CN112128098B - 一种农用转子泵机械密封及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农用转子泵机械密封，包括轴套，轴套外部套设有动环和静环，动静环的摩擦面相配合形成密封磨面，动环的尾端配装在轴套一端的安装凸台上；轴套的另一端套装有用于驱动轴套与转轴同步旋转的驱动环，驱动环与静环的尾端之间设有用于对静环进行轴向磨损补偿的橡胶补偿组件，且橡胶补偿组件与轴套随着转轴同步转动，同时橡胶补偿组件，对密封端面提供一定的端面比压，确保密封面紧密贴合，避免开启失效以及保证长寿命的工作。本发明还公开了一种上述农用转子泵机械密封的装配方法。本发明公开的一种农用转子泵机械密封及其装配方法，拆装方便，密封性能稳定、可靠，使用寿命长。

Description

一种农用转子泵机械密封及其装配方法

技术领域

本发明涉及机械密封技术领域，具体地是一种农用转子泵机械密封及其装配方法。

背景技术

转子泵是一种应用非常广泛的容积式泵，因其结构特点可以输送各种不同粘度的或含有颗粒的介质，具有无堵塞，强自吸，正反转、耐腐蚀耐磨损、气体液体固体混合输送特点。而轴封是转子泵非常重要的组件之一，其是防止泵轴与泵体相邻处泄露而设置的密封装置。常用的轴封形式有填料密封和机械密封，而随着机械密封技术的发展，机械密封已经成为转子泵主要的密封选择。

1、填料密封装配方便，易于更换，但同时存在着，泄露量大，使用寿命短，不适合含有固体颗粒的工况介质，摩擦阻力大，消耗轴功率高，不宜用于高压和对密封泄露有较高要求的场合；而且随着对环保的日趋重视，填料密封在转子泵上的应该已经逐步被密封性能优越、使用寿命较长的机械密封代替。

2、机械密封虽然具有泄露量小，使用寿命长，能耗小等优点，但存在着密封成本较高，选型复杂的缺点。目前市面上存在的转子泵用机械密封，大多数是标准密封，可以适用于大部分转子泵应用领域的使用工况，但有些随着社会发展进步，逐步重视的特殊领域，因其使用工况的具有特殊性容易导致常规机械密封在这些工况中存在泄露量大、使用寿命短，甚至不适用的情况。例如在农业/环保领域，因其工况通常含有大量泥沙等固体颗粒非常容易导致常规密封失效。随着社会的进步，人们对环保越来越重视，从前农业和环保领域中机泵设备比较粗犷，对轴封的泄露要求也不高，但现在已经无法满足越发严格的使用要求；典型工况例如牛粪，淤泥等工况，浓稠度高，且含有大量颗粒杂质，常规机械密封以不能很好的保证密封性能以及使用寿命。

所以一种能够解决传统常规机械密封的缺陷，能够广泛应用于农业领域的工况介质，且使用寿命长的机械密封机构是亟待解决的。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是：提供一种能够解决上述传统机封的缺陷中至少一种缺陷的农业转子泵机械密封，并且拆装方便，密封性能稳定、可靠，使用寿命长。

本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种机械密封的集成式安装方法，将机械密封预集成为一体式结构，实现与泵体的快速安装，替代常规的现场安装，降低与泵体安装的难度。

本发明所采取的一种技术方案是：提供一种农用转子泵机械密封，包括轴套，所述轴套外部套设有动环和静环，所述动环的摩擦面与静环的摩擦面相配合形成密封磨面，所述轴套的一端设有安装凸台，所述动环的尾端通过尾端配装在安装凸台上，所述静环的密封面与动环的密封面相贴合；所述轴套的另一端套装有用于驱动轴套与转轴同步旋转的驱动环，所述驱动环与静环的尾端之间设有用于对静环进行轴向磨损补偿的橡胶补偿组件，且所述的橡胶补偿组件与轴套随着转轴同步转动。

