CN211474874U - 采用改进的防旋转系统的机械密封件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用改进的防旋转系统的机械密封件，其包括固定部(3)和旋转部(4)，所述固定部(3)包括容器(5)和设置在所述容器(5)上的第一密封环(30)，所述旋转部(4)包括套筒(9)和设置在套筒(9)上的第二密封环(40)，安装在容器(5)内部的杯状结构(6)可以沿轴向滑动，容纳在杯状结构(6)中的垫圈(7)和弹簧(8)在容器(8)和杯状结构(6)之间轴向压缩。弹簧(8)包括通过第一约束装置(V1)约束到杯状结构(6)的第一端(80)，以及借助于第二约束装置(V2)约束到容器的第二端(81)，使得该弹簧阻止杯状结构(6)相对于容器(5)的旋转。

Description

采用改进的防旋转系统的机械密封件

技术领域

本实用新型涉及一种机械密封件，尤其涉及一种适于设置在旋转轴和壳体的开口之间的机械密封件，旋转轴通过该开口安装。本实用新型在旋转泵的密封件中发现了优选的、非排他性的应用，特别是在用于机动车中的制冷剂流体再循环的泵中。

背景技术

众所周知，机械密封件包括：

-包括第一密封环的固定部，

-包括第二密封环的旋转部，以及

-设置在固定部内的弹簧，以便将第一密封环推向第二密封环。

鉴于以下事实：当旋转时，第二密封环在第一密封环上滑动，两个密封环倾向于相对于它们的壳体在固定部和移动部中旋转。因此，机械密封件必须提供防旋转系统以防止密封环在其壳体中的旋转。然而，必须考虑的是，虽然第二密封环可以在其旋转部的壳体中被阻挡，但是当被弹簧推动时，第一密封环必须能够自由地轴向平移。

在同一申请人的名义下，WO2018/020460公开了一种具有密封环的防旋转系统的机械密封件，其在密封环和密封环的壳体之间提供椭圆形联接。在这种情况下，第一密封环在被弹簧推动时可自由地轴向平移，并且借助于椭圆形联轴器锁定旋转。

固定部包括容器，其中杯状结构可滑动地安装，通过垫圈保持第一密封环。弹簧设置在容器的底壁和杯状结构之间的容器内。弹簧的端部既不约束于容器的底壁也不约束于杯状结构。事实上，第一密封环被阻止旋转，因此不会向杯状结构传递任何旋转。显然地，如果第一密封环没有被阻止旋转，则第一密封环将旋转并将所述旋转传递到杯状结构，从而损害密封的操作。

对于第二密封环，即旋转密封环，这种类型的椭圆形联接器工作良好，因为第二密封环不能轴向平移。相反，对于第一密封环，这种类型的椭圆形联轴器由于一些缺点而受损，因为第一密封环必须轴向平移。而且，由于椭圆形部分相对于垫圈滑动的圆柱形部分的较大尺寸，所述机械密封件难以组装。

已知机械密封件包括设置在固定密封环后面的波纹管，以提供防止流体通过的密封。如果波纹管由金属材料制成，则波纹管焊接并密封到机械密封件的结构上。然而，必须考虑到与螺旋弹簧相比，波纹管具有完全不同的结构，因此与螺旋弹簧相比具有完全不同的扭转性能。因此，带有波纹管的机械密封件与带有弹簧的机械密封件不兼容，因为弹簧没有密封功能。事实上，在带有弹簧的机械密封件中，通过弹性垫圈获得密封功能。

在具有螺旋弹簧的机械密封件的一些应用中，螺旋弹簧被销钉阻挡。然而，这种弹簧的阻挡已被证明是不可靠的。

必须考虑的是，在机械密封件领域中，弹簧通常被机械锁(例如销)阻挡。实际上，存在对使用焊接来阻挡弹簧的技术偏见，因为焊接不被认为是可靠的而被认为损害了弹簧的正确操作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于通过提供一种具有密封环的防旋转系统的机械密封件来消除现有技术的缺点，该机械密封件是有效的、可靠的并且能够以更低的体积来提供优异的性能。

