的限位槽。
阀腔直接形成于第一阀座8的内部，在阀芯7与阀腔内壁的接触面上装有两个密封圈。阀芯7的外端面上安装有静环2，动环1通过固定座10与旋转轴3固定连接，固定座10通过固定螺钉安装在旋转轴3上，固定座10与旋转轴3相接触的面上装有密封圈。在动环1与固定座10之间连接有弹簧9。其中，静环2的截面为长方形，动环1包括截面为矩形的主体，在主体的上、下表面以及内表面分别形成有块状凸起，主体、上表面块状凸起、下表面块状凸起和内表面块状凸起拼成异形动环，固定座10上制有与异形动环相配合的阶梯槽。
另外，阀腔进口5通过管路连接水源或气源，利用外部水源或气源实现机械密封组件的动环1与静环2接触和分离自动控制，即实现机械密封的“密封”和“不密封”两种工况，以提高离心机设备的自动控制水平。
使用时，CIP在线清洗时离心机处于高速旋转阶段（正常工作转速），清洗过程还需要执行排渣动作，这就要求尽可能冲洗完设备内部残留物料。为了提高机械密封使用寿命，SIP在线蒸汽灭菌时离心机处于低速旋转阶段或停机阶段，外部水源/气源通过阀腔进口5向阀腔的工作空间内充水/气，在阀腔内外压差作用下阀芯7向上移动，从而带动静环2向上移动，直至静环2到达动环1位置，动环1和静环2接触后在压差作用下，继续向上运动压缩弹簧9，直至实现机械密封，同时为了保证密封可靠性，阀芯7的移动受到限位保护。低速旋转可以保证机械密封使用寿命，也可以防止转鼓内积水影响SIP灭菌效果。
在CIP在线清洗阶段，外部水源/气源停止向阀腔的工作空间进水/气，阀腔出口6开始排水，阀腔内外的压差变小，在弹簧恢复力和自重作用下阀芯7向下移动，从而带动静环2往下移动，以实现机械密封的动环1和静环2分离，动环1和静环2不接触，提高了机械密封在高转速和排渣冲击载荷作用下的使用寿命。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于：第一阀座8的内腔中装有阀体14，阀体14通过固定螺钉安装在旋转轴3上，阀体14内部形成有阀腔，在阀芯7与阀腔内壁的接触面上装有两个密封圈，第一阀座8与阀体14的接触面上也装有两个密封圈，第一阀座8上具有阀座进口，该阀座进口与阀腔进口5配合连通。阀芯7的外端面上安装有动环1，静环2通过弹簧9与第二阀座12连接，第二阀座12通过第二螺栓13固定安装在机座上，第二阀座12与旋转轴3相接触的面上装有密封圈。动环1的截面为长方形，静环2包括截面为矩形的主体，在主体的上、下表面以及内表面分别形成有块状凸起，主体、上表面块状凸起、下表面块状凸起和内表面块状凸起拼成异形静环，第二阀座12上制有与异形静环相配合的阶梯槽（见图2）。
SIP在线蒸汽灭菌时，外部水源/气源通过阀腔进口5向阀腔的工作空间内充水/气，在阀腔内外压差作用下阀芯7向下移动，从而带动动环1向下移动，直至动环1到达静环2位置，动环1和静环2接触后在压差作用下，继续向下运动压缩弹簧9，直至实现机械密封。
在CIP在线清洗阶段，外部水源/气源停止向阀腔的工作空间进水/气，阀腔出口6开始排水，阀腔内外的压差逐渐减小，在弹簧恢复力作用下阀芯7向上移动，从而带动动环1往上移动，以实现机械密封的动环1和静环2分离。
本发明的双作用式机械密封组件，根据CIP和SIP不同密封工况要求，能实现机械密封接触和分离两种工况，避免高速旋转阶段和排渣冲击阶段使用机械密封，有效提高机械密封使用寿命和可靠性。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种双作用式机械密封组件，包括动环和静环，所述动环、静环分别套在旋转轴上并且所述动环与静环可相对旋转，所述动环与旋转轴固定连接，其特征在于：还包括第一阀座，所述第一阀座上设有一阀腔，所述阀腔内设阀芯，并且所述阀芯可在阀腔内上下移动，所述阀芯上具有一通孔，所述阀腔的侧壁上具有进口和出口，所述阀芯的外端面上安装有动环或静环。
2.根据权利要求1所述一种双作用式机械密封组件，其特征在于：所述阀芯将阀腔隔成一独立的工作空间，所述工作空间与通孔的出口端相连通，所述通孔的进口端可与阀腔进口配合连通，阀腔出口与工作空间相连通。
3.根据权利要求2所述一种双作用式机械密封组件，其特征在于：所述阀腔进口的直径与通孔直径相同，并且所述阀腔进口的直径大于阀腔出口的直径。
4.根据权利要求3所述一种双作用式机械密封组件，其特征在于：所述阀腔的外端具有限位块，在所述阀芯的外端两侧对应设置与限位块相配合的台阶状的限位槽。
5.根据权利要求4所述一种双作用式机械密封组件，其特征在于：所述第一阀座通过第一螺栓固定安装在机座上。
6.根据权利要求5所述一种双作用式机械密封组件，其特征在于：所述静环安装在阀芯上，所述动环通过固定座与旋转轴固定连接，并且在所述动环与固定座之间连接有弹簧。
7.根据权利要求6所述一种双作用式机械密封组件，其特征在于：所述固定座通过固定螺钉安装在旋转轴上。
8.根据权利要求7所述一种双作用式机械密封组件，其特征在于：所述第一阀座内部形成有阀腔。
9.根据权利要求5所述一种双作用式机械密封组件，其特征在：所述动环安装在阀芯上，所述静环通过弹簧与第二阀座连接，所述第二阀座通过第二螺栓固定安装在机座上。
10.根据权利要求9所述一种双作用式机械密封组件，其特征在：所述第一阀座的内腔中装有阀体，所述阀体通过固定螺钉安装在旋转轴上，所述阀体内部形成有阀腔，所述第一阀座上具有阀座进口，所述阀座进口与阀腔进口配合连通。
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