CN103415731B - 密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种密封装置，通过利用在浮动环的内周面设置的动压槽所产生的动压，使浮动环的中心与旋转轴的中心一致。在旋转轴外周与壳体内周之间具备浮动环的密封装置的特征在于，在浮动环的圆周方向的一个部位设置止转构件，在浮动环的内周面以在圆周方向非均匀配置的方式设置动压产生用的槽。
Description
技术领域
本发明涉及在旋转轴上使用的密封装置，特别是涉及在泵等的旋转轴上使用的具备浮动环的密封装置。
背景技术
以往，作为具备浮动环的密封装置，已知例如图6所示的装置（以下，称作“现有技术1”。例如，参照专利文献1。）。在该现有技术1中，通过在浮动环30的与设于壳体的卡定环32接触的低压侧面设置压力平衡槽33，该压力平衡槽33由至少一个圆周槽和从该圆周槽向外周面方向延伸的多个直线槽构成以引导高压流体，由此，可以充分发挥自动调心作用，该自动调心作用为，利用在形成于浮动环30的内周面与旋转轴31之间的间隙较小的部分产生的楔效应（在楔部产生的动压的效应）欲将浮动环30的内周面与旋转轴31之间的间隙保持得均匀，进而，还可以抑制浮动环30变形，将浮动环30的内周面与旋转轴31之间的间隙保持为恒定，防止因浮动环30的内周面与运动的旋转轴31接触而发生的浮动环30的损伤，从而防止高压流体向低压侧泄漏的泄漏量的增加和设备的运转停止。
另外，作为具备浮动环的其他密封装置，已知图7所示的装置（以下，称作“现有技术2”。例如，参照专利文献2。）。在该现有技术2中，在形成为环状的浮动环35的外周设有朝向半径方向外侧的连结部36，该连结部36在圆周方向隔开180度的间隔地设置有一对，该连结部36插入于壳体37的槽部38，从而将浮动环35支承成与旋转轴39同心状。
可是，在图6所示的现有技术1的具备浮动环的密封装置中，虽然具有发挥欲将在浮动环30的内周面与旋转轴31之间形成的间隙保持得均匀的自动调心作用这样的优点，但是，由于没有对浮动环30设置止转构件，因此，在旋转轴31的转速变大的情况等，由于在浮动环30与旋转轴31之间的间隙中存在的粘性流体的影响，会导致浮动环30旋转，从而存在浮动环30的动作变得不稳定这样的问题。另外，在现有技术1的具备浮动环的密封装置中，当在浮动环30的内周面与旋转轴31之间的间隙较小的部分产生的动压比浮动环30的重量小时，形成于浮动环30的内周面与旋转轴31之间形成的间隙不再均匀，旋转轴31在偏心的状态下运转。
另外，在图7所示的现有技术2的具备浮动环的密封装置中，由于在圆周方向隔开180度的间隔地设有一对的连结部36插入于壳体37的槽部38，因此，浮动环35不会旋转，但是，由于与旋转轴39同心地组装浮动环35在现实中比较困难，因此存在相对于旋转轴39在偏心状态下组装浮动环35这样的问题。进而，还存在浮动环35无法灵活地追随由旋转轴39的挠曲等所引起的旋转轴39的偏心这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-299905号公报
专利文献2：日本特开2003-97730号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上述的现有技术1和现有技术2那样，在无法使浮动环的中心与旋转轴的中心一致的情况下，为了防止浮动环与旋转轴的接触，需要将两者之间的间隙设定得较大。其结果是，存在密封流体的泄漏量与间隙的3次方成比例地增多这样的问题。
本发明的目的在于提供一种密封装置，在具备浮动环的密封装置中，能够防止浮动环旋转，并且，通过利用设于浮动环的内周面的动压槽所产生的动压，即使在浮动环的重量与基于旋转轴和浮动环之间的楔效应抬起浮动环的力不一致的情况下，也能够使浮动环的中心与旋转轴的中心一致。
用于解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的密封装置的第1特征在于，在旋转轴外周与壳体内周之间具备浮动环的密封装置中，在浮动环的圆周方向的一个部位设置止转构件，在浮动环的内周面以在圆周方向非均匀配置的方式设置动压产生用的槽。
