CN1654862A - 旋转机器的部件之间的密封 - Google Patents

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Abstract

在旋转机器的罩壳中，通过在(或者部分在)密封的腔中的密封部分将铸件元件密封地互相安装。环形密封部分包括环形底部和从底部轴向延伸的环形边缘。为了改进制造公差，密封部分界定出沿圆周排列的间歇的腔，以允许密封材料在腔中如需变形。腔之间的表面区域的横截面从边缘的表面开始半径逐渐增加以形成所需的压缩力，并且压缩力成指数地增加，而且指数大于1。腔可以在外围排列，在密封部分的放射状外表面开口。密封部分可以是不可压缩的弹性物质。边缘可以从底部开始逐渐变细。底部可以有突出的密封唇。边缘可以在活动末端有倾斜的外围唇。

Description

旋转机器的部件之间的密封
技术领域
本发明涉及旋转机械的部件之间的密封，特别是泵的部件之间的密封。
背景技术
在旋转机器中，通常转子(rotor)可以在罩壳(casing)中旋转。罩壳中安装有诸如管子凸缘(pipe flange)、磨耗衬垫(wear liner)等一个或者多个的固定部件。这些部件经常是铸件的形式处于“当浇铸(as cast)”状态，具有宽的尺寸公差。因此，这些部件之间的密封体积的容量可以在很宽的界限内变化，所以通常迫使这些部件退火并接着加工外观，外观以后可以界定出密封容积。有时候，需要在加工后热处理部件，这将可能接着造成进一步不期望的变形，从而需要有进一步的或者最终的加工处理。由于部件中不对称，加工通常都有问题，而应该牢记旋转机器的部件应该通常为圆形对称的。而且，通常需要将部件装配连接。
特别地，当密封容积封闭时，当密封物质不可压缩时，例如当使用橡胶时，需要紧密的耐受力。
发明内容
本发明主要涉及在环型密封界面上将旋转机器的部件之间密封的密封部分(seal)，在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积(seal volume)，该密封容积在相对高压和低压区域之间，通常为预定的形状、配置和方向，该密封部分为柔软物质的环形形状，并界定出多个腔(cavity)，多个腔排列为接收变形的物质以允许该密封部分的物质的变形进入腔中，该密封部分包括通常为纵向延伸的边缘(skirt)，该边缘具有放射状的内部和外部外围表面，该边缘通常为楔形(wedge shaped)，该边缘的锥形末端具有活动末端(free end)，该活动末端确定为定位在密封容积的高压区域。
根据本发明的第一方面，在如上类型的密封部分中，所述的腔和表面区域相交替，腔和表面区域外围地分配，穿过表面区域的横截面从边缘的表面开始半径逐渐增加以形成压缩力，并且压缩力成指数地增加，而且指数大于1，需要压缩力来产生表面区域的变形。
优选地，腔和表面区域分别纵向定位，腔和表面区域外围地隔开。
在一个具体实施例中，腔可以在边缘的放射状外表面开口，边缘的外围的表面区域的横截面处于最小，随着半径减小，表面区域的各自横截面增加。因此，有利地，表面区域的放射状外表面可以中凸地成圆。
根据本发明的另一方面，在如上类型的密封部分中，所述柔软物质为弹性的并且具有变形/应力，其属性落入下列范围和具有下列值：
当延长100％，张应力在0.2和1.8之间，优选为1N/mm2；
当延长200％，张应力在0.8和4.8之间，优选为2.7N/mm2；
当延长300％，张应力在12.2和24.7之间，优选为18.5N/mm2；
该物质可以是合适等级的天然或者合成橡胶。例如，可以为合适的聚氨酯橡胶。
该物质可以实质上不能压缩。
根据本发明的第三方面，在如上类型的密封部分中，该边缘从底部延伸，该底部具有放射状外表面、内表面和在外表面与内表面之间的背部，外表面和外表面聚合在远离所述背部的方向。
在一个优选实施例中，该底部在横截面可以部分为中空，所述腔至少部分包含在内表面和外表面之间，密封部分包括表面区域，在表面区域中间腔是分散的，表面区域进入内表面和外表面之间并且一直到该背部。底部的内表面和外表面最广泛地接近背部，并且和相应形状的密封腔一起增强密封压力以保持在底部区域的密封，而与密封压力的状况和密封物质变形无关。
在根据本发明的第四方面，在如上类型的密封部分中，所述密封部分包括环形底部，该边缘从环形底部纵向延伸，该环形底部的环形厚度大于边缘的厚端，该底部具有一个向前的表面，在该表面中有突出的外围底部缘，该外围底部缘接触该密封腔的环形区域。
