CN117570203A - 一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构及密封方法 - Google Patents

Abstract

一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构及密封方法，属于旋转机械密封领域，密封体内具有齿状密封和腔室，旋转轴依次穿过齿状密封和腔室，并与齿状密封间隙配合，形成非接触式密封，腔室内设有套设在旋转轴上的至少两个采用膨胀石墨制成的盘根环，密封体上设有向腔室内通入高压气体的气体通道，通过调节高压气体的温度，以控制盘根环的膨胀度，使其与旋转轴摩擦接触，形成石墨粉与润滑油混合的固液混合相，填充并密封盘根环与旋转轴的间隙以完成密封。本发明先使旋转轴与盘根环接触摩擦产生石墨细粉，这些石墨细粉与润滑液混合形成固液混合相填充到旋转轴与密封体的间隙内，并配合两侧的气封和齿状密封，实现了对轴伸端的复合密封。

Description

一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构及密封方法

技术领域

本发明涉及到旋转机械密封装置领域，具体的说是一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构及密封方法。

背景技术

在石油、化工、筑养路等行业中，原料、半成品及成品大多为高粘度稠液，为了完成此类液体的输送、增压、混合任务，通常采用各种型式的齿轮泵来实现。通常情况下，齿轮泵输送的高粘度液体中的部分液体便是其轴承的润滑油，润滑油沿轴承轴向方向流出后，会沿着旋转轴的轴伸端流出，造成润滑油泄露。因此如何对旋转轴轴伸端进行有效密封，使润滑油实现零泄露，是一个重要的问题。另外，由于液体自身的粘度较高，容易在旋转轴轴伸端受冷温度下降使粘度进一步变大或发生凝固现象，导致旋转轴与密封之间的摩擦力变大，造成齿轮泵的功耗过大或者发生卡死现象，从而影响泵的正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构及密封方法，借助于齿轮泵所泵送的高粘度液体与石墨粉混合形成的固液混合相，实现对轴伸端的密封。

本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，包括环绕旋转轴设置的密封体，且密封体内具有远离旋转轴外端的齿状密封和靠近旋转轴外端的腔室，旋转轴依次穿过齿状密封和腔室，并与齿状密封间隙配合，形成非接触式密封，所述腔室内设有套设在旋转轴上的至少两个盘根环，且盘根环采用膨胀石墨制成，盘根环外壁面与腔室过盈配合，盘根环内壁面与旋转轴过渡配合；所述密封体上设有向腔室内通入高压气体的气体通道，通过调节高压气体的温度，以控制盘根环的膨胀度，使其与旋转轴摩擦接触，形成石墨粉与润滑油混合的固液混合相，填充并密封盘根环与旋转轴的间隙以完成密封。

作为上述高粘度齿轮泵轴伸端密封结构的一种优化方案，所述至少两个盘根环之间具有气封骨架，气封骨架环套在旋转轴上，其上分布有若干贯穿其外表面和内表面的导流孔，这些导流孔与气体通道连通。

作为上述高粘度齿轮泵轴伸端密封结构的另一种优化方案，所述密封体内设置有环形保温通道，且环形保温通道通过介质通道分别与密封体上部的介质出口和密封体下部的介质入口连通。

作为上述高粘度齿轮泵轴伸端密封结构的另一种优化方案，所述密封体远离旋转轴外端的一侧具有环切区，从而形成装配段，装配段的外侧壁环绕设置有盖板，盖板与齿轮泵上轴孔内设置的固定板固定连接。

作为上述高粘度齿轮泵轴伸端密封结构的另一种优化方案，所述装配段的直径小于密封体，以在两者结合处形成卡台，所述盖板为“凸”字形，其直径大的部分与轴孔内壁过盈配合。

作为上述高粘度齿轮泵轴伸端密封结构的另一种优化方案，所述固定板上设置有供旋转轴穿过的通孔，该通孔靠近外侧的一端具有两段扩径段，且盖板外侧壁与较大直径段内壁配合，装配段的端部外侧壁与较小直径段内壁配合。

作为上述高粘度齿轮泵轴伸端密封结构的另一种优化方案，所述密封体的外侧一端设置有密封压盖。

一种高粘度齿轮泵轴伸端密封方法，在旋转轴的轴端处套设密封体，密封体内具有气压密封区，通过向气压密封区内通入高压气体形成气封，所述气压密封区内具有膨胀石墨环，且膨胀石墨环与气压密封区过盈配合，与旋转轴过渡配合；调整高压气体的温度，使膨胀石墨环与旋转轴接触，摩擦产生的石墨粉与润滑油混合，形成石墨粉与润滑油混合的固液混合相，填充并密封盘根环与旋转轴的间隙以完成密封。

