CN211778985U - 一种能够延长使用寿命的迷宫密封 - Google Patents

Abstract

一种能够延长使用寿命的迷宫密封，包括旋转件和静止件，旋转件与静止件之间设有迷宫密封工作区，其特征在于：在迷宫密封工作区以外的非工作区域处建立一个或多个专供摩擦的摩擦工作区。由于摩擦工作区处旋转件的外缘与静止件的内缘之间的间隙小于迷宫密封工作区的间隙，而且在摩擦工作区设置有耐磨材料层，旋转件在运行过程中偏离其理论回转中心时，旋转件与静止件之间的摩擦工作区承担摩擦任务，即此时旋转件与静止件在摩擦工作区发生直接摩擦，而迷宫密封工作区由于仍有间隙并未发生直接摩擦，直到摩擦工作区磨损后迷宫密封工作区才可能发生摩擦，从而起到保护迷宫密封工作区的作用。

Description

一种能够延长使用寿命的迷宫密封

技术领域

本实用新型涉及密封结构技术领域，特别涉及一种能够延长使用寿命的迷宫密封。

背景技术

在机械装置和机械设备中，经常需要在旋转件（旋转轴或转子）与静止件（壳体或者座体）之间设置迷宫密封结构来满足密封要求。这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和各级间的密封。

迷宫密封是指在旋转件与静止件之间的圆周方向设置若干个依次排列的环形密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。由于迷宫密封的旋转件和静止件间存在间隙，在运行过程中当旋转件因惯性、重力以及动静平衡等原因偏离其理论回转中心时，静止件可以通过径向运动与旋转件保持一定的同轴度。但是当旋转件在径向波动或跳动过快时，静止件的密封工作区域会与旋转件的密封工作区域接触摩擦造成磨损，当旋转件与静止件之间的密封工作区域的磨损量到达一定程度时，密封效果开始下降。特别是这样的磨损会对迷宫密封的使用寿命产生较大影响。现有径向浮动式迷宫密封为了延长使用寿命采用的措施是增加迷宫密封旋转件与静止件密封工作区域的硬度，从而提高耐磨性。然后在实际应用中，当旋转件发生偏心时迷宫密封工作区域仍然会直接发生摩擦，虽然与以往相比磨损程度有所改善，但工作一段时间后，迷宫密封工作区域的磨损依然严重，延长使用寿命的效果不明显。

有鉴于此，如何设计一种能够避免迷宫密封工作区域磨损，延长其密封效果和寿命是本实用新型研究的课题。

发明内容

本实用新型提供一种能够延长使用寿命的迷宫密封，其目的是要解决现有旋转件与静止件之间的迷宫密封在运行中因同轴度不一致导致磨损，从而造成使用寿命下降的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种能够延长使用寿命的迷宫密封，包括旋转件和静止件，其中，旋转件与一转轴固定连接，转轴由轴承转动支承，旋转件的外缘上设有第一密封工作区段，静止件的内缘上设有第二密封工作区段，在装配状态下旋转件外缘上的第一密封工作区段与静止件内缘上的第二密封工作区段对应配合，形成迷宫密封工作区，其创新在于：

在所述迷宫密封工作区之外的旋转件与静止件之间设置有摩擦工作区，该摩擦工作区由设在旋转件外缘上的第一摩擦工作区段与设在静止件内缘上的第二摩擦工作区段对应配合形成。

所述旋转件外缘的第一摩擦工作区段上设有第一耐磨层，该第一耐磨层的外圆半径大于旋转件外缘上第一密封工作区段的外圆半径。

所述静止件内缘的第二摩擦工作区段上设有第二耐磨层，该第二耐磨层的内圆半径小于静止件内缘上第二密封工作区段的内圆半径。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1. 上述方案中，所述旋转件第一摩擦工作区段上的第一耐磨层的横截面为台阶形状，而静止件第二摩擦工作区段上的第二耐磨层的横截面为矩形。所述台阶形状由两个或三个不同高度的台阶组成。

2. 上述方案中，所述旋转件第一摩擦工作区段上的第一耐磨层的横截面为矩形，而静止件第二摩擦工作区段上的第二耐磨层的横截面为台阶形状。所述台阶形状由两个或三个不同高度的台阶组成。

