CN114941714A - 一种导流式唇形迷宫密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,包括泄露油收集装置、U型导流管、静环、动环、密封面板。密封面板固定在动环上;U型导流管设置在密封面板外围,一端由轴向支架与径向支架可拆卸的固定,另一端与静环配合,U型导流管上端开口与泄露油收集装置通过油管连通,上端管部内表面设置有毛刷,上端管部、下端部及静环的端面围成第一空腔,毛刷底部设置第一通孔,下端部壁上设置第二通孔;静环一侧设置多个第一迷宫齿环,密封面板上设置第二迷宫齿环;U型导流管内设置有第一密封圈与第二密封圈。所述密封结构利用刷式密封、唇形密封、迷宫密封的三重密封节流效应,大大提升了整个装置的密封效果,同时安装方便,有利于后期维护。
Description
技术领域
本发明涉及旋转轴密封技术领域,更具体的说,涉及一种导流式唇形迷宫密封结构。
背景技术
宫密封属于非接触式密封,主要利用其密封间隙的狭缝节流作用、摩擦作用和空腔耗散作用。其密封方式就是通过一系列的密封间隙和密封空腔的组合作用,被密封介质通过密封间隙和密封空腔,流经的流体的压力能不断降低,大大降低了出口流量,达到了密封的效果。
密封的有效性决定了机械设备的安全性、可靠性和经济性。目前,高性能、大容量的旋转机械广泛使用,对转子机械的密封性能提出了高要求。传统旋转密封主要有骨架油封、迷宫密封、传统机械密封。骨架油封短期性价比高,但长期运行泄漏率高。迷宫密封长期使用,油品泄漏率仍然较大,对环境污染较难控制。传统机械密封安装费时间,安装精度要求高,维护成本高,使用寿命短。因此,提供一种密封性能好,易维护的旋转轴密封结构成为了需求。
发明内容
针对现有的旋转轴密封装置存在的不足,本发明提供了一种导流式唇形迷宫密封结构,在泄露油收集导流的前提下,利用刷式密封、唇形密封、迷宫密封的三重密封节流效应,克服了传统密封长期运行泄漏的问题,将泄露油收集于本发明所述的密封结构中,同时防止泄露位点进一步泄露,避免泄露油对设备的污染,提高整体密封性能。
本发明采用如下的技术方案:
一种用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,包括泄露油收集装置、U型导流管、能够固定端盖上的在静环、能够固定在旋转轴上的动环、密封面板,所述密封面板固定在动环上,密封面板、动环随旋转轴一同转动;
密封面板的外圆周上设置有轴向支架与径向支架,所述U型导流管设置在密封面板外围,且一端由轴向支架与径向支架可拆卸的固定,另一端与静环配合,所述U型导流管、静环不随旋转轴旋转;且其上端开口与泄露油收集装置通过油管连通;
所述U型导流管的其上端管部内侧壁面的内表面设置有毛刷,所述U型导流管的其上端管部、下端部及静环的端面之间围成第一空腔,静环靠近密封面板的一面设置有多个第一迷宫齿环,密封面板与静环对应的位置处设置有与第一迷宫齿环交错的第二迷宫齿环,第一迷宫齿环与第二迷宫齿环构成迷宫密封结构;
所述U型导流管的下端部外侧管壁的内表面、静环靠近端盖的端部与密封面板之间分别设置的第一密封圈与第二密封圈,所述第一密封圈、第二密封圈与密封面板之间构成唇密封结构,且所述迷宫密封结构位于所述第一密封圈与第二密封圈之间;
所述毛刷的底部设置有连通U型导流管上端管部与第一空腔的第一通孔,在U型导流管的下端部壁上设置第二通孔,用于连通第一空腔与第一密封圈和迷宫密封结构之间的空间。
进一步地,所述第一密封圈与第二密封圈为v型密封圈,由压环与支撑环构成,两个密封圈的压环倾斜方向相反,相互之间呈“八”字形结构。
进一步地,所述第一密封圈、第二密封圈的压环下端与密封面板之间的间隙C的取值范围是0.8~1.4mm;压环与支撑环的夹角θ的取值范围是20°-30°。
进一步地,所述第二通孔边缘设置有向第一腔体内部延伸的延伸部。
进一步地,所述第二通孔的直径为2-3mm,所述第一通孔的数量为多个,且直径为0.1-0.2mm。
进一步地,所述泄露油收集装置与U型导流管之间的设置单向阀。
进一步地,静环为剖分式结构,并通过螺栓连接固定为环形;所述静环由固定在端盖的定位台阶定位和固定。
进一步地,所述第一迷宫齿环、第二迷宫齿环的顶端均呈半椭圆状,齿腔长度Sg与椭圆短轴长度2b相等;齿高a=(0.8~1.2)*2b,齿顶间隙Hc的取值范围是4~6mm;密封长度在35mm~45mm内取值,进口长度等于两倍的出口长度,即Sin=2Sout。
进一步地,所述迷宫密封机构与第二密封圈之间的轴向距离为3-5mm。
进一步地,所述毛刷为疏油性材料制成的疏油性毛刷,且毛刷之间均匀分布。