在另一个具体实施例中，该底部缘沿着该密封部分的放射状外表面向前，并且对着该密封腔的高压端放射状向外。所述底部缘为沿着该底部的外围表面的凹角形缘。
在根据本发明的第五方面，在如上类型的密封部分中，该边缘在它的活动末端具有唇缘，该唇缘倾斜以压所述高压区域的相应环形部分。
该边缘唇缘可以为放射状向内，以提供给该密封容积的放射状内表面使用。
在根据本发明的第六方面，在如上类型的密封部分中，边缘的外表面和内表面中的一个包括倾斜部分，该倾斜部分的形状和方向与界定出密封容积的相对表面匹配，但是倾斜部分的角度使得对着密封腔的相对密封表面将边缘的一端压向其活动末端。
该倾斜部分可以沿着该边缘的放射状外围表面向前，所述倾斜部分是一个圆柱，并且该倾斜部分朝着边缘活动末端的方向逐渐变细。
该边缘的外表面和内表面中的一个可以具有与倾斜部分连接的横卧部分，该横卧部分朝向密封容积的相应表面而横卧。所述横卧部分可以为圆柱，沿着密封表面的放射性内部外围向前，并对着该密封部分的低压区域。
在根据本发明的第七方面，在如上类型的密封部分中，密封部分的放射状外部和内部外围表面中的一个配置为对着密封腔的相应表面平放，另一个具有和表面区域交互排列的所述腔，其中对着边缘的一端的环形部分相对于相对密封表面斜切，以使得在密封容积中容易组装密封部分。
该放射状内表面可以光滑地成曲形，该放射状外表面具有开口腔和表面区域。
该斜切部分可以位于边缘的活动末端。
本发明延伸到旋转机器的合成体，具有界定出环形密封界面的部件，其中在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该合成体还包括提供在该密封容积中根据本发明任意方面的密封部分。
附图说明
下面通过参考下列附图的示例对本发明进行说明。以下附图中：
图1示出了根据本发明的淤浆泵在轴向部分的局部示意图。
图2示出了根据本发明形成图1所示淤浆泵的密封部分在轴向方向示意图。
图3示出了图2中密封部分在轴向部分的比例放大示意图。
图4示出了图2和图3中密封部分在三维方向的局部比例放大示意图。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的旋转淤浆泵用标号10表示。该淤浆泵10一般对着中心线为对称的(除了涡螺和出口边缘)。该中心线一般用标号11表示。只在轴向部分示出了在中心线11一侧的一半淤浆泵。
淤浆泵10包括泵罩壳，泵罩壳通常用标号12来表示，并且提供入口26和推动器腔和涡螺，它通常用标号14来表示，用于容纳旋转推动器16。图中没有示出和推动器联系的出口。推动器16携带旋转轴18，通过旋转轴18，该推动器在固定罩壳中旋转工作。
与轴18相关的位置相关，沿着罩壳12的端部需要有密封，该端部通常称为干燥口或者传动端。用标号19表示该密封。该密封是复合结构，并且在这里只讨论其中的一个方面。
泵罩壳12是复合结构，包括一个出口和以外围盖形式而存在的外围主要罩壳部分20。泵罩壳12进一步包括一对相对的底衬，更具体地，它们是在泵的吸力侧的吸力底衬22和在泵10的干燥口或者传动端的传动底衬24。底衬22，24安装为与衬夹28，30部分结合。在所有的各端，主要罩壳部分20有外围支座，通常用标号20.1表示该外围支座。每个外围支座20.1轴向向外逐渐分叉，初始具有一个第一相对较薄的发散角，接着与前面所述的发散角相连的发散角逐渐增加。
补充地，吸力底衬22和传动底衬24分别有朝外发射状向外的外围支座22.1，24.1，它是圆柱形的。
当组装后，相对支座对20.1，22.1和20.1和24.1在其中形成环形支座腔，在环形支座腔中提供有密封环40。密封环40是垂直的，或者基本垂直的。这样只详细描述其中一个的密封环。密封环40体现了本发明的主题。图2和图3示出了密封环40，并且参照图2和图3对密封环40进行详细说明。
当在横截面看，密封部分40包括外围边缘，通常用标号42表示该外围边缘。该外围边缘从通常成形(profiled)为“U”形的底部44延伸，在横截面看，底部44侧卧在外围边缘。边缘42是“U”形底部44的放射状分支中的一个内部分支的延伸物。边缘42从底部44的横截面相对较厚处朝着横截面相对较薄的活动末端方向逐渐变细。边缘42的开始部分是与支座22.1和24.1相关的圆柱，它位于底部，并且通常用标号42.2表示。对着活动末端，一个添加部分向着轴倾斜，从而对着活动末端逐渐变细，从而保证分别支座22.1，24.1上的干涉配合。用标号42.1表示该添加部分。
