CN112105850A

CN112105850A - 密封环

Info

Publication number: CN112105850A
Application number: CN201980027742.4A
Authority: CN
Inventors: 木村航; 德永雄一郎; 泷平宜昭; 河野徹; 笠原英俊; 弘松纯; 大田崇史
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2020-12-18
Also published as: US20210164571A1; EP3795868A4; EP3795868A1; JP7210566B2; JPWO2019221231A1; WO2019221231A1

Abstract

本发明提供一种能够在较宽的旋转区域内发挥稳定的润滑性能的密封环。一种密封环(1)，对旋转轴(2)与壳体(3)之间的间隙进行轴封，其中，在滑动面(S1)上设置有动压槽(12)，动压槽(12)具备多个沿周向配置并向被密封流体侧开口的深槽(120)和与深槽(120)连续且至少向周向一侧延伸的用于产生动压的浅槽(121)，至少在周向上相邻的动压槽(12、12’)的深槽(120、120’)彼此通过在开口的径向相反侧沿周向延伸的连通槽(14)连通而形成为动压槽单元(100)。

Description

密封环

技术领域

本发明涉及一种用于对旋转轴与壳体之间的间隙进行轴封的密封环，尤其涉及一种安装到环状槽即所谓填料函中使用的密封环。

背景技术

以往，密封环安装在旋转轴外周上，并使密封环的滑动面相对于形成在旋转轴上的滑动面紧密接触并滑动，从而对旋转轴与壳体之间的间隙进行轴封，防止被密封流体(液体)的泄漏。

在密封环中，为了长期维持密封性，必须兼顾“密封”和“润滑”这样的相互矛盾的条件。特别是，近年来，为了应对环保等而防止被密封流体的泄漏，并且提高了低摩擦化的要求以降低机械损失。低摩擦化可以通过利用旋转轴的旋转在滑动面之间产生动压并且在被密封流体的流体膜介于其间的状态下滑动的方法来实现。

作为通过旋转轴的旋转在滑动面之间产生动压的密封环，已知例如专利文献1所记载的密封环。专利文献1的密封环被安装在设置于旋转轴外周的环状槽中，通过高压的被密封流体的压力而被按压向壳体侧和环状槽的一个侧壁面侧，使密封环的一个的侧面的滑动面相对于环状槽的一个的侧壁面的滑动面紧密接触并滑动。另外，在密封环的一个侧面的滑动面上，沿周向设置有向内径侧开口的多个动压槽，动压槽由周向中央的深槽和与深槽的周向两侧连续并沿周向延伸且以底面朝向末端逐渐变浅的方式倾斜的浅槽构成。当旋转轴与密封环相对旋转时，从滑动面的内径侧向深槽内导入被密封流体，并且在旋转轴的反旋转方向侧的密封环的浅槽中产生负压，另一方面，在该旋转方向侧的浅槽中，通过供给被导入深槽内的被密封流体而产生正压，正压通过由旋转方向侧的浅槽的倾斜的底面产生的楔形作用而增大，在整个动压槽中产生正压，从而得到使滑动面之间稍微远离的力即浮力。通过滑动面之间稍微远离，高压的被密封流体从滑动面的内径侧流入滑动面之间，并且从产生正压的旋转方向侧的浅槽向滑动面之间流出被密封流体，因此在滑动面之间形成流体膜，维持滑动面之间的润滑性。

现有技术文献

专利文献

专利文献：日本特开平9-210211号公报(第3页、图3)

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的密封环中，旋转轴的滑动面相对于动压槽在周向上移动，正压随着旋转轴的转速增加而变大，在滑动面之间形成流体膜而使滑动面的润滑性提高，但是，动压槽中，两个浅槽夹着深槽并位于同一圆周上，因此，特别是在高速旋转时，在周向上产生较大的正压和产生较大的负压的区域内会产生气蚀，在滑动面的整个周向上产生的浮力的偏差变大，从而产生流体膜变得不均匀等对流体膜的不良影响，润滑性可能会变得不稳定。

本发明是着眼于这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种能够在较宽的旋转区域内发挥稳定的润滑性能的密封环。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的密封环，

