CN2158944Y - 一种软填料密封 - Google Patents

Abstract

一种软填料密封，其特征在于反向加载，通过紧 固螺栓(7)，垫圈(8)，弹性元件(9)，压盖(10)把预紧 载荷传递给套筒(11)，使套筒(11)产生轴向右移，压 紧填料(15)，并通过弹性元件(9)对所加载荷进行定 量控制；压盖(10)通过紧固螺钉(6)，定位环(4)和定 位螺钉(5)与轴套固定，使密封结构集装为一体；O 形圈(12)和(14)使密封结构具有一定的浮动性，在轴 有较大的径向偏摆时能够保证密封的可靠；该密封具 有使用寿命长，摩擦磨损功耗低，泄露量小，适应性 强，便于质量控制，成本低的优点，可用于工业生产的 各相关领域。

Description

本发明涉及密封技术领域，尤其是软填料密封技术领域。

填料密封由来已久，其新型专利不断出现，但基本上是从单一的一个方面来加以改进以提高其密封性能。

决定填料密封性能的影响因素很多，除密封填料自身诸多的特性外，填料的装配质量和组合方式，填料在装配条件下的受力状态，加载方式和载荷控制手段以及必要的冷却润滑辅助手段都不同程度地影响着填料密封的密封可靠性和稳定性；另外，在实际应用中，填料密封的装卸维修也是不容忽视的，为了改善填料密封的密封性能，延长其使用寿命，扩大其应用范围，有关人员除不断研制出新型的密封填料外，更有各种新型的密封结构问世。

US4408769公开了一种新型的软填料密封结构，它适用于作因轴尤其是长轴旋转时由陀螺运动（Gyratory    movement）而产生较大的径向偏摆情况下的轴封，如专利说明书中所述，该密封结构有两个空心环14和15通过自身带有的法兰17和18与弹性套筒20相粘联，填料密封组件（26，30，31，32，34，36，37，38）通过螺栓25与空心环14相连接，这样使整个密封结构具有一定的浮动性。当轴产生较大的偏摆时，能保证密封填料31与轴10抱紧，防止密封介质泄漏。但该密封结构中密封组件与弹性套筒相连，弹性套筒因压盖37压紧填料31而承受较大的轴向力，在与法兰17和18粘接处承受较大的剪切力，同时因填料与轴间的摩擦力而承受周向剪切力，这就使弹性套筒的制作具有较高的技术要求，并且要求粘接强度高，密封可靠，该密封结构只是从提高填料密封的浮动性这一单一的方面来提高密封性能，其他方面与普通的填料密封并无区别。

EPO293862公开了一种分段加载密封结构。该结构采用了一个或多个中间压盖给填料逐段加载，大大地减缓了普通填料密封因单个压盖加载而使填料产生的轴向力或侧向力沿轴分布的极度不均匀，避免了填料的过度摩擦磨损，延长了使用寿命。但该结构仍属正向加载填料密封范围，未从根本上改善其受力状态和动态特性，其使用范围仍受到很大的限制。

EPO280778公开的填料密封是在普通的填料密封中增加了一个封闭的冷却环，对密封部位的密封介质进行间接冷却以防止汽化，改善其摩擦磨损状态。US4498681为普通的填料密封精心设计了用于冷却和润滑的封液环，从某种程度上改善了密封的工作状态。US4289317是一种在普通密封基础上增加了用于停机更换填料时防止密封介质外漏的辅助静密封的密封结构，并允许轴有一定的轴向位移。        SU1513271则提供了一种使填料与轴间的接触压力与密封介质压力两者的分布趋势大体一致的密封结构，使其动态特性有所改善。以上几种密封结构均是从某一方面对填料密封加以改进，所以其效果是有限的。

World    Pumps，6    1988，（138）介绍了一种反向加载的填料密封，但该结构的缺点在于装卸困难，不能实现载荷的有效控制，而且其动态特性没有从根本上得到改善。

综上所述现有技术的不足在于：

1    难以控制载荷的大小。前面介绍的密封结构未实现所加载荷的有效控制，不可避免地出现超载而加剧磨损，低载而产生泄漏等现象，从而难以保证密封的可靠性和稳定性。

2    使用范围受到限制。现有的密封技术不允许轴有较大的偏摆量，设计要求小于0.05mm，而大多数搅拌设备旋转轴封部位的偏摆量大于0.5mm，甚至超过1.0mm，在这种情况下使用不可避免地产生严重泄漏。

3    装配质量难以控制。现有的密封技术仍需工作人员现场填装密封填料，由于工作空间及环境的限制，难以避免诸多人为因素而影响装配质量，而装配质量是影响密封性能的重要因素之一。

