CN112360981A - 一种立式浸泡旋转主轴用密封方法及密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式浸泡旋转主轴用密封方法及密封结构，密封方法包括通过相对固定，并密封连接的腔体和端盖在主轴外周形成密封构件设置空间；在密封构件设置空间内，由浸泡环境向外依次形成两层密封；第一层为形成在主轴和端盖之间的旋转密封；第二层密封为通过动环与静环相抵接的平面密封，第二层密封形成在主轴和腔体之间，并且静环与腔体形成挤压密封，动环与腔体之间形成旋转密封。密封结构依据前述方法设置获得。本发明的有益效果是，密封方法构思巧妙，通过多重密封结构确保密封效果，特别适用于水泥建材和火电行业机电集成设备的上腔浸泡，下腔杜绝油污的立式浸泡旋转主轴。密封结构通过具体构件构成所述密封形式，结构简单，使用寿命长。

Description

一种立式浸泡旋转主轴用密封方法及密封结构

技术领域

本发明涉及旋转轴密封技术，特别是一种立式浸泡旋转主轴用密封方法及密封结构。

背景技术

水泥建材和火电行业中辅机电动机的经济运行状况，直接关系到设备的运行效率。随着国家供给侧改革的不断深化，节能降耗已经成为各个厂家努力追求的目标。近年来随着永磁电机的发展，机电一体化的设备逐渐在水泥建材和火电行业改制项目中崭露头角。机电一体化是利用一根旋转主轴将电机与传统的机械传动组合在一起，直接驱动磨机运转。因去除了多余的中间环节，该系统链简单明了、具有高效节能的显著特点，但电气和机械两部分的润滑和冷却系统必须各自独立。这种立式为上下两部分组成，一根旋转主轴贯穿整个产品，结构布置通常是机械部分在上部，电机在下部，用于上部分机械零部件的润滑油由于重力作用，首先滞留在上下壳体连接面上，再通过回油管引流。此处的密封元件全部是浸泡在润滑油中。如果润滑油或者油雾进入电机腔内，湿度加大，会慢慢造成电晕放电，腐蚀绕组线圈，从而导致电机失效的严重后果。因此，做好密封是保证一个设备运行周期的关键。

现有技术中旋转轴的密封方式应用最多的是接触式和非接触式润滑油两种。其中，非接触式以迷宫密封为主，在这种上腔浸泡，下腔杜绝油污的立式浸泡旋转主轴不能适用。接触式采用最广泛的是骨架油封的方式，骨架唇口采用丁腈橡胶居多，有较大的回弹性，优势在于唇口与轴接触宽度较窄，具有很好的追随补偿性。但唇口的耐磨性除了取决于自身的材料性能，还与相配轴的光洁度、润滑剂的类型、线速度、温度和压差紧密相关。安装和拆卸时需要专门的工装，而在润滑油长期浸泡的场合中，油中杂质也对唇口的耐磨性产生影响，而在上腔浸泡，下腔杜绝油污的环境中，油中杂质在重力作用下，更多地沉积在密封件处，显然会更加强烈地影响骨架油的耐磨性。且骨架油封随着时间的推移会加剧配合轴段的磨损，产生额外修复成本。还有传统骨架油封随着唇口或轴段的磨损，密封失效。平均一到三年需要进行一次油封或轴段的更换，这对于水泥建材和火电行业30年的服役周期来说极不适合。骨架油封随着唇口或轴段的磨损同时会造成润滑油的污染，缩短换油周期，增加额外的维护成本。因此，如何在保证高效可靠的密封性能的前提下，还具有长周期的使用寿命成为本领域技术人员急需解决的难题。