“U”形底部44的一个相对放射状外部分支对着边缘42倾斜，用标号44.1表示该外部分支，该外部分支具有环形放射状逐渐变细的唇，该唇具有内末端44.2。
边缘42的活动末端在放射状向内卷的环形唇46内逐渐变细。
密封部分40包括多个纵向沿着圆周分布的表面区域48。表面区域48主要形成为销状，销从底部44的背部延伸，最初介于相对的分支之间，然后延伸到边缘42的端部。每个表面区域48都为部分圆形横截面，形成为凸面(convex)形状。表面区域48之间提供有隔开表面区域的相应的腔。每个表面区域48都如图所示对着自身的活动末端在48.1斜切。腔部分延伸进入“U”形的底部44。
密封部分40由诸如橡胶、聚氨酯橡胶等合成人造橡胶物质而模制成。根据结合本发明第二方面的说明，该物质的变形/应力性能很重要。
优选地，密封部分40在它的放射状内支座22.1，24.1上有干涉配合(interference fit)，从而使得在内支座22.1，24.1之间提供了大约4％到6％的变形。也就是，密封部分的平均内直径大约为各自支座22.1和24.1的外直径的0.94和0.96之间。
另外，根据本发明的第六方面，锥面42.1的坡口角度(included angle)在大约10°和大约16°之间。因此确保边缘42对着它的活动末端42.1压挤分别支座22.1和24.1，从而增强最接近密封部分的高压或者湿部(wet end)的各个底衬22，24和主要罩壳部分20之间的密封。
另外与此相关的，根据第五方面，在边缘42的活动末端的放射状向内卷的环形唇46进一步增强在该区域的密封。
根据本发明的第七方面，表面区域48的前锥部(chamfered portions)48.1使得将密封部分40进入该逐渐变细的密封腔更加便利。
根据本发明的第三方面，“U”形背部44的分支的放射状向外表面和放射状向内表面在从“U”的背部延伸后将会聚在一点上。因此，在使用中提供了补充的密封腔，以在组装中密封部分40压缩时确保压力维持在底部44的区域，从而保证在该区域有连续的密封，而与密封部分的压缩状态和变形无关。
正如在开始所描述的，根据本发明的密封部分的主要优点在于提供了对于分别支座的弹性密封，并且在压力组装中变形的该密封部分物质可以流入介于表面区域的腔中，从而使得允许在具有与尺寸相比较大公差的密封腔中可以使用密封部分。每个表面区域48在靠近放射状外末端附近占有非常小的区域，横截区域随着半径减少而增加，从而成为传导的(conductive)在开始就位容易和当表面区域变形时，需要逐渐增加变形力。
位于底部44的外部分支的活动末端的放射状向外唇44.2增强了对支座20.1的密封。
申请人相信本发明具有显著的优点，本发明提供了一种例如可以为橡胶等不可压缩的物质的密封部分，并且适于密封尺寸和容积变化范围很大的腔。通过提供表面区域和表面区域之间的腔，并且允许在压缩中表面区域的变形进入腔中来实现上述优点。上面所述的密封部分增强了密封，并且进一步使得组装和分别变得更加方便。

Claims (32)

1、一种用于在环形密封界面将旋转机器的部件之间密封的密封部分，在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该密封容积在相对高压和低压区域之间，通常为预定的形状、配置和方向，该密封部分为柔软物质的环形形状，并界定出多个腔，多个腔排列为接收变形的物质以允许该密封部分的物质的变形进入腔中，该密封部分包括通常为纵向延伸的边缘，该边缘具有放射状的内部和外部外围表面，该边缘通常为楔形，该边缘的锥形末端具有活动末端，该活动末端确定为定位在密封容积的高压区域，其中所述的腔和表面区域相交替，腔和表面区域外围地分配，穿过表面区域的横截面从边缘的表面开始半径逐渐增加以形成压缩力，并且压缩力成指数地增加，而且指数大于1，需要该压缩力来产生表面区域的变形。
2、根据权利要求1所述的密封部分，其中腔和表面区域分别纵向是定位的，腔和表面区域外围地隔开。
3、根据权利要求1所述的密封部分，其中腔沿着边缘的放射状外表面开口，在边缘的外围处的表面区域的横截面最小，随着半径减小，表面区域的分别横截面增加。
4、根据权利要求3所述的密封部分，其中表面区域的放射状外表面中凸地成圆。
