CN202659894U

CN202659894U - 带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封

Info

Publication number: CN202659894U
Application number: CN 201220190246
Authority: CN
Inventors: 王和顺; 朱维兵; 董霖; 牛苗苗; 邬瓦尼; 郑建科; 王良柱; 李柯; 秦小屿; 陈华
Original assignee: Xihua University
Current assignee: Xihua University
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2022-05-02

Abstract

带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，是在以密封端面相对设置的动环和静环之间，设有两端面分别与动环和静环相对且具有转速差的中间旋转环，该中间旋转环由具有主驱动轴的变速装置驱动旋转。该变速装置的输入轴与主驱动轴通过传动轮组连接，输出轴通过传动轮组与传动轴套连接，传动轴套与中间旋转环周向固定并同步旋转。该机械密封的密封端面间相对转速可调，且被密封机组转速不直接决定密封端面相对转速，并能使高、低速机械密封具有更高的稳定性。

Description

带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封

技术领域

本实用新型属于旋转机器的一种轴向端面密封装置，特别涉及一种带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，可用于压缩机、膨胀机、分离机、泵、反应釜等旋转类机器的轴向端面密封。

背景技术

公知的流体端面机械密封，其核心构件为面对面设置的动环和静环，通过动环的密封面和静环的密封直接接触或小间隙分离实现介质的密封。传统机械密封的动环与被密封机组的旋转轴同步旋转，而静环固定在机座上周向静止，动、静环两密封端面之间的相对转速即为被密封机组旋转轴的转速。这样导致的结果是：两密封面之间的相对转速完全由被密封机组旋转轴决定，无法进行调控。使得密封面相对转速严重影响密封的正常使用，特别是高速和低速机组轴向端面密封的稳定性。例如，接触式机械密封在高速状态下密封面间相对转速过高，导致密封面摩擦、磨损、发热、变形等现象严重，密封性能迅速下降，甚至不能正常工作；而非接触式机械密封在低转速状态下端面间流体膜不能生成足够的开启力和刚度，无法保证密封面的正常分离及间隙的稳定性；另外当被密封机组旋转轴速度波动时，特别是启、停时，密封面间的接触状况更是急剧恶化。

通过在动、静环之间增加中间旋转环的方式，改变机械密封两密封面之间的相对转速，是一种行之有效的密封面相对转速调控方法。但是，对于中间旋转环转速的调整和控制是一个难点问题。

在此，提出一种带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，通过设置一个变速装置，并将变速后所得转速输出到中间旋转环的自驱动式中间旋转环机械密封。其特点是：通过一个变速装置来主动调整中间旋转环的转速，从而使不同转速机组密封端面都能获得一个合适的相对旋转速度，摆脱被密封机组转速对密封性能的影响，提升机械密封的稳定性和使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封。

本实用新型为一种带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，总体主要由机械密封部分、变速装置部分和若干传动连接件构成。具体主要由：动环1、中间旋转环2、静环3、传动轴套4、变速装置5、机座6、传动轮Z1、传动轮Z2、传动轮Z3、传动轮Z4、输入轴Ⅱ、输出轴Ⅲ等构成。其中机械密封部分包括：动环1、中间旋转环2、静环3；变速装置部分包括：变速装置5、输入轴Ⅱ、输出轴Ⅲ；传动连接件包括：传动轮Z1、传动轮Z2、传动轮Z3、传动轮Z4、传动轴套4。

传动轮Z1周向固定在轴Ⅰ上，轴Ⅰ为被密封机组旋转轴，传动轮Z2周向固定在轴Ⅱ上，传动轮Z1为主动轮，带动从动轮Z2旋转；传动轮Z3周向固定在轴Ⅲ上，传动轮Z4周向固定在传动轴套4上，传动轮Z3为主动轮，带动从动轮Z4旋转，传动轮Z4、传动轴套4、中间旋转环2三者周向固定并同步旋转，传动轴套4空套在轴Ⅰ上。