发明内容

本发明的第一目的就是针对现有密封结构不适用立式浸泡旋转主轴的问题，提供一种立式浸泡旋转主轴用密封方法，该方法通过在由浸泡环境向外依次形成两层密封，第一层为通过密封环形成的旋转密封，第二层密封包括构成主密封的平面密封，以及对平面密封构件的静环和动环进行密封的挤压密封和旋转密封，三种密封形式构成组合密封结构的第二层密封，利用密封环和平面密封耐磨性好，使用寿命长的特点，有效解决了传统密封结构寿命低的问题，同时，利用多重密封结构确保密封效果，特别适用于水泥建材和火电行业发展要求的上腔浸泡，下腔杜绝油污的立式浸泡旋转主轴。本发明的第二目的是提供一种密封结构，以解决传统密封结构不适用于立式浸泡旋转主轴的问题。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。

一种立式浸泡旋转主轴用密封方法，通过相对固定，并密封连接的腔体和端盖在主轴外周形成密封构件设置空间；在密封构件设置空间内，由浸泡环境向外依次形成第一层密封和第二层密封；第一层密封为通过密封环形成的旋转密封，第一层密封形成在主轴和端盖之间；第二层密封为通过不同硬度材料制成的动环与静环相抵接的平面密封，第二层密封形成在主轴和腔体之间，并且静环与腔体形成挤压密封，动环与腔体之间形成旋转密封；其中，静环内孔与主轴外径之间留有间隙，动环过盈配合固定在主轴上。

采用前述技术方案的本密封方法，该方法通过在由浸泡环境向外依次形成两层密封，第一层密封为通过密封环形成的旋转密封，第二层密封包括构成主密封的平面密封，以及对平面密封构件的静环和动环进行密封的挤压密封和旋转密封，三种密封形式构成组合密封结构的第二层密封，利用密封环通常采用耐磨性好，摩擦系数低的耐磨填料制成，以及不同硬度材料制成的动环与静环相抵接的平面密封，能够在浸油环境中形成较宽和较厚的油膜，利用摩擦副原理和润滑油油膜张力，减轻或消除二者之间的持续磨损，形成良好平面密封，且使用寿命长的特点，有效解决了传统密封结构寿命低的问题，同时，利用多重密封结构确保密封效果，特别适用于水泥建材和火电行业发展要求的上腔浸泡，下腔杜绝油污的立式浸泡旋转主轴。该方法构思巧妙，依据该方法形成的密封结构，密封效果好。

优选的，所述第一层密封利用套在主轴上的第一密封环，以及套在第一密封环上的第一O型圈与所述端盖共同形成旋转密封。第一O型圈既利用弹性变形的弹性力，起到箍紧第一密封环使其与主轴形成良好密封效果，同时，利用弹性变形量与端盖形成密封。其中，第一密封环为轴用密封环。

优选的，在所述第二层密封中，静环与腔体之间通过第二O型圈形成挤压密封；所述动环与腔体之间通过第三O型圈和套在第三O型圈上的第二密封环形成旋转密封。第二O型圈通过弹性变形量使静环与腔体形成挤压密封；第二密封环既利用弹性变形的弹性力，起到箍紧第三O型圈使其与主静环形成良好密封效果，同时，利用弹性变形量与腔体形成密封。其中，第二密封环为孔用密封环。

优选的，所述静环由止动销限制为仅可轴向移动的结构，静环利用多个圆周分布的弹性元件加载保持与动环抵接；且在静环与动环之间设置配合止口。止动销既起到防止静环转动的作用，也具有静环轴向移动的导向作用，类似于导向键，采用止动销便于加工，通过钻和铰加工就可在静环和腔体之间形成骑缝孔，通常采用间隙配合的轴孔配合结构，方便止动销装入和取出；通过静环与动环之间设置配合止口，使二者始终保持同轴状态，确保二者的结合面面积及平面密封面积保持在最大状态。

优选的，所述第一密封环采用主要成分为聚四氟乙烯是氟纤维填料制成；所述动环采用磷青铜材质制成，且静环采用碳钢材质制成。聚四氟乙烯具有良好的耐磨性、自润滑性、耐腐蚀性，且摩擦系数仅为0.02，发热量极低，无需考虑冷却；同时，由于磷青铜是相对为软性材质，在最初的磨合期，会有轻微磨损，且静环外径和内外径与相应配合件均形成间隙配合，在弹性力作用下，动环和静环两个结合面仍能紧密贴合；而且过了磨合期后，两个结合面随着油膜的形成已经契合，磨损即可忽略不计，形成了良好的平面密封。从而充分利用材质的优良特性，简化结构，确保使用寿命长。