其对旋转轴与壳体之间的间隙进行轴封，其中，

在滑动面上设置有动压槽，该动压槽具备多个沿周向配置并向被密封流体侧开口的深槽和与所述深槽连续且至少向周向一侧延伸的用于产生动压的浅槽，

至少在周向上相邻的所述动压槽的所述深槽彼此通过在所述开口的径向相反侧沿周向延伸的连通槽连通而形成为动压槽单元。

由此，在周向一侧的动压槽的深槽中，从开口导入高压的被密封流体，并且从开口的径向相反侧经由连通槽供给被导入周向另一侧的动压槽的深槽中的被密封流体，由此，与周向另一侧的动压槽的深槽相比，容易在周向一侧的动压槽的深槽内保持被密封流体，从该深槽对周向一侧的动压槽的浅槽充分地供给被密封流体，因此能够在周向一侧的动压槽的浅槽中产生较大的动压，并且能够在外径侧配置有连通槽的周向另一侧的动压槽的浅槽中产生比较小的动压，能够在周向上均衡地形成流体膜，从而能够在较宽的旋转区域内发挥稳定的润滑性能。并且，在由多个动压槽以及连通槽在滑动面上界定的动压槽单元的区域中，流体膜的厚度在整个周向上比较均等，因此容易在周向上均衡地形成流体膜。

所述浅槽也可以设置为与所述深槽的周向两侧连续。

由此，能够使密封环向两个方向旋转地使用。

所述动压槽单元也可以由两个所述动压槽和一个所述连通槽形成。

由此，通过由两个动压槽和一个连通槽形成动压槽单元，容易调整由连通槽连通的动压槽之间的被密封流体的供给平衡，因此能够在周向上均衡地形成流体膜。

在所述滑动面中，也可以将所有的所述动压槽形成为所述动压槽单元。

由此，设置于滑动面的所有的动压槽形成动压槽单元，从而能够在周向上更均衡地形成流体膜。

附图说明

图1是以局部简略标记示出本发明的实施例中的密封环的立体图；

图2是示出由实施例中的密封环形成的旋转轴与壳体之间的间隙的轴封构造的剖视图；

图3是实施例中的密封环的局部侧视图；

图4是图3的密封环的A-A剖视图；

图5是示出动压槽的深槽的变形例的剖视图；

图6是示出动压槽单元的变形例的局部侧视图。

具体实施方式

以下，根据实施例对本发明的密封环的实施方式进行说明。

实施例

参照图1至图4对实施例的密封环进行说明。以下，以图2的纸面右侧为被密封流体侧L、纸面左侧为大气侧A进行说明。另外，对被密封流体侧L的被密封流体的流体压力高于大气压的情况进行说明。另外，滑动面由平坦面和与该平坦面相比凹陷的槽构成，为了便于说明，在附图中，通过白色标记表示构成滑动面的平坦面，通过点标记表示构成滑动面的槽。

本实施例的密封环1通过对相对旋转的旋转机械的旋转轴2与壳体3之间进行轴封，将壳体3的内部分隔为被密封流体侧L和大气侧A(参照图2)，防止被密封流体从被密封流体侧L向大气侧A泄漏。另外，旋转轴2和壳体3由不锈钢等金属材料形成。另外，被密封流体是以设置在旋转机械的机械室中的未图示的齿轮、轴承等的冷却和润滑为目的而使用的流体，例如是油。

如图1和图2所示，密封环1是PTFE等的树脂成型品，通过在周向上的一个部位上设置接缝部1a而呈C字形，安装在沿旋转轴2外周设置的截面矩形的环状槽20上来使用。另外，密封环1呈截面矩形，通过作用于被密封流体侧L的侧面的被密封流体的流体压力而被按压向大气侧A，从而使形成在大气侧A的侧面10(以下，有时也仅称为侧面10)侧的滑动面S1与环状槽20的大气侧A的侧壁面21(以下，有时也仅称为侧壁面21)侧的滑动面S2滑动自如地紧密接触。另外，密封环1通过作用于内周面的被密封流体的流体压力而受到扩展方向的应力并被按压向外径方向，由此使外周面11与壳体3的轴孔30的内周面31紧密接触。

另外，滑动面S1、S2分别构成密封环1的侧面10与旋转轴2的环状槽20的侧壁面21的实质滑动区域。另外，在侧面10侧，滑动面S1的外径侧连接有非滑动面S1’，在侧壁面21侧，滑动面S2的内径侧连接有非滑动面S2’(参照图2)。

如图1至图4所示，形成于密封环1的侧面10侧的滑动面S1主要由平坦面16和沿周向设置的多个动压槽12构成。另外，动压槽12在除了接缝部1a附近以外的滑动面S1的周向上等间隔配置。

平坦面16由以下部分构成：密封部16a，其位于外径侧，夹着接缝部1a连续相连成大致环状；以及润滑部16b，其位于内径侧，在周向上夹在相邻的动压槽12之间，并与密封部16a相连(参照图3)。

如图3和图4所示，动压槽12具有相应于旋转轴2的旋转而产生动压的功能，并向密封环1的内径侧(被密封流体侧)开口，且由设置于周向中央的深槽120和从深槽120开始与周向两侧连续并沿周向延伸的一对浅槽121、122构成。另外，在图3和图4中，夹着深槽120以纸面右侧为浅槽121、纸面左侧为浅槽122进行说明。