5、一种用于在环形密封界面将旋转机器的部件之间密封的密封部分，在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该密封容积在相对高压和低压区域之间，通常为预定的形状、配置和方向，该密封部分为柔软物质的环形形状，并界定出多个腔，多个腔排列为接收变形的物质以允许该密封部分的物质的变形进入腔中，该密封部分包括通常为纵向延伸的边缘，该边缘具有放射状的内部和外部外围表面，该边缘通常为楔形，该边缘的锥形末端具有活动末端，该活动末端确定为定位在密封容积的高压区域，其中所述柔软物质为弹性的并且具有落入下列范围和具有下列值的变形/应力属性：
当延长100％，张应力在0.2N/mm2和1.8N/mm2之间；
当延长200％，张应力在0.8N/mm2和4.8N/mm2之间；
当延长300％，张应力在12.2N/mm2和24.7N/mm2之间。
6、根据权利要求5所述的密封部分，其中该物质为合适等级的天然或者合成橡胶。
7、根据权利要求5所述的密封部分，其中该物质为合适的聚氨酯橡胶。
8、根据权利要求5所述的密封部分，其中该物质实质上不能压缩。
9、一种用于在环形密封界面将旋转机器的部件之间密封的密封部分，在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该密封容积在相对高压和低压区域之间，通常为预定的形状、配置和方向，该密封部分为柔软物质的环形形状，并界定出多个腔，多个腔排列为接收变形的物质以允许该密封部分的物质的变形进入腔中，该密封部分包括通常为纵向延伸的边缘，该边缘具有放射状的内部和外部外围表面，该边缘通常为楔形，该边缘的锥形末端具有活动末端，该活动末端确定为定位在密封容积的高压区域，其中该边缘从底部延伸，该底部具有放射状外表面、内表面和在外表面与内表面之间的背部，外表面和外表面聚合在远离所述背部的方向。
10、根据权利要求9所述的密封部分，其中该底部在横截面部分为中空，所述腔至少部分包含在内表面和外表面之间，密封部分包括表面区域，在表面区域中间腔是分散的，表面区域进入内表面和外表面之间并且一直到该背部。
11、根据权利要求9所述的密封部分，其中底部的内表面和外表面最广泛地接近背部，并且和相应形状的密封腔一起增强密封压力以保持在底部区域的密封，与密封压力的状况和密封物质变形无关。
12、一种用于在环形密封界面将旋转机器的部件之间密封的密封部分，在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该密封容积在相对高压和低压区域之间，通常为预定的形状，配置和方向，该密封部分为柔软物质的环形形状，并界定出多个腔，多个腔排列为接收变形的物质以允许该密封部分的物质的变形进入腔中，该密封部分包括通常为纵向延伸的边缘，该边缘具有放射状的内部和外部外围表面，该边缘通常为楔形，该边缘的锥形末端具有活动末端，该活动末端确定为定位在密封容积的高压区域，其中该密封部分包括环形底部，该边缘从环形底部纵向延伸，该环形底部的环形厚度大于边缘的厚端，该底部具有一个向前的表面，在该表面中有突出的外围底部缘，该外围底部缘接触该密封腔的环形区域。
13、根据权利要求12所述的密封部分，其中所述底部缘沿着该密封部分的放射状外表面向前，并且对着该密封腔的高压端放射状向外。
14、根据权利要求12所述的密封部分，其中所述底部缘为沿着该底部的外围表面的凹角形缘。
15、一种用于在环形密封界面将旋转机器的部件之间密封的密封部分，在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该密封容积在相对高压和低压区域之间，通常为预定的形状、配置和方向，该密封部分为柔软物质的环形形状，并界定出多个腔，多个腔排列为接收变形的物质以允许该密封部分的物质的变形进入腔中，该密封部分包括通常为纵向延伸的边缘，该边缘具有放射状的内部和外部外围表面，该边缘通常为楔形，该边缘的锥形末端具有活动末端，该活动末端确定为定位在密封容积的高压区域，其中该边缘在它的活动末端具有唇缘，该唇缘倾斜以压挤所述高压区域的相应环形部分。
16、根据权利要求15所述的密封部分，其中该边缘唇缘放射状向内，以提供给该密封容积的放射状内表面使用。