另一个目的在于公开一种制造简单且便宜的机械密封件。

本实用新型的机械密封件，适于设置在旋转轴与固定壳体之间，所述固定壳体具有开口，所述旋转轴通过所述开口安装，所述机械密封件包括：

-固定部，包括适于安装在所述壳体的开口中的容器，以及设置在所述容器上的第一密封环，和

-旋转部，包括适于固定在所述旋转轴上的套筒和设置在所述套筒上的第二密封环，

-安装在所述容器内的杯状结构，其能沿轴向滑动，

-由弹性材料制成的垫圈，其至少部分地容纳在所述杯状结构中，以便轴向锁定所述第一密封环，以及

-弹簧，其在所述容器与所述杯状结构之间轴向压缩，以便将所述第一密封环推向所述第二密封环，

其特征是

所述弹簧包括：

-具有第一约束装置的第一端，其约束到所述杯状结构(6)，以及

-具有第二约束装置的第二端，其约束到所述容器，使得所述弹簧阻止所述杯状结构相对于容器的旋转。

申请人惊奇地发现弹簧的约束装置可以是焊接部。实际上，在对机械密封件的操作进行了几次实验测试之后，申请人发现弹簧的焊接部是完全可靠的并且不会损害弹簧的操作。

附图说明

本实用新型的附加特征将从以下详细描述中显而易见，所述详细描述仅是说明性的，并非限制性实施例，如附图中所示，其中：

图1为根据本实用新型的机械密封件的轴向截面图；

图2为图1细节的放大视图，其中弹簧的第一和第二约束装置为焊接；

图2A为与图2相同的视图，除了它示出了约束装置的变型；

图3为根据本实用新型的机械密封件的旋转部的部件的分解立体图；以及

图4为沿图1的剖面IV-IV截取的剖视图，其示出了第二约束装置的另一变型，其提供弹簧的一端和容器之间的联接。

具体实施方式

参考附图，公开了一种机械密封件，其通常用附图标记100表示。

参考图1，机械密封件100适于设置在旋转轴1与固定壳体2 之间，固定壳体2设有开口20，旋转轴1通过该开口安装。为了说明的目的，轴1和壳体2可以是轴和机动车(未示出)的冷却系统的再循环泵的主体。

机械密封件100包括约束在壳体2上的固定部3，以及整体地且可旋转地安装在轴1上的旋转部4。固定部3包括第一密封环30。旋转部4包括第二密封环40。两个密封环30、40轴向配合并提供滑动前密封。

有利地，密封环30、40由陶瓷材料制成，例如碳化硅或碳材料。

固定部3包括通过旋转由金属板制成的环形容器5。容器5包括：

-第二环形平底壁50，

-圆柱形侧壁51，其从第二环形平底壁50的外缘朝向密封环 30、40延伸，

-外凸缘52，其从圆柱形侧壁51的轴向端部径向延伸到与第二环形平底壁50相对的位置，以及

-管状内壁53，其从第二环形平底壁50的内边缘朝向密封环 30、40延伸，与圆柱形侧壁51同轴。

容器的圆柱形侧壁51固定并密封在壳体2的开口20内。容器的外凸缘52轴向地抵靠壳体1并确定机械密封件100相对于壳体 2的轴向位置。

第一密封环30安装在容纳于容器5中的杯状结构6内，可以沿轴向滑动。弹性材料垫圈7设置在第一密封环30和杯状结构6 之间。

参考图2，杯状结构6包括：

-第一环形平底壁60，其面向容器的第二环形平底壁50，以及

-圆柱形壁61，其从第一环形平底壁60的外边缘轴向延伸，以至少部分地包围所述第一密封环30。

杯状结构的第一环形平底壁60具有内边缘62，该内边缘62 朝向容器的第二环形平底壁50轴向弯曲并且具有内部呈“J”形的圆形部。

垫圈7包括：

-环形平壁70，轴向设置在杯状结构6的第一环形平底壁60 与第一密封环30之间，以及

-圆柱形外壁71，从环形平壁70轴向地突出并径向的设置在杯状结构的圆柱形壁61与第一密封环30之间。

密封环30通过径向干涉，即通过径向压缩垫圈7的圆柱形壁 61而在杯状结构6内被轴向阻塞。垫圈的环形平壁70在杯状结构 6的第一环形平底壁60与第一密封环30之间被轴向压缩。