4    更换周期长，影响生产效率，现场填装密封填料需时较多，减少了设备工作时间，从而影响了生产效率。

本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足。

本发明的目的在于提供一种综合优良的填料密封产品，使其具有载荷可以控制，便于使用及装配，减少摩擦磨损，具有浮动性的反载集装式软填料密封。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

1    改传统的正向加载为反向加载。该密封产品通过紧固螺栓7，垫圈8和弹性元件9把预紧载荷传递给套筒11，使之产生轴向右移而压紧填料15，弹性元件包括圆柱弹簧或碟形弹簧。

2    可靠的载荷控制手段。作用在填料上的压紧力是由紧固螺栓7，垫圈8，弹性元件9和压盖10及套筒11来实现的，由弹性元件9根据特定的工作条件，如密封介质的压力，温度和旋转轴的转速以及选用的密封填料的特性决定。

3    集装式结构：压盖10通过紧固螺钉6，定位螺钉5，定位环4与轴套3联为一体。

4    具有浮动式结构。套筒11开有一个环状的槽，槽的两端各装有一个相同的O形圈，当轴有较大的偏摆时套筒11在O形圈12和14的作用下推动密封填料15抱紧轴套3。

两个O形圈之间可以采用直接冷却或间接冷却，也可通过注油环13加入润滑液。

密封填料15根据特定的工作条件可选用各种编织成型填料，包括碳素纤维编织填料；模压成型填料，包括膨胀石墨成型填料等各种密封填料。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

1    集装式结构

集装式结构是该产品优于其他密封结构的突出特点之一，是填料密封结构的技术性突破。首先集装式结构能够保证装配的质量，现有技术需现场填装，更换和调整密封填料，这不可避免地增加人为因素的影响。实验研究和现场应用结果表明，密封填料的装填质量直接影响其密封性能和工作周期（少则一至两个月多则三年）。集装式结构可以保证在装配使用前由专业厂家或专人负责组装调整，并及时采取有效的检测手段以保证装配质量。而现有的技术则不能如此。其次，本发明的密封可缩短装卸周期，提高生产效率。装配集装式密封结构时只需固定和卸下相关的紧固件即可，而更换轴封时只需把旧的密封结构整件卸下，大大缩短了装卸轴封时所占的设备工作时间，提高了生产效率，这也是其他密封结构无可比拟的。

2    可靠的载荷控制手段也是本发明的特征之一。现有技术对所加载荷无法定量控制，不可避免地出现过载而加剧摩擦磨损，少载而造成严重泄漏，并且在使用过程中，难以准确地判断所加载荷的变化程度以及时调整。而本发明如附图1所示，可由弹性元件9控制所加载荷的大小，其压缩量可根据所用填料的特性和特定的工作条件精确给出，既可避免过载或少载，又可在使用过程中对预紧力进行及时有效的控制，保证密封的可靠性和稳定性。

3    改传统的正向加载为反向加载。如本发明附图1所示，该密封产品通过紧固螺栓7，垫圈8，弹性元件9把预紧载荷传递给套筒11使之产生轴向右移而压紧填料15，使之产生如图2曲线1所示的压力分布，其变化趋势与密封介质的压力分布一致，从根本上改善了其工作状态，降低了摩擦磨损，延长了使用寿命。实验结果表明，与传统的软填料密封相比，该密封产品可减少功耗25％左右，传统的填料密封使用寿命为2－3个月，本发明的密封可达6个月以上。

4    简易可靠的浮动式结构。本发明的密封结构由于装配有两个弹性O形圈12和14，当轴有较大的径向偏摆时，套筒11在O形圈的作用下推动密封填料15抱紧轴套3，避免填料与轴套之间产生较大的间隙而造成严重的泄漏，从而保证了密封的可靠性。装配的O形圈使密封结构具有一定的浮动性，改善了密封的动态特性，采用本发明的密封可允许轴的偏摆量大于0.5－1.0mm，而且采用的O形圈均为标准件，无需特殊加工，并能保证密封点的密封可靠性。

另外，该结构可以在两个O形圈之间采取直接冷却或间接冷却的手段，或注入润滑液来改善其工作状况。

总之，反载集装式软填料密封，在集装式结构以及载荷的控制手段方面是其他结构所不具备的独有特点，实现了填料由散装结构到集装成品结构，由载荷无法控制，密封质量难以确定到均能定量控制和确定的根本性技术转变，在加载方式和支撑方式及冷却润滑手段方面亦有区别于其他密封结构的明显优点和进步性，使密封性能从多方面得到提高。