采用以上结构后，本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明的机械密封结构中，利用橡胶补偿组件代替常规的弹簧补偿，因为农业环保领域介质固体杂质量大，很容易阻塞弹簧缝隙，橡胶补偿件可以有效防止固体杂质阻塞弹性元件，保持补偿组件的性能；并且此结构中橡胶补偿组件与轴套同步转动，从而能够有效避免橡胶补偿件受设备轴旋转的离心力及其造成的对密封的不利影响，同时还能有效隔离外界环境对密封的影响，一般农业和环保领域的设备使用环境多数较差，颗粒杂质多，补偿件随着转轴一起转动，能将杂质甩开，降低杂质堆积堵塞的风险。

进一步的，所述的橡胶补偿组件包括橡胶波纹管和金属固定环；所述橡胶波纹管的一端与静环的尾端相抵靠，另一端顶靠在驱动环侧面上，所述金属固定环套装在橡胶波纹管近驱动环一端的外部，实现橡胶波纹管与轴套的驱动连接。此结构的橡胶补偿组件结构中，橡胶波纹管用于起到弹性补偿作用，以实现与轴的同步旋转。

作为改进的，所述的橡胶波纹管包括弹性波纹段和圆柱段，所述圆柱段与驱动环相抵靠；所述金属固定环套装在圆柱段的外侧。此改进结构中，设置了一段圆柱段，有效保证橡胶波纹管与轴套通过金属固定环紧配套牢在轴套外侧壁。

再改进的，所述圆柱段近弹性波纹段的一端设有直角限位部，所述圆柱段近驱动环一侧的外侧壁设有限位凸台；所述金属固定环的一端设有直角挡板，所述直角挡板与直角限位部配合，所述金属固定环的另一端与限位凸台相抵靠。

再改进的，所述安装凸台近动环的端面沿周向内凹形成安装槽，且所述安装槽底部设有至少一个防转销；所述动环的尾端设有与防转销相匹配的防转销孔，所述动环滑动配装在安装槽内时，防转销配合在防转销孔内。

再改进的，所述动环近磨面一端的外侧壁设有限位台阶，所述限位台阶的端面与安装凸台端面之间形成用于安装第一密封圈的第一密封圈配装槽。

再改进的，所述静环的外侧壁上设有第一密封圈槽，转轴外部的密封腔近第一密封圈槽的位置设有限位槽，所述限位槽与第一密封圈槽之间形成用于配装大线径O型圈的第二密封圈配装槽。

再改进的，所述静环外侧壁上还设有第二密封圈槽，所述第二密封圈槽内配装有第二密封圈，所述第二密封圈的外侧与密封腔内孔壁贴合。

再改进的，所述静环外侧壁上沿周向设有多个冲洗孔，且多个冲洗孔在轴向上位于第一密封圈槽与第二密封圈槽之间。

相应的，本发明的另一种技术方案公开了一种上述农用转子泵机械密封的装配方法，包括以下步骤：

S1:在动环外径上装入第一密封圈，将动环沿轴向装入安装槽，且保证动环尾端的防转销孔与防转销相配合；

S2：将静环沿轴套右侧外圆装入，直至静环的密封端面与动环的密封端面贴合为止，在静环外部的第一密封圈槽与第二密封圈槽内装入相应线径的密封圈；

S3：将金属固定套由左向右装入橡胶波纹管的圆柱段外部，此时，金属固定环未装配到配合面上，然后将装有金属固定环的橡胶波纹管沿轴套右侧外圆装入，至橡胶波纹管左侧端面与静环右端贴合；

S4：将驱动环由右向左从轴套右侧外圆装入，保证驱动环与轴套固定到位；

S5：轴向调整橡胶波纹管，保证橡胶波纹管右侧端面与驱动环左侧端面贴合，左侧端面与静环右侧端面贴合，将金属固定套由左向右的安装至与橡胶波纹管完全贴合位置，驱使橡胶波纹管与轴套驱动连接，从而组成完整的机械密封装置。

