CN100406790C - 机械密封装置 - Google Patents

Abstract

一种机械密封装置，第1密封环(3)与轴(70)之间有可供被密封流体流通的间隙(H)，冲洗孔(41)与密封面(6)的内周侧通过间隙(H)连通。在安装件(30)上具有冷却用环形槽(32)，从外径侧覆盖与内周面(8)嵌合的第1密封环(3)的密封面(6)，冷却用环形槽(32)的外方的节流面(33)与第2密封环(10)的外周密封面非接触嵌合，且有与冷却用环形槽(32)连通的冷却流体通路(40)。本发明可防止被密封流体的固形物附着于或堵塞机械密封装置，并降低密封面的滑动磨擦热。

Description

机械密封装置

技术领域

本发明涉及机械密封装置，尤其是适合于对含有高粘度被密封流体或淤浆的被密封流体进行密封、不发生被密封流体的固形物附着或堵塞构成零件间的卡套式机械密封装置。

背景技术

本发明之前的技术有美国专利第4290611号详细说明书所述技术。图5是该美国专利第4290611号附图4所示的、并且与该专利相关的、一般市场销售的机械密封装置的半剖视图。

图5中，100是机械密封装置，机械密封装置100安装于旋转轴151上，通过螺栓160装在填料箱150内，为此构成一对。

机械密封装置100的主要构成部件是从填料箱150内部向轴向外方配置的液体密封装置101、第1密封法兰110、第2密封法兰120、气体密封装置121。

液体密封装置101装在通过螺丝套筒152装于旋转轴151上的套筒管153的外周面，在旋转轴151与套筒管153的之间配置O形环154进行密封。该液体密封装置101的设有旋转密封面103的旋转用密封环102隔着U型垫圈107和衬垫108受到弹簧105推压。

设有与旋转密封面103作面接触的固定密封面113的固定用密封环112隔着O形环116嵌装于第1密封法兰110的内周面。而且通过固定在固定用密封环112上的销子115，固定用密封环112与设在第1密封法兰盘110内周面的槽卡住固定。

在与第1密封法兰盘110结合的第2密封法兰盘120的内周面上装有气体密封装置121。该气体密封装置121设有通过紧固螺钉126紧固于套筒153上的传动套筒125。在与该传动轴套125嵌合滑动的第2旋转用密封环122上，设有第2旋转密封面123，该第2旋转密封面123形成发生动压的流体通路。

设有与第2旋转用密封环122的第2旋转密封面123密接的第2固定密封面133的第2固定用密封环132，隔着O形环136嵌装在第2密封法兰盘120的内周嵌合面。在该第2固定密封面133上，沿着圆周面设置多个与第2旋转密封面协同动作而发生动压的槽。第2旋转用密封环122通过螺旋弹簧127而弹性地压向第2固定用密封环132侧。

第2密封法兰盘120上设置排泄支管128，该排泄支管128是排出液体密封装置101泄漏的液体用的。另外，在填料箱150上设置冲洗口158，液体密封装置101可用从该冲洗口158注入的液体清洗干净。

机械密封装置100安装在旋转轴151上，与旋转轴151一起插入、装在填料箱150的内周面156内。

这样构成的机构密封装置100，通过套筒153装在旋转轴151的外周面与填料箱150内周面156之间的空间部157。该液体室157需要能内装套筒153与液体密封装置101的空间。可是，因装置的构造限制，往往不能扩大填料箱150内周面的直径。因此，填料箱150的内周面156与液体密封装置101间的间隙变小，导致密封流体的流动性变坏，不能将旋转密封面103与固定密封面113之间的滑动摩擦发热加以冷却，以致使密封面损伤。

而且，即使从冲洗口158注入液体，也难以洗净液体密封装置101。

尤其是，在含有淤浆的被密封流体或高粘度被密封流体的场合，在液体密封装置101与填料箱150的内周面156之间，易被密封流体含有的淤浆堵塞，进而使滑动时的密封面103、113的冷却效果恶化，同时使两个密封面103、113的密封能力降低，进而导致被密封流体从密封面103、113间泄漏。