17、一种用于在环形密封界面将旋转机器的部件之间密封的密封部分，在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该密封容积在相对高压和低压区域之间，通常为预定的形状、配置和方向，该密封部分为柔软物质的环形形状，并界定出多个腔，多个腔排列为接收变形的物质以允许该密封部分的物质的变形进入腔中，该密封部分包括通常为纵向延伸的边缘，该边缘具有放射状的内部和外部外围表面，该边缘通常为楔形，该边缘的锥形末端具有活动末端，该活动末端确定为定位在密封容积的高压区域，其中边缘的外表面和内表面中的一个包括倾斜部分，该倾斜部分的形状和方向与界定出密封容积的相对表面匹配，但是倾斜部分的角度使得对着密封腔的相对密封表面将边缘的一端压向其活动末端。
18、根据权利要求17所述的密封部分，其中所述倾斜部分沿着该边缘的放射状外围表面向前，所述倾斜部分是一个圆柱，并且该倾斜部分朝着边缘活动末端的方向逐渐变细。
19、根据权利要求18所述的密封部分，其中所述边缘的外表面和内表面中的一个具有与倾斜部分连接的横卧部分，该横卧部分朝向密封容积的相应表面而横卧。
20、根据权利要求18所述的密封部分，其中所述横卧部分为圆柱，沿着密封表面的放射性内部外围向前，并对着该密封部分的低压区域。
21、一种用于在环形密封界面将旋转机器的部件之间密封的密封部分，在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该密封容积在相对高压和低压区域之间，通常为预定的形状、配置和方向，该密封部分为柔软物质的环形形状，并界定出多个腔，多个腔排列为接收变形的物质以允许该密封部分的物质的变形进入腔中，该密封部分包括通常为纵向延伸的边缘，该边缘具有放射状的内部和外部外围表面，该边缘通常为楔形，该边缘的锥形末端具有活动末端，该活动末端确定为定位在密封容积的高压区域，其中密封部分的放射状外部和内部外围表面中的一个配置为对着密封腔的相应表面平放，另一个具有和表面区域交互排列的所述腔，其中对着边缘的一端的环形部分相对于相对密封表面斜切，以使得在密封容积中容易组装密封部分。
22、根据权利要求21所述的密封部分，其中该放射状内表面光滑地成曲形，该放射状外表面具有开口腔和表面区域。
23、根据权利要求21所述的密封部分，其中该斜切部分位于边缘的活动末端。
24、一种旋转机器的合成体，具有界定出环形密封界面的部件，其中在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该合成体还包括提供在该密封容积中如权利要求1所声明的密封部分。
25、根据权利要求24所述的合成体，其中该旋转机器是一个离心泵。
26、根据权利要求25所述的合成体，其中该离心泵是淤浆泵。
27、一种旋转机器的合成体，具有界定出环形密封界面的部件，其中在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该合成体还包括提供在该密封容积中如权利要求5所声明的密封部分。
28、一种旋转机器的合成体，具有界定出环形密封界面的部件，其中在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该合成体还包括提供在该密封容积中如权利要求9所声明的密封部分。
29、一种旋转机器的合成体，具有界定出环形密封界面的部件，其中在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该合成体还包括提供在该密封容积中如权利要求12所声明的密封部分。
30、一种旋转机器的合成体，具有界定出环形密封界面的部件，其中在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该合成体还包括提供在该密封容积中如权利要求15所声明的密封部分。
31、一种旋转机器的合成体，具有界定出环形密封界面的部件，其中在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该合成体还包括提供在该密封容积中如权利要求17所声明的密封部分。
32、一种旋转机器的合成体，具有界定出环形密封界面的部件，其中在该环形密封界面处部件的相对表面界定出一个密封或者部分密封的密封容积，该合成体还包括提供在该密封容积中如权利要求21所声明的密封部分。
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