垫圈7是波纹管型的，并且包括唇形密封部72，其与容器的管状内壁53配合。

唇形密封部72包括：

-具有环形叶片的第一唇缘73，其位于垫圈的环形平壁70的径向内部，

-具有凸圆形轮廓的第二中间唇缘74，其设置在杯状结构的内边缘62内，以及

-第三唇缘75，其为径向柔性并且朝向容器的第二环形平底壁 50轴向延伸。

第二唇缘74与容器的管状内壁53弹性地配合，并在杯状结构 6与容器的管状内壁53之间提供静态密封。第一和第三唇缘73、 75与垫圈的第二唇缘74配合以提供密封，并且普遍设计用于保护密封区域免受尘埃颗粒的侵入。此外，第一唇缘和第三唇缘73、 75与第二唇缘72一起限定相应的环形腔室，该环形腔室可任选地填充燃料。

机械密封件100还包括弹簧8，其容纳于容器5中并且轴向地包括在容器的第二环形平底壁50和杯状结构的第一环形平底壁60 之间，在这种情况下将第一密封环30轴向地推向第二密封环40。

在该实施例中，弹簧8是利用扁平带状物获得的螺旋波形弹簧，例如由Smalley以

的名义销售的弹簧。然而，弹簧8可以由环形波形弹簧或具有圆柱螺旋的传统弹簧代替。

参考图1～3，机械密封件100的旋转部4包括套筒9。

套筒9包括：

-管状部90，其穿过容器5设置并且适于固定在轴1上，以及

-环形壳体部91，其与管状部90成一体并容纳第二密封环40。

套筒的壳体部91包括：

-扁平径向端部凸缘93，其限定用于第二密封环40的轴向止挡，以及

-多个外舌片94，它们通过凸缘93轴向弯曲，以便在径向方向上包围和阻挡第二密封环40。

鉴于上述情况，套筒的壳体部的管状部90、凸缘93和外舌片 94形成“U”形壳体，其中第二密封环40被阻挡。

有利地，第二密封环40通过设置在套筒的凸缘93和第二密封环40之间的弹性材料的帽200被阻塞在套筒的壳体部91中。

帽200具有圆筒形主体201，其具有环形凸缘202，该环形凸缘202具有存在于其外边缘中的开口。帽的开口203适于接收套筒的外舌片94。

第二密封环40具有存在于外边缘中的多个凹座41。凹座41 设置在形状为拱状扇形的凸起42之间。将第二密封环40压缩地连接在帽的圆筒形主体201上，使得第二密封环的凹座41与帽的开口203对齐。套筒的外舌片94穿过帽的开口203和第二密封环的凹座41，设置在第二密封环的凸起42之间，在这种情况下防止第二密封环和帽相对于套筒的旋转。

可以在第二密封环40和套筒9之间提供其他防旋转系统，例如WO2018/020460中公开的椭圆形联接器。

帽200可以省略，第二密封环40和套筒9之间的静态密封可以通过设置在第二密封环40和套筒的壳体部91之间的FIP(形成到位)密封剂方便地获得。

参考图2，弹簧8包括：

-通过第一约束装置V1约束到杯状结构的第一环形平底壁60 的第一端80，以及

-通过第二约束装置V2约束到第二环形平底壁50或容器的侧壁51的第二端81。

鉴于上述情况，弹簧8阻止杯状结构6相对于容器5的旋转。这种方案允许第一密封环30相对于容器5自由旋转。实际上，当第二密封环40倾向于向第一密封环30传递旋转时，第一密封环 30倾向于将旋转传递到杯状结构6；然而，杯状结构6不能旋转，因为杯状结构的第一环形平底壁60被约束到弹簧的第一端80，弹簧8受到扭转并且阻止杯状结构的旋转6。

有利地，第一约束装置V1可以为焊接部S，优选点焊部，但也可为激光焊接或冷凝器放电焊接。

所述第一约束装置V1易于制造，因为弹簧的第一端80在容器 5外部被约束到杯状结构的第一环形平底壁60。接着，由第一密封环30、垫圈7、杯状结构6和弹簧8形成的组件插入到容器5中。