还有弹簧105与被密封流体直接接触而使弹簧105发生腐蚀、生锈、弹力降低的问题，或被密封流体的淤泥附在弹簧105上导致弹簧105对旋转用密封环102的弹性推压动作不灵的问题，再者，淤泥还会附着、进入旋转用密封环102与套筒153的滑动面、或衬垫108与套筒153的滑动面，导致对于旋转用密封环102的面压力的响应性恶化，使密封能力降低。

这样，液体密封装置101因密封能力降低而必须设置双重的密封装置，整体构造变得复杂，并且要达到必要的组装精度。尤其是，液体密封装置101的复杂构造使对旋转用密封环102、固定用密封环113的冷却困难，会导致密封面103、113的热变形，密封能力降低，并能引起密封面破损。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，无论填料箱构造如何，装在填料箱与轴间的外侧，以能将旋转用密封环与固定用密封环的滑动密封面冷却，并且防止被密封流体的淤泥或高粘度液体附着于密封环而导致密封环的响应性迟钝。

还在于，容易洗净附着于液体密封装置上后固化的被密封流体中的淤泥或高粘度液体。能够始终洗净用弹簧推压的密封环的滑动面，使对于密封环的面压力的响应性良好。

还在于，无论填料箱构造如何，装在填料箱与旋转轴间的外侧，以保证旋转用密封环和固定用密封环与对面部件之间充分的间隙，不受含有淤泥的被密封流体或高粘度流体的影响。

还在于，将推压密封环的弹簧及阻止密封环转动的固定销等配置在不受被密封流体不良影响的位置。

本发明是为了解决前述技术问题，采用如下技术方案。

第1技术方案的机械密封装置外装在轴和被前述轴嵌通的装置主体的外面实行密封，其特点是，具有：装在前述装置主体外面、具有供前述轴嵌入贯通的内周面、且具有贯通到前述内周面的冲洗孔的安装件；滑动自如地与前述安装件的前述内周面嵌合、在被弹簧装置推压的外方前端有密封面的第1密封环；具有与前述第1密封环的密封面密接的相对密封面的第2密封环；将前述第2密封环保持密封、并固定在前述轴上的密封轴环，前述第1密封环与前述轴之间有可供被密封流体流通的间隙，前述冲洗孔与前述密封面内周附近通过前述间隙连通。

第1技术方案的机械密封装置中，前述第1密封环与前述轴之间有被密封流体可以流过的那样大小的间隙，并且，前述冲洗孔与前述密封面内周侧通过前述间隙连通，因此，一旦从流体冲洗孔注入水，用弹簧装置推压的第1密封环的接触被密封流体的整个一面就被洗净。因此，被密封流体的淤泥或高粘度被密封流体不会附着于第1密封环上而固化，从而不会因这种附着而妨碍第1密封环的滑动动作，能对于密封面的面压力发挥响应性，能够提高密封效果。

又，机械密封装置内装在安装件内，而该安装件外装在装置主体上，故与装置主体的构造无关，可以将第1密封环与轴间的间隙设计成足够大。为此，被密封流体在第1密封环内的流动性好，能够防止高粘度被密封流体或淤泥附着第1密封环上固化。因此第1密封环的响应性良好，发挥密封能力。

第2方案的机械密封装置在前述第1密封环与安装件之间设有安装槽，同时在前述安装槽设有密封环，并且冲洗孔贯通到前述安装槽附近的前述内周面，因此可以防止淤泥等附着于密封环与安装槽之间而使第1密封环的动作恶化，使第1密封环的面压力响应性良好。

第3方案的机械密封装置具有相对前述冲洗孔而在与前述安装槽相反的一侧密封地保持于前述安装件、内周面与前述轴密封嵌合或松转嵌合的环形隔断垫圈。

采用第3方案的机械密封装置，在从冲洗孔中断清水时可利用垫圈改变流入方向，能够洗净装有密封环的环形槽和或第1密封环的内周面及密封面附近。而且能够有效地防止高粘度被密封流体附着并固化于第1密封环、或附在狭窄间隙内堵塞间隙通路、妨碍第1密封环作动而导致密封能力降低。