作为上述高粘度齿轮泵轴伸端密封方法的一种优化方案，所述密封体上具有保温介质通道，通过向保温介质通道内通入高温流体介质，以对固液混合相进行保温。

作为上述高粘度齿轮泵轴伸端密封方法的另一种优化方案，所述密封体内具有齿状密封区，且齿状密封区相对于气压密封区更远离旋转轴的外端，齿状密封区与旋转轴为非接触式密封。

本发明中固液混合相的密封机理为：

本发明的盘根环材料为带增强柔性纤维的膨胀石墨，通过控制高压气体的温度控制膨胀石墨的膨胀程度，进而调节其与旋转轴之间的装配关系，使其可以在过盈配合和间隙配合之间转换；首先降低高压气体的温度，使盘根环内表面与旋转轴过盈配合，旋转轴与膨胀石墨接触，旋转轴旋转时与盘根环内表面发生摩擦产生石墨细粉；然后提高高压气体的温度，使盘根环内表面与旋转轴间隙配合，此时石墨细粉会与间隙中的润滑液(高粘度液体)混合，形成一个高密度的固液混合相，固液混合相填充在密封间隙内。因为固液混合相中含有固相石墨细粉，因此流动性变差，再加上两侧的齿状密封及高温高压气体的气封，使固液混合相不会逸散到外侧(发生泄漏)和内侧(与泵送的高粘度液体发生)，进而提高盘根环的密封性能。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明通过在密封体内设置带增强柔性纤维的膨胀石墨制成的盘根环，再通过调节高压气体的问题来调整盘根环与旋转轴的配合关系，使其先处于过盈配合状态，使旋转轴与盘根环接触摩擦产生石墨细粉，这些石墨细粉与润滑液混合形成固液混合相填充到旋转轴与密封体的间隙内，并配合两侧的气封和齿状密封，实现了对轴伸端的复合密封；

2)由于高粘度液体自身粘度较高，处于轴伸端的密封间隙内，在温度下降时，其粘度会进一步变大或发生凝固现象，导致旋转轴与密封之间的摩擦力变大，造成齿轮泵的功耗过大或者发生卡死现象，从而影响泵的正常工作；为了解决该问题，本发明在密封体内设置环形保温通道，并通过介质通道循环通入温度较高的保温液体介质，有效避免了旋转轴轴伸高粘度液体因温度下降使粘度进一步变大或发生凝固现象，进而有效提高了高粘度齿轮泵的密封性能和运行性能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为密封体的结构示意图；

图3为气封骨架的结构示意图；

图4为盘根环的结构示意图；

附图标记：1、旋转轴，2、固定板，3、盖板，4、密封体，401、高压气体入口，402、介质入口，403、介质通道，404、环形保温通道，405、齿状密封，406、介质出口，407、高压气体出口，408、腔室，409、装配段，5、气封骨架，501、内表面，502、外表面，503、导流孔，6、密封压盖，7、盘根环，701、盘根环外壁面，702、盘根环内壁面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下各实施例中未做阐明的部分，比如齿轮泵的箱体结构，利用膨胀石墨的制成盘根环，齿状密封的加工，盖板、固定板、密封压盖及密封体的组装等，均视为本领域技术人员知晓，或应当知晓的现有技术。

实施例1

一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，如图1所示，包括环绕旋转轴1设置的密封体4，密封体4为圆柱状，内部中心具有供旋转轴1穿过的孔，且密封体4内具有远离旋转轴1外端的齿状密封405和靠近旋转轴1外端的腔室408，如图2所示，旋转轴1外端是指，旋转轴1处于齿轮泵箱体外侧的一端，齿状密封405和腔室408连通，腔室408朝向旋转轴1外的一端敞口，旋转轴1依次穿过齿状密封405和腔室408，腔室408的内径大于齿状密封405的内径，以在两者交接处形成卡台结构，并与齿状密封405间隙配合，形成非接触式密封，即齿状密封405与旋转轴1之间具有间隙，所述齿状密封405优选为矩形齿状密封，矩形齿状密封中的每个密封齿的齿底距齿顶高度约为1mm，齿底宽和齿顶宽均为5mm，齿顶和齿底均匀分布形成齿状密封405，起到对旋转轴1的密封作用，所述腔室408内设有套设在旋转轴1上的至少两个盘根环7，盘根环7一般是偶数个，优选的盘根环7数量为图1中显示的四个盘根环7，且盘根环7采用带增强柔性纤维的膨胀石墨制成，如图4所示，盘根环7表面平滑，盘根环外壁面701与腔室408过盈配合，盘根环内壁面702与旋转轴1过渡配合；所述密封体4上设有向腔室408内通入高压气体的气体通道，气体通道具有处于腔室408下部的高压气体入口401和与其对称的高压气体出口407，高压气体入口401和高压气体出口407均通过孔道与腔室408的中部内壁连通，通过高压气体入口401注入一定温度的高压气体，高压气体填充到盘根环7腔室408内，从而实现气封，通过调节高压气体的温度，以控制盘根环7的膨胀度，使其与旋转轴1摩擦接触，形成石墨粉与润滑油混合的固液混合相，填充并密封盘根环7与旋转轴1的间隙以完成密封。

