CN1928397A - 转轴密封 - Google Patents

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Abstract

一种转轴密封装有橡胶密封部分(5)和支持金属件(8)，橡胶密封部分(5)有接触转轴(20)表面的滑动部分(23)，和支持金属件(8)在低压侧支持橡胶密封部分(5)。滑动部分(23)沿着转轴(20)表面的圆周方向变形以便在受压时形成凹凸波形。

Description

转轴密封
技术领域
本发明涉及转轴密封，尤其是，涉及用于密封高压流体如气体的转轴密封。
背景技术
通常，使用如在图3C中所示的转轴密封31，它有橡胶唇部33(参阅日本专利临时出版物No.2003-097723)。包围外壳34的内边部分36的橡胶部件37和内边部分36通过粘接或烘焙连接成一体，而组成橡胶部件37一部分的橡胶唇部33被支持在低压侧E和由横截面呈L型的支持金属件38支持它的内圆周面侧(背侧)。
唇的端部33a朝密封流体侧(高压侧)C伸出很长和形成的唇部33如其中心为转轴32的轴线L的圆筒形。
当密封流体室(高压)侧的压力增加时，在图3C中用双点虚线表示的自由状态的唇部33被压缩和变形，在转轴32上的滑动部分S0上产生很高的接触压力P。由于很高的接触压力P，唇的端部33a在滑动部分S0被很快地磨损从而产生流体泄漏。
为了解决这个问题，包括本发明的发明人在内的许多发明者建议如在图8中所示的转轴密封41(参阅日本专利临时出版物No.2004-353765)。
也就是说，这是一种装有橡胶密封部分39的转轴密封，橡胶密封部分39有与转轴32表面接触的滑动部分S0和与橡胶密封部分39固定成一体的金属外壳34。外壳34有在密封流体侧(高压侧C)内终端部分上的内边部分36，橡胶密封部分39覆盖内边部分36，并将滑动部分S0布置在轴向上外壳34的尺寸M内，包括覆盖密封流体侧内边部分36的橡胶覆盖层42的厚度T42。唇部33并不如图3C中所示朝高压侧(密封流体侧)C伸出，和将滑动部分S0设置在与轴正交的面43上或接近它的地方，该面包括如在图8中所示的内边部分36。
还有，如在图8中所示，橡胶密封部分39装有与轴正交的壁部分44，它有在内圆周边缘的滑动部分S0，由在低压侧E与轴正交的支持金属件45支持与轴正交的壁部分44。圆形的和形成如平的垫圈状的内圆周边缘45a均匀地支持橡胶密封部分39的与轴正交的壁部分44背面(低压侧E)的整个圆周。所以，将橡胶唇部33设置在沿着与轴正交面43的内圆周边缘侧，有极小的接受压力的面积。
虽然与图3C的密封相比，有图8所示结构的转轴密封41可以大大减小在转轴32上的接触压力，但是近来还是发现了下述问题。
也就是说，在用作汽车中空调的各种压缩机中不再使用常规的冷却介质HFC 134a，开发了使用CO2作为第二代冷却介质的压缩机。而冷却介质CO2的操作压力比常规冷却介质HFC 134a的操作压力高出十倍或十倍以上。发现在这样高压的操作条件下，在橡胶唇部33上产生很大的磨损区47，如在图7B中用点表示的区域。
换句话说，在高速转动的转轴32上滑动的唇部33由于受到冷却介质的压力产生很大的变形，产生的热量增加，磨损快速发展，使密封的操作寿命变短。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种转轴密封，用它来解决常规转轴密封的上述所有问题，减小磨损量和产生的热量，延长密封的寿命。
按照本发明，提供一种装有橡胶密封部分和背面支持金属件的转轴密封，橡胶密封部分有与轴正交的壁部分，有在内圆周边缘上接触转轴表面的滑动部分，背面支持金属件有从低压侧支持与轴正交的壁部分的与轴正交的板部分，该转轴密封包括一种结构，在该结构中，在受压状态下当滑动部分沿着转轴表面上的圆周方向画出凹凸波形时，从低压侧支持与轴正交的壁部分的与轴正交的板部分的支持力也在沿着圆周方向增加和减小。
