CN117780932A - 一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构 - Google Patents
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Abstract
一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构，它涉及一种机械密封结构。本发明为了解决现有技术中密封装置在轴系回转时摩擦副间产生的热量更多，增大摩擦副间的磨损，影响密封性的问题。本发明的结构简单，有区别于现有技术中的动静环结构，在第一动环和第一静环之间增设第一中间环，第一动环与第一静环不直接接触，而是分别与第一中间环接触，第一静环、第二动环、第二中间环和第二静环可对第一中间环内的滑油进行密封；第二中间环在第一静环和第二动环的密封下没有滑油进入，故而采用两套动环、中间环和静环的结构可实现高线速度工况下轴系的密封效果。本发明属于机械密封领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械密封结构，具体涉及一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构，属于机械密封技术领域。
背景技术
密封是旋转机械的重要部件，一般分为接触式密封和非接触式密封。接触式密封包含有唇形密封、填料密封及机械密封等，非接触式密封包含迷宫密封及螺旋密封等。
非接触式密封由于无动静接触面，其使用线速度无限制，但是在密封内腔存在压力或如化工、燃气等某些特殊场合由于密封接触面存在间隙而无法使用；接触式密封在使用过程中存在动静摩擦，各型接触密封常受其最高线速度限制。机械密封由于其动静结合面摩擦较小，在运转时所能承受的线速度高于唇形密封或填料密封。
公开号为CN208041134U的专利公开了一种罗茨风机的机械密封装置，该专利的技术方案通过将动环设置在轴套的卡槽上，静环和推环设置在压盖的第二凹槽内，弹簧设置在压盖的第一凹槽内，动环随着轴套一起旋转，动环和静环之间采用动密封，弹簧推动推环，推环推动静环和动环进而实现轴系的密封；但伴随着重载高线速度的旋转机械的发展，轴系广泛采用滑油润滑，上述密封装置在轴系回转线速度越来越高的场合下，摩擦副间产生的热量更多，增大摩擦副间的磨损，滑油易泄漏，进而影响密封性。
综上所述，如何针对高线速度旋转工况下，提出一种机械密封结构，这也就成为了目前本领域内技术人员所亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构。
本发明的技术方案是：一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构，包括壳体、传动轴和端盖，传动轴同轴安装在壳体内，端盖套装在传动轴上，端盖通过螺栓与壳体连接，端盖的一端面通过圆周阵列的方式开有若干个弹簧导向孔；还包括第一动环、第一中间环、第一静环、第二动环、第二中间环、第二静环和若干个弹簧。
第一中间环和第二中间环均为轴承保持架状结构。
第一动环、第一中间环、第一静环、第二动环、第二中间环、第二静环均套装在传动轴上，第一动环、第一中间环、第一静环和第二静环依次同轴布置。
第二动环和第二中间环同轴安装在第一静环内。
弹簧安装在弹簧导向孔内，弹簧的两端分别与第二静环和端盖相抵。
第一中间环上安装有若干个第一滚子，第二中间环上安装有若干个第二滚子，第一滚子的外表面分别与壳体的内表面和传动轴的外表面作纯滚动，第二滚子的外表面分别与第一静环内表面和传动轴的外表面作纯滚动。
进一步地，第一静环的轴向长度等于第二动环的轴向长度和第二中间环的轴向长度的累加和。
进一步地，第一动环和第二动环的内圆周面上均安装有密封圈。
进一步地，第一静环和和第二静环的外圆周面上均安装有密封圈。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明的结构简单，有区别于现有技术中的动静环结构，在第一动环2和第一静环5之间增设第一中间环3，第一动环2与第一静环5不直接接触，而是分别与第一中间环3接触，第一静环5、第二动环7、第二中间环9和第二静环10可对第一中间环3内的滑油进行密封；第二中间环9在第一静环5和第二动环7的密封下没有滑油进入，故而采用两套动环、中间环和静环的结构可实现高线速度工况下轴系的密封效果。本发明可应用于化工、冶金、船舶等重载高线速度旋转机械领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A方向的剖视图；