由于机泵结构原因，无法设计全集成式机械密封，但本发明中上述的半集成式机械密封同样可以整装整拆，对于安装人员的技术要求低，机封可快速精准安装到位。

附图说明

图1是本发明的农用转子泵机械密封的剖视图。

图2是本发明的农用转子泵机械密封中的轴套的结构图。

图3是本发明中的橡胶补偿组件的部分结构图。

图4是本发明中的静环的结构图。

其中，100-容置腔，101-转子，102-转子轴；01-第一密封圈，02-大线径O型圈，03-第二密封圈；

1-轴套，1.1-连通孔，1.2-限位凸台，2-动环，2.1-防转销孔，2.2-限位台阶，3-静环，3.1-第一密封圈槽，3.2-第二密封圈槽，3.3-冲洗孔，4-安装凸台，4.1-安装槽，5- 驱动环，5.1-螺纹孔，6-橡胶波纹管，6.1-弹性波纹段，6.2-圆柱段，6.3-直角限位部， 6.4-限位凸台，7-金属固定环，7.1-直角挡板，8-防转销，9-第一配装槽，10-密封腔， 10.1-限位槽，11-第二配装槽，12-紧定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“外部”、“尾端”、“外侧壁”、“左右”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外的，描述术语中“第一”、“第二”仅是为了便于区分与理解，没有具体特指或者限定的含义。其中，尾端是指背离摩擦面的一端，例如，动环尾端是指动环上背离磨面的一端。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“配装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供的一种农用转子泵机械密封，包括轴套1，轴套1一般为不锈钢材质加工而成。在轴套1外部套设有动环2和静环3，动环2的摩擦面与静环3的摩擦面相配合形成密封磨面。具体的，轴套1的一端设有安装凸台4，动环2的尾端配装在安装凸台4上，具体的，该安装凸台4近动环2的端面沿周向内凹形成环形的安装槽4.1，动环2滑动配装在安装槽4.1内，并且在安装槽4.1底部设有至少一个防转销8，防转销 8沿轴向延伸；动环2的尾端设有与防转销8相匹配的防转销孔2.1，动环2配装在安装槽4.1内时，防转销8配合在防转销孔2.1内。此结构中，防转销8一般采用压入的方式装入安装槽4.1的底部，即，在安装槽4.1底部预加工安装孔，将相应外径的防转销8压入安装孔。通过设置防转销8对动环2进行周向限位，防止在动静环磨面的摩擦力作用下，动环2与轴套1发生相对转动，影响密封性能。

如图1所示，在动环2近磨面一端的外侧壁设有环形的限位台阶2.2，限位台阶2.2的端面与安装凸台4端面之间形成用于安装第一密封圈01的第一密封圈配装槽9。静环3 与动环2面对面设置，即，静环3的密封面与动环2的密封面相贴合；在轴套1的另一端套装有用于驱动轴套1与转轴同步旋转的驱动环5，驱动环5与静环3的尾端之间设有用于对静环3进行轴向磨损补偿的橡胶补偿组件，且橡胶补偿组件与轴套1随着转轴同步转动。由于在机封运行过程中，动静环不断的发生摩擦，密封磨面会发生磨损，为了不影响磨面的密封性能，该橡胶补偿组件驱使静环3始终与动环2磨面贴紧。在开始阶段，橡胶补偿组件都是预压缩的状态，当动静环发生磨损后，在轴向尺寸上会缩小，这时预压缩的橡胶补偿组件就会促使静环3朝着动环2位置移动补偿。并且，此结构中的橡胶补偿组件与轴套1同步转动，在保证补偿组件补偿性能的同时，由于橡胶补偿组件随设备轴旋转，有效减少泄露介质在橡胶补偿组件中积淀，保证补偿效果。

具体的，此结构中驱动环5的外侧壁上沿周向设有多个螺纹孔5.1，各个螺纹孔5.1内配装有紧定螺钉12，在轴套1的侧壁上与各个螺纹孔5.1对应的设有连通孔1.1，该连通孔1.1可以供紧定螺钉12的尖端通过，以使得紧定螺钉12能够将轴套1紧定限位在转轴上。另外的，为了对驱动环5的轴向进行限位，在轴套1近驱动环5一端外侧壁设有限位凸台1.2，驱动环5套装在轴套1上时，驱动环5的端面与限位凸台1.2端面相抵靠。

