CN110594415A - 一种增加寿命的干气密封 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增加寿命的干气密封，属于机械密封领域，其技术方案要点是包括固定结构和转动连接于固定结构的转动结构，固定结构包括外壳、滑动连接于外壳内的静环和推动静环滑移的弹性件，静环的滑动方向沿其轴线方向，转动结构包括与环呈同轴设置的套筒和同轴固定连接于套筒的动环，动环与静环相互靠近的端面侧壁抵触，动环与静环的接触的侧壁周向设有多个动压槽，动压槽从动环的外圈向动环靠内的一侧延伸，外壳的内壁、静环外壁和动环的外壁围成与大气侧连通的第一密封腔，外壁固定连接有与第一密封腔连通的进气管，套筒外壁、静环内壁和动环内壁围成与介质侧连通的第二密封腔。本发明具有增加使用寿命的效果。

Description

一种增加寿命的干气密封

技术领域

本发明涉及机械密封技术领域，更具体地说，它涉及一种增加寿命的干气密封。

背景技术

干气密封即干运转气体密封，是机械密封中的一种，其与一般润滑机械密封不同，在动环的表面上有几微米至十几微米深的沟槽（动压槽）,在两者工作时，在动环和静环的接触面位于较高的气压环境下，转动的动环因为沟槽和气压的作用下在密封面上产生了一个稳定的气膜。这个气膜具有较强的刚度使两个密封端面完全分离，并保持一定的密封间隙，这个间隙不能太大，一般为几微米，从而实现了非接触密封。

目前，公开号为CN203948637U的中国发明专利公开了一种新型带蜂窝式串联干气密封，由介质侧梳齿密封、介质侧干气密封、中间蜂窝密封、大气侧干气密封及隔离梳齿密封五部分组成。介质侧梳齿密封、介质侧干气密封、中间蜂窝密封、大气侧干气密封及隔离梳齿密封串联式安装，介质侧梳齿密封与介质侧干气密封间形成主密封腔，中间蜂窝密封与大气侧干气密封间形成辅助密封腔，在两个密封腔及隔离梳齿密封中设五个进、排气口。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：主密封腔与介质侧连通，介质会进入主密封腔，会与密封气体混合；当动环转速加大时，部分介质会随着密封气体从动压槽进入密封面，当介质中有小颗粒杂质时会对密封面进行磨损。

发明内容

本发明目的在于提供一种增加寿命的干气密封，具有增加干气密封使用寿命的效果。

本发明为了实现上述目的，提供了如下技术方案：一种增加寿命的干气密封，包括固定结构和转动连接于固定结构的转动结构，所述固定结构包括外壳、滑动连接于外壳内的静环和推动静环滑移的弹性件，所述静环的滑动方向沿其轴线方向，所述转动结构包括与环呈同轴设置的套筒和同轴固定连接于套筒的动环，所述动环与静环相互靠近的端面侧壁抵触，所述动环与静环的接触的侧壁周向设有多个动压槽，所述动压槽从动环的外圈向动环靠内的一侧延伸，所述外壳的内壁、静环外壁和动环的外壁围成与大气侧连通的第一密封腔，所述外壁固定连接有与第一密封腔连通的进气管，所述套筒外壁、静环内壁和动环内壁围成与介质侧连通的第二密封腔。

通过采用上述技术方案，将干气密封安装于泵上时，套筒与主轴同轴固定连接，外壳于泵体固定连接，主轴转动时通过套筒带动环转动；密封气体从进气管进入第一密封腔内，动环转动后密封气体通过动压槽进入动环和静环的接触面之间，在静环和动环之间形成几微米的气膜，进而实现了动环和静环的非接触密封。密封气体不停的通过动环和静环之间的间隙进入，从而阻碍第二密封腔内的被密封的介质通过密封面，并且因为动压槽从动环的外圈向动环靠内的一侧延伸，但是动压槽不与第二密封腔连通，所以第二密封腔内的被密封介质难以进入气膜形成的几微米的间隙中，进一步避免被密封介质进入动环和静环之间的密封面，减少动环和静环之间的密封面的磨损，提高了干气密封的使用寿命。