3. 上述方案中，所述摩擦工作区设在所述迷宫密封工作区的一端或者两端。

4. 上述方案中，在所述静止件的外围设有一个环形的安装座，该安装座上设有一个与静止件外形匹配的环形座仓，该环形座仓的一端为开放端，另一端设有内端面，所述静止件为环形构件，该环形构件的两端分别设有端面，在装配状态下静止件从安装座环形座仓的开放端装入安装座的环形座仓中，其中，静止件的一个端面贴靠在环形座仓的内端面上，安装座环形座仓的开放端设置有压板，压板相对安装座固定连接，压板与静止件的另一个端面之间设有弹性压紧件，并从轴向将静止件压紧在安装座上。

本实用新型的技术构思和效果：为了解决现有旋转件与静止件之间的迷宫密封在运行中因同轴度不一致导致磨损，从而造成使用寿命下降的问题，本实用新型在迷宫密封工作区以外的非工作区域处建立一个或多个专供摩擦的摩擦工作区。由于摩擦工作区处旋转件的外缘与静止件的内缘之间的间隙小于迷宫密封工作区的间隙，而且在摩擦工作区设置有耐磨材料层，旋转件在运行过程中偏离其理论回转中心时，旋转件与静止件之间的摩擦工作区承担摩擦任务，即此时旋转件与静止件在摩擦工作区发生直接摩擦，而迷宫密封工作区由于仍有间隙并未发生直接摩擦，直到摩擦工作区磨损后迷宫密封工作区才可能发生摩擦，从而起到保护迷宫密封工作区的作用。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有以下优点和效果：

1.上述方案中，本方案在迷宫密封工作区之外建立了摩擦工作区，由于摩擦工作区设置有间隙更小的配合，而且此处表面还设置有耐磨材料层，在旋转件偏离其理想的回转中心时，优先在非密封工作区（摩擦工作区）发生摩擦，从而保护了迷宫密封工作区不受摩擦和磨损的影响，延长了迷宫密封的使用寿命。

2.上述方案中，本方案在非密封工作区（摩擦工作区）的小间隙配合中采用了台阶式设计，当较小间隙处被磨损后，交由较大间隙处的非密封工作区（摩擦工作区）来保护迷宫密封工作区。实践证明这种设计对延长迷宫密封使用寿命的效果显著。

3.上述方案中，本方案迷宫密封静止件端面设置有弹性压紧装置，该弹性压紧装置减小迷宫密封静止件因重力及振动而自身的运动，有利于稳定运行，保证密封效果，延长迷宫密封的使用寿命。

附图说明

附图1为本实用新型实施例结构示意图；

附图2为图1中的A处放大图；

附图3为图2中的B处放大图；

附图4为图2中的C处放大图；

附图5为图4中的D处放大图。

以上附图中：1．旋转件；2．静止件；3.安装座；4.机体；5. 螺栓；6. 波形弹簧；7．压板；8．压杆；9．第一弹簧；10．第二弹簧；11．电动推杆；12．轴向螺塞；13．活塞；14．压力传感器；15．径向滑块；16．轴向滑块；17．径向螺塞；18．“O”型密封圈；19．转轴；20．轴承；21．径向安装孔；22．轴向安装孔；23．内端面；24．第一密封工作区段；25．第二密封工作区段；26．第一摩擦工作区段；27．第二摩擦工作区段；28．第一耐磨层；29．第二耐磨层；S1．第一间隙；S2．第二间隙；S3．第三间隙。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：一种能够延长使用寿命的迷宫密封

如图1-5所示，该迷宫密封旋转件1和静止件2（见图1），其中，旋转件1与一转轴19固定连接，转轴19由轴承20转动支承，旋转件1的外缘上设有第一密封工作区段24（见图3），静止件2的内缘上设有第二密封工作区段25（见图3），在装配状态下旋转件1外缘上的第一密封工作区段24与静止件2内缘上的第二密封工作区段25对应配合，形成迷宫密封工作区。

在所述迷宫密封工作区之外的旋转件1与静止件2之间设置有摩擦工作区，该摩擦工作区由设在旋转件1外缘上的第一摩擦工作区段26与设在静止件2内缘上的第二摩擦工作区段27对应配合形成（见图3）。所述旋转件1外缘的第一摩擦工作区段26上设有第一耐磨层28（见图3），该第一耐磨层28的外圆半径大于旋转件1外缘上第一密封工作区段24的外圆半径。所述静止件2内缘的第二摩擦工作区段27上设有第二耐磨层29（见图3），该第二耐磨层28的内圆半径小于静止件2内缘上第二密封工作区段25的内圆半径。