图3是图1中Ⅰ处的局部放大图；
图4是本发明第一滚子4与传动轴12接触处线速度的示意图。
图中：1、壳体；2、第一动环；3、第一中间环；4、第一滚子；5、第一静环；6、密封圈；7、第二动环；8、第二滚子；9、第二中间环；10、第二静环；11、弹簧；12、传动轴；13、端盖。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构包括壳体1、传动轴12和端盖13，传动轴12同轴安装在壳体1内，端盖13套装在传动轴12上，端盖13通过螺栓与壳体1连接，端盖13的一端面通过圆周阵列的方式开有若干个弹簧导向孔；还包括第一动环2、第一中间环3、第一静环5、第二动环7、第二中间环9、第二静环10和若干个弹簧11。
第一中间环3和第二中间环9均为轴承保持架状结构。
第一动环2、第一中间环3、第一静环5、第二动环7、第二中间环9、第二静环10均套装在传动轴12上，第一动环2、第一中间环3、第一静环5和第二静环10依次同轴布置。
第二动环7和第二中间环9同轴安装在第一静环5内。
弹簧11安装在弹簧导向孔内，弹簧11的两端分别与第二静环10和端盖13相抵。
第一中间环3上安装有若干个第一滚子4，第二中间环9上安装有若干个第二滚子8，第一滚子4的外表面分别与壳体1的内表面和传动轴12的外表面作纯滚动，第二滚子8的外表面分别与第一静环5内表面和传动轴12的外表面作纯滚动。
进一步地，第一静环5的轴向长度等于第二动环7的轴向长度和第二中间环9的轴向长度的累加和。
本实施方式中第一动环2的一端面通过传动轴12上的轴肩实现轴向定位，弹簧11一方面提供第一动环2、第一中间环3、第二动环7、第二中间环9和第二静环10之间所需的压紧力；另一方面提供第一动环2、第一中间环3、第一静环5和第二静环10之间所需的压紧力。
本实施方式中第一静环5、第二动环7、第二中间环9和第二静环10可对第一中间环3内的滑油进行密封；第二中间环9在第一静环5和第二动环7的密封下没有滑油进入，故而采用两套动环、中间环和静环的结构可实现轴系的密封效果。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式中第一动环2和第二动环7的内圆周面上均安装有密封圈6，如此设置，第一动环2和第二动环7上的密封圈6用于传动轴12在回转时带动第一动环2和第二动环7；
第一静环5和第二静环10的外圆周面上均安装有密封圈6，如此设置，第一静环5和第二静环10上的密封圈6用于壳体1和端盖13的内表面制动第一静环5和第二静环10。
其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式中第一滚子4和第二滚子8的材质均为聚四氟乙烯或橡胶。如此设置，使第一滚子4和第二滚子8具有弹性，避免滚子与传动轴12上的轴承在径向尺寸上产生干涉。其他组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
工作原理
传动轴12同轴安装在壳体1内，端盖13套装在传动轴12上，端盖13通过螺栓与壳体1连接。
第一动环2、第一中间环3、第一静环5、第二动环7、第二中间环9、第二静环10均套装在传动轴12上，第一动环2、第一中间环3、第一静环5和第二静环10依次同轴布置。
第二动环7和第二中间环9同轴安装在第一静环5内，弹簧11的两端分别与第二静环10和端盖13相抵。
第一中间环3上安装有若干个第一滚子4，第二中间环9上安装有若干个第二滚子8，第一滚子4的外表面分别与壳体1的内表面和传动轴12的外表面作纯滚动，第二滚子8的外表面分别与第一静环5内表面和传动轴12的外表面作纯滚动。
下面结合壳体1、第一动环2、第一中间环3、第一滚子4、第一静环5和传动轴12之间的相对关系，说明本发明的工作原理：
如图3所示：
第一滚子4的半径为r；传动轴12的半径为R1；
第一滚子4回转轴线与传动轴12回转轴线的距离为R1+r＝R2；
壳体1的内表面与传动轴12回转轴线的距离为R2+r＝R1+2r＝R3。