本实用新型主要采用以下技术措施来实现：本实用新型一种带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，是在以密封端面相对设置的由被密封旋转轴驱动的动环1和静环3之间，设置有两端面分别与动环1和静环3相对且具有转速差的中间旋转环2，该中间旋转环2由具有主驱动轴Ⅰ的变速装置5驱动旋转，变速装置5的输入轴Ⅱ与主驱动轴Ⅰ由传动轮Z1、传动轮Z2传动连接，输出轴Ⅲ通过传动轮Z3、传动轮Z4与传动轴套4传动连接，传动轮Z4、传动轴套4、中间旋转环2三者周向固定并同步旋转，传动轴套4与中间旋转环2传动连接。

在本实用新型上述一种带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封中，所说变速装置5的主驱动轴，可以为由独立动力源驱动的方式，但优选的是直接采用该被密封的旋转轴Ⅰ，利用机器旋转轴自身的动力，经变速装置5驱动该中间旋转环2。

所述带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，其中间旋转环2与被密封机组旋转轴Ⅰ的转速比可根据需要由变速装置的变速比进行调整，且其比值的优选范围为0.3~200。根据目前机械密封应用机组情况，较高转速机组其转速约为7000~15000rpm，中等转速机组其转速约为2500~7000rpm，较低转速机组其转速约为20~2500rpm，而根据实际使用情况来看，接触式密封如只设置一个中间环，考虑两组密封面相对转速的均匀性，比值的取值范围应在0.5附近选取，而非接触式密封转速在8000~10000rpm范围内密封面能获得较高的流体膜刚度和稳定性，则的取值范围约为2~500，适当考虑实际加工过程中的特殊性和传动效率，确定转速比值的取值范围为0.3~200。

所述带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，其传动轮的特征是能进行周向回转运动的传递，具体可以是齿轮、带轮、摩擦轮、链轮等，但优选的是采用齿轮和带轮作为传动轮，当两传动轴中心距较小时优选齿轮为传动轮，当两传动轴中心距较大时优选带轮为传动轮。

所述带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，中间旋转环2以其内径侧与传动轴套4以销、键、胀套、螺钉等方式传动，但优选的方式是经传动销方式传动连接。

以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。

附图说明

图1是本实用新型带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封的优选实施方式1示意图。

图2是本实用新型带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封的优选实施方式2示意图。

图3是本实用新型带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封的优选实施方式3示意图。

图4是与图1至图3对应的一种机械密封装置的结构示意图。

图中主要相关符号为：1—动环；2—中间旋转环；3—静环；4—传动轴套；5—变速装置；6—机座；Z1—传动轮，同时代表该轮的直径；Z2—传动轮，同时代表该轮的直径；Z3—传动轮，同时代表该轮的直径；Z4—传动轮，同时代表该轮的直径；Ⅰ—被密封机组旋转轴；Ⅱ—变速装置的输入轴；Ⅲ—变速装置的输出轴。

具体实施方式

实施例1：参阅图1、图4。

本实施例的总体主要由机械密封部分、变速装置部分和若干传动连接件构成。具体主要由：动环1、中间旋转环2、静环3、传动轴套4、变速装置5、机座6、静环座7、防转销8、弹簧9、齿轮Z1、齿轮Z2、齿轮Z3、齿轮Z4、输入轴Ⅱ、输出轴Ⅲ等构成。其中机械密封部分包括：动环1、中间旋转环2、静环3；变速装置部分包括：变速装置5、输入轴Ⅱ、输出轴Ⅲ；传动连接件包括：齿轮Z1、齿轮Z2、齿轮Z3、齿轮Z4、传动轴套4。

齿轮Z1周向固定在轴Ⅰ上，轴Ⅰ为被密封机组旋转轴，齿轮Z2周向固定在轴Ⅱ上，齿轮Z1为主动轮，带动从动轮Z2旋转；齿轮Z3周向固定在轴Ⅲ上，齿轮Z4周向固定在传动轴套4上，齿轮Z3为主动轮，带动从动轮Z4旋转，齿轮Z4、传动轴套4、中间旋转环2三者周向固定并同步旋转，传动轴套4空套在轴Ⅰ上。

假定被密封机组旋转轴Ⅰ的转速为n1，中间旋转环2的转速为n2，变速装置5的传动比为i5，i5为变速装置5的输出轴Ⅲ与输入轴Ⅱ的转速之比，则中间旋转环2和轴Ⅰ的转速比i为：i=n2/n1= i5 (Z1Z3)/(Z2Z4)。可通过变化变速装置5的传动比i5和各齿轮的直径，实现中间旋转环2转速n2的调整。动环1的转速跟旋转轴Ⅰ的转速相同为n1，则动环1和中间旋转环2所构成密封面的相对转速为n2±n1，中间旋转环2跟静环3的构成密封面的相对转速为n2。