附图1为反载集装式软填料密封组装图

1定位螺钉        2O形圈        3轴套        4定位环

5定位螺钉        6紧固螺钉        7紧固螺栓        8垫圈

9弹性元件        10压盖        11套筒        12O形圈

13注油环        14O形圈        15填料

附图2为反载集装式软填料密封压力分布图

曲线1：本发明密封填料的侧向压力分布

曲线2：本发明密封介质的压力分布

曲线3：正向加载的密封填料的侧向压力分布

附图3为反载集装式软填料密封装配图

1定位螺钉        2O形圈        3轴套        4定位环

5定位螺钉        6紧固螺钉        7紧固螺栓        8垫圈

9弹性元件        10压盖        11套筒        12O形圈

13注油环        14O形圈        15填料        16轴

17定位螺栓        18定位套        19密封箱

以下结合附图对本发明作进一步的详述：

图1为反载集装式软填料密封的组装图。如图所示，通过紧固螺栓7，垫圈8，弹性元件9把所加的预紧载荷传递给套筒11，使之产生轴向的右移而压紧填料15，产生如图2曲线1所示的侧向压力分布，与正向加载填料密封的侧向压力分布如图2曲线3的变化趋势相反，实现了反向加载的目的；压盖10通过紧固螺钉6，定位环4和定位螺钉5与轴套3固定，使密封结构集装为一体，可以配件的形式提供给用户，给装配使用提供了方便；施加给填料的预紧力的大小由弹性元件9的压缩量来控制，其压缩量的大小根据工作条件（主要指密封介质的压力）及选用填料的基本特性精确给出，确保所加载荷不致过大或过小而影响密封性能，并且避免填料自身的粘塑特性而产生的应力松驰，以及填料磨损等原因而出现明显的压力下降，并能对预紧力进行及时有效的控制，保证其密封的可靠性和稳定性；所加的O形圈12和14使密封结构具有一定的浮动性，当轴16产生较大的径向偏摆时，套筒11在O形圈的作用下，推动密封填料15抱紧轴套3避免填料和轴套之间产生较大的间隙而造成严重泄漏，从而保证了密封的可靠性。

图2为反载集装式软填料密封压力分布图，曲线1为密封填料的侧向压力沿轴向的分布，曲线2为密封介质沿轴向的压力分布，二者的变化趋势大致相同，避免了传统的正向加载填料密封的侧向压力分布（如曲线3所示）不合理而造成过度磨损，能耗量大而影响其使用寿命。

图3为反载集装式软填料密封装配图，集装式填料密封在组装前，先把填料环预压成型后装入套筒内并一一压紧，使其压力分布趋于均匀化，其预紧载荷亦可作适当的调整，并可进行水压实验等检测措施，保证其装配质量。组装好的集装式软填料密封套入轴封部位后，由定位螺栓17和定位套18将密封结构与密封箱19固定，然后卸下定位螺钉5，拧紧定位螺钉1，试运行良好后，填料密封即可投入使用，更换轴封时只需卸下定位螺钉1，拧紧定位螺钉5，松开定位螺栓17，整套密封即可方便地卸下，大大节省了维修时间，提高了工作时效。

Claims (5)

1、一种软填料密封，其特征在于：压盖(10)通过紧固螺钉(6)，定位螺钉(5)，定位环(4)与轴套(3)联为一体；在压盖(10)的螺柱圆孔处开有同心的圆孔，内置弹性元件(9)，而且此弹性元件与紧固螺栓(7)，垫圈(8)把预紧载荷传递给套筒(11)，使套筒(11)产生轴向右移，压紧填料(15)；套筒(11)开有一个环状槽，槽的两端各有一个相同的O形圈(12)和(14)。

2、根据权利要求1所述的密封，其特征在于载荷的大小可由弹性元件（9）的压缩量控制，弹性元件包括园柱弹簧和碟形弹簧。

3、根据权利要求1所述的密封，其特征在于装配的O形圈（12）和（14）使填料密封具有浮动性，当轴产生较大的偏摆时，套筒（11）在O形圈（12）和（14）的作用下，推动密封填料（15）抱紧轴套（3）。

4、根据权利要求1所述的填料密封，其特征在于两个O形圈之间可以采用直接冷却或间接冷却，也可以通过注油环（13）加入润滑液。

5、根据权利要求1所述的填料密封，其特征在于所用的密封填料（15）包括各种编织成型填料和模压成型填料，如碳素纤维编织填料和膨胀石墨成型填料。

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