CN116677605A - 一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及爪型干式泵密封领域，公开了一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，包括泵腔、传动箱、前壳体和转轴，前壳体内侧设有单向膜，转轴穿过前壳体和单向膜，转轴两端分别为泵腔和传动箱，单向膜靠近传动箱一侧设有保持架，保持架套设并固定在转轴上，单向膜靠近泵腔一侧和前壳体、转轴围合形成压力腔，压力腔将泵腔内的气压传递给单向膜，使单向膜侧面贴紧保持架。以提高爪型干式泵的密封性。

Description

一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置

技术领域

本发明涉及爪型干式泵密封领域，具体涉及一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置。

背景技术

爪型干式泵作为氢循环系统的动力部件，需要综合考虑泵的工作效率及循环回收过程的无油污染需求，所以其防油密封以及泵壳与转子的间隙密封问题成为爪型干式泵的技术难点。此外，传动齿轮及轴承的良好润滑是传动可靠的基本保障，润滑油的密封问题、泵腔与传动箱间的氢气密封问题是关键问题。润滑油不能窜入泵腔，泵腔的氢气不能通过传动箱造成泄漏。前者将造成对氢气的污染，甚至对电堆造成伤害，后者造成氢气外泄，引发使用安全问题。

由于爪型干式泵是通过两爪的共轭关系进行啮合工作的，两爪在工作过程中均为主动爪，需要可靠的齿轮传动系统来传递两爪工作所需的动力。在传动系统工作中从动齿轮是通过与主动齿轮的啮合关系获取动力实现动力传递的，由于从动齿轮与主动齿轮是有接触的传动，因此必须进行润滑；此外，支撑齿轮的轴承也需要润滑才能确保其正常工作。传动系统中对齿轮和轴承的润滑一般采用飞溅润滑方式，一般情况下，传动箱中盛有足够量的专用润滑油，通常油面以浸泡到低端齿轮的齿高为宜。必要情况下，为了确保箱体高处需要润滑的轴承、齿轮(如果是多级传动)等得到充分的润滑，在结构上要专门设计“甩由盘”来实现这一要求。

而传统爪型干式泵密封装置如图1所示，转轴6支撑在轴承5上，转轴6左端在传动箱7内，转轴6右端设有转子2(爪)，转子2位于泵腔1内，泵腔1与传动箱7之间通过Y型密封圈4来阻断传动箱7的润滑油流到泵腔1，以保证氢气不被污染，而由于Y型密封圈4的密封“唇口”始终存在磨损的必然性，在使用一定时间后必然导致密封失效的情况，润滑油就将顺着转轴6流动到泵腔1，从而对氢气造成油污侵蚀污染。上述情况发生将导致电堆性能下降，严重的将导致电堆失效或直接报废。因此，作为氢气循环泵，必须确保在任何情况下，均不能允许传动箱7的润滑油窜到泵腔1内，该处的润滑油密封问题成为了这种干式泵的一个技术难点之一。

发明内容

本发明意在提供一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，以提高爪型干式泵的密封性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，包括泵腔、传动箱、前壳体和转轴，前壳体内侧设有单向膜，转轴穿过前壳体和单向膜，转轴两端分别为泵腔和传动箱，单向膜靠近传动箱一侧设有保持架，保持架套设并固定在转轴上，单向膜靠近泵腔一侧和前壳体、转轴围合形成压力腔，压力腔将泵腔内的气压传递给单向膜，使单向膜侧面贴紧保持架。

本方案的有益效果为：

1.在干式泵运行过程中，转轴带动保持架共同旋转，从而将动能传递到泵腔中；为避免润滑油通过保持架和前壳体之间的间隙进入泵腔内，本方案设置了具有单向阀功能的单向膜，具体的，由于泵腔内的氢气压力通常约为40kpa，压力腔内的压力也能达到相同的数值，进而对单向膜产生转轴长度方向的推力，从而使单向膜侧面贴紧保持架，闭合单向膜和保持架之间的间隙，进而防止润滑油进入泵腔内。

2.相较于现有技术中，Y形密封圈和转轴接触的唇口位置磨损一定程度后，密封效果就会失效；本方案中，单向膜侧面贴紧保持架，单向膜侧面参与磨损，单向膜磨损后，在气压作用下，单向膜依旧会贴紧保持架，其耐磨性和单向膜厚度有关，因此本方案耐磨性更佳，长期使用后，密封效果比现有技术更好。