第二约束装置V2可以与第一约束装置V1一样为焊接部S。

参考图2，根据第一变型，约束装置V1、V2可包括由垫圈或环形金属板组成的两个环301、302，其通过焊接部S，例如点焊部被焊接到弹簧8的端部80、81。环301、302分别通过可为焊接部或机械锁的固定装置T固定到杯状结构的第一环形平底壁60和容器的第二环形平底壁50。

图4示出了第二约束装置V2的另一变型，其包括位于容器的第二环形平底壁50中并向内突出的止动突起。鉴于上述情况，当弹簧8倾向于沿箭头F的方向旋转时，弹簧的第二端81止靠于容器底壁的止动突起，从而防止弹簧相对于容器的旋转。

参考图4，第二约束装置V2可以提供位于容器的侧壁51的内表面中的导向槽56，使得弹簧的第二端81在导向槽56中滑动以到达止动件57，该止动件57产生阻止弹簧旋转的弹簧的第二端81 的适配连接。这种导向槽56最初可以在容器的侧壁51中省略，并且可以通过具有切割容器的侧壁51的内表面的尖角的弹簧的第二端81获得。由弹簧的第二端81形成的导向槽56的设置可以避免在容器的第二环形平底壁50上设置止动突起。

通过说明机械密封件100的操作继续该描述。

在操作期间，第二密封环40与轴1一体地旋转。因此，在两个密封环30、40之间的弹簧8的载荷下产生滑动的相对旋转。

第二密封环40的旋转连接通过帽200和套筒的外舌片94获得，所述外舌片94接合在帽的开口203和第二密封圈的凹座42中。

第一密封环30的旋转联接通过弹簧8获得，其中弹簧8的第一端80约束到杯状结构6，而第二端81约束到容器5。

垫圈7和容器5之间的静态密封是通过垫圈的唇形密封部72 的几何形状获得的，除了流体的压力之外，没有任何刚性或弹性元件对所述部分压靠容器的管状内壁53的压缩的贡献。

杯状结构的内边缘62的功能是在内部受压的情况下容纳垫圈的唇形密封部72的释放，例如在填充冷却回路之前产生真空时。

此外，杯状结构的内边缘62的功能是防止垫圈7和容器5之间可能的粘附损失，结果导致机械密封件失效。垫圈和容器之间的这种粘附损失可能由于多种原因而发生，例如：

-垫圈弹性材料的降解，

-各种元件的几何和形状公差，

-部件表面光洁度，

-在真空条件下填充冷却回路。

垫圈的唇形密封部72可沿轴向自由滑动并相对于容器5旋转；这避免了由密封环30、40之间的粘滑现象引起的自感振动并因此产生噪音。而且，减少了部件数量，从而增加了密封的简单性、便宜性和可靠性。

唇形密封部72具有合适的几何形状，以防止尘埃在容器5的静态密封区域中渗透，并且还可以用作润滑剂的罐。

垫圈7在轴向上自由滑动，不会在密封环30、40上产生弹性载荷，从而获得动态密封。随后没有弹性变形有助于减小径向体积并且仅将密封环之间的载荷转给弹簧8，从而在机械密封件100的整个寿命期间获得更高的载荷稳定性。

显然，可以对机械密封件100进行若干变型而不脱离本实用新型的保护范围。

特别地，机械密封件的固定部3可以直接安装在轴的轴承的外环中，该外环适当地延伸。

而且，第一密封环30可以直接设置在杯状结构6中，而不需要垫圈的壁71的插入。

Claims (14)

1.机械密封件(100)，适于设置在旋转轴(1)与固定壳体(2)之间，所述固定壳体具有开口(20)，所述旋转轴(1)通过所述开口(20)安装，所述机械密封件(100)包括：

