CN111536241B - 一种半开式耐磨环组合密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴密封技术领域，具体涉及一种半开式耐磨环组合密封装置。本发明包括左腔套；在左腔套的外端面处设置右腔套，右腔套的套腔与主轴之间形成动密封结构；左腔套的外端处同轴的凹设有环形台阶部，且所述环形台阶部、主轴外壁及右腔套的内端面共同围合形成可供第一耐磨环放置的放置腔；第一耐磨环为分瓣式耐磨环，且在第一耐磨环与主轴外壁间存有气密间隙，位于所述气密间隙处的第一耐磨环环腔和/或主轴外壁处布置有便于形成泵吸效应的配合槽；左腔套和/或右腔套上还布置有隔离气体进口。本发明能在确保主机工艺气体的对外有效密封效果的同时，亦可实现在不拆除主机主轴轴承、联轴器及附属部件的前提下的快速更换和便捷维修目的。

Description

一种半开式耐磨环组合密封装置

技术领域

本发明涉及轴密封技术领域，具体涉及一种半开式耐磨环组合密封装置。

背景技术

良好的密封性能可以提高设备的工作可靠性，延长使用寿命，减少能量消耗；气体旋转机械的轴端密封更是用来阻止气体介质沿其旋转轴与壳体之间的缝隙泄漏的装置，是主机的重要组成部分。单一形式的密封环往往难以应付气体旋转机械复杂苛刻的工况要求，不能适应压力变化大、高压差及侧向载荷过大的工况，因此气体旋转机械的轴端密封往往采用组合密封设计，以期通过不同密封材料、结构的组合，来保证密封和运行的可靠性。传统气体旋转机械的轴端密封的主要形式有填料密封、迷宫密封、浮环密封、机械密封和干气密封等，然而随着主机大型化、高能效化、以及对环境友好的高要求，减振降噪的要求越来越高，势必会从主机的结构尺寸设计上予以提高。比如减小主轴悬臂端的轴伸，或者合理优化两端支撑的轴承支撑间距等等，这样又势必会造成轴向空间紧缩，从而使得传统密封装置的安装空间大大减小；又如作为易损件的密封在维修或更换时，要求能在无须拆除主轴轴承、联轴器等的前提下进行相应更换维护，从而在避免影响主机精度同时能大大减少维修工作量。显然的，现有的组合密封方式，均难以满足空间受限及方便拆装前提下的高可靠性、高性能的密封需求，从而给业内技术人员带来诸多使用困扰。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的半开式耐磨环组合密封装置，本装置具备了密封安全可靠及使用寿命长的优点，能在确保主机工艺气体的对外有效密封效果的同时，亦可实现在不拆除主机主轴轴承、联轴器及附属部件的前提下的快速更换和便捷维修目的，尤其适用于在主机空间受限的状况下所使用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种半开式耐磨环组合密封装置，其特征在于：本装置包括与工艺侧法兰间构成固接配合的左腔套，左腔套的套腔构成可供主轴穿插的插接腔，左腔套的外壁与工艺侧法兰的腔壁间形成密封配合；以左腔套面朝大气侧的一端为外端，在左腔套的外端面处设置有半开式的分瓣式套设于主轴上的右腔套，右腔套的套腔与主轴之间形成动密封结构；左腔套的外端处同轴的凹设有环形台阶部，且所述环形台阶部、主轴外壁及右腔套的内端面共同围合形成可供第一耐磨环放置的放置腔；所述第一耐磨环为分瓣式耐磨环，且在第一耐磨环与主轴外壁间存有可供隔离气体进入的气密间隙，位于所述气密间隙处的第一耐磨环环腔和/或主轴外壁处布置有便于形成泵吸效应的配合槽；所述左腔套和/或右腔套上还至少布置有连通所述放置腔的隔离气体进口。

优选的，所述主轴上套设有轴套，第一耐磨环与轴套间形成所述气密间隙，所述配合槽布置于轴套外壁处。

优选的，所述配合槽包括沿轴套周向环绕布置的环形均压槽，所述环形均压槽处再倾斜于轴套轴向而向大气侧延伸出斜向泵吸槽；所述环形均压槽与斜向泵吸槽共同构成类鱼骨槽构造。

优选的，本装置还包括密封环座，所述密封环座的外端面与右腔套的内端面间构成固接配合，而密封环座的内端面处布置压缩弹簧；所述压缩弹簧的轴线方向平行主轴轴向，压缩弹簧的顶端抵紧于第一耐磨环的外端面处，以便配合环形台阶部的台阶面来双向夹持及固定第一耐磨环。