本发明进一步设置为：所述外壳内开设有开口背向介质侧的环形静安装槽，所述固定结构连接有用于调节动环和静环之间压力的调节结构，所述调节结构包括滑动连接于安装槽内的调节架和转动连接于外壳的调节环，所述调节盘与调节环螺纹连接，所述静环滑动连接于静安装槽内，所述弹性件一端抵触于调节架。

当泵的主轴转速较高时，会使更多的空气进入动环和静环之间的密封面内，导致密封面处的气膜的气压增大，会推动静环向远离动环的方向移动，导致动环和静环之间的间隙扩大，影响密封效果；当泵的主轴转速较低时，会使较少的空气进入动环和静环之间的密封面内，从而动环和静环之间的间隙减小，可能使动环和静环接触，最后导致动环和静环的密封面磨损。通过采用上述技术方案，可以根据泵转速的调节调节动环和静环之间压力，使动环和静环之间压力适合，使动环和静环之间保持合适的间隙，有效避免了动环和静环的密封面磨损，提高了干气密封的使用寿命。

本发明进一步设置为：所述调节环朝向大气侧的一端周向设置有刻度，所述外壳上设置有指向刻度的指针。

通过采用上述技术方案，使用者更加简单的了解此时动环和静环之间的压力的大小，方便使用者调节动环和静环之间的压力。

本发明进一步设置为：所述静安装槽靠近套筒一端的侧壁镶嵌有聚四氟乙烯导向环，所述聚四氟乙烯导向环外壁与静环内壁紧密贴合。

通过采用上述技术方案，利用聚四氟乙烯导向环为静环的滑移进行导向，减小静环滑移过程中的偏转，保持动环和静环之间的间隙厚度一致，从而提升了干气密封的密封性能，也减少了动环和静环之间发生摩擦。同时利用聚四氟乙烯低摩擦系数的特性减小静环滑移过程中摩擦力。

本发明进一步设置为：所述静环远离动环的一端端面同轴固定连接有环形的静安装座，所述静安装座远离静环一端的端面同轴固定连接有波纹管，所述波纹管远离静安装座的一端与静安装槽的底壁固定连接。

通过采用上述技术方案，利用波纹管在不影响静环滑移前提下实现了静安装座和外壳之间的密封，进一步提升了干气密封的密封性能。

本发明进一步设置为：所述套筒同轴固定连接有支撑环，所述支撑环远离套筒的一端同轴固定连接有向介质侧延伸的延伸环，所述动环远离静环的一端抵触于支撑环，所述动环外壁抵触于延伸环内壁，所述动环内壁抵触于套筒外壁。

通过采用上述技术方案，利用支撑环和延伸环将动环固定连接于套筒外壁，使动环和套筒之间的连接结构更加稳定。

本发明进一步设置为：所述套筒外壁开设有容纳环槽，所述静环靠近动环的一端延伸至容纳环槽处。

通过采用上述技术方案，利用容纳环槽增加静环和套筒之间的距离，避免套筒转动时对静环的摩擦。

本发明进一步设置为：所述套筒靠近介质侧的一端外壁同轴固定连接有螺旋设置的密封板，所述密封板的螺旋方向与套筒的转动方向相反。

通过采用上述技术方案，套筒转动带密封板转动，但是密封板的螺纹方向与套筒转动方向相反，从而使第二密封腔内介质输送至泵体内的趋势，并且螺纹装的密封板也起到的迷宫密封的效果，进一步增加了密封性。

本发明进一步设置为：所述第二密封腔连通有用于进气的辅助气管和用于排气的泄漏管，所述第二密封腔内的压力小于第一密封腔内的压力，第二密封腔内的压力大于或等于介质侧的压力。