本发明所提供的导流式唇形迷宫密封结构,通过泄露油收集装置、油管将油泵中泄露的流体导入该密封装置,防止泄露油对泵的污染。在本发明所述的密封结构中,毛刷及其底部的第一通孔构成第一道密封,第一密封圈、第二密封圈与密封面板之间构成唇密封结构为本发明的第二道密封,静环与密封面板之间的迷宫密封是第三道密封。
流体通过进油口进入到U型导流管内,在毛刷处,一部分来到第一密封圈处,另一部分流体通过第一通孔进入第一空腔,并滞留在第一空腔内,滞留于第一空腔的液体通过第二通孔进入第一密封圈与迷宫密封结构之前的间隙;另一部分位于第一密封圈上游的液体经过密封间隙通过第一密封圈,全部汇流到迷宫密封结构前。通过迷宫密封的节流效应,剩余流体在经过第二密封圈的节流后,流入第二空腔。上述密封结构一方面能够将收集的泄露油收集起来,另一方面还利用三道密封结构提供泄露油流入收集空间的阻力,为泄露点提供一定的压力阻力,减缓和降低泄露量。
在U型导流管内,收集的泄露油优先通过毛刷底部的第一通孔进入第一空腔,随着第一空腔内的流体增多,对第一密封唇产生的压紧力越大,因此能够增强第一密封唇的密封性能。同时,由于第一空腔与迷宫密封之间存在间隙,从而导致第一密封唇与密封面板之间的接触应力不会过大,产生的摩擦力不会过大,有利于提高密封效果和延长密封寿命。因此,该唇形密封结构能够较好地进行自我调节,同时也能够起到较好的密封作用。
本发明中的第一空腔,对来流起到一个分流和节流的作用,流体一部分进入第一空腔,一部分顺着管道流向第一密封圈,减少了流体对第一密封圈的压力,避免由于压力过大而造成密封圈的压环与密封圈磨损严重,甚至是回流现象,有利于延长装置的使用寿命。而进入第一空腔内的流体大部分滞留在空腔内,分担了第二空腔的压力,延长了装置的一次性使用时长。
本发明采用的密封圈为V型密封圈,由压环与支撑环构成,耐压性能高,使用寿命长。两个密封圈的压环倾斜方向相反,相互之间呈“八”字形结构,随着流量的增多,流体对第一密封圈的压环产生的压力也增大,压力使得第一密封圈的压环与下壁面的间隙逐渐减小,密封效果进一步提升。同时,密封圈不仅对来流起到节流的作用,还可以阻碍U型导流管和第二空腔内的流体回流,大大提升了整个装置的密封效果。另外,由于密封圈压环与密封面板之间存在间隙,密封圈与密封面板之间的接触应力不会过大,产生的摩擦力不会过大,有利于延长密封装置寿命。
毛刷采用疏油性毛刷,且其底部等间距设置的通孔,利于来自进油口的流体进入第一空腔。毛刷具有疏油性在停止进油后可恢复原始状态,相互之间仍保持固有间隙。
迷宫密封呈半椭圆状的两组迷宫齿环在U型导流管内交错穿插,有利于加强摩阻效应和流束收缩效应,流经的流体压力能下降,出口流量大大减少,对密封性能的提高起到了积极作用。
本发明中U型导流管底部一侧采用轴向支架和径向支架与密封面板固定连接,不仅安装方便,而且在后期维护时只需打开支架,即可对整个U型导流管下层管道进行清洗维护,有效降低了维护成本,同时兼顾对转子稳定性的要求,具有重要的工程意义。
附图说明
图1为本发明所述的导流式唇形迷宫密封结构的整体结构示意图。
图2为刷式密封结构示意图。
图3为本发明所述的密封圈结构示意图。
图4为本发明所述迷宫密封结构尺寸比例示意图。
图5为安装本发明所述的导流式唇形迷宫密封结构前后的泄露量仿真数据。
附图标记说明如下:
1-转动轴;2-密封面板;3-单向阀;4-U型导流管;5-毛刷;6-第一空腔;7-第一密封圈;8-静环;9-动环;10-第二空腔;11-定位台阶;12-第二密封圈;13-轴向支架;14-径向支架;15-端盖;16-支撑环;17-压环;18-油管;19-第一迷宫齿环;20-第二迷宫齿环。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的导流式唇形迷宫密封结构,安装在转动轴和端盖之间,如图1所示,包括泄露油收集装置、U型导流管4、能够固定在端盖15上的静环8、能够固定在旋转轴1上的动环9、密封面板2,所述密封面板2固定在动环9上,密封面板2、动环9随旋转轴1一同转动。为了安装、拆卸方便,所述静环8设置为剖分式结构,并通过螺栓连接固定为环形;所述静环8由固定在端盖15的定位台阶11定位和固定。
密封面板2的外圆周上设置有轴向支架13与径向支架14,所述U型导流管4设置在密封面板2外围,且一端由轴向支架13与径向支架14可拆卸的固定,另一端与静环8配合,所述U型导流管4、静环8不随旋转轴1旋转。且其上端开口与泄露油收集装置通过油管连通,所述泄露油收集装置与U型导流管4之间的设置单向阀3,防止收集的泄露油反流到泄露位点处。本实施例中,所述轴向支架13与径向支架14均通过螺纹连接在动环上。