特别是，如图4所示，深槽120形成为底面平坦，浅槽121、122形成为底面从深槽120侧向各自的周向末端逐渐变浅的倾斜面。另外，深槽120的底面形成为比浅槽121、122的最深部更深，深槽120的深度形成为几十μm至几百μm，优选形成为100μm至200μm。另外，深槽120形成为在径向上比浅槽121、122长。

另外，特别是，如图3所示，在滑动面S1中，在周向上相邻的两个动压槽12、12’通过在深槽120、120’的开口的径向相反侧即外径侧沿周向延伸的一个圆弧形的连通槽14连通而形成为动压槽单元100。另外，连通槽14形成在平坦面16的外径侧、并形成在夹着接缝部1a(参照图1)连续相连成大致环状的密封部16a的内径侧。另外，在滑动面S1中，所有的动压槽12形成为动压槽单元100。

另外，如图2所示，动压槽12的深槽120与连通槽14形成为深度大致相同。另外，图2的密封环1示出了图3的B-B截面。

接着，对旋转轴2旋转时的滑动面S1、S2之间的流体膜形成进行说明。另外，在此，以旋转轴2向图3中的空心箭头所示的顺时针方向旋转的情况，换言之，以密封环1相对于旋转轴2的环状槽20沿图3中的逆时针方向相对旋转的情况为例进行说明。并且，图3中的实线箭头表示在构成动压槽单元100的动压槽12、12’之间的被密封流体的流动。在旋转轴2与壳体3相对旋转时，侧面10侧的滑动面S1相对于侧壁面21侧的滑动面S2滑动。此时，从内径侧向设置在滑动面S1上的动压槽12、12’的深槽120、120’分别导入被密封流体，并且在深槽120、120’的外径侧(开口的径向相反侧)沿周向延伸的连通槽14内，被密封流体追随旋转轴2的旋转而沿周向(旋转方向)被供给。另外，在与旋转轴2的旋转方向相反方向侧(图3中纸面左侧)的密封环1的浅槽122、122’(以下仅称为浅槽122、122’)中产生负压，另一方面，在与该旋转方向相同方向侧(图3中纸面右侧)的密封环1的浅槽121、121’(以下仅称为浅槽121、121’)中，供给分别被导入深槽120、120’内的被密封流体且通过由倾斜面产生的楔形作用而产生正压。并且，通过动压槽12、12’整体上产生正压，能够得到使滑动面S1、S2之间稍微远离的力即所谓浮力。通过使滑动面S1、S2之间稍微远离，高压的被密封流体从它们的内径侧流入滑动面S1、S2之间，并且从产生正压的浅槽121、121’向滑动面S1、S2之间流出被密封流体。并且，在周向上相邻的两个动压槽12、12’形成动压槽单元100，由此，向与旋转轴2的旋转方向相同方向侧(周向一侧，图3中纸面右侧)的动压槽12(以下，有时也仅称为动压槽12)的深槽120中，从外径侧经由连通槽14供给被导入到与旋转轴2的旋转方向相反的方向侧(周向另一侧，图3中纸面左侧)的动压槽12’(以下，有时也仅称为动压槽12’)的深槽120’中的被密封流体。

由此，在动压槽单元100中，与动压槽12’的深槽120’内相比，容易在动压槽12的深槽120内保持被密封流体，从深槽120向动压槽12中的作为正压产生部的浅槽121充分地供给被密封流体，因此，在动压槽12的浅槽121中能够产生比较大的动压，并且在外径侧配置有连通槽14的动压槽12’的浅槽121’中能够产生比较小的动压，能够在周向上均衡地形成流体膜，从而能够在较宽的旋转区域内发挥稳定的润滑性能。

进而，在动压槽12、12’的外径侧设置有连通槽14，在由动压槽12、12’以及连通槽14在滑动面S1上界定的动压槽单元100的区域中，被密封流体通过静止压从连通槽14被供给到动压槽12、12’之间的平坦面16(润滑部16b)上，因此在动压槽单元100的区域中，流体膜的厚度在周向上比较均等，因此容易在周向上均衡地形成流体膜。

另外，动压槽12、12’的浅槽122、122’向内径侧(被密封流体侧)开口，从滑动面S1的内径侧导入被密封流体，从而容易将被密封流体保持在浅槽122内。

进而，在动压槽单元100中，从动压槽12’的深槽120’经由连通槽14向动压槽12的深槽120供给被密封流体，将被密封流体充分保持在动压槽12的深槽120内，从而能够降低在动压槽12的浅槽122中产生的负压，因此能够减小在周向上相邻的动压槽12的浅槽122与动压槽12’的浅槽121’之间的压力差。因此，在滑动面S1、S2之间，能够在动压槽单元100的区域中的周向上抑制了压力(正压和负压)的偏差的状态下产生动压，能够在防止由气蚀等引起的振动的同时提高密封环1的润滑性。