所述旋转件1第一摩擦工作区段26上的第一耐磨层28的横截面为台阶形状，而静止件2第二摩擦工作区段27上的第二耐磨层29的横截面为矩形。所述台阶形状由两个不同高度的台阶组成（见图3）。所述第一耐磨层28和第二耐磨层29可以是镀层，也可以是涂层。

从图3中可以看出，旋转件1与静止件2之间存在三种间隙，第一种是旋转件1外缘上的第一密封工作区段24与静止件2内缘上的第二密封工作区段25之间的第一间隙S1，第二种是旋转件1外缘上的第一摩擦工作区段26与静止件2内缘上的第二摩擦工作区段27之间的第二间隙S2，第三种是旋转件1外缘上的第一摩擦工作区段26与静止件2内缘上的第二摩擦工作区段27之间的第三间隙S3。三者的关系是第一间隙S1大于第三间隙S3，第三间隙S3大于第二间隙S2。

在实际运行中，当旋转件1偏离其理论回转中心时，第二间隙S2先接触并磨擦，第三间隙S3不会接触。当第一耐磨层28的上台阶被磨损一段时间后，当旋转件1偏离其理论回转中心时，第三间隙S3再接触并磨擦，依次类推直至迷宫密封工作区被磨损。

在所述静止件2的外围设有一个环形的安装座3（见图1），安装座3与静止件2之间留有环形浮动空隙，以便静止件2在环形浮动空隙内作径向浮动。

所述安装座3与静止件2之间在圆周方向上均匀设置四个径向可调弹性支撑结构，每个径向可调弹性支撑结构均包括压杆8、第一弹簧9以及径向螺塞17（见图4 和图5）。对应所述径向可调弹性支撑结构在安装座3上设有径向安装孔21（见图5），该径向安装孔21沿安装座3环形的径向惯通开设，且径向安装孔21具有内端和外端。所述压杆8的一端座落在径向安装孔21的内端中，并相对于径向安装孔21滑动配合，压杆8的另一端顶压在静止件2的外缘上（见图2和图4）。所述径向螺塞17位于径向安装孔21的外端中，并与径向安装孔21的外端螺纹配合（见图4和图5）。所述第一弹簧9座落在径向安装孔21中，并位于压杆8与径向螺塞17之间。

针对所述径向可调弹性支撑结构设置轴向压力调节结构，该轴向压力调节结构包括径向滑块15、轴向滑块16、推杆以及轴向螺塞12（见图4和图5）。对应所述轴向压力调节结构在安装座3上设有轴向安装孔22（见图5），该轴向安装孔22沿安装座3环形的轴向开设，且具有内端和外端，轴向安装孔22的内端与径向安装孔21惯通（见图5）。所述径向滑块15上设有第一斜面，轴向滑块16上设有第二斜面（见图5），径向滑块15和轴向滑块16均座落在径向安装孔21中，并安置在第一弹簧9与径向螺塞17之间，其中，径向滑块15的第一斜面与轴向滑块16的第二斜面接触配合，且轴向滑块16位于径向安装孔21与轴向安装孔22惯通处（见图5）。所述轴向螺塞12位于轴向安装孔22的外端中，并与轴向安装孔22的外端螺纹配合（见图4）。所述推杆座落在轴向安装孔22中，并作用在轴向螺塞12与轴向滑块16之间（见图4）。

所述径向可调弹性支撑结构还包括活塞13以及压力传感器14（见图5），活塞13和压力传感器14叠置组合后座落在径向安装孔21中，并位于第一弹簧9与径向滑块1之间，其中，活塞13接触第一弹簧9（见图5）。所述推杆采用电动推杆11（见图4和图5），电动推杆11的前向设有第二弹簧10，第二弹簧10的一端抵靠在轴向安装孔22内端的台阶面上（见图5），第二弹簧10的另一端抵靠在电动推杆11的壳体上，电动推杆11的推动杆从壳体中伸出并作用在轴向滑块16上（见图5）。

