CN2229580Y - 双缓冲结构旋转轴端面密封装置 - Google Patents

Abstract

这种双缓冲结构旋转轴端面密封装置，是对发明人原专利“离心泵轴端面密封装置”和现代机械密封的重要改进。改进结构是：将动环摩擦副和动环之间加一个动环缓冲结构；静环摩擦副和压盖之间加一个静环缓冲结构，具有双缓冲结构端面密封装置，本装置已达到无泄漏、使用周期长、介质适用范围广，工况适用范围广、工艺性好、成本低等优点。适用于所有旋转轴设备：各种离心泵、压缩机、搅拌罐、釜、船舶尾轴、化工机械等。

Description

双缓冲结构旋转轴端面密封装置

本发明涉及一种用于旋转轴的端面密封装置，是一种改进型端面密封装置。它涉及对本发明人原专利“离心泵轴端面密封装置”(专利号：92245851.0)和现代公知机械密封的改进。

“所有的机械密封都有两个相互贴合的平的与旋转轴线垂直的密封表面，并且作相对转动而构成密封装置。在这两个密封面中，有一个密封面能够沿着轴向自由地移动，以保持同另一个密封面接触，来追随和补偿配对的摩擦副的纵向或径向振动和磨损”。......(安微科学技术出版社出版的“密封装置设计基础”一书中，第六章机械密封装置，第一节工作原理及分类，一、工作原理1-4行。第399页对现代机械密封的概述)。因为动、静环中只有一个密封面能够沿轴向自由地移动，并且可以沿轴向自由移动的密封面又受辅助密封圈或波纹管的阻碍、限制，轴向和径向浮动性很差，不能适应旋转轴高速旋转(例如：多数离心泵为2900r、p、m)所产生的极快径向振动和轴向窜动，因此摩擦面比压是一跳动的极不稳定的值。动、静环摩擦副无良好的相互追随性，甚至产生瞬时间隙，这是现代机械密封产生泄漏；使用周期较短的主要原因。

在发明人原专利中(图一)，静环(7)通过缓冲垫(8)缓冲；动环(6)无缓冲结构。动环(6)和紧缩环(5)可以自行调整到摩擦面与旋转中心垂直，并能在一定范围内调整摩擦面比压。因此动、静环具有较好的追随性密封性好，使用周期长。但是这种单缓冲结构端面密封装置对于大径向振动和轴向窜动，适应能力毕竟有限，动、静环没有达到最好追随状态，摩擦面比压没有达到极限稳定状态。

为了更高水平的提高发明人原专利和现代公知机械密封的密封性；沿长使用周期；扩大工况使用范围，本发明提供了一种具有双缓冲结构的可以用于各种旋转轴设备的端面密封装置。

本发明的任务是这样完成的：

附图说明：

图一是本发明人原专利“离心泵轴端面密封装置”装配图。其中，1是泵轴；2是轴套或各种旋转轴；3是填料函或各种密封腔；4是定位环；5是紧缩环；6是动环，是摩擦副；7是静环也是摩擦副；(6、7之间是摩擦面)8是缓冲垫；9是密封圈；10是压盖；11是压盖螺栓；12是弹性垫。

图二是用本装置将原专利改进后成为：“双缓冲结构旋转轴端面密封装置”装配图。(也是摘要附图)其中，1是旋转轴，包括各种离心泵轴、搅拌轴、压缩机轴等；2是轴套；3是填料函或密封腔；4是定位环；5是紧缩环；6是动环；7是动环缓冲结构；8是动环摩擦副；9是静环摩擦副；(8、9之间是摩擦面)10是静环缓冲结构；11是压盖；12是压盖密封圈。

图三是现代公知机械密封一种典型结构的装配图，是一种内装、内流、非平衡、单端面机械密封。其中，1是旋转轴；2是密封腔；3是弹簧座；4是紧定螺钉；5是弹簧；6是动环；7是动环辅助密封圈；8是静环；9是静环密辅助封圈；(6、8之间摩擦面)10是密封腔端盖(压盖)。

图四是将上述机械密封改进后成为“双缓冲结构旋转轴端面密封装置”装配图。其中，1是旋转轴；2是密封腔；3是弹簧座；4是紧定螺钉；5是弹簧；6是动环和动环辅助密封圈；7是动环缓冲结构；8是动环摩擦副；9是静环摩擦副；(8、9之间是摩擦面)10是静环缓冲结构；11是密封腔端盖(压盖)。