第4方案的机械密封装置外装于轴和供前述轴嵌合贯通的装置主体的外面，其特点是，具备：装在前述装置主体的外面、具有与前述轴嵌合贯通的内周面的安装件；滑动自如地与前述安装件的前述内周面嵌合、在由弹簧装置推压的外方前端具有密封面的第1密封环；具有与第1密封环的密封面密接的相对密封面的第2密封环；密封地保持前述第2密封环并固定在前述轴上的密封轴环，前述安装件上具有冷却用环形槽，该冷却用环形槽从外径侧罩住与前述内周面嵌合的第1密封环的密封面，且前述冷却用环形槽的外方节流面与前述第2密封环的外周密封面松动嵌合，并且具有与前述冷却环状槽连通的冷却流体通路。

采用第4方案的机械密封装置，因前述安装件上具有从外径侧罩住与前述内周面嵌合的第1密封环的密封面附近的冷却用环形槽，并且前述冷却用环形槽的外方节流面与前述第2密封环外周密封面松动嵌合，且有与前述冷却用环形槽连通的冷却流体通路，因而，能用大量清水将第1密封环与第2密封环间滑动发热的密封面附近直接冷却，以降低发热温度。因此，即使密封面；因滑动而发热，也能有效冷却，能有效防止滑动的两个密封面因热变形导致破损。

第5方案的机械密封装置的前述冷却用环形槽的槽宽度形成如下大小：一个侧面形成于前述第1密封环的中间的外径侧，另一侧面形成于前述第2密封环的中间的外径侧。

第5方案的机械密封装置是形成以第1密封环与第2密封环的密封面为中心覆盖外周侧整体的冷却用环形槽，因而能有效地冷却第1密封环和第2密封环，从而可以防止密封面的热变形，发挥密封面的密封能力。

第6方案的机械密封装置将前述弹簧装置或密封环固定销配置比所述密封面更靠近大气的位置。

采用本发明第6方案的机械密封装置，因将第1密封环和第2密封环的固定销或弹簧装置配置比密接的第1密封环的密封面和第二密封环的相对密封面更靠近大气的位置侧，以避免接触被密封流体，因此可以避免因被密封流体而被腐蚀、生锈，故可发挥其功能，提高第1密封环和第2密封环的密封能力。

附图说明

图1是装着本发明第1实施方式的机械密封装置的剖视图。

图2是图1所示机械密封装置安装于轴上后的轴向俯视图。

图3是装着本发明第2实施方式的机械密封装置的剖视图。

图4是装着本发明第3实施方式的机械密封装置的半剖视图。

图5是以往的机械密封装置的半剖视图。

图6是图5的轴向俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图详述本发明实施方式的机械密封装置1。另外，以下各图不是专利用的概念图，而是以实验数据为基础的尺寸关系正确的设计图。

图1是将本发明的机械密封装置1作为卡套装在装置主体(填料箱)60和旋转轴70外面的的剖视图。图2是图1的机械密封装置1嵌合在旋转轴70上后的轴向俯视图。

图1表示本发明第1实施方式的机械密封装置1。该图1的机械密封装置1是用调节片55对装在装置主体60外面61的密封法兰盘30和嵌装在旋转轴70上的密封轴环50定位后安装的。

装在装置主体60上的密封法兰(安装件)30如图2所示，制成圆板环形，并沿圆板的周向设置4个等距配置的固定槽45。密封法兰30通过其固定槽45、并通过螺栓63装在装置主体60上。

密封法兰30的内周面形成嵌合面31、冷却用环形槽32、节流面33。

密封法兰30上设置沿外周面等距配置的2～3个冷却流体通道40、1个冲洗孔41及其外部的外泄水孔40A。冷却流体通路40从可与外方配管连接的管用螺纹部起与内周周面的环形冷却槽32连通，从该冷却流体通路40直接向密封面6、12注入急冷液，以将密封面6、12的滑动发热加以冷却。

