CN1013614B - 液体轴封 - Google Patents

Abstract

本发明的液体轴封保留了当轴从静态至最大转数时进入内室的密封液泄漏量都极小的优点。与轴固定相连的密封盘在轴旋转时使室内密封液增加一径向压力。密封室的至少一侧壁，完全或部分地由一或多个轴向柱塞构成，轴向柱塞在朝向密封盘的一侧有一或多个转动环，在背面上有一或多个弹性的、密封的并在密封盘方向施加一轴向力的构件，带有转动环的轴向柱塞，当轴处于静态和低转数时，由此构件压向密封盘。当高转数时，通过密封室内液压力增加，带有转动环的轴向柱塞将轴向自动地从旋转密封盘上脱开。

Description

本发明涉及一个介于内室和外室之间的液体轴封，它具有一个与轴固定相连的密封盘。当轴旋转时，密封盘在一个包围住它而不是绕着它转动的密封室内，使输入密封室的密封液产生一个径向的压力增加。

这种密封作为所谓的离心式密封来讲，已属公知。按离心式密封，密封盘也与轴固定相连，当轴旋转时，密封盘在一个包围住它而不是绕着它转动的密封室内，使输入密封室的密封液产生一个径向的压力增加（泵作用），从而使得在旋转着的密封盘的外围出现一个旋转着的密封液环形液流，环形液流在旋转着的密封盘两侧的内直径，将根据内室和外室之间的压力差进行调节以后，达到平衡状态。这种密封工作起来无磨损，流入内室的密封液泄漏量可以忽略不计。然而，当转数较低以及当轴处于静止状态时，这种密封将由于失去离心力的作用而失效。

为了克服这种缺点，已将离心式密封和浮环式密封组合在一起。浮环密封作为径向移动的、相对机壳而密封的圆柱形套筒，与轴一起构成了一个被密封液所充满的轴向密封间隙。当轴处于静止状态时，由于气压波动，浮环密封需要一个确定的，可以从外部进行控制的密封液高压（即高于内室的压力），从而当轴处于静止状态或转数较低时，有大量的密封液泄漏量进入内室。

若用所谓的转动环密封，则可以做到在静止状态以及整个转数范围内，只产生极小的密封液泄漏。在转动环密封中，一个或多个转动环，被一个有弹性的同时又密封的构件，从轴向压到一个与轴连在一起的密封环上。通过将密封液输到转动环之间，便可产生冷却作用和密封。尽管如此，但当转动速度很高时，会在极其小的径向间隙内产生很高的温 度，高温会引起密封液和转动环破坏，密封也将因此而导致失效。

本发明的任务在于，按下述方式来改进公知的这些液体轴封，从而保留当轴从静止状态直到最大转速时进入内室的密封液泄漏量都极小这样一个优点，并避免密封液的破坏和密封的磨损。

任务的解决方案如专利权利要求所述。密封盘与轴固定相连。当轴旋转时，密封盘在一个包围住它而不是绕着它转动的密封室内，使输入密封室的密封液产生一个径向的压力增加。密封室的至少一个侧壁，完全或部分地由一个或多个轴向柱塞构成。轴向柱塞在朝向密封盘的侧面上，具有一个或多个转动环，而在其背面上具有一个或多个有弹性的，密封的并在密封盘方向上能施加一个轴向力的构件;带有转动环的轴向柱塞，当轴处于静止状态和转数较低时，由此构件压向密封盘;而当转数较高时，通过密封室内密封液径向压力增加，带有转动环的轴向柱塞将沿轴向从正在旋转着的密封盘上脱开。一般情况下，此过程会自动进行，即不用辅助的外部控制。然而在特殊情况下，也可以对轴向力施加一个辅助的影响，例如可以通过控制轴向柱塞后面小室里的密封液压力（通过这个小室的排出孔），来施加这种影响。

