CN1862063A - 机械密封装置 - Google Patents

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Abstract

一种机械密封装置，在密封环(2)的接合面(2B)与所述台阶状安装面(50A)之间具有橡胶状弹性材料制的杯状垫圈(10)，在杯状垫圈(10)上一体地具有支承板(13)，并且，支承板(13)的支承面(13A)与对向的密封环(2)的接合面(2B)平行状配置。由此，可提高保持机械密封装置用的密封环的杯状垫圈的耐久性和密封能力。

Description

机械密封装置
本申请是申请号为03123163.2、申请日为2003年4月23日的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及例如泵等使用的、具有密封能力和耐久性的机械密封装置，具体涉及一种能可靠地将高压的被密封流体密封且具有耐久能力的机械密封装置。
背景技术
作为与本发明相关的技术，有一种图6所示的机械密封装置100。图6为泵用的机械密封装置100的半剖视图。
图6中，机内侧F是处理水等的被密封流体区域。反向的外部侧T是润滑油或大气区域。
该机械密封装置100被安装在外壳102与回转轴103之间。与回转轴103连接的回转体104上设置有台阶部104A。该台阶部104A形成于回转体104的内周面104B侧的端部104C。因该内周面104B必须大，故想要加大台阶部104A的径向面104D是困难的。在该台阶部104A中经杯状垫圈105安装有回转密封环106。杯状垫圈105的内径面105A受回转密封环106尺寸的限制，其直径小于回转体104的内周面104B。
如图6所示，与回转密封环106密接的固定密封环107移动自如地与壳体108嵌合。又，该壳体108与外壳102嵌合。固定密封环107由弹簧111向回转密封环106方向推压。该弹簧111配置在剖面呈U状的底部进一步弯曲成U状的整体为圆筒状的隔板109与隔板109的两端设有剖面呈L状的整体为环状的弹簧座110、110之间，形成被两端弹簧座110、110支承的状态。
这种结构的机械密封装置100一旦受到来自机内侧F的被密封流体压力，杯状垫圈105即发挥密封能力。并且，因利用杯状垫圈105可弹性支承回转密封环106，故密封面106A的密接性优良。
然而，因杯状垫圈105由被密封流体的压力被硬质的回转密封环106和回转体104压着，故有时会出现如图7剖面105X所示的损伤。这样，一旦杯状垫圈105损伤，则回转密封环106的支承面不稳定，密封面106A就不能密接，会出现被密封流体漏出的问题。
该杯状垫圈105即使用强度大的橡胶材料构成，但若回转密封环106始终处于高压力，有时也会失去耐久性而损伤。
在传统技术中，虽然也有将该杯状垫圈105改换为O形环的情况，但在回转密封环106与回转体104的安装面间的密封能力方面存在着问题。并且，因回转密封环106不能弹性支承，故降低了密封面106A的密封能力。由于不能弹性支承的回转密封环106的安装精度，会引起密封面106A偏心而偏磨损，降低密封能力。
本发明鉴于上述问题，其目的在于提高支承密封环的杯状垫圈的耐久性。
本发明的目的还在于通过杯状垫圈的支承来发挥密封环的密封面的密封能力。并容易安装杯状垫圈和密封环。
发明内容
为实现上述目的，本发明的技术方案由以下构成。
本发明提供一种机械密封装置，其结构是，将安装于回转轴的第1密封环与安装于密封外壳的第2密封环的密封面相互密接，将高压被密封流体侧与低压侧密封，所述机械密封装置包括：所述密封环的密封面；一杯状垫圈，它包括一橡胶状弹性材料制的本体；以及一支承板，所述支承板一体地设置于所述杯状垫圈中，其特点在于，所述密封外壳具有一位于所述低压侧的通孔，并具有一台阶状安装面，所述台阶状安装面由一径向延伸面和一轴向延伸的周面构成，所述杯状垫圈设置在所述密封环和所述台阶状安装面之间，所述支承板设置在所述杯状垫圈中靠近所述台阶状安装面的所述径向延伸面处，并与所述径向延伸面基本平行，所述杯状垫圈的所述支承板的内径是在从所述密封环的内周面的直径到延伸通过所述台阶状安装面的所述通孔的内周面的直径的范围内，并且所述杯状垫圈中的所述支承板的内径小于所述杯状垫圈的所述本体的带孔的底部的内周面的直径。