设传动轴12的转速为n0，所以第一滚子4与传动轴12接触处的绝对线速度为R1×n0，第一动环2在R2处的绝对线速度为R2×n0，由于第一静环5不发生回转，所以第一静环5在R2处的绝对线速度为0。
伴随着传动轴12的转动，第一动环2与传动轴12一同转动，此时第一滚子4不仅有自转而且还有公转，第一滚子4公转时引导第一中间环3进行回转，且第一动环2和第一中间环3的转向均与传动轴12相同。
由于第一滚子4在壳体1和传动轴12之间作纯滚动，因此第一滚子4在R2处公转的绝对线速度为(R1×n0)/2(具体推导过程详见图3和图4)，第一中间环3在R2处回转的绝对线速度等于第一滚子4公转时的绝对线速度。
在实际使用时，第一滚子4的尺寸远小于传动轴12的尺寸：
当r＝(R1)/5时，第一中间环3与第一动环2的绝对线速度比值为
当r＝(R1)/10时，第一中间环3与第一动环2的绝对线速度比值为5/11≈0.455；
当r＝(R1)/15时，第一中间环3与第一动环2的绝对线速度比值为15/32≈0.469；
当r＝(R1)/20时，第一中间环3与第一动环2的绝对线速度比值为10/21≈0.476；
在重载机械传动设备使用时，由于传动轴12的尺寸较大，其R1的尺寸一般可达到25倍的r，此时绝对线速度比值为25/52≈0.480。
因此当第一滚子4的半径r<<R2时，第一中间环3的绝对线速度约等于第一动环2在R2处绝对线速度的一半，第一中间环3的绝对线速度相对于第一动环2的绝对线速度显著降低，进而可使机械密封结构可使用的线速度大幅提升，以满足轴系回转线速度越来越高的使用需求。
本发明已以较佳实施方式揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业技术人员，未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (5)
1.一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构，包括壳体(1)、传动轴(12)和端盖(13)，传动轴(12)同轴安装在壳体(1)内，端盖(13)套装在传动轴(12)上，端盖(13)通过螺栓与壳体(1)连接，端盖(13)的一端面通过圆周阵列的方式开有若干个弹簧导向孔，其特征在于：
还包括第一动环(2)、第一中间环(3)、第一静环(5)、第二动环(7)、第二中间环(9)、第二静环(10)和若干个弹簧(11)；
所述第一中间环(3)和第二中间环(9)均为轴承保持架状结构；
所述第一动环(2)、第一中间环(3)、第一静环(5)、第二动环(7)、第二中间环(9)、第二静环(10)均套装在传动轴(12)上，第一动环(2)、第一中间环(3)、第一静环(5)和第二静环(10)依次同轴布置；
第二动环(7)和第二中间环(9)同轴安装在第一静环(5)内；
弹簧(11)安装在弹簧导向孔内，弹簧(11)的两端分别与第二静环(10)和端盖(13)相抵；
第一中间环(3)上安装有若干个第一滚子(4)，第二中间环(9)上安装有若干个第二滚子(8)，第一滚子(4)的外表面分别与壳体(1)的内表面和传动轴(12)的外表面作纯滚动，第二滚子(8)的外表面分别与第一静环(5)内表面和传动轴(12)的外表面作纯滚动。
2.根据权利要求1所述的一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构，其特征在于：所述第一静环(5)的轴向长度等于第二动环(7)的轴向长度和第二中间环(9)的轴向长度的累加和。
3.根据权利要求2所述的一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构，其特征在于：所述第一动环(2)和第二动环(7)的内圆周面上均安装有密封圈(6)。
4.根据权利要求3所述的一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构，其特征在于：所述第一静环(5)和第二静环(10)的外圆周面上均安装有密封圈(6)。
5.根据权利要求4所述的一种用于高线速度旋转工况的机械密封结构，其特征在于：所述第一滚子(4)和第二滚子(8)的材质均为聚四氟乙烯或橡胶。
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