为了避免旋转的密封液的离心力作用对密封液输送压力产生影响，可用尽可能小的直径来把密封液输送到密封室。

也可以在密封液供给处和密封室之间，设置一个辅助的密封间隙（例如一个浮环），来作为防止密封室内有可能出现的密封失效的辅助性安全措施。

当内室和外室之间的压力差较高时，在密封室和外室之间，设置一个或多个浮环是很有好处的。通过这样做，可将密封室内密封液的压力提得很高。通过浮环密封间隙流往外室的密封液，同时也能起到间接冷却密封室的作用。

为了实现结构上的小型化并改善浮环上轴向压力负载的平衡状况， 可将密封室、转动环、轴向柱塞及其一个构件，组合到一个浮环体上去。浮环体与轴一起构成一个密封间隙，此密封间隙设在密封室和外室之间。

在本发明的一种结构型式中，固定在一个构件（例如一个可折叠的“风箱”）上的轴向柱塞，可在一个圆柱形密封套内滑动，圆柱形密封套按在机壳上并径向可移动，其目的是为了让固定在一个构件上的轴向柱塞，在密封间隙范围内，有比较大的活动余地。

为了改善对内腔中不同压力，以及对旋转的密封液环形液流不同内直径的适应情况，可使密封室旋转内界面的直径也不相同。

可以通过在旋转的密封盘一侧或两侧上设置凸起（例如泵叶片）而使密封室径向压力增高的做法，来平衡内室的不同压力。

也可以在旋转的密封盘以及与其相对的密封室壁上，设置一个或多个轴向的加宽部分或凹坑，来对密封室内旋转的密封液液流施加影响。

为了不通过旋转而提高轴向柱塞背面小室内密封液的压力，可在该小室内设置阻碍密封液旋转的筋片。

转动环可按公知的方式由润滑炭制成。转动环也可以按公知的方式，在密封间隙上施加一种流体静力学或流体动力学的作用，只要密封间隙足够小即可。

下面将根据一些实施例的剖视图来说明本发明。

图1为本发明的一种液体轴封，轴处于静止状态。

图2为按图1的一种轴封，轴在旋转。

图3为带有由一个浮环构成的外节流间隙和径向可移动的轴向柱塞密封套的一种轴封。

图4为组合在一个浮环体上的一种轴封。

图5为一种轴封，它的轴向柱塞内置，轴向柱塞后面小室内设有筋 片，以及在旋转的密封盘上设有泵叶片。

图6为轴封的另一种实施方案，它具有弹性的，密封的且可压缩的构件，并在密封盘和机壳上设有轴向加宽部分和凹坑。

图7为具有双向转动环的一种轴封。

图8为在单向设有两个转动环的一种轴封。

如图1，液体轴封装在一个机壳1上，用这样的轴封，可使轴2在外室4和内室3之间实现密封。密封盘5固定地与轴2相连接。密封室6将密封盘5的两侧及外圆周面包围住。转动环7固定在轴向柱塞8上，轴向柱塞8与转动环7在轴2处于静止状态时，被构件9（在这里是一个可折叠的“风箱”）压向密封盘5。密封液通过输入孔10，被送到密封室6内区。

如果密封室6内密封液压力超过外室4的压力（此压力例如为大气压），那么密封液的绝大部分将通过节流间隙11由密封室6流至外室4。如果密封室6内密封液压力比内室3的气压略为高出一点，将出现轻微的密封液泄漏现象，泄漏的密封液将通过转动环7，由密封室6流至内室3的排出孔12。轴向柱塞8的密封间隙13、轴向柱塞8背面的小室14和排出孔15的压力，与将密封液送至密封室6的输送压力一致，这使得当轴2处于静止状态时，在这三个部位不发生密封液外流现象。