通过采用上述技术方案，维持第二密封腔内的压力大于或等于介质侧的压力，减小被密封介质进入第二密封腔内，使第一密封腔内的压力大于第二密封腔内的压力，使密封气体始终从第一密封腔通过动环和静环之间的间隙进入第二密封腔内，减少第二密封腔内的被密封介质进入第一密封腔内；部分进入第二密封腔的被密封介质连通密封气体从泄漏管中一同排出，进一步减少被密封介质对动环和静环密封面的影响。

本发明进一步设置为：所述套筒靠近大气侧的一端设置有连接结构，所述连接结构包括周向固定连接于套筒的多个夹紧片、与套筒同轴设置的抱箍和同轴套设于抱箍的锁紧环，相邻所述夹紧片之间留有间隙，所述抱箍套设于夹紧片外，所述抱箍开设有开口，所述锁紧环有两个并且分别套设于抱箍轴向的两端，两个所述抱箍内壁呈锥形，所述抱箍相互靠近的一端为大径端，两个所述抱箍之间螺栓固定连接。

通过采用上述技术方案，在螺栓的作用下使两个锁紧环相互靠近，从而挤压抱箍，使抱箍挤压夹紧片，使夹紧片抱紧泵的轴，方便了套筒的安装。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一，完成安装后，外壳的内壁、静环外壁和动环的外壁围成与大气侧连通的第一密封腔，套筒外壁、静环内壁和动环内壁围成与介质侧连通的第二密封腔，使密封气体和被密封介质分别进入第一密封腔和第二密封腔，使被密封介质从动环和静环的内圈靠近两者之间的密封面；相对于动环和静环的外圈附近密封面几十微米的间隙（动压槽的深度加上密封间隙的宽度）而言，内圈附近密封面只有几微米的间隙（仅仅只有密封间隙的宽度），更加有效的避免被密封介质进入动环和静环之间的密封面，减少动环和静环之间的密封面的磨损，提高了干气密封的使用寿命；

其二，设置有用于调节动环和静环之间压力的调节结构，可以根据泵转速的调节调节动环和静环之间压力，使动环和静环之间压力适合，使动环和静环之间保持合适的间隙，有效避免了动环和静环的密封面磨损，提高了干气密封的使用寿命；

其三，套筒靠近介质侧的一端外壁同轴固定连接有螺旋设置的密封板，套筒转动带密封板转动，但是密封板的螺纹方向与套筒转动方向相反，从而使第二密封腔内介质输送至泵体内的趋势，并且螺纹装的密封板也起到的迷宫密封的效果，进一步增加了密封性。

附图说明

图1为本实施例的剖面图；

图2为图1中的A部放大图；

图3为本实施例用于展示调节结构的结构示意图；

图4为本实施例用于展示接结构的爆炸图。

附图标记：100、固定结构；101、外壳；102、静环；103、弹性件；104、调节结构；105、静安装槽；106、静安装座；107、滑移块；108、滑移槽；109、第一密封腔；110、进气管；111、连通流道；112、辅助气管；113、泄漏管；114、波纹管；115、聚四氟乙烯导向环；116、调节架；117、调节环；118、让位槽；119、调节槽；200、转动结构；201、连接结构；202、套筒；203、动环；204、支撑环；205、延伸环；206、容纳环槽；207、第二密封腔；208、密封板；210、夹紧片；211、抱箍；212、锁紧环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种增加寿命的干气密封，如图1所示，包括固定结构100和转动结构200，两者呈转动连接。将干气密封安装于泵上时，转动结构200与泵的主轴同轴固定连接，固定结构100与泵的泵体固定连接。泵体内为介质侧，泵体外为大气侧。

如图1所示，固定结构100包括外壳101、静环102、弹性件103和调节结构104。外壳101呈圆筒状，通过螺栓固定连接于泵体的本体上。外壳101内同轴开设有开口背向介质侧的环形静安装槽105。静环102同轴设置于静安装槽105内，并且静环102沿其轴线方向滑移。弹性件103为同轴设置于安装槽底部的弹簧，弹性件103为静环102提供朝向大气侧的推力。调节结构104也设置于静安装槽105内，用于调节弹性件103对静环102推力的大小。静环102的朝向大气侧的一端端面侧壁为其密封面。