3.干事泵运行越快，转轴旋转越快，润滑油越容易进入泵腔，但同时，泵腔内压力越大，单向膜和保持架更加紧密，密封效果更好，单向膜的磨损也会更大。因此，单向膜的密封效果能根据转轴转速变化，进而在润滑油容易进入泵腔时增加密封性，在润滑油不容易进入泵腔时减小磨损。

4.为达到上述效果，需要增加单向膜和气体的接触面，以保证气体对单向膜产生足够的压力，因此本方案在单向膜靠近泵腔一侧设置压力腔，而不是设置其他固体抵紧单向膜。

优选的，作为一种改进，还包括膜片座和沉头螺栓，沉头螺栓穿过膜片座、单向膜后和前壳体螺纹连接。如此设置，通过沉头螺栓将单向膜固定在前壳体上，通过膜片座和嵌合体夹紧单向膜，防止单向膜晃动，从而避免单向膜产生褶皱后无法贴紧保持架，进而保证了单向膜的密封效果；同时方便拆装，增加装置的可维护性。

优选的，作为一种改进，膜片座位于单向膜和保持架之间，膜片座和保持架之间的空间依次形成若干润滑腔，润滑腔之间通过细缝连通，润滑腔的体积由外至内依次减小。如此设置，靠近转轴一侧为内侧，通过设置膜片座和保持架，控制两者之间的间隙，润滑腔越大，腔内液体越多，液压越大，液体越容易通过缝隙进入泵腔，因此越靠近转轴的位置，润滑腔越小；越远离转轴的位置，保持架的线速度越大，因此润滑腔越大，为保持架的摩擦提供足够的润滑。

优选的，作为一种改进，最外侧的润滑腔内设有前毛毡圈，其余的润滑腔内设有润滑脂。如此设置，通过前毛毡圈阻挡，阻挡杂质和润滑油进入保持架和固定座之间，进而提高密封效果；相较于润滑油，润滑脂流动性更低，不易流入泵腔。

优选的，作为一种改进，保持架最靠近转轴的部分靠近泵腔一侧凸起形成抵紧部，抵紧部和单向膜贴紧。如此设置，越靠近转轴，线速度越小，抵紧部和单向膜的磨损越小。

优选的，作为一种改进，抵紧部、转轴和单向膜围合形成的调节腔，调节腔内设有小毛毡圈。如此设置，有以下效果：

1.设置小毛毡圈，形成多层密封，进一步防止液体进入泵腔内；

2.在经过长期磨损后，单向膜和抵紧部接触的地方因磨损而变薄，离转轴越远的位置，线速度越大，单向膜的磨损速度越快，单向膜离转轴最远的位置破损后单向膜就会失效；而本方案中，单向膜贴紧抵紧部的位置为第一贴合部，第一贴合部下方形成调节腔侧壁的为调节部，调节部下方贴紧台阶的为第二贴合部，第一贴合部厚度开始减小后，更加容易变形，在气压的作用下，调节部挤压小毛毡圈，并向调节腔内部拱起，从而反向将第一贴合部向远离抵紧部的方向顶出，进而减小第一贴合部的磨损；此时由于调节部拱起，调节部上端和抵紧部内侧接触，从而使磨损的位置移动，进而使磨损更加均匀，进而延长单向膜的使用寿命。

3.单向膜同时贴紧台阶和抵紧部后，大部分气压作用在调节部，使调节部拱起程度更大，从而使磨损更加均匀；而调节部拱起，使第二贴合部下端上移，但由于台阶的设置，第二贴合部下端始终和转轴贴合。

优选的，作为一种改进，转轴上设有环形台阶，台阶和抵紧部靠近泵腔一侧对齐，单向膜同时贴紧台阶和抵紧部。如此设置，为便于安装，保持架通常和转轴过盈连接，为进一步提高密封性，使单向膜同时贴紧台阶和抵紧部,从而防止润滑液从转轴和保持架接触的位置渗出。

优选的，作为一种改进，压力腔靠近泵腔一侧设有后毛毡圈，后毛毡圈设置在前壳体和转轴之间。如此设置，设置后毛毡圈，形成多层密封，进一步防止液体进入泵腔内；同时，后毛毡圈不会阻挡气体通过，不会影响泵腔和压力腔的连通，从而不会影响单向膜在气压作用下贴紧抵紧部。