另外，本发明的密封装置的第2特征在于，在第1特征中，在满足浮动环的重量＞利用旋转轴与浮动环之间的楔效应抬起浮动环的力这样的关系的情况下，在从一个侧面观察旋转轴而将X-Y坐标轴的原点置于旋转轴的中心的坐标系中，在旋转轴的旋转方向为逆时针方向时，将止转构件设在第2和第3象限内的位置，并将动压产生用的槽设在浮动环的内周面的第1象限、或者第1象限及第2象限的位置。
另外，本发明的密封装置的第3特征在于，在第1特征中，在满足浮动环的重量＜利用旋转轴与浮动环之间的楔效应抬起浮动环的力这样的关系的情况下，在从一个侧面观察旋转轴而将X-Y坐标轴的原点置于旋转轴的中心的坐标系中，在旋转轴的旋转方向为逆时针方向时，将止转构件设在第2和第3象限内的位置，并将动压产生用的槽设在浮动环的内周面的第4象限、或者第3象限及第4象限的位置。
发明效果
本发明起到下面这样的优异效果。
（1）在具备浮动环的密封装置中，通过防止浮动环在旋转轴的旋转过程中进行旋转，并且利用设于浮动环的内周面的动压槽所产生的动压，由此，即使在浮动环的重量与基于旋转轴和浮动环之间的楔效应抬起浮动环的力不一致的情况下，也能够使浮动环的中心与旋转轴的中心一致。
（2）由于能够在旋转轴的旋转过程中使浮动环的中心与旋转轴的中心一致，因此能够将浮动环的内周面与旋转轴的外周面之间的间隙设定得较小，从而能够提高密封装置的密封性。另外，由于能够使流体膜厚平均地增加，因此能够降低浮动环的内周面与旋转轴的外周面接触的危险性。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的实施方式的密封装置的主剖视图，示出了由于旋转轴的旋转而使得浮动环被向上方抬起的状态。
图2是示意性地示出本发明的实施方式的密封装置的侧视图，示出了旋转轴静止的状态。
图3是示意性地示出本发明的实施方式的密封装置的侧视图，示出了旋转轴开始旋转的状态。
图4是示意性地示出本发明的实施方式的密封装置的侧视图，示出了旋转轴达到预定的转速的状态。
图5是示出在浮动环的内周面设置的动压产生槽的一个示例的图。
图6是示出现有技术1的主剖视图。
图7是示出现有技术2的侧剖视图。
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的密封装置的形态详细地进行说明，本发明并不受此限定和解释，只要不脱离本发明的范围，可以基于本领域人员的知识加以各种变更、修正、改良。
图1是示意性地示出本发明的实施方式的密封装置的主剖视图，由于旋转轴的旋转而使得浮动环被向上方抬起。
在图1中，以在壳体1的孔2内贯穿的方式配设有泵等的旋转轴3，左侧为高压侧，右侧为低压侧。在壳体1的内周面与旋转轴3的外周面之间设有半径方向的间隙δ，为了密封该间隙δ，以包围旋转轴3的外周的方式设有中空圆筒状的浮动环5。另外，在壳体1内设有收纳所述浮动环5的圆筒状的空间4，该空间4的直径和宽度比浮动环5的外径和宽度大。另外，浮动环5的内径被设定得比旋转轴3的外径稍大，浮动环5能够沿半径方向在固定的范围内移动。
图2是示意性地示出本发明的实施方式的密封装置的侧视图，示出了旋转轴静止的状态。
在图2中，在浮动环5的外周面的左侧面，以向半径方向外侧突出的方式设有止转销6，该止转销6间隙嵌合于槽7内，以防止浮动环5旋转，该槽7从壳体1的圆筒状的空间4向半径方向外侧设置。止转销6在浮动环5的圆周方向设置有一处，当使旋转轴3的旋转方向为逆时针方向时，在以旋转轴3的中心O为原点的X-Y坐标系中，止转销6的位置只要位于第2和第3象限即可，并不特别限定于图2的位置。另外，作为止转构件，并不限定于销，总之，只要是具有卡定于壳体1来防止浮动环5旋转的功能的构件即可。
图3是示意性地示出本发明的实施方式的密封装置的侧视图，示出了旋转轴开始旋转的状态。
当前，当旋转轴3绕逆时针方向开始旋转时，利用在旋转轴3与浮动环5之间存在的被密封流体在间隙S中的楔效应，产生将浮动环5抬起的力。此时，在满足浮动环的重量＞利用旋转轴3与浮动环5之间的楔效应抬起浮动环5的力这样的关系的情况下，浮动环5的中心位于旋转轴3的中心的下方。在这样的状态下，在旋转轴外周与浮动环内周之间存在的流体膜局部地变薄，因此，在引起旋转轴3的异常振动等不稳定的动作时，存在浮动环5的内周面与旋转轴3的外周面接触的危险。为了避免这样的危险，需要将浮动环5的内周面与旋转轴3的外周面之间的间隙设定得较大。可是，如果增大该间隙，则被密封流体从该间隙泄漏的泄漏量会与间隙的3次方成比例地变多。