如图1所示，静环102远离其密封面的一端通过螺栓同轴固定连接有环形的静安装座106。静安装座106轴向固定连接有四个滑移块107，外壳101内部周向开设有与滑移块107间隙配合的滑移槽108。滑移槽108与外壳101的中心轴线平行。利用滑移块107与滑移槽108配合，限制了静安装座106转动的自由度，从而避免静环102转动。

如图1所示，转动结构200包括连接结构201、套筒202和动环203。套筒202通过连接结构201与泵的主轴同轴固定连接。套筒202同轴固定连接有支撑环204，支撑环204远离套筒202的一端同轴固定连接有向介质侧延伸的延伸环205。动环203远离静环102的一端抵触于支撑环204，动环203外壁抵触于延伸环205内壁，动环203内壁抵触于套筒202外壁，利用支撑环204和延伸环205将动环203固定连接于套筒202外壁。动环203朝向介质侧的一端为其密封面，周向设有多个动压槽（为现有技术，图中未示出），动压槽从动环203的外圈向动环203靠内的一侧螺旋延伸，其螺旋延伸的方向与其转动方向相反，并且动压槽不贯穿动环203内圈侧壁。动环203密封面与静环102的密封面在弹性件103的作用下相互抵触。套筒202外壁开设有容纳环槽206，动环203一端延伸至容纳环槽206处。

如图1所示，外壳101的内壁、静环102外壁和动环203的外壁围成与大气侧连通的第一密封腔109。套筒202外壁、静环102内壁和动环203内壁围成与介质侧连通的第二密封腔207。外壁固定连接有与第一密封腔109连通的进气管110，密封气体从进气管110进入第一密封腔109内，动环203转动后密封气体通过动压槽进入动环203和静环102的接触面之间，在静环102和动环203之间形成几微米的气膜，进而实现了动环203和静环102的非接触密封。密封气体不停的通过动环203和静环102之间的间隙进入，从而阻碍第二密封腔207内的被密封的介质通过密封面，并且因为动压槽从动环203的外圈向动环203靠内的一侧延伸，但是动压槽不与第二密封腔207连通，所以第二密封腔207内的被密封介质难以进入气膜形成的几微米的间隙中，进一步避免被密封介质进入动环203和静环102之间的间隙，减少动环203的密封面和静环102的密封面的磨损，提高了干气密封的使用寿命。

如图1所示，套筒202靠近介质侧的一端外壁同轴固定连接有螺旋设置的密封板208，密封板208的螺旋方向与套筒202的转动方向相反。套筒202转动带密封板208转动，但是密封板208的螺纹方向与套筒202转动方向相反，从而使第二密封腔207内介质有了输送至泵体内的趋势，从而减小第二密封腔207的压力。并且螺纹装的密封板208也起到的迷宫密封的效果，进一步增加了密封性。

如图1所示，外壳101开设有两个与第二密封腔207连通的连通流道111，外壳101固定连接有与其中一个连通流道111连通的辅助气管112，外壳101固定连接有与另一个连通流道111连通的泄漏管113。连通流道111向第二密封腔207输送密封气体，泄漏管113将多余的气体排出,并且维持以下压强关系：第二密封腔207内的压强大于或等于介质侧的压强，第一密封腔109内的压力大于第二密封腔207内的压力，减少被密封介质进入第二密封腔207内，使密封气体始终从第一密封腔109通过动环203和静环102之间的间隙进入第二密封腔207内，减少第二密封腔207内的被密封介质进入第一密封腔109内；部分进入第二密封腔207的被密封介质连同密封气体从泄漏管113中一起排出，进一步减少被密封介质对动环203和静环102密封面的影响。