在本实施例中，盘根环内壁面702可以是平整的环形表面，也可以是在平整的环形表面上设置若干很小的弧形凸起，从而使其膨胀后弧形凸起与旋转轴接触摩擦，产生石墨细粉。

本实施例在使用时，需要先控制高压气体的温度降低，使盘根环内壁面702与旋转轴1从过渡配合变为过盈配合，两者发生接触，此时因为旋转轴1的转动产生摩擦，使盘根环内壁面702发生磨损，产生石墨细粉，这些石墨细粉与润滑油混合，形成密度和粘度超出原润滑油的固液混合相填充在密封间隙内，之后再提升高压气体的温度，使盘根环7发生受热膨胀，盘根环内壁面702与旋转轴1从过盈配合，逐步变化为间隙配合，此时，固液混合相填充到间隙内，并且两侧分别受到齿状密封和高压气体的气封作用，使固液混合相保持在密封体的密封间隙内，不会发生外泄，也不会发生与泵送的高粘度液体发生频繁混合。

以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定，从而得到以下各实施例：

实施例2

为了更好的使高压气体在控制盘根环7胀缩的同时，起到更好的气封作用，本实施例在实施例1的基础上进行如下改进：如图1和图3所示，所述至少两个盘根环7之间具有气封骨架5，盘根环7的数量优选为图1显示的4个，气封骨架5处于最中间的位置，其两侧各有两个盘根环7，并且盘根环7的侧面与气封骨架5的侧面接触；气封骨架5为环形件，其外表面502与腔室408内壁过盈配合，内表面501与旋转轴1之间间隙配合，气封骨架5环套在旋转轴1上，其上环绕旋转轴1均匀分布有若干贯穿其外表面502和内表面501的导流孔503，导流孔503的数量和大小，依据实际情况进行布置，这些导流孔503与气体通道连通，高压气体通过导流孔503沿旋转轴1均匀分布。

实施例3

为了防止低温环境下，润滑油粘度进一步变大或发生凝固现象，导致旋转轴与密封之间的摩擦力变大，造成齿轮泵的功耗过大或者发生卡死现象，从而影响泵的正常工作的问题，本实施例在实施例1的基础上进行如下改进：如图1和2所示，所述密封体4内设置有环形保温通道404，环形保温通道404环绕齿状密封405设置，其形状为环形空腔，并且沿旋转轴1的轴向具有延伸，其延伸长度不超过齿状密封405的宽度，并且靠近腔室408设置，且环形保温通道404通过介质通道403分别与密封体4上部的介质出口406和密封体4下部的介质入口402连通，通过向介质入口402内注入高温流体介质，使其逐渐填充满环形保温通道404，再从介质出口406流出，完成循环，在此过程中对润滑油进行加热和保温，防止其凝固。

实施例4

本实施例是对实施例1中细节和附属结构的进一步说明，如图1所示，所述密封体4远离旋转轴1外端的一侧具有环切区，从而形成装配段409，所述齿状密封405处于该装配段409内，装配段409的外侧壁环绕设置有盖板3，盖板3与齿轮泵上轴孔内设置的固定板2固定连接，在齿轮泵的壳体上具有供旋转轴1穿出的轴孔，该轴孔的尺寸远大于旋转轴1的直径，但是与固定板2的尺寸贴合，固定板2通过紧固螺钉固定在轴孔内，且其中心具有供旋转轴1穿过的通孔；

所述装配段409的直径小于密封体4，以在两者结合处形成卡台，所述盖板3为“凸”字形，其直径大的部分与轴孔内壁过盈配合，在实际中，盖板3为直径不同的两段圆筒拼接形成，直径小的部分的外径与密封体4的外径相同，且其端部与装配段409上的卡台接触或具有微小缝隙均可；

所述固定板2上设置有供旋转轴1穿过的通孔，该通孔靠近外侧的一端具有两段扩径段，即两次扩孔操作，从而形成了两段不同直径的孔段，类似于台阶孔，且盖板3外侧壁与较大直径段内壁配合，此配合可以是过盈配合，也可以是过渡配合，装配段409的端部外侧壁与较小直径段内壁配合，此配合可以是过盈配合，也可以是过渡配合；

所述密封体4的外侧一端设置有密封压盖6，且密封压盖6的中心具有供旋转轴1穿出的通道，密封压盖6的表面具有凸起环，且凸起环的外侧壁与腔室408开口端的内壁过盈配合，密封压盖6上设置有若干紧固螺钉，从而将密封压盖6与密封体4固定连接。