为实现第二目的，本发明采用如下技术方案。

一种立式浸泡旋转主轴用密封结构，包括套在主轴外周的腔体和端盖，腔体和端盖形成静密封连接；在腔体和端盖的内部空间与所述主轴之间，由浸泡环境向外依次设有第一密封环、静环和动环；第一密封环套装在所述主轴，第一密封环与端盖之间设有第一O型圈；静环与动环采用不同硬度的材料制成；静环设在所述腔体上，静环与腔体之间设有第二O型圈，静环与主轴之间留有间隙，静环还与动环抵接；动环过盈配合在主轴上，动环上套有第三O型圈，第三O型圈与所述腔体之间设有第二密封环。

采用前述技术方案的本密封结构，通过第一密封环和第一O型圈在主轴与端盖之间形成旋转密封的第一层密封；通过采用不同硬度的材料制成的静环与动环在主轴与腔体之间形成第二层密封，同时，第二层密封中还包括静环与述腔体之间通过第二O型圈形成挤压密封，以及动环和述腔体之间通过第三O型圈和第二密封环形成旋转密封。第一层密封和第二层密封由浸泡环境向外依次形成，且第二层密封包括构成主密封的平面密封，以及对平面密封构件的静环和动环进行密封的挤压密封和旋转密封，三种密封形式构成组合密封结构的第二层密封，利用密封环通常采用耐磨性好，摩擦系数低的耐磨填料制成，以及不同硬度材料制成的动环与静环相抵接的平面密封，能够在浸油环境中形成较宽和较厚的油膜，利用摩擦副原理和润滑油油膜张力，减轻或消除二者之间的持续磨损，形成良好平面密封，且使用寿命长的特点，有效解决了传统密封结构寿命低的问题，同时，利用多重密封结构确保密封效果，特别适用于水泥建材和火电行业发展要求的上腔浸泡，下腔杜绝油污的立式浸泡旋转主轴。该结构构思巧妙，结构简单，密封效果好。

优选的，所述静环仅可移动地与所述腔体连接，静环与所述端盖之间设有多个圆周分布的弹性元件。以通过弹性元件自动加载使静环与动环的结合面始终保持接触，确保密封效果的持续性。其中，弹性元件包括弹簧、耐油弹性体材料制成的弹性垫、弹性套等。弹簧、最好弹性垫或弹性套通过端盖上的安装孔设置，以保持周向分布状态。

优选的，所述间隙为0.1mm-0.3mm。以确保主轴与静环之间具有相对合理的间隙，确保二者既不干涉，也不会有太多的油液流过。

优选的，所述第一密封环采用主要成分为聚四氟乙烯是氟纤维填料制成；所述静环采用碳钢材质制成，动环采用磷青铜材质制成，且静环与动环之间设有配合止口。聚四氟乙烯具有良好的耐磨性、自润滑性、耐腐蚀性，且摩擦系数仅为0.02，发热量极低，无需考虑冷却；磷青铜材质相对较软，碳钢相对较硬，二者相对摩擦系数小，发热小，消除烧蚀咬死现象，确保密封可靠。配合止口为动环与静环中任意一个中设置环状凸起，另一个设置接纳凸起的环形沉台，沉台深度大于凸起的高度。

优选的，所述静环与所述腔体之间具有0.1mm-0.3mm的配合间隙；静环与所述腔体之间还设有止动销。静环与所述腔体之间具有0.1mm-0.3mm的配合间隙，使静环外径和内外径与相应配合件均形成间隙配合状态，止动销用于静环移动导向。由于磷青铜是相对为软性材质，在最初的磨合期，会有轻微磨损，且在具有弹性元件条件下，弹性元件的弹性力，使动环和静环两个结合面始终保持紧密贴合；而且过了磨合期后，两个结合面随着油膜的形成已经契合，磨损即可忽略不计，形成了良好的平面密封；从而充分利用材质的优良特性，简化结构，确保使用寿命长。