如图1和图2所示，为了进一步增加密封性，静安装座106同轴固定连接有波纹管114，波纹管114另一端同轴固定连接于静安装槽105的底壁。为了便于安装，波纹管114的轴向最大长度大于静安装槽105的深度，波纹管114的两端通过热铆接分别于静安装槽105的底壁和静安装座106固定连接。利用波纹管114在不影响静环102滑移前提下实现了静安装座106和外壳101之间的密封，提升了干气密封的密封性能。静安装槽105靠近套筒202一端的侧壁同轴镶嵌有聚四氟乙烯导向环115，聚四氟乙烯导向环115外壁与静环102内壁紧密贴合。利用聚四氟乙烯导向环115为静环102的滑移进行导向，减小静环102滑移过程中的偏转，保持动环203和静环102之间的间隙厚度一致，从而提升了干气密封的密封性能，也减少了动环203和静环102之间发生摩擦。同时利用聚四氟乙烯低摩擦系数的特性减小静环102滑移过程中摩擦力。

当泵的主轴转速较高时，会使更多的空气进入动环203和静环102之间的密封面内，导致密封面处的气膜的气压增大，会推动静环102向远离动环203的方向移动，导致动环203和静环102之间的间隙扩大，影响密封效果；当泵的主轴转速较低时，会使较少的空气进入动环203和静环102之间的密封面内，从而动环203和静环102之间的间隙减小，可能使动环203和静环102接触，最后导致动环203和静环102的密封面磨损。所以可以根据泵转速的利用调节结构104调节动环203和静环102之间压力，使动环203和静环102之间压力适合，使动环203和静环102之间保持合适的间隙，有效避免了动环203和静环102的密封面磨损，提高了干气密封的使用寿命。

如图3所示，调节结构104包括调节架116和调节环117。调节架116有四个，并且均呈L形板状，调节架116滑动连接于静安装槽105内，并且其水平段向大气侧延伸。调节环117转动连接于外壳101，并且与调节架116螺纹连接。调节环117背向大气侧的一端端面开设有环形的让位槽118，让位槽118的内圈侧壁开设有螺纹。转动调节环117，使调节环117相对于调节架116转动，从而使调节架116轴向移动，实现了调节架116与静安装座106之间的压力。调节架116开设有供滑移块107穿过的调节槽119，利用滑移块107限制调节架116转动的自由度。调节环117朝向大气侧的一端周向设置有刻度，外壳101上设置有指向刻度的指针，进一步使调剂结构104调节。

如图4所示，连接结构201包括夹紧片210、抱箍211和锁紧环212。夹紧片210有多个周向固定连接于套筒202靠近大气侧的一端，夹紧片210与套筒202一体成型，相邻夹紧片210之间留有间隙。抱箍211套设于夹紧片210外，其开设有缺口。锁紧环212有两个并且分别套设于抱箍211轴向的两端，两个抱箍211内壁呈锥形，两个抱箍211相互靠近的一端为大径端，并且两者之间通过螺栓固定连接。在螺栓的作用下使两个锁紧环212相互靠近，从而挤压抱箍211，使抱箍211挤压夹紧片210，使夹紧片210抱紧泵的轴，方便了套筒202的安装。