图2中，轴向柱塞8背面的小室14和排出孔15的压力，与密封液的压力相同（同轴处于静止状态时的情况一样）。密封液（其压力与排出孔15中的压力相同）将通过输入孔10被送至密封室6内区。在密封室6内由转数N_B所产生的压力增加的作用下，带有转动环7的轴向柱塞8将从旋转着的密封盘5上脱开，并靠在机壳1的撞块16的背面上。旋转着的密封液环形液流将从外部的节流间隙11 通过转动环7扩展出去，直至某个内边界17，内边界17的直径是根据密封液输送压力和内室3内的气压之压力差而自动调节的。当密封液输送压力高于气压时，内边界17的直径将小于密封室6至外室4的内边界18的直径。当密封室6中旋转着的密封液，不受与旋转着的密封盘固定相连接的辅助凸块（见权利要求9）的影响时，密封室6的内界面19的直径有必要更小一点。由于处于密封室6外直径范围内的密封液，在离心力作用下压力较高，转动时密封液将通过轴向柱塞8的密封间隙13流向排出孔15。在这种情况下，密封室6内旋转着的密封液的交换，具有一定的冷却作用。在密封液环形液流的内界面17内，密封液的泄漏可以忽略不计。当压力差与轴处在静止状态时的压力差相同时，通过外密封间隙11所产生的流至外室4的密封液泄漏量，与轴处在静止状态时所产生的密封液泄漏量也大致相等。

图3中外密封间隙11是由轴2和浮环20构成，浮环20在机壳1上径向可动，并由环21在侧面密封。在密封液输入孔10和密封室6之间，装有一个辅助的密封间隙29。此外，在这个实施例中，轴向柱塞8密封间隙13的外界面，由一个在机壳1上径向可动的、圆柱形密封套22构成，密封套22在与机壳1相对的一侧用环23密封;为了改善径向移动情况，密封套22的外小室24通过平衡孔25与密封室6相连。

图4中密封室6、转动环7、轴向柱塞8和可折叠的“风箱”组合在一个整体的浮环体26上，浮环体26与轴2构成外密封间隙11。密封液将通过机壳1上的孔28，被送至包围着浮环体26的密封室27，并通过浮环体26上的孔10和一个在这儿附带出现的密封间隙29，被送至密封室6内。在外圆周上由旋转着的密封液环形液流所产生的径向压力增加的作用下，密封液将通过排出孔15， 并经过轴向柱塞8的密封间隙13，返回到密封室27中;在密封室27内，因在密封室6内摩擦而升温的密封液，将与刚输进的密封液混合，并通过输入孔10，经过密封间隙29，重新输入密封室6内区;再通过密封间隙11排出外室。从排出孔15排出的密封液，也可以直接通过管道30回送至密封液供给处。

浮环体26和机壳1之间的外部泄漏，可以通过环31来杜绝。

在图5所示实施例中，轴向柱塞8的密封间隙13位于内侧。在此例中，当轴处于静止状态时，只有密封室6的内区32至转动环7之间的区域才充填由输入孔10输入的密封液。当轴旋转时，一小部分密封液，由内区32流出，并通过轴向柱塞8的密封间隙13流入轴向柱塞后面的小室14内，小室14通过压力平衡孔33与密封液供给处相连。按在小室14内的筋片34，阻碍了密封液在这个小室内的旋转。轴旋转时，可用与旋转的密封盘5固定相连的泵叶片35，来获得压力在密封液环形液流中的最佳分布。一部分密封液为了冷却和排气的目的，可通过一个带有配件37的排出孔36，排至密封室6之外。

在图6中设计了一个有弹性的、密封的和能施加一个轴向力的构件，这构件是环38和沿圆周分布的压簧39的组合;由输入孔10输入的密封液能从环38和压簧39之间进入轴向柱塞8后面的小室14。为了影响旋转着的密封液环形液流中的离心力作用，密封盘5上装有一个环形的轴向加宽部位40，机壳1上也装有一个与此相适应的环形凹坑41。

图7所示为双向转动环密封的实施例。在此例中没有必要再设置辅助的外部节流间隙。两个转动环在静止时各压在密封盘5的一个端面上，从而使得它们作用在密封盘5两侧的轴向力互相抵消。可通过输入孔10、轴向柱塞8后面的小室14以及孔42，把密封液输送 到密封室6。密封室6从其外直径范围至转动环7之间的区域均充以密封液。少量的密封液泄漏量，通过转动环7进入内室3和外室4。轴旋转时密封室6内的密封液压力将增加，并将轴向柱塞压回到撞块16。密封液环形液流的内界面43和44将越过转动环7扩展到较小的直径处，此直径的大小视隔壁的内室和外室的气体压力而进行调节。通过轴向柱塞8内的孔42流入密封室6的密封液，由于密封室6内径向压力增加（由离心力所致），有一部分会通过轴向柱塞的密封间隙13，重新返回小室14，小室14的压力与输送压力相等。一部分用来冷却的密封液，将通过轴向柱塞8的圆柱形密封套47上的孔46，排列小室48和带有配件50的管道49。