所述U型导流管4的其上端管部内侧壁面的内表面设置有毛刷5,所述U型导流管4的其上端管部、下端部及静环8的端面之间围成第一空腔6,静环8靠近密封面板2的一面设置有多个第一迷宫齿环19,密封面板2与静环8对应的位置处设置有与第一迷宫齿环19交错的第二迷宫齿环20,第一迷宫齿环19与第二迷宫齿环20构成迷宫密封结构。
如图4所示,所述第一迷宫齿环19、第二迷宫齿环20的顶端均呈半椭圆状,齿腔长度Sg与椭圆短轴长度2b相等;齿高a=(0.8~1.2)*2b,齿顶间隙Hc的取值范围是4~6mm;密封长度在35mm~45mm内取值,进口长度等于两倍的出口长度,即Sin=2Sout。
所述U型导流管4的下端部外侧管壁的内表面、静环8靠近端盖15的端部与密封面板2之间分别设置的第一密封圈7与第二密封圈12,所述第一密封圈7、第二密封圈12与密封面板2之间构成唇密封结构,且所述迷宫密封结构位于所述第一密封圈7与第二密封圈12之间。所述迷宫密封结构与第二密封圈12之间的空间为第二空腔10,第二空腔10在旋转轴1轴向上的长度为3-5mm。
如图3所示,所述第一密封圈7与第二密封圈12为v型密封圈,由压环17与支撑环16构成,两个密封圈的压环17倾斜方向相反,相互之间呈“八”字形结构。所述第一密封圈7、第二密封圈12的压环17下端与密封面板2之间的间隙C的取值范围是0.8~1.4mm;压环17与支撑环16的夹角θ的取值范围是20°-30°
如图2所示,所述毛刷5的底部设置有连通U型导流管4上端管部与第一空腔6的第一通孔,所述毛刷5可为疏油性材料制成的疏油性毛刷,所述第一通孔的数量为多个,且在毛刷5之间均匀分布,第一通孔的直径为0.1-0.2mm。
在U型导流管4的下端部壁上设置第二通孔,用于连通第一空腔6与第一密封圈7和迷宫密封结构之间的空间。所述第二通孔边缘设置有向第一腔体6内部延伸的延伸部,减缓滞留在第一空腔6内的液体向迷宫密封处的转移。
本发明所提供的导流式唇形迷宫密封结构,通过泄露油收集装置、油管18将油泵中泄露的流体通过进油口导入到U型导流管4内,在毛刷处,一部分来到第一密封圈7处,另一部分流体通过第一通孔进入第一空腔6,并滞留在第一空腔6内,滞留于第一空腔6的液体通过第二通孔进入第一密封圈7与迷宫密封结构之前的间隙;另一部分位于第一密封圈7上游的液体经过密封间隙通过第一密封圈7,全部汇流到迷宫密封结构前。通过迷宫密封的节流效应,剩余流体在经过第二密封圈12的节流后,流入第二空腔。上述密封结构一方面能够将收集的泄露油收集起来,另一方面还利用三道密封结构提供泄露油流入收集空间的阻力,为泄露点提供一定的压力阻力,减缓和降低泄露量。
在具体案例中,转子直径为30mm。依据前述的密封结构,确定了转子直径D、密封总长度L、齿腔长度Sg、齿数N等参数,且所确定的各项参数的具体数值如表1所示。
表1.迷宫齿环设计参数
齿数N(个) | 8 | 密封总长度L(mm) | 40 |
椭圆半长轴a(mm) | 4 | 椭圆短轴2b(mm) | 4 |
齿腔长度Sg(mm) | 4 | 齿顶间隙Hc(mm) | 5 |
转子直径D(mm) | 30 |
为进一步研究本发明所述的密封结构的泄露特性,通过数值模拟计算出在不同压差下的实际泄露量Q1,并与在没有该密封结构的情况下的泄漏量Q2,如图5所示。从而计算出泄漏量的减少率δ。其中,
由图可知,泄漏量的减少率保持在70%左右,因此可得该导流式唇形迷宫密封结构具有较好的密封性能。
所述实施例为本发明的优选实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,包括泄露油收集装置、U型导流管(4)、能够固定在端盖(15)上的静环(8)、能够固定在旋转轴(1)上的动环(9)、密封面板(2),所述密封面板(2)固定在动环(9)上,密封面板(2)、动环(9)随旋转轴(1)一同转动;
密封面板(2)的外圆周上设置有轴向支架(13)与径向支架(14),所述U型导流管(4)设置在密封面板(2)外围,且一端由轴向支架(14)与径向支架(15)可拆卸的固定,另一端与静环(8)配合,所述U型导流管(4)、静环(8)不随旋转轴(1)旋转;且其上端开口与泄露油收集装置通过油管连通;
所述U型导流管(4)的其上端管部内侧壁面的内表面设置有毛刷(5),所述U型导流管(4)的其上端管部、下端部及静环(8)的端面之间围成第一空腔(6),静环(8)靠近密封面板(2)的一面设置有多个第一迷宫齿环(19),密封面板(2)与静环(8)对应的位置处设置有与第一迷宫齿环(19)交错的第二迷宫齿环(20),第一迷宫齿环(19)与第二迷宫齿环(20)构成迷宫密封结构;
所述U型导流管(4)的下端部外侧管壁的内表面、静环(8)靠近端盖(15)的端部与密封面板(2)之间分别设置的第一密封圈(7)与第二密封圈(12),所述第一密封圈(7)、第二密封圈(12)与密封面板(2)之间构成唇密封结构,且所述迷宫密封结构位于所述第一密封圈(7)与第二密封圈(12)之间;