优选的，所述右腔套外形呈二段式的中空阶梯轴状，右腔套的内端面处同轴凹设有第二台阶，以使得第二台阶、密封环座及轴套外壁共同围合形成隔离腔道；隔离气依序经由隔离气进口、隔离腔道以及密封环座与轴套之间的配合间隙进入放置腔。

优选的，所述右腔套的套腔处同轴的设置有环形沉槽，环形沉槽的槽腔构成用于放置第二耐磨环的安置腔，所述第二耐磨环为分瓣式耐磨环，并通过第二拉簧而周向箍紧于轴套外壁处。

优选的，所述第一耐磨环通过第一拉簧而被同轴的拉紧状套设在轴套上。

优选的，所述左腔套的外端处布置外翻边，紧固螺钉轴向的依序贯穿右腔套与外翻边后与工艺侧法兰间构成螺纹固接配合。

优选的，所述左腔套和/或右腔套上还布置有连通所述放置腔的隔离气体出口。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明抛弃了传统的组合密封结构，转而提供了一种能在确保主机工艺气体的对外有效密封效果的同时，亦可实现在不拆除主机主轴轴承、联轴器及附属部件的前提下的快速更换和便捷维修目的的新型密封构造。具体而言，一方面，通过在大气侧布置哈夫节式的分瓣式的右腔套，以便于径向拆解；同时，在无需频繁拆解的工艺侧设置整体式的左腔套，从而解决了主机轴向密封拆装空间受限的问题。每当耐磨环等易损件需要维护更换时，首先径向拆除右腔套，从而空出左腔套轴向拆解的空间，之后在轴向上进行相应的分瓣式的第一耐磨环的快速更换操作。通过上述拆解流程可看出，本发明在主机其他零部件不拆除的情况下，可以在位快速进行密封装置的维修和更换；这不仅确保了主轴的实际安装精度，确保了主轴的长时间稳定运行，同时也能确保密封结构的高工作可靠性及使用寿命。另一方面，本发明由于在工艺侧采用了非接触式的分瓣环密封结构，即第一耐磨环与主轴或主轴上的轴套不接触，此时通过左腔套与右腔套的配合而压紧第一耐磨环，同时通过对隔离气进口通气而使得上述不接触处自然形成气密间隙，最终依靠在第一耐磨环与主轴或轴套之间形成气膜来阻止了工艺介质泄漏，以实现高可靠性的密封效果，成效显著。

综上，本发明显然具备了密封安全可靠及使用寿命长的优点，能在确保主机工艺气体的对外有效密封效果的同时，亦可实现在不拆除主机主轴轴承、联轴器及附属部件的前提下的快速更换和便捷维修目的，尤其适用于在主机空间受限的状况下所使用。

2)、为进一步提升上述气密间隙的气密效果，本发明首先在主轴上套设轴套，以便于进行后续槽体的加工流程；之后在轴套上预加工出便于形成泵吸效应的配合槽。换言之，当主轴静止时，第一耐磨环与轴套有气密间隙；而主轴高速运转时，隔离气会沿周向被泵吸到配合槽底部，此时配合槽内隔离气会不断被压缩，并随之产生流体动压效应，使得配合槽内气压逐渐升高，并在槽底处形成均压。上述泵吸及均压过程，提升了气密间隙处的气密性能，能实现更好的气膜密封效果。

3)、对于配合槽而言，可采用诸如螺旋槽等实现泵吸效果的槽型构造。本发明优选采用类鱼骨槽构造，也即在环形均压槽的结构基础上，向大气侧延伸出倾斜状的斜向泵吸槽，最终形成类似鱼骨结构。一方面，起到改良泵吸效果，使压力更加均匀；另一方面，类鱼骨槽构造可以双向使用，对旋向没有具体要求。

4)、本发明在左腔套与右腔套之间，增设了密封环座作为中间过渡结构。密封环座一方面配合右腔套而形成隔离腔道。隔离腔道的存在，不仅实现了由隔离气进口至放置腔的气流导通效果，同时还能通过自身环形气密腔的形成来起到减少隔离气体沿轴向泄漏的作用。此外的，隔离腔道本身还具备冷却吹扫的功能，从而能降温主轴，并同步起到在工艺侧密封失效后预防工艺气体喷漏的二次密封保护作用，显然一举多得。而另一方面，密封环座也作为相对第一耐磨环的固定基体而存在。通过在密封环座上周向均布若干压缩弹簧，从而配合环形台阶部的台阶面而弹性夹持第一耐磨环，可确保第一耐磨环的可靠固定，实现了所述气密间隙的可靠工作目的。

5)、第二台阶的布置，提供了第二耐磨环以安置空间。换言之，本发明在大气侧密封采用第二耐磨环来形成径向接触式分瓣环结构，主轴静止时，第二耐磨环与轴套为零间隙，而主轴运转时产生微小的动密封间隙，从而实现了最小化的隔离气的消耗目的。