在本发明的密封装置中，因橡胶状弹性材料制的杯状垫圈具有弹性，故虽然用杯状垫圈单体与台阶状安装面嵌合困难，但由于将支承板与杯状垫圈一体形成，因此可容易地将接合面与台阶状安装面嵌合。
并且，即使密封环受到了被密封流体的压力，由于通过设置于杯状垫圈的支承板对抗被密封流体的压力而将密封环支承，因此可有效地防止杯状垫圈的橡胶材料损伤。
又，由于在杯状垫圈的外周部设有支承板，因此利用弹性可与台阶状安装面的轴向面密接，发挥密封能力。
在上述机械密封装置中，所述支承板在其外周可具有筒状部，所述筒状部的长度不超过所述密封环的外周角部倒角的轴向长度。
在本发明的密封装置中，因在支承板上设置有筒状部，故容易将杯状垫圈插入台阶状安装面。从而，由于与台阶状安装面密接的杯状垫圈的外周面处于正常的密接状态，因此具有可提高杯状垫圈密封能力的效果。并且，即使被密封流体的压力作用于杯状垫圈的外周面，因由筒状部将外周部支承，故可提高外周面的密封能力。又，由于由筒状部将杯状垫圈整体支承，因此可发挥耐久性，同时可使密封环的密封面与对向密封面对应。
采用本发明的机械密封装置可获得如下的效果。
采用本发明的机械密封装置，由于将橡胶状弹性材料制的杯状垫圈与支承板接合成一体，因此，在具有密封能力和弹性力的状态下将密封环的接合面支承于台阶状安装面，同时可将密封环的密封面与对向的密封面密接，获得可防止偏磨损的效果。
并且，即使密封环受到了被密封流体的压力，由于利用了设置于杯状垫圈的支承板对抗被密封流体的压力将密封环支承，因此可有效地防止杯状垫圈的橡胶材料损伤。
又，由于在杯状垫圈的外周部中设有支承板，因此利用弹性可与台阶状安装面的外周面密接，发挥密封能力。
采用本发明的机械密封装置，由于与杯状垫圈一体化的支承板的内径小于贯通台阶状安装面的通孔直径，因此杯状垫圈的本体增强，可有效地防止从密封环的外周面至台阶状安装面内的通孔发生龟裂。
采用本发明的机械密封装置，由于在支承板上设置有圆筒部，因此，在将密封环与杯状垫圈嵌合以及不损伤该杯状垫圈的情况下，极容易插入台阶状安装面。从而，由于与台阶状安装面密接的杯状垫圈的外周面处于正常的密接状态，故具有可提高杯状垫圈密封能力的效果。
并且，即使被密封流体的压力作用于杯状垫圈的筒部，因由圆筒部支承筒部，故可提高筒部的密封能力。又，由于由圆筒部和支承面将杯状垫圈整体支承，因此可发挥杯状垫圈的耐久性，同时可使密封环的密封面与对向密封面平行地对应密封，具有可防止密封面偏磨损的效果。
附图说明
图1为本发明第1实施例的机械密封装置剖视图。
图2为本发明第2实施例的机械密封装置局部剖视图。
图3为图2所示的机械密封装置1中的第1密封环2与杯状垫圈10组合安装前的半剖视图。
图4为本发明第3实施例的第1密封环2与杯状垫圈10组合安装前的半剖视图。
图5为本发明第4实施例的第1密封环2与杯状垫圈10组合安装前的半剖视图。
图6为传统的机械密封装置的半剖视图。
图7为传统的第1密封环2与杯状垫圈10组合安装前的半剖视图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明适用于本发明实施例的机械密封装置。另外，下面说明的各附图不是特许用的概念图，而是具体实施的正确的设计图。
图1为本发明第1实施例的机械密封装置剖视图。
图2为本发明第2实施例的表示机械密封装置局部剖视图。
图3为图2的密封环与杯状垫圈组合的半剖视图。
图4为本发明第3实施例的密封环与杯状垫圈组合的半剖视图。
图5为本发明第4实施例的密封环与杯状垫圈组合的半剖视图。
图1中，机械密封装置1以安装于第1密封环2的杯状垫圈10为中心，设置有第1密封环2、第2密封环3、波纹管4和弹簧7组合而成的弹起装置9、以及第2密封环3和波纹管4结合而成的连接环5。
第1密封环2是剖面呈方形的环状体。该环状体的前端面形成有第1密封面2A。在L形的接合面2B上形成有与第1密封环2的第1密封面2A相反的背面2B1和外周面2B2。并且，第1密封环2的内周面21C的直径大于回转轴60的外径，在与回转轴60之间形成有间隙。