附图说明

图1为现有技术的剖视图；

图2为实施例的剖视图；

图3为图2的A处放大图；

图4为图3的B处放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：泵腔1、转子2、前壳体3、Y型密封圈4、保持架410、凸起部411、抵紧部412、单向膜421、膜片座422、沉头螺栓423、前毛毡圈431、润滑脂432、小毛毡圈433、压力腔434、后毛毡圈435、轴承5、转轴6、台阶610、传动箱7。

实施例

实施例基本如图2-图4所示：一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，和图1中现有技术的区别在于取消了Y型密封圈4，相同点在于均包括泵腔1、传动箱7和转轴6，如图2所示，右侧的泵腔1和左侧的传动箱7之间的部分为前壳体3，转轴6穿过前壳体3并和前壳体3转动连接，转轴6右端设有转子2，转子2位于泵腔1内，本实施例中，靠近转轴6一侧为内侧。

如图3所示，前壳体3和转轴6之间设有密封系统，密封系统从左至右依次包括轴承5、保持架410、单向膜421和后毛毡圈435，轴承5和前壳体3螺栓连接，单向膜421采用聚酰亚氨材料制作，转轴6上设有环形台阶610。

如图4所示，保持架410过盈地套设在转轴6上，保持架410右侧设有三个向右凸起的凸起部411，其中最靠近转轴6的凸起部411为抵紧部412，台阶610和抵紧部412右侧对齐，单向膜421内侧；密封系统还包括膜片座422和沉头螺栓423，沉头螺栓423横向穿过膜片座422、单向膜421外侧和前壳体3螺纹连接，螺栓和膜片座422之间采用密封胶密封，膜片座422和前壳体3配合夹紧单向膜421。膜片座422位于单向膜421和保持架410之间，保持架410的相邻凸起部411和膜片座422围合形成的空间依次形三个润滑腔，润滑腔之间通过细缝连通，润滑腔的体积由外至内依次减小，最外侧的润滑腔内过盈设有前毛毡圈431，其余的润滑腔内过盈设有润滑脂432；抵紧部412、转轴6和单向膜421围合形成的调节腔，调节腔内过盈设有小毛毡圈433。

单向膜421右侧和前壳体3、转轴6围合形成压力腔434，压力腔434将泵腔1内的气压传递给单向膜421，使单向膜421内侧左面同时贴紧台阶610和抵紧部412。

具体实施步骤如下：

在干式泵运行过程中，转轴6带动保持架410共同旋转，从而将动能传递到泵腔1中；由于泵腔1内的氢气压力通常约为40kpa，压力腔434内的压力也能达到相同的数值，进而对单向膜421产生转轴6长度方向的推力，从而使单向膜421侧面贴紧台阶610和抵紧部412，形成单向阀结构，利用装置运行时的气压作用关闭间隙，从而有效密封氢气，进而防止传动箱7内的润滑油进入泵腔1内。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，其特征在于：包括泵腔、传动箱、前壳体和转轴，前壳体内侧设有单向膜，转轴穿过前壳体和单向膜，转轴两端分别为泵腔和传动箱，单向膜靠近传动箱一侧设有保持架，保持架套设并固定在转轴上，单向膜靠近泵腔一侧和前壳体、转轴围合形成压力腔，压力腔将泵腔内的气压传递给单向膜，使单向膜侧面贴紧保持架。

2.根据权利要求1所述的一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，其特征在于：还包括膜片座和沉头螺栓，沉头螺栓穿过膜片座、单向膜后和前壳体螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，其特征在于：膜片座位于单向膜和保持架之间，膜片座和保持架之间的空间依次形成若干润滑腔，润滑腔之间通过细缝连通，润滑腔的体积由外至内依次减小。

4.根据权利要求3所述的一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，其特征在于：最外侧的润滑腔内设有前毛毡圈，其余的润滑腔内设有润滑脂。

5.根据权利要求1所述的一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，其特征在于：保持架最靠近转轴的部分靠近泵腔一侧凸起形成抵紧部，抵紧部和单向膜贴紧。

6.根据权利要求5所述的一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，其特征在于：抵紧部、转轴和单向膜围合形成的调节腔，调节腔内设有小毛毡圈。

7.根据权利要求6所述的一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，其特征在于：转轴上设有环形台阶，台阶和抵紧部靠近泵腔一侧对齐，单向膜同时贴紧台阶和抵紧部。

8.根据权利要求7所述的一种适用于爪型干式泵的膜片式复合密封装置，其特征在于：压力腔靠近泵腔一侧设有后毛毡圈，后毛毡圈设置在前壳体和转轴之间。