实施例2：参阅图2、图4。

本实施例的总体仍主要由机械密封部分、变速装置部分和若干传动连接件构成。具体主要由：动环1、中间旋转环2、静环3、传动轴套4、变速装置5、机座6、静环座7、防转销8、弹簧9、齿轮Z1、齿轮Z2、带轮Z3、带轮Z4、输入轴Ⅱ、输出轴Ⅲ等构成。其中机械密封部分包括：动环1、中间旋转环2、静环3；变速装置部分包括：变速装置5、输入轴Ⅱ、输出轴Ⅲ；传动连接件包括：齿轮Z1、齿轮Z2、带轮Z3、带轮Z4、传动轴套4。

实施例2跟实施例1的差别在于：实施例2中Z3、Z4两个传动轮为带轮，而实施例1中Z3、Z4两个传动轮为齿轮。实施例2的转速比、密封面相对转速计算方法与实施例1相同。

实施例3：参阅图3、图4。

本实施例的总体仍主要由机械密封部分、变速装置部分和若干传动连接件构成。具体主要由：动环1、中间旋转环2、静环3、传动轴套4、变速装置5、机座6、静环座7、防转销8、弹簧9、带轮Z1、带轮Z2、带轮Z3、带轮Z4、输入轴Ⅱ、输出轴Ⅲ等构成。其中机械密封部分包括：动环1、中间旋转环2、静环3；变速装置部分包括：变速装置5、输入轴Ⅱ、输出轴Ⅲ；传动连接件包括：带轮Z1、带轮Z2、带轮Z3、带轮Z4、传动轴套4。

实施例3跟实施例1的差别在于：实施例3中Z1、Z2、Z3、Z4四个传动轮皆为带轮，而实施例1中Z1、Z2、Z3、Z4四个传动轮皆为齿轮。实施例3的转速比、密封面相对转速计算方法与实施例1相同。

以上实施例中，重点在于体现变速装置5的输入轴Ⅱ与主驱动轴Ⅰ之间，输出轴Ⅲ与传动轴套4之间的传动连接方式。实施例中分别使用了齿轮传动、带传动以及他们的不同组合方式，而在实际应用中链传动、摩擦轮传动等也可达到相同的效果。为了更清楚的描述核心问题，以上实施例只涉及单级密封结构，而在实际使用过程中，密封总体布局根据需要可有多种型式如：单端面密封、双端面密封、串联式密封（两级以上）、串联带中间迷宫（两级以上），还可跟浮环密封、碳环密封、迷宫密封等其它密封型式组成组合式密封。

Claims

1.一种带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，在以密封端面相对设置的由被密封旋转轴驱动的动环（1）和静环（3）之间，设置有两端面分别与动环（1）和静环（3）相对且具有转速差的中间旋转环（2），其特征是中间旋转环（2）由具有主驱动轴（Ⅰ）的变速装置（5）驱动旋转，变速装置（5）的输入轴（Ⅱ）与主驱动轴（Ⅰ）由传动轮（Z1）、传动轮（Z2）传动连接，输出轴（Ⅲ）通过传动轮（Z3）、传动轮（Z4）与传动轴套（4）传动连接，传动轮（Z4）、传动轴套（4）、中间旋转环（2）三者周向固定并同步旋转，传动轴套（4）与中间旋转环（2）传动连接。

2.如权利要求1所述的带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，其特征是所述变速装置（5）的主驱动轴（Ⅰ）为被密封的旋转轴。

3.如权利要求1所述的带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，其特征是所述中间旋转环（2）与主驱动轴（Ⅰ）的转速比的取值范围为0.3~200。

4.如权利要求1所述的带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，其特征是所述的传动轮（Z1）、传动轮（Z2）、传动轮（Z3）、传动轮（Z4）为齿轮或带轮。

5.如权利要求1所述的带变速装置的自驱动式中间旋转环机械密封，其特征是所述的中间旋转环（2）以其内径侧与传动轴套（4）经传动销方式传动连接。