该第1密封环2由硬质材料构成。例如，由碳化硅、陶瓷、超硬合金、碳材料等形成。
外壳50中形成有安装第1密封环2用的台阶状安装面50A。该台阶状安装面50A是由径向面和轴向面构成的台阶面，呈环状。在该台阶状安装面50A的径向面上以台阶状安装面50A的轴心为中心形成有轴向贯通或凹部状的通孔51。
在其台阶状安装面50A与第1密封环2之间设置有杯状垫圈10。该杯状垫圈10由橡胶状弹性体的本体11和硬质板的支承板13构成。该本体11是带孔的有底筒体，由剖面L形的带孔的有底部11A和筒部11B构成。该本体11的L形内外周面形成与对向的台阶状安装面50A密接的外周密接面11C和与第1密封环2的接合面2B密接的内周密接面11D。
在本体11的外周密接面11C的轴向面上形成有环状凸出的多个密封部12、12、12，该密封部12、12、12与台阶状安装面50A密接而密封。
本体11的带孔的有底部11A的内周面11A1的直径X1小于通孔51的直径D3。筒部11B的外直径X2是密封部12与台阶状安装面50A弹性变形而密接的尺寸。即，筒部11B的外直径X2与台阶状安装面50A的内径X2相同。
该本体11的材质最好是选用FKM、NBR、IIR、U、Q、CR等。
在该本体11的带孔的有底部11A的内部埋设有支承板13。
该支承板13是圆盘状，其内外周形成内径面13B和外径面13C。该支承板13的平面形状可以是六角形、椭圆形、或环形的内周部或外周部开有切槽的形状等多种。并且，如图2所示，该内径面13B的直径是D1，外径面13C的直径是D2。支承板13的侧面形成支承面13A，在受到被密封流体等压力时能与第1密封环2保持平行度并进行支承。并且，支承板13设置有未图示的贯通孔，带孔的有底部11A成形时，带孔的有底部11A可与贯通孔内连接并强力一体化。
另外，该本体11的内周面11A1的直径X1与支承板13的内径面13B的直径D1大致相同。该两构件的尺寸关系为；支承板13的内径面13B的直径D1小于通孔51的直径D3，但大于第1密封环2的内周面2C的直径尺寸。
该支承板13的材质由铁、钢、不锈钢、铝、树脂等形成。
第2密封环3沿剖面轴向形成凸状，该凸部上形成有与第1密封环2的第1密封面2A密接的第2密封面3A。又，第2密封环3的内周面滑动自如地与回转轴60嵌合，同时在外周面设有多个卡合用槽3B。第2密封环3的相对第2密封面3A的背面形成接触面3C，波纹管4的一端与该接触面3C压接。
波纹管4如剖面图所示弯曲成Z形，前端部与第2密封环3的接触面3C压接。又，波纹管4内周侧的圆筒部4A与回转轴60嵌合。该圆筒部4A的外周与保持环6形成一体化，该保持环6上形成有轴向的卡合凹部6A。
波纹管4的前端部与第2密封环3的接触面3C接触，同时，连接成使第2密封环3与波纹管4一体转动的连接环5与第2密封环3及波纹管4的外周面嵌合。
该连接环5的两端铆接成保持第2密封环3的接触面3C与波纹管4的前端部密接状态，同时将第2密封环3外周侧的连接环5局部形成的凸部5A与卡合用槽3B卡合。又，在连接环5的后端部，周向等间距配置的多个凸板5B与保持环6的卡合凹部6A卡合。
又，与回转轴60嵌合的回转体60A的台阶部与剖面L形的弹簧支承环8嵌合，支承于该弹簧支承环8的弹簧7被配置成将连接环5的铆接部的弹簧支承面弹性按压的状态。
这种结构的机械密封装置1为利用弹起装置9弹性按压的第2密封环3的第2密封面3A经杯状垫圈10的支承板13上支承的带孔的有底部11A与第1密封环2的第1密封面2A对向状密接，由该密封面2A、3A将被密封流体密封。并且，第1密封环2受到机内被密封流体侧A的被密封流体的压力F，对杯状垫圈10进行按压。此时，杯状垫圈10的本体11因是橡胶状弹性材料，故一旦受到第1密封环2的压力，就会与该压力对应地与接合面2B密接，将被密封流体密封。同时，因在杯状垫圈10上设置有支承板13，故即使受到了来自第1密封环2的压力，杯状垫圈10的本体11也可由支承板13而将剪断应力分散，以防止损伤。
当被密封流体的压力作用于筒部11B时，设于杯状垫圈10的支承板13支承筒部11B的弹性变形，并发挥筒部11B的密封能力。特别是在筒部11B上设置有密封部12时，支承板13可防止密封部12的变形，可发挥密封部12的密封效果。