如图1、3所示，本实施例中的橡胶补偿组件包括橡胶波纹管6和金属固定环7；橡胶波纹管6的一端与静环3的尾端相抵靠，另一端顶靠在驱动环5侧面上，金属固定环4套装在橡胶波纹管6近驱动环5一端的外部，通过金属固定环7促使橡胶波纹管6适当压紧变形，实现橡胶波纹管6与轴套1的夹紧驱动连接。并且，此结构中的橡胶波纹管6除了补偿作用，还起到了密封作用，实现静环3与轴套2之间的密封。如图1所示，橡胶波纹管6的内侧壁配合在轴套1上，橡胶波纹管6的端部抵靠配合在静环3的尾部端面上。为了保证，密封性能，该橡胶波纹管6与静环3尾部贴合的端面为锥形结构，因为橡胶波纹管6与静环3是相对转动的，该锥形结构端面设计降低了摩擦接触面积，保证相对转动更加的顺畅，且密封性能稳定。

另外的，为了提高橡胶波纹管6与轴套1能够定位更加的稳定，更加方便金属固定环 7的安装配合，此结构中的橡胶波纹管6包括弹性波纹段6.1和圆柱段6.2，圆柱段6.2 与驱动环5相抵靠；金属固定环7套装在圆柱段6.2的外侧。并且，在圆柱段6.2近弹性波纹段6.1的一端设有直角限位部6.3，圆柱段6.2近驱动环5一侧的外侧壁设有限位凸台6.4；金属固定环7的一端设有直角挡板7.1，金属固定环7与橡胶波纹管6安装到位时，直角挡板7.1与直角限位部6.3配合，金属固定环7的另一端与限位凸台6.4相抵靠。如图1、4所示，在静环3的外侧壁上设有第一密封圈槽3.1，转轴外部的密封腔10近第一密封圈槽3.1的位置设有限位槽10.1，限位槽10.1与第一密封圈槽3.1之间形成用于配装大线径O型圈02的第二密封圈配装槽11。此处密封腔10是指泵体密封腔，整个机械密封安装到位时，静环3的外部是与密封腔10的安装孔相配合的，此处的大线径O型圈 02起到密封和弹性补偿作用。具体的，大线径O型圈02是指线径大于等于6.99mm以上的密封圈，这样密封圈在压缩后能具有更大的弹性变形量，在起到密封作用的同时，可同时防止静环的相对转动，起到对静环的防转作用，此结构中，在静环3安装至密封腔10中时，大线径O型圈02沿着轴套1的径向是受压缩的，这样就形成了大线径O型圈02与橡胶波纹管6相结合的特殊的补偿机构，解决了传统机械密封在农业/环保领域因介质含固量高、含杂质量高导致密封补偿机构的堵塞、卡死、失弹等问题导致封机械密封失效的问题。

再一方面的，此结构中静环3与密封腔10的配合是没有其他的支撑结构的，为了结构的安装稳定性，在静环3外侧壁上还设有第二密封圈槽3.2，第二密封圈槽3.2内配装有第二密封圈03，第二密封圈02的外侧与密封腔10内孔壁贴合。该第二密封圈03直径小于大线径O型圈02直径，该第二密封圈03主要起到辅助支撑以及密封的作用。由此，在静环3的外部采用双密封圈结构，充分保证静环3与密封腔10的密封性以及补偿性，同时为静环3的安装提供支撑定位，保证静环3的安装平稳性，避免静环3的转动而引起的密封异常。

如图1、4所示，在静环3外侧壁上沿周向设有多个冲洗孔3.3，且多个冲洗孔3.3在轴向上位于第一密封圈槽3.1与第二密封圈槽3.2之间。多个冲洗孔3.3分别与密封腔10 上设置的进液口、出液口相对应，实现冷却液的循环流动，为密封端面提供润滑、降温，并且能够及时带走泄漏的介质，防止介质在密封端面上聚集，从而有效提升机械密封的密封性能，由于泄漏介质不会在密封端面堆积，有效降低磨面的磨损，从而能够提高密封的使用寿命。