6)、对于右腔套而言，其是通过哈夫节式的分瓣式配合方式来沿径向方向固定在主轴上的。而左腔套则是被紧固螺钉连同右腔套一起螺纹固接在工艺侧法兰的法兰面处，以实现整体固定效果。

7)、左腔套和/或右腔套上还布置有连通所述放置腔的隔离气体出口，以实现隔离气的适时导出功能。

附图说明

图1为本发明处于工作状态下的结构剖视图；

图2为本发明与轴套的配合状态局部剖视图；

图3为右腔套的外端面视图；

图4为轴套的正视图；

图5为图4的A-A向剖面图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

a-工艺侧法兰 b-主轴 c-轴套

10-左腔套 11-环形台阶部 12-外翻边

20-右腔套 21-第二台阶 22-环形沉槽

30-第一耐磨环 31-第一拉簧

40-配合槽 41-环形均压槽 42-斜向泵吸槽

51-隔离气体进口 52-隔离气体出口

60-密封环座 61-压缩弹簧

70-第二耐磨环 71-第二拉簧

80-紧固螺钉

具体实施方式

为便于理解，此处对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明的具体实施结构以图1-2为例，其主要结构包括沿轴套c 轴向而由左至右依序布置的左腔套10、附有第一拉簧31的第一耐磨环30、压缩弹簧61、密封环座60、右腔套20以及附有第二拉簧71 的第二耐磨环70。

实际装配时，如图1-2所示的，首先在轴套上布置以第二拉簧71 扣紧并成型的第二耐磨环70，之后在径向装配哈夫节式的右腔套20，此时右腔套20如图3所示的被哈夫节式的箍紧抱合在轴套c上。之后，在右腔套20的内端面处通过销钉等方式固定密封环座60，并将压缩弹簧61逐个的固定在密封环座60的内端面的环向上。随后，将第一耐磨环30及第一拉簧31组装完成后套入轴套c上，之后在轴套c上轴向套入整体式的左腔套10，利用左腔套10处环形台阶部11来自然容纳第一耐磨环30，此时第一耐磨环30被环形台阶部11的台阶面及压缩弹簧61相向夹持并固定，以完成集装式密封装配。

轴套c的外形可参照图4-5所示，其呈现常规的套筒状结构，以便于套设和箍紧于主轴b上。轴套c由于具备摩擦系数小、有足够的疲劳强度、良好的跑合性和良好的耐腐蚀性等特点，因此应用较为广泛。本发明在保留了传统轴套c的上述特点之外，还通过在轴套c上布置如图4-5所示的配合槽40，以实现泵吸效果。配合槽40的具体构造，在图4中有所表现，也即通过环向布置的环形均压槽41与斜向布置的斜向泵吸槽42来共同形成类鱼骨槽构造。斜向泵吸槽42可如图4所示的两两同向倾斜，且每隔两组的倾斜方向再彼此反向，最终形成嵌套式的梯形状型槽，以确保泵吸效果。显然的，第一耐磨环30 的套腔处也可以布置对应的鱼骨槽体结构，从而与轴套c处的类鱼骨槽构造相配对。

当然，为简化描述，本发明省去了额外的密封环构造，如在左腔套10与工艺侧法兰a的配合面之间、轴套c与主轴b之间、左腔套 10与右腔套之间乃至左腔套10与密封环座60之间等均应当布置如密封胶圈等密封环结构，这类均为常规设计，此处就不再赘述。必要时，左腔套10的直接配合轴套c的部分，也可如图1-2所示的设置径向梳齿，以提升密封效果。

本发明实际使用时，首先沿气体旋转机械的主轴b套入本发明，之后将本发明如图1所示的与主机的工艺侧法兰a固接，轴向上由轴承套和定位轴进行相向夹持定位，再通过紧固螺钉80来完成本发明相对工艺侧法兰a的快速安装。工作时，隔离气可选用隔离氮气；通过隔离气入口和隔离气出口，对形成的隔离腔道进行隔离氮气的吹扫和循环冷却，隔离氮气压力约等于工艺介质压力。在工艺侧，利用如图 4-5所示的周向均布的类鱼骨槽构造，在主轴b运转时，由外部通入的隔离气沿周向被泵吸到鱼骨结构的槽体底部，此时气体被压缩并产生流体动压效应，压力升高，并在槽底处形成均压，最终在第一耐磨环30与轴套c之间形成气膜以阻止工艺介质泄漏，从而实现密封，阻止工艺气体向大气侧泄漏，又可以防止隔离气体大量进入工艺气体，影响工艺气体纯度。而在大气侧，则利用隔离腔道既起到减少隔离气体沿轴向泄漏的作用，又起到冷却吹扫的目的，还起到在工艺侧密封失效后，预防工艺气体喷漏的二次密封保护作用。大气侧密封采用第二耐磨环70来形成径向接触式分瓣环结构，主轴b静止时，第二耐磨环70与轴套c为零间隙，而主轴b运转时产生微小的动密封间隙，从而实现了最小化的隔离气的消耗目的。