本发明的有益效果是，密封方法构思巧妙，通过双层密封方式实现立式旋转主轴的有效密封，其中，第一层为通过密封环形成的旋转密封，第二层密封包括构成主密封的平面密封，以及对平面密封构件的静环和动环进行密封的挤压密封和旋转密封，三种密封形式构成组合密封结构的第二层密封，利用密封环和平面密封耐磨性好，使用寿命长的特点，有效解决了传统密封结构寿命低的问题，同时，利用多重密封结构确保密封效果，特别适用于水泥建材和火电行业机电集成设备的上腔浸泡，下腔杜绝油污的立式浸泡旋转主轴。密封结构通过具体构件构成所述密封形式，结构简单，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明中装置的结构示意图。

该附图还用于说明本发明的密封方法。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1，参见图1，一种立式浸泡旋转主轴用密封方法，通过相对固定，并密封连接的腔体7和端盖4在主轴1外周形成密封构件设置空间；在密封构件设置空间内，由浸泡环境向外依次形成第一层密封和第二层密封；第一层密封为通过密封环形成的旋转密封，第一层密封形成在主轴1和端盖4之间；第二层密封为通过不同硬度材料制成的动环10与静环6相抵接的平面密封，第二层密封形成在主轴1和腔体7之间，并且静环6与腔体7形成挤压密封，动环10与腔体7之间形成旋转密封；其中，静环6内孔与主轴1外径之间留有间隙，动环10过盈配合固定在主轴1上；第一密封环2采用主要成分为聚四氟乙烯是氟纤维填料制成；所述动环10采用磷青铜材质制成，且静环6采用碳钢材质制成。

其中，所述第一层密封利用套在主轴1上的第一密封环2，以及套在第一密封环2上的第一O型圈3与所述端盖4共同形成旋转密封。在所述第二层密封中，静环6与腔体7之间通过第二O型圈9形成挤压密封；所述动环10与腔体7之间通过第三O型圈12和套在第三O型圈12上的第二密封环13形成旋转密封；腔体7和端盖4的结合面间通过第四O型圈5使二者形成静密封连接。

所述静环6由止动销8限制为仅可轴向移动的结构，静环6利用多个圆周分布的弹性元件11加载保持与动环10抵接；且在静环6与动环10之间设置配合止口。止动销8既起到防止静环6转动的作用，也具有静环6轴向移动的导向作用，类似于导向键；止动销8采用圆柱销结构，通过钻和铰加工在静环6和腔体7之间形成骑缝孔，采用H7/h8的轴孔间隙配合结构，方便止动销8装入和取出。

实施例2，参见图1，一种立式浸泡旋转主轴用密封结构，包括套在主轴1外周的腔体7和端盖4，腔体7和端盖4形成静密封连接；在腔体7和端盖4的内部空间与所述主轴1之间，由浸泡环境向外依次设有第一密封环2、静环6和动环10；第一密封环2套装在所述主轴1，第一密封环2与端盖4之间设有第一O型圈3；静环6与动环10采用不同硬度的材料制成；静环6设在所述腔体7上，静环6与腔体7之间设有第二O型圈9，静环6与主轴1之间留有0.1mm-0.3mm的间隙，静环6还与动环10抵接；动环10过盈配合在主轴1上，动环10上套有第三O型圈12，第三O型圈12与所述腔体7之间设有第二密封环13，且第一密封环2采用主要成分为聚四氟乙烯是氟纤维填料制成；所述静环6采用碳钢材质制成，动环10采用磷青铜材质制成；腔体7和端盖4的结合面间设有第四O型圈。

其中，所述静环6仅可移动地与所述腔体7连接，静环6与所述端盖4之间设有多个圆周分布的弹性元件11，弹性元件11具体采用圆柱压缩弹簧，数量按圆周均布的方式设有8～12个，并且端盖4上设有弹簧安装孔，圆柱压缩弹簧的上端安装在弹簧安装孔内；静环6与动环10之间设有配合止口；具体静环上设有环状凸起，动环上接纳凸起的环形沉台，环形沉台深度大于凸起的高度，确保静环6与动环10相接触的端面始终保持抵接；静环6与所述腔体7之间具有0.1mm-0.3mm的配合间隙；静环6与所述腔体7之间还设有止动销8。