这种双缓冲结构旋转轴端面密封装置，主体是由与旋转轴间隙配合并且一起旋转的动环(6)动环缓冲结构(7)、动环摩擦副(8)和与设备静止与旋转轴间隙配合的静环摩擦副(9)、静环缓冲结构(10)、压盖(11)轴向压紧后组成，其特征是：本装置采用了动环缓冲结构(7)和静环缓冲结构(10)的双缓冲结构。

本装置的关键结构：动环缓冲结构(7)和静环缓冲结构(10)是下述缓冲结构中一种或二种：①弹性材料制造的缓冲垫；②弹性材料制造的缓冲垫和弹簧；③波纹管；④波纹管和弹簧。即：动环缓冲结构和静环缓冲结构可以是同一种缓冲结构，例如：均采用弹性材料制造的缓冲垫。也可以是两种不同的缓冲结构，例如：一个是采用弹性材料制造的缓冲垫，另一个是采用弹性材料制造的缓冲垫和弹簧。

本装置的另一个特征是：与动环缓冲结构和静环缓冲结构的各一个端面用合适的比压压紧的动环摩擦副(8)和静环摩擦副(9)内径、外径均无辅助密封圈。(图二、图四)这样动环摩擦副和静环摩擦副在无辅助密封圈阻碍、限制后可以在径向和轴向允许的范围内自由地振动或移动，具有完全的浮动性。

所以当动环摩擦副和静环摩擦副与旋转轴间隙及缓冲结构均选择合适后，可以完全的缓冲了设备旋转轴相对设备静止部分的径向振动和轴向窜动等复杂的运动。动、静环摩擦副具有极好的追随性和补偿性、摩擦面比压可以达到极限稳定状态。

用本装置改进后的现代公知机械密封(图四)仍保留了主体结构之外的其他结构：弹簧座(3)、紧定螺钉(4)、弹簧(5)，补偿结构仍为单向弹簧补偿。

对于无填料函或密封腔设备，例如：液下泵、管道泵等，本装置动环摩擦(8)可以通过动环缓冲结构(7)直接与设备旋转部分(例如：离心泵的水轮)连接，压紧，设备旋转部分即是动环(6)。并且省略其他旋转部件(图二)。

本装置适用于所有的旋转轴设备。其中压盖(11)(图二、图四)对不同的设备会有不同的结构压盖(11)共有四种结构形式：①填料函压盖；②外径圆柱形压盖和设备密封腔端盖连为一体的压盖；③弹簧座压盖；④设备静止部分。其中①填料函压盖，即图二中形式适用于1S、1SZ、SZ等有填料函离心泵；有填料函的搅拌罐、釜及有填料函类似旋转轴设备。②外径圆柱形压盖和设备密封腔端盖连为一体的压盖适用耐腐泵、压缩机及类似的旋转轴设备。③弹簧座压盖，弹簧座通过弹簧与设备连接，用于液下泵、管道泵、油泵等。

为了扩大介质适用范围，本装置动、静环摩擦副摩擦面形状有①无沟槽摩擦面。②有环形沟槽摩擦面。(图二、图四)为有一条沟槽摩擦副。本装置摩擦副材料可以选用现有机械密封摩擦副配对材料或选用廉价的铸铁和铸铁；铸铁和普通碳素钢；优质碳素钢和非金属摩擦副材料。本装置适用于所有的旋转设备：离心泵、压缩机、搅拌罐、釜、船舶尾轴、化工机械等。本装置在离心泵中应用最广泛，主要应用于单极、多极离心清水泵；耐腐蚀泵；液下泵；管道泵；潜水泵；渣浆泵。本装置通过选材可以适用于任何介质，特别适用于含大量固体颗粒介质，这是现代机械密封不能比拟的。本装置适用工况是：压力，-0.1～0～0.8MPa；温度，-30～200℃；轴转数＜3000r、p、m。

本装置由于采用了动、静环摩擦副的双缓冲结构，经大量的实验证明：①对于大多数介质本装置密封性已经达到了完全无泄漏(无滴漏、无渗漏)。这一水平远高于现代机械密封。②使用周期明显沿长。③介质适用范围广，特别适用于大量固体颗粒介质和粘稠介质。(图二结构)④工况适用范围广。⑤容易制造，工艺性好。⑥安装使用方便。⑦成本低，预计可以用廉价材料实现本装置商品化。本装置是对现代机械密封的重要改进。