本实施例具体工作原理：利用进气管110和辅助气管112分别向第一密封腔109和第二密封腔207内通过密封气体，密封气体优选二氧化碳。然后利用泄漏管113排出第二密封腔207内多余的密封气体，并且维持以下压强关系：第一密封腔109内的压强大于第二密封腔207内的压强，第二密封腔207的压强大于介质侧的压强。工作时，动环203转动后密封气体通过动压槽进入动环203和静环102的接触面之间，在静环102和动环203之间形成几微米的气膜，进而实现了动环203和静环102的非接触密封。密封气体不停的通过动环203和静环102之间的间隙进入，从而阻碍第二密封腔207内的被密封的介质通过密封面，并且因为动压槽从动环203的外圈向动环203靠内的一侧延伸，但是动压槽不与第二密封腔207连通，所以第二密封腔207内的被密封介质难以进入气膜形成的几微米的间隙中，进一步避免被密封介质进入动环203和静环102之间的密封面，减少动环203和静环102之间的密封面的磨损，提高了干气密封的使用寿命。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种增加寿命的干气密封，其特征在于：包括固定结构（100）和转动连接于固定结构（100）的转动结构（200），所述固定结构（100）包括外壳（101）、滑动连接于外壳（101）内的静环（102）和推动静环（102）滑移的弹性件（103），所述静环（102）的滑动方向沿其轴线方向，所述转动结构（200）包括与静环（102）呈同轴设置的套筒（202）和同轴固定连接于套筒（202）的动环（203），所述动环（203）与静环（102）相互靠近的端面侧壁抵触，所述动环（203）与静环（102）的接触的侧壁周向设有多个动压槽，所述动压槽从动环（203）的外圈向动环（203）靠内的一侧延伸，所述外壳（101）的内壁、静环（102）外壁和动环（203）的外壁围成与大气侧连通的第一密封腔（109），所述外壳（101）固定连接有与第一密封腔（109）连通的进气管（110），所述套筒（202）外壁、静环（102）内壁和动环（203）内壁围成与介质侧连通的第二密封腔（207）。

2.根据权利要求1所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述外壳（101）内开设有开口背向介质侧的环形静安装槽（105），所述固定结构（100）连接有用于调节动环（203）和静环（102）之间压力的调节结构（104），所述调节结构（104）包括滑动连接于安装槽内的调节架（116）和转动连接于外壳（101）的调节环（117），所述调节盘与调节环（117）螺纹连接，所述静环（102）滑动连接于静安装槽（105）内，所述弹性件（103）一端抵触于调节架（116）。

3.根据权利要求2所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述调节环（117）朝向大气侧的一端周向设置有刻度，所述外壳（101）上设置有指向刻度的指针。

4.根据权利要求2所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述静安装槽（105）靠近套筒（202）一端的侧壁镶嵌有聚四氟乙烯导向环（115），所述聚四氟乙烯导向环（115）外壁与静环（102）内壁紧密贴合。

5.根据权利要求2所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述静环（102）远离动环（203）的一端端面同轴固定连接有环形的静安装座（106），所述静安装座（106）远离静环（102）一端的端面同轴固定连接有波纹管（114），所述波纹管（114）远离静安装座（106）的一端与静安装槽（105）的底壁固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述套筒（202）同轴固定连接有支撑环（204），所述支撑环（204）远离套筒（202）的一端同轴固定连接有向介质侧延伸的延伸环（205），所述动环（203）远离静环（102）的一端抵触于支撑环（204），所述动环（203）外壁抵触于延伸环（205）内壁，所述动环（203）内壁抵触于套筒（202）外壁。

7.根据权利要求6所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述套筒（202）外壁开设有容纳环槽（206），所述静环（102）靠近动环（203）的一端延伸至容纳环槽（206）处。

8.根据权利要求1所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述套筒（202）靠近介质侧的一端外壁同轴固定连接有螺旋设置的密封板（208），所述密封板（208）的螺旋方向与套筒（202）的转动方向相反。

9.根据权利要求1所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述第二密封腔（207）连通有用于进气的辅助气管（112）和用于排气的泄漏管（113），所述第二密封腔（207）内的压力小于第一密封腔（109）内的压力，第二密封腔（207）内的压力大于或等于介质侧的压力。

10.根据权利要求1所述的一种增加寿命的干气密封，其特征在于：所述套筒（202）靠近大气侧的一端设置有连接结构（201），所述连接结构（201）包括周向固定连接于套筒（202）的多个夹紧片（210）、与套筒（202）同轴设置的抱箍（211）和同轴套设于抱箍（211）的锁紧环（212），相邻所述夹紧片（210）之间留有间隙，所述抱箍（211）套设于夹紧片（210）外，所述抱箍（211）开设有开口，所述锁紧环（212）有两个并且分别套设于抱箍（211）轴向的两端，两个所述抱箍（211）内壁呈锥形，所述抱箍（211）相互靠近的一端为大径端，两个所述抱箍（211）之间螺栓固定连接。