附图说明
将参考附图描述本发明，附图有：
图1是表示本发明实施例主要部分的横剖面图；
图2是表示主要部分(背面支持金属件)一个实施例的正视图；
图3A、3B、和3C是用于比较本发明和常规实例的结构和工作情况的说明性剖面图，和解释本发明的工作原理；
图4A是用于解释主要部分和工作情况的说明性透视图；
图4B是用于解释主要部分和工作情况的说明性曲线图；
图5是表示另一个实施例主要部件的正视图；
图6A是表示主要部件的放大的纵向剖面图；
图6B是表示主要部件的放大的纵向剖面图；
图7A是表示本发明实验结果的主要部件剖面图；
图7B是表示常规实例实验结果的主要部件剖面图；和
图8是表示第3常规实例主要部件的剖面图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的各优选实施例。
图1、2、3A和3B表示本发明的一个实施例。图1是纵向剖面图，图2是一个主要部件的正视图，和图3A和3B是用于解释主要部分工作情况的纵向剖面图。例如，这个转轴密封是用于密封在密封流体室21侧的高压冷却介质。在图1、3A和3B中表示转轴密封的半个截面和图1表示自由状态(不连接状态)。用双点虚线表示转轴20和壳体(外壳)22。和，在图3A和3B中的实线表示受压状态(下面描述)，其中将密封放在转轴20和壳体22之间。
在图1中，记号1代表有内边部分2和3的外壳，橡胶密封部分5是通过粘接、焊接、或热模制成一体地固定在外壳1的圆筒形壁部分4的圆周面上和在密封流体侧C(被密封的流体室21侧)的内边部分2的前后两面上。将有螺旋形槽6的密封元件7设置在密封部分5的相反侧Z(也称为低压侧或大气侧)。密封元件7优选地是由氟树脂如PTFE(聚四氟乙烯)组成。
记号8代表背面支持金属件8，它的剖面近似为L型，还用作所谓的内壳，它由装配在外壳1圆筒形壁部分4的内圆周面上的圆筒形板部分15和与轴线L成直角的与轴正交的板部分16组成。
背面支持金属件8、I形剖面的内壳9、密封元件7、L形剖面的内部件11成依次串接的各层并固定在内边部件2和3。
橡胶密封部分5装有圆筒形覆盖部分5a，5a有凹凸波形部分(在自由状态)以便弹性地接触壳体22的内圆筒面用于密封，和装有与轴正交的壁部分5b，5b有U形剖面的内边覆盖部分，在圆周侧覆盖内边部分2的前后两面，并有滑动部分23，在内圆周边缘上接触转轴20的表面。
如上所述，形成的与轴正交的壁部分5b是与轴线L成直角，从覆盖外壳1的内边部分2的内边覆盖部分径向朝内伸出，并在内圆周边缘上有滑动部分23。
背面支持金属件8的与轴正交的板部分16从低压侧Z支持橡胶密封部分5的与轴正交的壁部分5b。和，在与轴正交的壁部分5b的低压侧Z(背面侧)形成圈形凹槽24。虽然圈形凹槽24有防止在与轴正交的壁部分5b的受压状态下压缩的橡胶过度向内流动的作用(参考图3A)，但在本发明中有时也可省略凹槽24。
如上参考图1所述，外壳1有在被密封流体侧C内端部分上的内边部分2，和将滑动部分23设置在包括内边部分2的与轴正交的面P0上。
也就是说，内边部分2有一(薄的)厚度，在轴线方向在该(薄的)厚度上有许多以一定间隔存在的与轴正交的面P0。将滑动部分23在轴向的某位置设置在一个与轴正交面P0上。定义滑动部分23在轴向上的该位置为，在最大操作压力下(参考图3A)在转轴20上滑动的某位置上接触压力P的重力G的中心。
尽管在各图中没有表示，滑动部分23在轴向上的该位置可以优选地设置在接近与轴正交面P0的位置。“接近”的意思是偏差在内边部分2厚度的5倍范围内。