在进行拆卸和更换时，本发明既可以整体拆卸并更换密封装置，也可以在空间受限时，比如要求不拆卸工艺气体侧旋转机械轴承时，依次在径向上先拆卸右腔套、第二耐磨环70后，腾出轴向上的拆卸空间，之后利用压缩弹簧61的弹力将密封环座60弹出，以便于进行分瓣式的第一耐磨环30的快速拆装维护，以在确保高维护性及便捷拆卸性的同时，实现气体旋转机械在不同装设空间下主轴b密封需求。

当然，以上为本发明的其中一种具体的实施例。实际操作时，对配合槽40的简单槽型替换、增加常规密封环结构乃至对隔离气入口及隔离气出口的常规位置变化及外形变化等，这类在本发明已阐述结构下的常规的结构改变或思路延伸，均应当作为等同或相似设计而落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种半开式耐磨环组合密封装置，其特征在于：本装置包括与工艺侧法兰(a)间构成固接配合的左腔套(10)，左腔套(10)的套腔构成可供主轴(b)穿插的插接腔，左腔套(10)的外壁与工艺侧法兰(a)的腔壁间形成密封配合；以左腔套(10)面朝大气侧的一端为外端，在左腔套(10)的外端面处设置有半开式的分瓣式套设于主轴(b)上的右腔套(20)，右腔套(20)的套腔与主轴(b)之间形成动密封结构；左腔套(10)的外端处同轴的凹设有环形台阶部(11)，且所述环形台阶部(11)、主轴(b)外壁及右腔套(20)的内端面共同围合形成可供第一耐磨环(30)放置的放置腔；所述第一耐磨环(30)为分瓣式耐磨环；所述左腔套(10)和/或右腔套(20)上还至少布置有连通所述放置腔的隔离气体进口(51)；

所述主轴(b)上套设有轴套(c)，第一耐磨环(30)与轴套(c)间形成气密间隙，配合槽(40)布置于轴套(c)外壁处；

所述配合槽(40)包括沿轴套(c)周向环绕布置的环形均压槽(41)，所述环形均压槽(41)处再倾斜于轴套(c)轴向而向大气侧延伸出斜向泵吸槽(42)；所述环形均压槽(41)与斜向泵吸槽(42)共同构成类鱼骨槽构造。

2.根据权利要求1所述的一种半开式耐磨环组合密封装置，其特征在于：本装置还包括密封环座(60)，所述密封环座(60)的外端面与右腔套(20)的内端面间构成固接配合，而密封环座(60)的内端面处布置压缩弹簧(61)；所述压缩弹簧(61)的轴线方向平行主轴(b)轴向，压缩弹簧(61)的顶端抵紧于第一耐磨环(30)的外端面处，以便配合环形台阶部(11)的台阶面来双向夹持及固定第一耐磨环(30)。

3.根据权利要求2所述的一种半开式耐磨环组合密封装置，其特征在于：所述右腔套(20)外形呈二段式的中空阶梯轴状，右腔套(20)的内端面处同轴凹设有第二台阶(21)，以使得第二台阶(21)、密封环座(60)及轴套(c)外壁共同围合形成隔离腔道；隔离气依序经由隔离气体 进口(51)、隔离腔道以及密封环座(60)与轴套(c)之间的配合间隙进入放置腔。

4.根据权利要求3所述的一种半开式耐磨环组合密封装置，其特征在于：所述右腔套(20)的套腔处同轴的设置有环形沉槽(22)，环形沉槽(22)的槽腔构成用于放置第二耐磨环(70)的安置腔，所述第二耐磨环(70)为分瓣式耐磨环，并通过第二拉簧(71)而周向箍紧于轴套(c)外壁处。

5.根据权利要求4所述的一种半开式耐磨环组合密封装置，其特征在于：所述第一耐磨环(30)通过第一拉簧(31)而被同轴的拉紧状套设在轴套(c)上。

6.根据权利要求1所述的一种半开式耐磨环组合密封装置，其特征在于：所述左腔套(10)的外端处布置外翻边(12)，紧固螺钉(80)轴向的依序贯穿右腔套(20)与外翻边(12)后与工艺侧法兰(a)间构成螺纹固接配合。

7.根据权利要求1所述的一种半开式耐磨环组合密封装置，其特征在于：所述左腔套(10)和/或右腔套(20)上还布置有连通所述放置腔的隔离气体出口(52)。

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