-固定部(3)，包括适于安装在所述壳体的开口(20)中的容器(5)，以及设置在所述容器(5)上的第一密封环(30)，和

-旋转部(4)，包括适于固定在所述旋转轴(1)上的套筒(9)和设置在所述套筒(9)上的第二密封环(40)，

-安装在所述容器(5)内的杯状结构(6)，其能沿轴向滑动，

-由弹性材料制成的垫圈(7)，其至少部分地容纳在所述杯状结构(6)中，以便轴向锁定所述第一密封环(30)，以及

-弹簧(8)，其在所述容器(5)与所述杯状结构(6)之间轴向压缩，以便将所述第一密封环(30)推向所述第二密封环(40)，

其特征是

所述弹簧(8)包括：

-具有第一约束装置(V1)的第一端(80)，其约束到所述杯状结构(6)，以及

-具有第二约束装置(V2)的第二端(81)，其约束到所述容器(5)，使得所述弹簧阻止所述杯状结构(6)相对于容器(5)的旋转。

2.根据权利要求1所述的机械密封件(100)，其特征是，所述第一约束装置(V1)和/或所述第二约束装置(V2)为焊接部(S)。

3.根据权利要求2所述的机械密封件(100)，其特征是，所述第一约束装置(V1)和/或所述第二约束装置(V2)的焊接部是点焊部。

4.根据权利要求2或3所述的机械密封件(100)，其特征是，所述杯状结构(6)包括：

-第一环形平底壁(60)，和

-圆柱形壁(61)，其从所述杯状结构的第一环形平底壁(60)的外边缘轴向延伸，以至少部分地包围所述第一密封环(30)；

其中所述弹簧的第一端(80)通过焊接部(S)约束在所述杯状结构的第一环形平底壁(60)上。

5.根据权利要求1或2所述的机械密封件(100)，其特征是，所述容器(5)包括：

-第二环形平底壁(50)，

-圆柱形侧壁(51)，以及

-管状内壁(53)，其与所述侧壁(51)同轴地延伸，以限定环形座，其中所述弹簧(8)和杯状结构(6)设置于所述环形座内；

所述弹簧的第二端(81)通过焊接部(S)约束到所述容器的第二环形平底壁(50)。

6.根据权利要求2或3所述的机械密封件(100)，其特征是，所述第一约束装置(V1)和所述第二约束装置(V2)包括由垫圈或环形金属板构成的两个环(301、302)，其中所述弹簧(8)的端部(80、81)通过焊接部(S)进行接合；所述两个环(301、302)分别通过固定装置(T)例如焊接部或机械锁而固定到所述杯状结构的第一环形平底壁(60)和所述容器的第二环形平底壁(50)上。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的机械密封件(100)，其特征是，所述第二约束装置(V2)包括机械锁。

8.根据权利要求7所述的机械密封件(100)，其特征是，所述机械锁为接头或止动件。

9.根据权利要求7所述的机械密封件(100)，其特征是，所述第二约束装置(V2)包括止动突起，所述止动突起位于所述容器的第二环形平底壁(50)并且向内突出，使得所述弹簧的第二端(81)止靠于所述容器的底壁的止动突起。

10.根据权利要求7所述的机械密封件(100)，其特征是，所述容器具有带有导向槽(56)的侧壁(51)，所述导向槽(56)止于止动件(57)，使得所述弹簧的第二端(81)在所述导向槽(56)内滑动，直至到达所述止动件(57)。

11.根据权利要求9所述的机械密封件(100)，其特征是，所述容器具有带有导向槽(56)的侧壁(51)，所述导向槽(56)止于止动件(57)，使得所述弹簧的第二端(81)在所述导向槽(56)内滑动，直至到达所述止动件(57)。

12.根据权利要求1或2所述的机械密封件(100)，其特征是，

所述垫圈(7)包括：

-环形平壁(70)，其轴向设置在所述杯状结构(6)的第一环形平底壁(60)与所述第一密封环(30)之间，

-圆柱形外壁(71)，其从所述环形平壁(70)沿突出位置轴向延伸，并径向设置在所述杯状结构的圆柱形壁(61)与所述第一密封环(30)之间，以及

-唇形密封部(72)，其与所述容器的管状内壁(53)配合。

13.根据权利要求12所述的机械密封件(100)，其特征是，所述杯状结构的第一环形平底壁(60)具有内部呈“J”形的圆形部的内边缘(62)，所述内部呈“J”形的圆形部朝向所述容器的第二环形平底壁(50)轴向弯曲，以便保持所述容器的唇形密封部(72)的密封。

14.根据权利要求1或2所述的机械密封件(100)，其特征是，所述弹簧(8)是由扁平带制成的螺旋波形弹簧。

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