另外的，本发明还提供了一种农用转子泵机械密封的装配方法，它包括以下步骤：

S1:在动环2外径上装入第一密封圈01，将动环2沿轴向装入安装槽4.1，且保证动环尾端的防转销孔2.1与防转销8相配合；

S2：将静环3沿轴套1右侧外圆装入，直至静环3的密封端面与动环2的密封端面贴合为止，在静环3外部的第一密封圈槽3.1与第二密封圈槽3.2内装入相应线径的密封圈；

S3：将金属固定套7由左向右装入橡胶波纹管6的圆柱段6.2外部，此时，金属固定环7未装配到配合面上，因为需要保证橡胶波纹管6在轴套1上还能自如滑行，然后将装有金属固定环7的橡胶波纹管6沿轴套1右侧外圆装入，至橡胶波纹管6左侧端面与静环 3右端贴合；

S4：将驱动环5由右向左从轴套1右侧外圆装入，保证驱动环5与轴套1固定到位；

S5：轴向调整橡胶波纹管6，保证橡胶波纹管6右侧端面与驱动环5左侧端面贴合，左侧端面与静环3右侧端面贴合，将金属固定套7由左向右的安装至与橡胶波纹管6完全贴合位置，通过金属固定环7对橡胶波纹圆柱段6.2的紧固，驱使橡胶波纹管6与轴套1 驱动连接，从而组成完整的机械密封装置。

上述安装后的机械密封是个类似半集成的机械密封结构，因为在静环3的外部还是需要与密封腔1进行密封配合，但是这种预装的机械结构在安装时，同样可以整套的将其套装在转子轴上，而不需要进行单个零件的逐个装配，降低了安装难度，避免了在现场装配过程中由于零部件繁多而造成漏装的问题，从而可以有效保证密封的稳定性。

本实施例的密封结构，由于泵体的特殊结构限定，转子101与转子轴102是一体式结构，在转子101与转子轴102衔接处位置设有容置腔100，安装时，预先将装配好的机械密封套装在转子轴102上，并且使得机械密封的轴套1端面顶靠在容置腔100的底部，并且在轴套1外端面、内端面与容置腔100的对应侧面之间设有相应密封圈，整个机械密封沿轴向安装到位后，拧紧驱动环5上相应的紧定螺钉12.使得轴套1与转子驱动连接定位；最后将整个转子101、转子轴102连同机械密封装入泵体的密封腔10，使得静环3的外端面与密封腔10的安装部密封配合。

本发明是一款新型的机械密封，通过其特有的结构形式特点使本发明不但可以用于输送各种不同粘度的介质和高含固量的介质，更能解决农业/环保领域通常因为介质含固量高、高杂质含量，导致密封失效的问题，适用最大转速为1500rpm,密封腔最大工作压力为 12bar。

以上就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种农用转子泵机械密封，包括轴套(1)，所述轴套(1)外部套设有动环(2)和静环(3)，所述动环(2)的摩擦面与静环(3)的摩擦面相配合形成密封磨面，其特征在于：所述轴套(1)的一端设有安装凸台(4)，所述动环(2)的尾端配装在安装凸台(4)上，所述静环(3)的密封面与动环(2)的密封面相贴合；所述轴套(1)的另一端套装有用于驱动轴套(1)与转轴同步旋转的驱动环(5)，所述驱动环(5)与静环(3)的尾端之间设有用于对静环(3)进行轴向磨损补偿的橡胶补偿组件，且所述的橡胶补偿组件与轴套(1)随着转轴同步转动；

所述的橡胶补偿组件包括橡胶波纹管(6)和金属固定环(7)；所述橡胶波纹管(6)的一端与静环(3)的尾端相抵靠，另一端顶靠在驱动环(5)侧面上，所述金属固定环(7)套装在橡胶波纹管(6)近驱动环(5)一端的外部，实现橡胶波纹管(6)与轴套(1)的驱动连接；所述的橡胶波纹管(6)包括弹性波纹段(6.1)和圆柱段(6.2)，所述圆柱段(6.2)与驱动环(5)相抵靠；所述金属固定环(7)套装在圆柱段(6.2)的外侧；所述弹性波纹段(6.1)与静环(3)尾部贴合的端面为锥形结构。