并且，利用设于杯状垫圈10的支承板13，通过带孔的有底部11A的橡胶状弹性材料，可将第1密封环2的第1密封面2A与第2密封面3A平行地进行密接。这样，可防止第1密封面2A的偏磨损等。
下面对图2和图3所示的第2实施例的机械密封装置1详细说明。
机械密封装置1的整体结构与图1的机械密封装置1大致相同。
图1的机械密封装置1与图2的机械密封装置1不同之点在于杯状垫圈10的结构。图2中，支承板13的内径面13B的直径D1小于本体11的内周面11A1的直径X1。支承板露出为13与本体11的带孔的有底部11A的低压侧B的径向面大致成同一面。并且，相对于通孔51的直径D3，将支承板13的内径面13B的直径D1形成近似于第1密封环2的内周面21C的直径的小直径。
由支承板13支承带孔的有底部11A，台阶状安装面50A不直接支承带孔的有底部11A。这样，由于可将外壳50的通孔51的直径D3作成大直径，因此可对处理机械的构造进行功能性设计。
又，在筒部11B上形成2个密封部12。安装于台阶状安装面50A的密封部12如图2所示大致被压缩1/3左右。支承板13的内径面13B的直径D1最好在小于通孔51的直径D3、大于第1密封环2的内周面21C直径的尺寸范围。
由于构成了该杯状垫圈10，因此能可靠地支承带孔的有底部11A，可提高杯状垫圈10的耐久能力。并且，即使将通孔51的内周面的直径D3选择成小于台阶状安装面50A的直径X2，也可安装机械密封装置1，结果是可使机械密封装置1小型化。
图4为本发明第3实施例的杯状垫圈10。该杯状垫圈10的结构大致与图3相同，但在带孔的有底部11A内部的低压侧B附近埋设有支承板13。
这样，成型时可将支承板13与带孔的有底部11A一体化。又，支承板13也可采用铝、合成树脂。该杯状垫圈10上的支承板13的内径面13B尺寸最好处于小于通孔51的直径D3、大于第1密封环2的内周面21C直径的尺寸范围。
图5为本发明第4实施例的杯状垫圈10。
图5中与图3不同之点在于支承板13的外周部形成圆筒部13D。至该圆筒部13D的端面La间的长度L只要将第1密封环2外周面的角作成倒角部2D的轴向长度尺寸以下即可。该圆筒部13D的形成能使杯状垫圈10的插入容易。又，支承板13将筒部11B支承并使筒部11B对台阶状安装面50A的密封能力提高。并且，利用杯状垫圈10能提高第1密封环2的保持能力。

Claims (2)

1.一种机械密封装置(1)，其结构是，将安装于回转轴(60)的第1密封环(3)与安装于密封外壳(50)的第2密封环(2)的密封面相互密接，将高压被密封流体侧(A)与低压侧(B)密封，所述机械密封装置包括：
所述密封环(2，3)的密封面(2A，3A)；
一杯状垫圈(10)，它包括一橡胶状弹性材料制的本体(11)；以及
一支承板(13)，所述支承板一体地设置于所述杯状垫圈中，
其特征在于，
所述密封外壳(50)具有一位于所述低压侧(B)的通孔(51)，并具有一台阶状安装面(50A)，所述台阶状安装面由一径向延伸面和一轴向延伸的周面构成，
所述杯状垫圈(10)设置在所述密封环(2)和所述台阶状安装面(50A)之间，
所述支承板(13)设置在所述杯状垫圈(10)中靠近所述台阶状安装面(50A)的所述径向延伸面处，并与所述径向延伸面基本平行，
所述杯状垫圈(10)的所述支承板(13)的内径(D1)是在从所述密封环(2)的内周面(2C)的直径到延伸通过所述台阶状安装面(50A)的所述通孔(51)的内周面的直径(D3)的范围内，并且
所述杯状垫圈(10)中的所述支承板(13)的内径(D1)小于所述杯状垫圈(10)的所述本体(11)的带孔的底部(11A)的内周面(11A1)的直径(X1)。
2.如权利要求1所述的机械密封装置(1)，其特征在于，所述支承板(13)在其外周具有筒状部(13D)，所述筒状部的长度(L)不超过所述密封环(2)的外周角部倒角(2D)的轴向长度(L1)。
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