冲洗孔41从可与外方配管连接的管用螺纹部起与内周面的嵌合面31贯通。而且，利用断续注入的清水洗净固定用密封环3等与被密封流体接触的周面。

泄水孔40A用于排出从冷却流体通路40注入的流体。

固定用密封环(第1密封环)3可轴向自由移动地与密封法兰30的嵌合面31嵌合。固定用密封环3上形成安装槽4，用于安装对与嵌合面31之间进行密封的O形环。该安装槽4的一实施例是使位于槽一侧的固定用密封环3的端面与嵌合面31之间形成较大间隔D。当然也可使之形成较小间隔D。

O形环(密封环)5装在该安装槽4内，O形环5的材料采用氟橡胶、睛橡胶、EPDM、镀镍弹性材料等。

固定用密封环3在与安装槽4相反侧的端面形成密封面6。外周侧形成于法兰部3F，在法兰部3F形成导向槽7，导向槽7与嵌在冷却用环形槽32侧面的嵌着孔的固定销35卡合固定。固定销35与导向槽7沿轴向相对移动，并在周向固定。

在法兰部3F上沿周向设置多只弹簧座，等距配置的螺旋弹簧装在弹簧座上，推压固定用密封环3。

固定用密封环3的内周面8与旋转轴70的外周面71之间形成较大间隙H，可使含有淤泥的被密封流体能够流通，而不会发生固体化、堵塞。该固定用密封环3用碳化硅、石墨、其他陶瓷等材料制作。

构成液体密封装置2的另一旋转用密封环(第2密封环)10与嵌在旋转轴70上的密封轴环50嵌合并被保持。

密封轴环50通过O形环而密封地嵌装在旋转轴上，并由固定螺钉51固定。旋转用密封环10的内周面通过O形环密封地与密封轴环50的嵌装面嵌合，并且，形成于旋转用密封环10侧面的凹部与嵌于密封轴环50的孔中的固定销52卡合而在圆周方向止动。

在旋转用密封环10的一端形成相对密封面12。该相对密封面12与固定用密封环3的密封面6密封接触。而且，在旋转用密封环10外周面设置外周密封面13，与密封法兰30的节流面33非接触嵌合，将由冷却流体通路40注入的流体进行密封，该节流面33与外周密封面13发挥节流密封作用而将流体密封。旋转用密封环10是用碳化硅、石墨、其他陶瓷等材料制作。

在密封法兰30上，在与装置主体60之间设置垫圈34。垫圈的内周面34A与旋转轴70非接触嵌合。该垫圈是用树脂或金属等材料制作的。从冲洗孔41射出的清水在冲击垫圈、洗净安装槽4和O形环5的同时通过间隙H，洗净附在间隙H中的固形物。同时，在清洗净密封面6的内周面的同时防止异物侵入密封面6、12。

密封法兰30在轴向较大，以使内周面的冷却用环形槽32相对密封面6增大容积。该冷却用环形槽32一个侧面32A形成于固定用密封环3的安装槽4的近处，另一侧面32B形成于旋转用密封环10的中间。使从冷却流体通路40注入的急冷液直接射到密封面6上。冷却用环形槽32的大小能罩住固定用密封环3和旋转用密封环10，因此即使两密封环3、10相互滑动摩擦发热，由于该冷却用环形槽32的容积大，故冷却效果好。

在比该冷却用环形槽32更靠近大气的位置上形成呈圆筒形延伸的筒部36，其内周面形成节流面33。该节流面33与旋转用密封环10的外周密封面13非接触嵌合，构成节流密封功能部。在筒部36的端部外周形成法兰，该法兰构成在定位部37。

形成于密封法兰30上的冲洗孔41与嵌合面31处在固定用密封环3上形成的安装槽4附近贯通。用从冲洗孔41射出的清水有效地洗净附在安装槽4和O形环5上的固形物。尤其是，由安装槽4在靠近冲洗孔41一侧形成间隔D，因此，进入安装槽4的淤泥和高粘度固形物等容易排除。

这样构成的密封法兰30与密封轴环50用调整片55定位、安装。调整片55形成如假想线所示的剖面，在轴环50的周面等距配置的多个调整片55用凹头螺栓59固定。在调整片55上形成的嵌合槽56与定位部37卡合固定，将密封法兰30和密封轴环50定位配置。