换句话说，将滑动部分23在轴向的该位置设置在外壳1在轴向的内部尺寸M范围内。定义轴向内部尺寸M为，包括(计算在内)覆盖在被密封流体侧C内边部分2的橡胶覆盖层17的厚度T的尺寸。
下面，描述本发明的优秀特征。如在图1、2、3A、和3B所示，背面支持的金属件8的与轴正交的板部分16的内圆周边缘构成为凹凸形。在各图中，将3个凸出部分25设置在内圆周边缘上以便在相邻凸出部分25之间构成凹部分26。
如在图3A中所示，有滑动部分23的锤子状的唇部27得到圆周位置上凸出部分的充分支持，因为存在凸出部，几乎不能朝图3A中的右侧(低压侧Z)变形。
但是，如在图3B中所示，在没有凸出部分25的圆周位置上，没有支持的锤子状唇部27朝图3A中的右侧(低压侧Z)产生很大的变形。
因此，如在图4A中所示，滑动部分23画出凹凸的波形W。也就是说，滑动部分23的接触压力P的重力G的中心是沿着圆周变化的，从而沿着转轴20的圆周面画出波形。图4B是曲线图，图中轴向的位置X表示在横轴上而在圆周方向的位置R表示在纵轴上。滑动部分23，精确地说，其接触压力P的重力G的中心，在那里滑动部分23被压在转轴20的表面上，在轴向上是变化的从而画出凹凸的波形W。换句话说，在受压状态下当滑动部分23的位置沿着转轴20表面上的圆周方向画出凹凸波形W时，从低压侧支持与轴正交的壁部分5b的支持金属件8的与轴正交的板部分16的支持力也在沿着圆周方向增加和减小。
下面，图5和6A表示另一个实施例。图5是作为主要部分一个部件的背面支持金属件8的正视图，和图6A是图5的放大纵向剖面图。
与上述实施例(参看图1和2)比较清楚地表示，在支持金属件8中，在密封部分支持面16a上沿着圆周方向通过切割等方法形成3个(弧形)凹部分28，在密封部分支持面16a上与轴正交的板部分16从低压侧Z支持密封部分5的与轴正交的壁部分5b，和在支持面16a内圆周边缘上形成凹凸部分。也就是说，凸部分29是由原来的支持面16a组成，而凹部分28是由轻微切割(刨削)部分组成。其他的结构与图1和2中上述的实施例相同。
图6B表示一种修改。虽然正视图与图5相同，保持(板的)厚度尺寸不变，通过冲压在与轴正交的板部分16的密封部分支持面16a的内圆周边缘上沿着圆周方向形成3个凹部分28以便构成凹凸部分。也就是说，凸部分29是由原来的支持面16a构成，而凹部分28是由轻微的塑性变形构成。其他结构与图1和2中上述实施例相同。
在图5、6A、和6B中凹部分28的数目可以是2个或大于4个。
在图5、6A、和6B中在连接到操作受压状态下，有滑动部分23的喙形唇部27(参考图1)受到凸形部分29的支持，防止其朝低压侧Z变形如在图3A中所示，因此几乎不会产生变形。
与此相反，在凹部分28位置上，唇部27变形以便朝低压侧Z硬挤入到凹部分28中。
因此，滑动部分23(参考图1)画出如在图4A中所示的凹凸的波形W，接触压力P的重力G的中心(参考图3A)按照圆周方向上的位置而变化，以便沿着转轴20的圆周面在圆周上画出波形。也就是说，画出的凹凸波形W如在图4B中所示的那样。
总结一下，在图5、6A、和6B的实施例中，在背面支持金属件8的与轴正交的板部分16的密封部分支持面16a上沿着圆周方向形成凹凸部分，使在受压状态下唇部27的滑动部分23的构形在转轴20的表面上沿着圆周方向变成凹凸的波形。
将图1和2的实施例与图5、6A、和6B的实施例组合起来也是优选的。也就是说，与图1和2比较为了小的径向尺寸，通过切割在图5、6A、和6B中凹部分28的内圆周边缘也可以形成凹部分26。
在压力为4.0MPa、流体温度为100℃、滑动部分的滑动速度为4.6m/sec的条件下进行比较试验，比较在图1和2中表示的本发明的产品和图8的常规实例。在滑动部分23和S0上的磨损分别表示在图7A和7B中。