所述毛刷(5)的底部设置有连通U型导流管(4)上端管部与第一空腔(6)的第一通孔,在U型导流管(4)的下端部壁上设置第二通孔,用于连通第一空腔(6)与第一密封圈(7)和迷宫密封结构之间的空间。
2.根据权利要求1所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,所述第一密封圈(7)与第二密封圈(12)为v型密封圈,由压环(17)与支撑环(16)构成,两个密封圈的压环(17)倾斜方向相反,相互之间呈“八”字形结构。
3.根据权利要求2所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,所述第一密封圈(7)、第二密封圈(12)的压环(17)下端与密封面板(2)之间的间隙C的取值范围是0.8~1.4mm;压环(17)与支撑环(16)的夹角θ的取值范围是20°-30°。
4.根据权利要求1所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,所述第二通孔边缘设置有向第一腔体(6)内部延伸的延伸部。
5.根据权利要求4所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,所述第二通孔的直径为2-3mm,所述第一通孔的数量为多个,且在毛刷(5)之间均匀分布,第一通孔的直径为0.1-0.2mm。
6.根据权利要求1所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,所述泄露油收集装置与U型导流管(4)之间的设置单向阀(3)。
7.根据权利要求1所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,静环(8)为剖分式结构,并通过螺栓连接固定为环形;所述静环(8)由固定在端盖(15)的定位台阶(11)定位和固定。
8.根据权利要求1所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,所述第一迷宫齿环(19)、第二迷宫齿环(20)的顶端均呈半椭圆状,齿腔长度Sg与椭圆短轴长度2b相等;齿高a=(0.8~1.2)*2b,齿顶间隙Hc的取值范围是4~6mm;密封长度在35mm~45mm内取值,进口长度等于两倍的出口长度,即Sin=2Sout。
9.根据权利要求1所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,所述迷宫密封结构与第二密封圈(12)之间的轴向距离为3-5mm。
10.根据权利要求1所述的用于油泵的导流式唇形迷宫密封结构,其特征在于,所述毛刷(5)为疏油性材料制成的疏油性毛刷。
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CN202210610110.4A CN114941714A (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 一种导流式唇形迷宫密封结构 |
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CN115419712A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-12-02 | 江苏拓米洛环境试验设备有限公司 | 一种测试孔密封结构及环境试验箱 |
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2022
- 2022-05-31 CN CN202210610110.4A patent/CN114941714A/zh active Pending
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CN115419712A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-12-02 | 江苏拓米洛环境试验设备有限公司 | 一种测试孔密封结构及环境试验箱 |
CN115419712B (zh) * | 2022-09-05 | 2023-11-28 | 江苏拓米洛高端装备股份有限公司 | 一种测试孔密封结构及环境试验箱 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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