所述环形的安装座3上设有一个与静止件2外形匹配的环形座仓（见图1），该环形座仓的一端为开放端，另一端设有内端面23（见图1），所述静止件2为环形构件，该环形构件的两端分别设有端面，在装配状态下静止件2从安装座3环形座仓的开放端装入安装座3的环形座仓中，其中，静止件2的一个端面贴靠在环形座仓的内端面23上，安装座3环形座仓的开放端设置有压板7（见图1、图2和图4），压板7通过螺栓5与机体4固定连接，压板7与静止件2的另一个端面之间设有波形弹簧6，并从轴向将静止件2压紧在安装座3上（见图2）。所述静止件2的一个端面与被贴靠的环形座仓的内端面23之间设有“O”型密封圈18（见图2）。这种“O”型密封圈18的设计是为了解决静止件2的端面与环形座仓的内端面23之间的密封问题。

为配合本发明实现自动检测和控制，还应设置配套使用的电器控制系统。该电器控制系统可以根据不同要求，采用现有技术来设计。这本领域技术人员能够理解并接受的，因此这里不再作详细描述。

本实施例具体实施过程如下：

1.本实施例装配调试时，通过调节轴向螺塞12或径向螺塞17使迷宫密封的静止件2与迷宫密封的旋转件1的理论回转轴心同轴。同时需保证第一弹簧9及第二弹簧10的压缩量在一定合理范围内，记录各压力传感器14的压力反馈值并记入电器控制系统，此时压力传感器14反馈合力值A应与迷宫密封静止件2的重力G大小相等，方向相反,即A=-G。

2.本实施例运转工作时，当迷宫密封旋转件1偏离其理论回转中心时，旋转件1的密封面与静止件2的密封面接触，迷宫密封静止件2外圆各个压力传感器14检测到压力变化，电器控制系统通过计算得知压力传感器14合力值的方向及大小，并控制电动推杆11动作，使得合力值A=-G并再让电动推杆11运动一小段距离从而保证迷宫密封间隙量均匀。

3.本实施例在运转过程中，电器控制系统可以根据电动推杆11位置计算得知压力传感器14测得的弹簧力大小应为多少（迷宫密封静止件2与旋转件1不接触时），若计算值与实际测得值偏离且弹簧力合力A≠重力G，则说明迷宫密封旋转件再次偏离中心，从而实现自动检测和控制。

下面针对本发明的其他实施情况以及结构变化作如下说明：

1.以上实施例中，所述旋转件1第一摩擦工作区段26上的第一耐磨层28的横截面为台阶形状，而静止件2第二摩擦工作区段27上的第二耐磨层29的横截面为矩形（见图3）。但本实用新型不局限于此，第一摩擦工作区段26上的台阶形状与第二摩擦工作区段27上的矩形可以交换。也可以第一摩擦工作区段26和第二摩擦工作区段27上均采用矩形，不用台阶。这些都是较为灵活的设计，主要根据实际需要来确定。这是本领域技术人员容易理解并接受的。

2.以上实施例中，所述台阶形状由两个不同高度的台阶组成。但本实用新型不局限于此，台阶的可以是三个，四个，甚至更多。可以根据实际需要来确定。这是本领域技术人员容易理解并接受的。

3.以上实施例中，所述摩擦工作区设在迷宫密封工作区的一端（见图3）。但本实用新型不局限于此，可以将摩擦工作区分设在迷宫密封工作区的两端，还可以将摩擦工作区分设在迷宫密封工作区的中间，甚至更多的组合和变化。这是本领域技术人员容易理解并接受的。

4.以上实施例中，所述电动推杆11是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置，又名直线驱动器，主要是由电机推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构，可以认为是旋转电机在结构方面的一种延伸。

5.以上实施例中，所述安装座3与静止件2之间在圆周方向上均匀设置了四个径向可调弹性支撑结构。但本实用新型不局限于此，从理论上讲径向可调弹性支撑结构的数量为至少三个，且间隔设置就可以了。均匀设置是较佳的实施情况，而不是必须的条件。由此本领域技术人员知道径向可调弹性支撑结构在数量上可以是三个、四个、五个、六个、七个、八个，甚至更多，而且在圆周方向上间隔布置即可。这是本领域技术人员容易理解并接受的。