在图8中，为了减小轴向结构长度而让两个转动环7从单向压在密封盘5上。可通过机壳1上的输入孔10、弹性连接管51和内轴向柱塞8上的孔42，把密封液送至密封室6的小室52;小室52从径向可以看到，它的范围被转动环7的内侧以及外轴向柱塞54的转动环53的外侧所限定。小室55通过密封间隙13与小室52相连;密封间隙13由轴向柱塞8和54一起构成。当轴2旋转时，小室52内由密封液产生一个高压，它使轴向柱塞8和54连同转动环7和53从密封盘上脱开。其结果与图7所示相似，旋转着的密封液环形液流会从密封盘5的两侧流出。由孔10输入的密封液中的一部分，将在小室52内压力增加的作用下，经过密封间隙13，小室55和孔15流出。

Claims (13)

1、介于内室和外室之间的液体轴封，它具有一个与轴固定相连的密封盘。当轴旋转时，密封盘在一个包围住它而不是绕它转动的密封室内，使输入密封室的密封液产生一个径向的压力增加，其特征在于：

密封室(6)的至少一个侧壁，完全或部分地由一个或多个轴向柱塞(8)构成，轴向柱塞(8)在朝向密封盘(5)的侧面上，具有一个或多个转动环(7)，而在其背面上具有一个或多个有弹性的、密封的并在密封盘(5)方向上能施加一个轴向力的构件(9)；带有转动环(7)的轴向柱塞(8)，当轴处于静止状态和转数较低时，由构件(9)压向密封盘(5)，而当转数较高时，通过密封室(6)内密封液径向压力的增加，带有转动环(7)的轴向柱塞(8)将沿轴向从正在旋转着的密封盘(5)上脱开。

2、按权利要求1的液体轴封，其特征在于：密封液输入孔（10）开在密封室（6）的内直径范围内。

3、按权利要求2的液体轴封，其特征在于：在密封液输入孔（10）和密封室（6）之间设有一个密封间隙（29）。

4、按权利要求3的液体轴封，其特征在于：密封间隙（29）由轴（2）和一个浮环（26）所构成。

5、按权利要求1至4中之一的液体轴封，其特征在于：在密封室（6）和外室（4）之间，设有一个或多个浮环（20）。

6、按权利要求1或2的液体轴封，其特征在于：密封室（6）、转动环（7）、轴向柱塞（8）和构件（9）组合在一个浮环体（26）上，浮环体（26）和轴（2）构成一个密封间隙（11），密封间隙（11）设在密封室（6）和外室（4）之间。

7、按权利要求1至4中之一的液体轴封，其特征在于：固定在构件（9）上的轴向柱塞（8）在一个圆柱形密封套（22）上滑动，圆柱形密封套（22）设在机壳（1）上并可沿径向移动。

8、按权利要求1至4中之一的液体轴封，其特征在于：密封室（6）的旋转内界面（18）和（19）具有不同的直径。

9、按权利要求1至4中之一的液体轴封，其特征在于：密封盘（5）端面的一侧或两侧，设有能影响密封液压力增加的凸起（35）。

10、按权利要求1至4中之一的液体轴封，其特征在于：旋转的密封盘（5）和密封室（6）壁的一侧或两侧上，具有一个或多个轴向加宽部分（40）或凹坑（41）。

11、按权利要求1至4中之一的液体轴封，其特征在于：为了阻碍密封液旋转，轴向柱塞（8）背面的小室（14）内设有筋片（34）。

12、按权利要求1至4中之一的液体轴封，其特征在于：转动环（7）由润滑炭制成。

13、按权利要求1至4中之一的液体轴封，其特征在于：转动环（7）的结构为具有流体静力学和/或流体动力学作用的密封环。

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