图3是本发明第2实施方式的机械密封装置1的剖视图。

图3所示的机械装置1整体上与图1所示的机械密封装置1大致同一构成，不同点是，垫圈34是树脂材料形成的，而且，垫圈34的内周面34A与旋转轴70的外周面71嵌合密封。

因此，在用从冲洗孔41断续或连续射出的清水可靠地洗净安装槽4和O形环5的同时，边洗净边冷却间隙H、密封面6的内侧。而且还可将密封面6的滑动发热进行冷却。又，固定用密封环3洗净后滑动性改善，提高了固定用密封环3对密封面压力的响应性。

在密封法兰30上冷却用环形槽32的另一侧面32B上设置橡胶制圆板状密封唇38，其内周面38A与旋转用密封环10外周密封面B(倾斜面13A的一边较小的场合)或倾斜面13A非接触嵌合或密接嵌合。利用该密封唇38使冷却用环形槽32内可靠地被密封并被冷却，同时从设在冷却用环形槽32内下部的未图示泄水孔41A排水。

图4是本发明第3实施方式的机械密封装置1的半剖视图。该机械密封装置1整体构造与图1的机械密封装置大致相同，不同点是，橡胶制垫圈34的内径侧的内周面34A形成于密封唇。而且，以垫圈34为边界隔出靠近固定用密封环3的一侧与相反的一侧。由此，靠近固定用密封环3的一侧受到从冲洗孔41注入的清水的搅动而确实被洗净，并且，固定用密封环3与旋转用密封环10被充分冷却。因此，密封面6和相对密封面12的滑动发热降低，有效地防止密封面6、12的发热损伤。

冲洗孔41的靠近嵌合面31一侧的贯通孔连通到安装槽4的间隔D，注水时能从安装槽4确实地洗净出固形物。因此固定用密封环3与嵌合面31间的滑动阻力变小，密封面的面压力响应性变好，密封能力提高。

在密封法兰30上形成的冷却用环形槽32的另一侧面32B的尺寸是，从密封面6向旋转用密封环10一侧缩进宽度尺寸A，该宽度尺A寸也可定为旋转用密封环10的轴向长度一半左右。也可在旋转用密封环10上设置以宽度尺寸A为一边的倾斜面13A。

旋转用密封环10的外周密封面13与节流面33间的节流间隙B设定在不接触的范围内，最好尽可能接近。

在前述那样构成的机械密封装置1中，不需以往技术那样的套筒，因此可以扩大固定用密封环3的间隔D、间隔H，含有淤泥的被密封流动或高粘度流体即使附着固定用密封环3等也能确实洗落。而且，能够防止高粘度流体的固形体堵塞，并且，能确实冷却固定用密封环3、旋转用密封环10的滑动发热。

又，由于弹性地推压固定用密封环3的弹簧9、固定销35、52配置在不与被密封流体接触的靠近大气的位置，因此可防止被密封流体引起的生锈、腐蚀。

发明效果

若采用本发明的机械密封装置，有以下效果。

若采用本发明的第1方案的机械密封装置，第1密封环与轴之间有供被密封流体通过的间隙，并且冲洗孔与密封面内周侧经过可供被密封流体流通的间隙而连通，所以，若从冲洗孔注入清水，以弹簧装置推压的第1密封环的与被密封流体接触的整个面被洗净。因此，不会有被密封流体的淤泥或高粘度被密封流体附着、堵塞第1密封环。不会妨碍第1密封环的嵌合滑动动作，发挥密封面的面压力响应性，提高密封面的密封效果。

由于机械密封装置是装在封装在装置主体的安装件内的，故无论装置主体构造如何，第1密封环与轴的间隙都可以设计得十分宽，因而被密封流体的流动良好，能够防止高粘度被密封流体、固形体附着第1密封环上，或者有效防止被密封流体含有的淤泥附着、堵塞零件间隙。