如在图7B中用点表示的那样，10小时后磨损部分47特别大。与此相反，在本发明的产品中，在17小时后磨损部分47是小的，如在图7A中所示。
在常规实例中，滑动部分S0是在轴正交面43上，几乎不产生油膜，产生的热量很大，从而造成很大的磨损。与此相反，在本发明的产品中，滑动在如在图4A和4B中表示的凹凸波形W上，很容易产生油膜，提高了热辐射，减小了唇部27滑动部分23的磨损量，从而提高了耐用性。
在本发明中，除上述实施例外可对各实施例进行修改，在图8表示的常规实例中，与轴正交的支持金属件45也可以形成内圆周边缘45a，以便凹凸像在图1和2中与轴正交的板部分16，或者如在图6中那样(没有表示在图中)可以形成凹部分28。和，可以设置两个或多个密封元件7，也可以省略密封元件7，以及可以自由地改变支持金属件8的构形、内壳9和内部件11的数目和构形。
在本发明中，将润滑油(密封流体)注入到在滑动部分23和转轴20之间的部分，在那里滑动部分23向低压侧Z运动，随着转轴20的转动润滑油(密封流体)被散布在滑动部分23的整个圆周边上，防止产生摩擦热和早期磨损，使该密封使用寿命延长，这是因为按以下方式构造了装有橡胶密封部分5和背面支持金属件8的转轴密封，橡胶密封部分5有与轴正交的壁部分5b，和在内圆周边缘上与转轴20表面接触的滑动部分23，而背面支持金属件8有从低压侧支持与轴正交的壁部分5b的与轴正交的板部分16，并且使背面支持金属件8的与轴正交的板部分16的内圆周边缘形成凹凸，和在受压状态下使滑动部分23在转轴20表示上沿圆周方向画出凹凸波形W。特别是，该密封有优秀的耐用性，适合应用于密封汽车空调压缩机的高压气体。
还有，在本发明中，将润滑油(密封流体)注入到在滑动部分23和转轴20之间的部分，在那里滑动部分23向低压侧Z运动，随着转轴20的转动润滑油(密封流体)被散布在滑动部分23的整个圆周边上，防止产生摩擦热和早期磨损，使该密封使用寿命延长，这是因为按以下方式构造了装有橡胶密封部分5和背面支持金属件8的转轴密封，橡胶密封部分5有与轴正交的壁部分5b，和在内圆周边缘上与转轴20表面接触的滑动部分23，而背面支持金属件8有从低压侧支持与轴正交的壁部分5b的与轴正交的板部分16，并且在背面支持件8的与轴正交的板部分16的密封部分支持面16a上沿着圆周方向形成凹凸部分，和在受压状态下使滑动部分23在转轴20表面上沿着圆周方向画出凹凸波形W。特别是，该密封有优秀的耐用性，适合应用于密封汽车空调压缩机的高压气体。还有，在密封部分支持面16a上要生成的凹凸部分的深度可以按照操作压力和唇部27的构形相对容易地给定(制造)，从而该密封可以灵活地适应操作条件。

Claims (3)

1.一种装有橡胶密封部分(5)和背面支持金属件(8)的转轴密封，橡胶密封部分(5)有与轴正交的壁部分(5b)，有在内圆周边缘上接触转轴(20)表面的滑动部分(23)，背面支持金属件(8)有从低压侧支持与轴正交的壁部分(5b)的与轴正交的板部分(16)，该转轴密封包括一种结构，在该结构中，在受压状态下当滑动部分(23)沿着转轴(20)表面上的圆周方向画出凹凸波形(W)时，从低压侧支持与轴正交的壁部分(5b)的与轴正交的板部分(16)的支持力也在沿着圆周方向增加和减小。
2.如权利要求1所述的转轴密封，其特征在于：在背面支持金属件(8)的与轴正交的板部分(16)内圆周边缘上形成凹凸状。
3.如权利要求1所述的转轴密封，其特征在于：在背面支持金属件(8)的与轴正交的板部分(16)的密封部分支持面(16a)上沿着圆周方向形成凹凸部分。
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