2.根据权利要求1所述的农用转子泵机械密封，其特征在于：所述圆柱段(6.2)近弹性波纹段(6.1)的一端设有直角限位部(6.3)，所述圆柱段(6.2)近驱动环(5)一侧的外侧壁设有限位凸台(6.4)；所述金属固定环(7)的一端设有直角挡板(7.1)，所述直角挡板(7.1)与直角限位部(6.3)配合，所述金属固定环(7)的另一端与限位凸台(6.4)相抵靠。

3.根据权利要求1所述的农用转子泵机械密封，其特征在于：所述安装凸台(4)近动环(2)的端面沿周向内凹形成安装槽(4.1)，且所述安装槽(4.1)底部设有至少一个防转销(8)；所述动环(2)的尾端设有与防转销(8)相匹配的防转销孔(2.1)，所述动环(2)滑动配装在安装槽(4.1)内时，防转销(8)配合在防转销孔(2.1)内。

4.根据权利要求3所述的农用转子泵机械密封，其特征在于：所述动环(2)近磨面一端的外侧壁设有限位台阶(2.2)，所述限位台阶(2.2)的端面与安装凸台(4)端面之间形成用于安装第一密封圈(01)的第一密封圈配装槽(9)。

5.根据权利要求1所述的农用转子泵机械密封，其特征在于：所述静环(3)的外侧壁上设有第一密封圈槽(3.1)，转轴外部的密封腔(10)近第一密封圈槽(3.1)的位置设有限位槽(10.1)，所述限位槽(10.1)与第一密封圈槽(3.1)之间形成用于配装大线径O型圈(02)的第二密封圈配装槽(11)。

6.根据权利要求5所述的农用转子泵机械密封，其特征在于：所述静环(3)外侧壁上还设有第二密封圈槽(3.2)，所述第二密封圈槽(3.2)内配装有第二密封圈(02)，所述第二密封圈(03)的外侧与密封腔(10)内孔壁贴合。

7.根据权利要求6所述的农用转子泵机械密封，其特征在于：所述静环(3)外侧壁上沿周向设有多个冲洗孔(3.3)，且多个冲洗孔(3.3)在轴向上位于第一密封圈槽(3.1)与第二密封圈槽(3.2)之间。

8.一种基于权利要求1至7任意一项所述农用转子泵机械密封的装配方法，其特征在于包括以下步骤：

S1:在动环(2)外径上装入第一密封圈(01)，将动环(2)沿轴向装入安装槽(4.1)，且保证动环尾端的防转销孔(2.1)与防转销(8)相配合。

S2：将静环(3)沿轴套(1)右侧外圆装入，直至静环(3)的密封端面与动环(2)的密封端面贴合为止，在静环(3)外部的第一密封圈槽(3.1)与第二密封圈槽(3.2)内装入相应线径的密封圈；

S3：将金属固定套(7)由左向右装入橡胶波纹管(6)的圆柱段(6.2)外部，此时，金属固定环(7)未装配到配合面上，然后将装有金属固定环(7)的橡胶波纹管(6)沿轴套(1)右侧外圆装入，至橡胶波纹管(6)左侧端面与静环(3)右端贴合；

S4：将驱动环(5)由右向左从轴套(1)右侧外圆装入，保证驱动环(5)与轴套(1)固定到位；

S5：轴向调整橡胶波纹管(6)，保证橡胶波纹管(6)右侧端面与驱动环(5)左侧端面贴合，左侧端面与静环(3)右侧端面贴合，将金属固定套(7)由左向右的安装至与橡胶波纹管(6)完全贴合位置，通过金属固定环(7)对橡胶波纹圆柱段(6.2)的紧固，驱使橡胶波纹管(6)与轴套(1)驱动连接，从而组成完整的机械密封装置。

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