若采用本发明第2方案的机械密封装置，在第1密封环与安装件之间的安装槽有密封环，并且冲洗孔贯通到安装槽附近的内周面，因而有效防止淤泥等附着在密封环与安装槽之间导致第1密封环动作恶化，且第1密封面的面压力响应性良好。

若采用本发明第3方案的机械密封装置，在从冲洗孔注入的清水被阻断时，可利用垫圈改变流入方向，洗净安装密封环的安装槽、第1密封环的内周面，以及密封面附近。而且有效防止高粘度被密封流体附着第1密封环、发生固形化，或固形物附着在狭窄间隙堵塞间隙通路，妨碍第1密封环作动，致使密封能力降低的情况。

若采用本发明第4方案的机械密封装置，在安装件上设有冷却用环形槽，从外径侧覆盖嵌合在内周面上的第1密封环的密封面，并且冷却用环形槽的外方的节流面与第2密封环非接触嵌合，且有与冷却用环形槽连通的冷却流体通路，因而，可以用大量清水直接冷却第1密封环与第2密环滑动发热的密封面附近。因而，即使密封面在滑动中发热，也能迅速冷却，有效防止两个密封面发生热变形。

若采用本发明第5方案的机械密封装置，可形成大的冷却用环形槽，以第1密封环与第2密封环的密封面为中心罩住外周侧整体，因此能有效冷却第1密封环和第2密封环。因此，能够防止密封面发热引起的平面度变形，从而保持密封面的密封能力。

若采用本发明第6方案的机械密封装置，第1密封环和第2密封环的固定销或弹簧装置配置在比密封面更靠近大气的位置，不接触被密封流体，因此固定销、弹簧装置不会因被密封流体腐蚀、生锈而使功能降低，可发挥第1密封环与第2密封环的动作特性，提高密封能力。

Claims (6)

1.一种机械密封装置，外装在轴和被所述轴嵌通的装置主体的外面实行密封，其特征在于，具有：装在所述装置主体外面、具有供所述轴嵌入贯通的内周面、且具有贯通到所述内周面的冲洗孔的安装件；滑动自如地与所述安装件的所述内周面嵌合、在被弹簧装置推压的外方前端有密封面的第1密封环；具有与所述第1密封环的密封面密接的相对密封面的第2密封环；将所述第2密封环保持密封并固定在所述轴上的密封轴环，所述第1密封环与所述轴之间有可供被密封流体流通的间隙，所述冲洗孔与所述密封面内周附近通过所述间隙连通。

2.根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，在所述第1密封环与安装件之间设有安装槽，同时在所述安装槽设有密封环，并且冲洗孔贯通到所述安装槽附近的所述内周面。

3.根据权利要求1或2所述的机械密封装置，其特征在于，具有相对所述冲洗孔而在与所述安装槽相反的一侧密封地保持于所述安装件、内周面与所述轴密封嵌合或松转嵌合的环形隔断垫圈。

4.一种机械密封装置，外装于轴和供所述轴嵌合贯通的装置主体的外面，其特征在于，具备：装在所述装置主体的外面、具有与所述轴嵌合贯通的内周面的安装件；滑动自如地与所述安装件的所述内周面嵌合、在由弹簧装置推压的外方前端具有密封面的第1密封环；具有与第1密封环的所述密封面密接的相对密封面的第2密封环；密封地保持所述第2密封环并固定在所述轴上的密封轴环，所述安装件上具有冷却用环形槽，该冷却用环形槽从外径侧罩住与所述内周面嵌合的所述第1密封环的所述密封面，且所述冷却用环形槽的外方节流面与所述第2密封环的外周密封面松动嵌合，并且具有与所述冷却环状槽连通的冷却流体通路。

5.根据权利要求4所述的机械密封装置，其特征在于，所述冷却用环形槽的槽宽度形成如下大小：一个侧面形成于所述第1密封环的中间的外径侧，另一侧面形成于所述第2密封环的中间的外径侧。

6.根据权利要求1或4所述的机械密封装置，其特征在于，将所述弹簧装置配置在比所述密接的所述第1密封环的所述密封面和所述第2密封环的所述相对密封面更靠近大气的位置。

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