本实施例中，圆柱压缩弹簧也可采用圆锥压缩弹簧或者碟簧替代，也可采用耐油耐油弹性体材料制成的弹性垫、弹性套等替代。

本实施中，构成配合止口的环状凸起可以设在动环10上，相应环形沉台设在静环6上。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种立式浸泡旋转主轴用密封方法，其特征在于，通过相对固定，并密封连接的腔体(7)和端盖(4)在主轴(1)外周形成密封构件设置空间；在密封构件设置空间内，由浸泡环境向外依次形成第一层密封和第二层密封；第一层密封为通过密封环形成的旋转密封，第一层密封形成在主轴(1)和端盖(4)之间；第二层密封为通过不同硬度材料制成的动环(10)与静环(6)相抵接的平面密封，第二层密封形成在主轴(1)和腔体(7)之间，并且静环(6)与腔体(7)形成挤压密封，动环(10)与腔体(7)之间形成旋转密封；其中，静环(6)内孔与主轴(1)外径之间留有间隙，动环(10)过盈配合固定在主轴(1)上。

2.根据权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述第一层密封利用套在主轴(1)上的第一密封环(2)，以及套在第一密封环(2)上的第一O型圈(3)与所述端盖(4)共同形成旋转密封。

3.根据权利要求1所述的密封方法，其特征在于，在所述第二层密封中，静环(6)与腔体(7)之间通过第二O型圈(9)形成挤压密封；所述动环(10)与腔体(7)之间通过第三O型圈(12)和套在第三O型圈(12)上的第二密封环(13)形成旋转密封。

4.根据权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述静环(6)由止动销(8)限制为仅可轴向移动的结构，静环(6)利用多个圆周分布的弹性元件(11)加载保持与动环(10)抵接；且在静环(6)与动环(10)之间设置配合止口。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的密封方法，其特征在于，所述第一密封环(2)采用主要成分为聚四氟乙烯是氟纤维填料制成；所述动环(10)采用磷青铜材质制成，且静环(6)采用碳钢材质制成。

6.一种立式浸泡旋转主轴用密封结构，其特征在于，包括套在主轴(1)外周的腔体(7)和端盖(4)，腔体(7)和端盖(4)形成静密封连接；在腔体(7)和端盖(4)的内部空间与所述主轴(1)之间，由浸泡环境向外依次设有第一密封环(2)、静环(6)和动环(10)；第一密封环(2)套装在所述主轴(1)，第一密封环(2)与端盖(4)之间设有第一O型圈(3)；静环(6)与动环(10)采用不同硬度的材料制成；静环(6)设在所述腔体(7)上，静环(6)与腔体(7)之间设有第二O型圈(9)，静环(6)与主轴(1)之间留有间隙，静环(6)还与动环(10)抵接；动环(10)过盈配合在主轴(1)上，动环(10)上套有第三O型圈(12)，第三O型圈(12)与所述腔体(7)之间设有第二密封环(13)。

7.根据权利要求6所述的密封结构，其特征在于，所述静环(6)仅可移动地与所述腔体(7)连接，静环(6)与所述端盖(4)之间设有多个圆周分布的弹性元件(11)。

8.根据权利要求6所述的密封结构，其特征在于，所述间隙为0.1mm-0.3mm。

9.根据权利要求6所述的密封结构，其特征在于，所述第一密封环(2)采用主要成分为聚四氟乙烯是氟纤维填料制成；所述静环(6)采用碳钢材质制成，动环(10)采用磷青铜材质制成，且静环(6)与动环(10)之间设有配合止口。

10.根据权利要求6～9中任意一项所述的密封结构，其特征在于，所述静环(6)与所述腔体(7)之间具有0.1mm-0.3mm的配合间隙；静环(6)与所述腔体(7)之间还设有止动销(8)。

Images