实施例一：

图二是用于1S泵的双缓冲结构旋转轴端面密封装置装配图。

定位环(4)材料是30号钢。紧缩环(5)材料是天然橡胶(邵氏硬度75度)。动环(6)材料30号钢。动环缓冲结构(7)是采用极好压缩弹性而柔软的(邵氏硬度40度)断面为矩形的天然橡胶环粘合于动环(6)和动环摩擦副(8)端面止口沟槽内。动环摩擦副(8)是采用HT20-40灰铸铁。静环摩擦副(9)也是采用HT20-40灰铸铁，并且动、静环摩擦副摩擦面分别有一条较深较宽的沟槽以适应含固体颗粒介质。静环缓冲结构(10)同动环缓冲结构(7)。压盖(11)用原泵压盖毛坯车制。压盖密封圈(12)用天然橡胶制成，(邵氏硬度60度)。本实施例适用于中性、弱碱性、非酸性、非油类、非溶剂介质，适用于大量固体颗粒、粘稠介质。适用工况：温度＜85℃；压力＜0.8MPa；转数＜2900r、p、m。是一种可以应用于各种离心泵，性能优异、经济型、可商品化的双缓冲结构旋转轴端面密封装置。

如果将定位环(4)选用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)，紧缩环(5)选用氟化橡胶(FPM)，动环(6)选用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)，动环缓冲结构(7)选用氟化橡胶(FPM)，动环摩擦副(8)和静环摩擦副(9)均选用碳化硅(SiC)或陶瓷(99％Al₂O₃型)，静环缓冲结构(10)也选用氟化橡胶(FPM)，压盖(11)选用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)，其结构为前述②外径圆柱形压盖和设备密封腔端盖连为一体的压盖。压盖密封圈(12)选用氟化橡胶(FPM)。其他技术要求同上。旋转轴(1)、轴套(2)、填料函(3)均为不锈钢(1Cr18Ni9Ti)。这样本实施例可适用于强碱性、中强酸性、油类、溶剂介质，并适用于大量固体颗粒、粘稠介质适用工况：温度＜200℃；压力＜0.8MPa；转数＜2900r、p、m。是一种典型的可以商品化的、性能优异的耐腐蚀型双缓冲结构旋转轴端面密封装置。

实施例二：

图四是将一种内装、内流、非平衡、现代典型单端面机械密封改进成为“双缓冲结构旋转轴端面密封装置”装配图。旋转轴(1)、密封腔(2)、弹簧座(3)、紧定螺钉(4)、弹簧(5)均是该机械密封原结构，材料为不锈钢(1Cr18Ni9Ti)，动环(6)选用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)，动环密封圈(6)选用氟化橡胶(FPM邵氏硬度65度)，动环缓冲结构(7)选用氟化橡胶(FPM，邵氏硬度50度)，动环摩擦副(8)和静环摩擦副(9)均用碳化硅(SiC)或陶瓷(99％Al₂O₃型)，静环缓冲结构(10)选用氟化橡胶(FPM，邵氏硬度50度)，密封腔端盖(11)为原泵结构材料为不锈钢(1Cr18Ni9Ti)。本实施例适用于强碱性、中强酸性、油类、溶剂介质。不适用含大量固体颗粒和特粘稠介质。适用工况：温度＜200℃；压力＜0.6MPa；转数＜2900r、p、m。是一种典型的，可以商品化的用于各种耐腐蚀泵、性能优异的用本装置改进后的机械密封。

Claims (5)

1、一种双缓冲结构旋转轴端面密封装置，主体是由与旋转轴间隙配合，并且一起旋转的动环(6)、动环缓冲结构(7)、动环摩擦副(8)和与设备静止的与旋转轴间隙配合的静环摩擦副(9)、静环缓冲结构(10)、压盖(11)轴向压紧后组成，其特征是：本装置采用了动环缓冲结构(7)和静环缓冲结构(10)的双缓冲结构。

2、如权利要求1所述的双缓冲结构旋转轴端面密封装置，其特征是：动环缓冲结构(7)和静环缓冲结构(10)是下述缓冲结构中一种、二种：①弹性材料制造的缓冲垫；②弹性材料制造的缓冲垫和弹簧；③波纹管；④波纹管和弹簧。

3、如权利要求1所述的双缓冲结构旋转轴端面密封装置，其特征是：动环摩擦副(8)和静环摩擦副(9)内径、外径均无辅助密封圈。

4、如权利要求1所述的双缓冲结构旋转轴端面密封装置，其特征是：本装置其中一种结构是：动环摩擦副(8)通过动环缓冲结构(7)直接与设备旋转部分连接、压紧，设备旋转部分即是动环(6)。

5、如权利要求1所述的双缓冲结构旋转轴端面密封装置，其特征是：压盖(11)有下述四种结构：①填料函压盖；②外径圆柱形压盖和设备密封腔端盖连为一体的压盖；③弹簧座压盖；④设备静止部分。

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