6.以上实施例中，径向滑块15与轴向滑块16的斜面接触配合后，径向滑块15的平面与第一弹簧9接触，轴向滑块16的平面与径向螺塞17接触（见图4）。但本实用新型不局限于此，径向滑块15与轴向滑块16两者的位置可以交换，即倒过来将轴向滑块16的平面与第一弹簧9接触，而径向滑块15的平面与径向螺塞17接触，也可以实现本发明目的并获得相同的技术效果。这是本领域技术人员容易理解并接受的。

7.以上实施例中，所述弹性压紧件采用波形弹簧6（见图1和图2）。但本实用新型不局限于此，从理论上讲只要是弹性压紧零件或者结构均可以实现本发明。这是本领域技术人员容易理解并接受的。

8.以上实施例中，记载了“旋转件1上设有用于密封的外圆段，静止件2上设有用于密封的内圆段，在装配状态下所述外圆段与内圆段配合，配合面之间设有迷宫密封齿形结构（见图2）”，但没有进一步详细描述迷宫密封齿形的具体结构。这是因为迷宫密封齿形结构属于现有技术。本实用新型不局限于图示给出的情况，只要是现有技术记载的迷宫密封齿形结构均可以适用于本发明。这是本领域技术人员容易理解并接受的。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能够延长使用寿命的迷宫密封，包括旋转件（1）和静止件（2），其中，旋转件（1）与一转轴（19）固定连接，转轴（19）由轴承（20）转动支承，旋转件（1）的外缘上设有第一密封工作区段（24），静止件（2）的内缘上设有第二密封工作区段（25），在装配状态下旋转件（1）外缘上的第一密封工作区段（24）与静止件（2）内缘上的第二密封工作区段（25）对应配合，形成迷宫密封工作区，其特征在于：

在所述迷宫密封工作区之外的旋转件（1）与静止件（2）之间设置有摩擦工作区，该摩擦工作区由设在旋转件（1）外缘上的第一摩擦工作区段（26）与设在静止件（2）内缘上的第二摩擦工作区段（27）对应配合形成；

所述旋转件（1）外缘的第一摩擦工作区段（26）上设有第一耐磨层（28），该第一耐磨层（28）的外圆半径大于旋转件（1）外缘上第一密封工作区段（24）的外圆半径；

所述静止件（2）内缘的第二摩擦工作区段（27）上设有第二耐磨层（29），该第二耐磨层（29）的内圆半径小于静止件（2）内缘上第二密封工作区段（25）的内圆半径。

2.根据权利要求1所述的迷宫密封，其特征在于：所述旋转件（1）第一摩擦工作区段（26）上的第一耐磨层（28）的横截面为台阶形状，而静止件（2）第二摩擦工作区段（27）上的第二耐磨层（29）的横截面为矩形。

3.根据权利要求2所述的迷宫密封，其特征在于：所述台阶形状由两个或三个不同高度的台阶组成。

4.根据权利要求1所述的迷宫密封，其特征在于：所述旋转件（1）第一摩擦工作区段（26）上的第一耐磨层（28）的横截面为矩形，而静止件（2）第二摩擦工作区段（27）上的第二耐磨层（29）的横截面为台阶形状。

5.根据权利要求4所述的迷宫密封，其特征在于：所述台阶形状由两个或三个不同高度的台阶组成。

6.根据权利要求1所述的迷宫密封，其特征在于：所述摩擦工作区设在所述迷宫密封工作区的一端或者两端。

7.根据权利要求1所述的迷宫密封，其特征在于：在所述静止件（2）的外围设有一个环形的安装座（3），该安装座（3）上设有一个与静止件（2）外形匹配的环形座仓，该环形座仓的一端为开放端，另一端设有内端面（23），所述静止件（2）为环形构件，该环形构件的两端分别设有端面，在装配状态下静止件（2）从安装座（3）环形座仓的开放端装入安装座（3）的环形座仓中，其中，静止件（2）的一个端面贴靠在环形座仓的内端面（23）上，安装座（3）环形座仓的开放端设置有压板（7），压板（7）相对安装座（3）固定连接，压板（7）与静止件（2）的另一个端面之间设有弹性压紧件，并从轴向将静止件（2）压紧在安装座（3）上。

8.根据权利要求7所述的迷宫密封，其特征在于：所述弹性压紧件采用波形弹簧（6），所述静止件（2）的一个端面与被贴靠的环形座仓的内端面（23）之间设有“O”型密封圈（18）。

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