另外，在周向上相邻的两个动压槽12、12’通过一个连通槽14连通而形成动压槽单元100，从而容易调整由连通槽14连通的动压槽12、12’之间的被密封流体的供给平衡，因此能够在周向上均衡地形成流体膜。并且，在滑动面S1中，通过将所有的动压槽12形成为动压槽单元100，能够在周向上更均衡地形成流体膜。

此外，动压槽12由向内径侧开口的周向中央的深槽120和与深槽120的周向两侧连续并沿周向延伸且以底面朝向周向末端逐渐变浅的方式倾斜的浅槽121、122构成，因此能够使密封环1向两个方向旋转地使用，即使在高速旋转时也能够通过深槽120将被密封流体可靠地供给到浅槽121、122中的任一个。

另外，通过设置连通槽14，能够使被密封流体向滑动面S1、S2之间的外径侧的较宽范围流出，能够提高密封环1的润滑性。

此外，密封环1为C字形，因此即使密封环1的周长因热胀冷缩而变化，也能够稳定地维持密封性能。

另外，作为密封环1的变形例，如图5所示，也可以是，密封环201的动压槽212的深槽220形成为内径侧的深度比外径侧的深度更深，连通槽214形成为与深槽220的内径侧的深度大致相同。由此，被密封流体容易从深槽220的内径侧向外径侧流动，因此被密封流体容易被导入连通槽214内，能够进一步提高密封环201的润滑性。

以上，根据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的结构不限于这些实施例，即使有在不脱离本发明主旨的范围内的变更、追加，也包含在本发明中。

例如，连通槽也可以形成为在径向上从多个位置沿周向延伸(例如两条)。另外，连通槽不限于圆弧形，例如也可以形成为直线形或波形。

另外，也可以不是形成于滑动面S1的所有的动压槽12形成动压槽单元100，在该情况下，优选动压槽单元100和单独的动压槽12在周向上等间隔配置。另外，形成于滑动面S1的多个动压槽单元100优选在周向上等间隔配置，由此，能够沿周向均等地产生动压。另外，若在滑动面S1中在周向上等间隔配置有多个动压槽单元，则动压槽12本身未必需要在周向上等间隔配置。

并且，动压槽单元不限于由两个动压槽形成，也可以由三个以上的动压槽通过一个连通槽连通而形成。另外，图6表示由三个动压槽形成的动压槽单元的变形例。

另外，设置在密封环的滑动面S1上的动压槽的数量、形状可以适当地变更，以获得所需的动压效果，只要形成有与深槽连续且至少向周向一侧延伸的浅槽即可，例如，也可以是T字形、瑞利台阶等。另外，关于导入被密封流体的动压槽的深槽的设置位置、形状，可以根据滑动面的预计磨损程度适当变更。

此外，密封环也可以构成为不设置接缝部1a的环状，其外形不限于从侧面侧观察的形状为圆形，也可以形成为多边形。

此外，密封环不限于截面矩形的密封环，例如，也可以是截面梯形形状、截面多边形形状的密封环，还可以是形成滑动面S1的侧面倾斜的密封环。

此外，也可以相对于旋转轴2的环状槽20的滑动面S2形成上述实施例所示的槽。

此外，虽然以油为例对被密封流体进行了说明，但被密封流体也可以为水、冷却液等液体，还可以为空气、氮气等气体。

符号说明

1：密封环；2：旋转轴；3：壳体；10：侧面；12、12’：动压槽；14：连通槽；16：平坦面；16a：密封部；16b：润滑部；20：环状槽；21：侧壁面；100：动压槽单元；120、120’：深槽；121、121’：浅槽(正压发生部)；122、122'：浅槽(负压产生部)；S1、S2：滑动面；S1’：、S2’：非滑动面。

Claims

1.一种密封环，其对旋转轴与壳体之间的间隙进行轴封，其中，

在滑动面上设置有动压槽，所述动压槽具备多个沿周向配置并向被密封流体侧开口的深槽和与所述深槽连续且至少向周向一侧延伸的用于产生动压的浅槽，

2.根据权利要求1所述的密封环，其中，所述浅槽设置为与所述深槽的周向两侧连续。

3.根据权利要求1或2所述的密封环，其中，所述动压槽单元由两个所述动压槽和一个所述连通槽形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封环，其中，在所述滑动面中，所有的所述动压槽形成为所述动压槽单元。