实施例5

一种高粘度齿轮泵轴伸端密封方法，在旋转轴1的轴端处套设密封体4，密封体4内具有气压密封区，通过向气压密封区内通入高压气体形成气封，所述气压密封区内具有膨胀石墨环，且膨胀石墨环与气压密封区过盈配合，与旋转轴1过渡配合；调整高压气体的温度，使膨胀石墨环与旋转轴1接触，摩擦产生的石墨粉与润滑油混合，形成石墨粉与润滑油混合的固液混合相，填充并密封盘根环7与旋转轴1的间隙以完成密封；

为了防止在气温降低时，润滑油粘度进一步变大或发生凝固现象，导致旋转轴与密封之间的摩擦力变大，造成齿轮泵的功耗过大或者发生卡死现象，可以在所述密封体4上设置保温介质通道，通过向保温介质通道内通入高温流体介质，以对固液混合相进行保温。

为了进一步提高本实施例的密封效果，所述密封体4内具有齿状密封区，且齿状密封区相对于气压密封区更远离旋转轴1的外端，齿状密封区与旋转轴1为非接触式密封。

Claims (10)

1.一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，包括环绕旋转轴(1)设置的密封体(4)，且密封体(4)内具有远离旋转轴(1)外端的齿状密封(405)和靠近旋转轴(1)外端的腔室(408)，旋转轴(1)依次穿过齿状密封(405)和腔室(408)，并与齿状密封(405)间隙配合，形成非接触式密封，其特征在于：所述腔室(408)内设有套设在旋转轴(1)上的至少两个盘根环(7)，且盘根环(7)采用膨胀石墨制成，盘根环外壁面(701)与腔室(408)过盈配合，盘根环内壁面(702)与旋转轴(1)过渡配合；所述密封体(4)上设有向腔室(408)内通入高压气体的气体通道，通过调节高压气体的温度，以控制盘根环(7)的膨胀度，使其与旋转轴(1)摩擦接触，形成石墨粉与润滑油混合的固液混合相，填充并密封盘根环(7)与旋转轴(1)的间隙以完成密封。

2.根据权利要求1所述的一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，其特征在于：所述至少两个盘根环(7)之间具有气封骨架(5)，气封骨架(5)环套在旋转轴(1)上，其上分布有若干贯穿其外表面(502)和内表面(501)的导流孔(503)，这些导流孔(503)与气体通道连通。

3.根据权利要求1所述的一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，其特征在于：所述密封体(4)内设置有环形保温通道(404)，且环形保温通道(404)通过介质通道(403)分别与密封体(4)上部的介质出口(406)和密封体(4)下部的介质入口(402)连通。

4.根据权利要求1所述的一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，其特征在于：所述密封体(4)远离旋转轴(1)外端的一侧具有环切区，从而形成装配段(409)，装配段(409)的外侧壁环绕设置有盖板(3)，盖板(3)与齿轮泵上轴孔内设置的固定板(2)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，其特征在于：所述装配段(409)的直径小于密封体(4)，以在两者结合处形成卡台，所述盖板(3)为“凸”字形，其直径大的部分与轴孔内壁过盈配合。

6.根据权利要求4所述的一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，其特征在于：所述固定板(2)上设置有供旋转轴(1)穿过的通孔，该通孔靠近外侧的一端具有两段扩径段，且盖板(3)外侧壁与较大直径段内壁配合，装配段(409)的端部外侧壁与较小直径段内壁配合。

7.根据权利要求1所述的一种高粘度齿轮泵轴伸端密封结构，其特征在于：所述密封体(4)的外侧一端设置有密封压盖(6)。

8.一种高粘度齿轮泵轴伸端密封方法，在旋转轴(1)的轴端处套设密封体(4)，密封体(4)内具有气压密封区，通过向气压密封区内通入高压气体形成气封，其特征在于：所述气压密封区内具有膨胀石墨环，且膨胀石墨环与气压密封区过盈配合，与旋转轴(1)过渡配合；调整高压气体的温度，使膨胀石墨环与旋转轴(1)接触，摩擦产生的石墨粉与润滑油混合，形成石墨粉与润滑油混合的固液混合相，填充并密封盘根环(7)与旋转轴(1)的间隙以完成密封。

9.根据权利要求8所述的高粘度齿轮泵轴伸端密封方法，其特征在于：所述密封体(4)上具有保温介质通道，通过向保温介质通道内通入高温流体介质，以对固液混合相进行保温。

10.根据权利要求8所述的高粘度齿轮泵轴伸端密封方法，其特征在于：所述密封体(4)内具有齿状密封区，且齿状密封区相对于气压密封区更远离旋转轴(1)的外端，齿状密封区与旋转轴(1)为非接触式密封。