在本发明中，当旋转轴3旋转时，为了尽可能使浮动环5的中心与旋转轴3的中心一致，在圆周方向以非均匀配置的方式设置用于产生动压的动压槽8。
例如，如图3所示，在满足浮动环的重量＞利用旋转轴与浮动环之间的楔效应抬起浮动环的力这样的关系、且将旋转轴3的旋转方向设为逆时针方向的情况下，在将X-Y坐标轴的原点置于旋转轴3的中心的坐标系中，将用于产生动压的动压槽8设置于浮动环5的内周面的第1象限、或者第1象限及第2象限的位置。
并且，在本发明中，在圆周方向以非均匀配置的方式设置动压槽是指，不是在圆周方向等分地配设动压槽，除了如图3所示那样局部地设置动压槽外，还指将动压槽局部地去除或局部地改变槽深来进行设置。
在通过动压槽8产生图3所示那样的动压p时，会在浮动环5产生以止转销6为支点的转矩M，使得浮动环5以止转销6为支点整体向上方移动。
在此，将浮动环5的重量设为W，将通过旋转轴3与浮动环5之间的间隙S的楔效应抬起浮动环5的力设为F1，将通过由动压槽8产生的动压p抬起浮动环5的力设为F2，将各个力的作用点距止转销6的在X方向的距离设为L1、L2、L3，在这种情况下，
如果以满足
W·L1＝F1·L2＋F2·L3
的方式来设定基于由动压槽8产生的动压p形成的力F2，则图4所示，浮动环5的中心与旋转轴3的中心一致。因此，能够将浮动环5的内周面与旋转轴3的外周面之间的间隙设定得较小，从而能够提高密封装置的密封性。另外，由于能够使流体膜厚平均地增加，因此能够降低浮动环5的内周面与旋转轴3的外周面接触的危险性。
在与图3所示的情况相反地满足浮动环的重量＜利用旋转轴与浮动环之间的楔效应抬起浮动环的力这样的关系的情况下，在从一个侧面观察旋转轴3时将X-Y坐标轴的原点置于旋转轴3的中心的坐标系中，当观察旋转轴3的旋转方向为逆时针方向时，将止转构件6设在第2和第3象限内的位置，并将动压产生用的槽8设在浮动环5的内周面的第4象限、或者第3象限及第4象限的位置。
在该情况下，将浮动环5的重量设为W，将通过旋转轴3与浮动环5之间的间隙S的楔效应抬起浮动环5的力设为F1，将通过由动压槽8产生的动压p抬起浮动环5的力设为F2，将各个力的作用点距止转销6的在X方向的距离设为L1、L2、L3，在这种情况下，
如果以满足
W·L1＝F1·L2－F2·L3
的方式设定由动压槽8产生的力F2，则如图4所示，浮动环5的中心与旋转轴3的中心一致。
图5是示出局部地设置于浮动环5的内周面的动压产生槽8的一个示例的图。
在本例中，动压产生槽8以与高压侧连通的方式设在高压侧的一半的表面，并形成为沿着旋转轴3的旋转方向倾斜的形状，且随着接近端部9而变浅。
通过这样的结构的动压产生槽8，能够容易地将高压流体引导至动压产生槽8内，从而能够更加可靠地发挥动压效应。
并且，在技术方案2中，限定了“在从一个侧面观察旋转轴而将X-Y坐标轴的原点置于旋转轴的中心的坐标系中，在旋转轴的旋转方向为逆时针方向时，将止转构件设在第2和第3象限内的位置，并将动压产生用的槽设在浮动环的内周面的第1象限、或者第1象限及第2象限的位置”，但是，即使在旋转轴的旋转方向相反的情况下，即在从同一侧面进行观察旋转轴的旋转方向为顺时针方向时，如果从另一个侧面观察，则旋转轴的旋转方向为逆时针方向，因此进行了这样的限定。因此，无论旋转轴的旋转方向是哪种情况都包含在技术方案2中。对于技术方案3，也与技术方案2是同样的。
标号说明
1：壳体；
2：孔；
3：旋转轴；
4：圆筒状的空间；
5：浮动环；
6：止转销；
7：槽；
8：动压产生槽；
9：端部；
δ：间隙；
S：旋转轴与浮动环之间的间隙；
p：动压；
M：转矩。
Claims (2)
1.一种密封装置，所述密封装置在旋转轴外周与壳体内周之间具备浮动环，所述密封装置的特征在于，
在浮动环的圆周方向的一个部位设置止转构件，在浮动环的内周面以在圆周方向非均匀配置的方式设置动压产生用的槽，
在满足浮动环的重量＞利用旋转轴与浮动环之间的楔效应抬起浮动环的力这样的关系的情况下，在从一个侧面观察旋转轴而将X-Y坐标轴的原点置于旋转轴的中心的坐标系中，在旋转轴的旋转方向为逆时针方向时，将止转构件设在第2和第3象限内的位置，并将动压产生用的槽设在浮动环的位于第1象限、或者第1象限及第2象限的内周面的位置。
2.一种密封装置，所述密封装置在旋转轴外周与壳体内周之间具备浮动环，所述密封装置的特征在于，
在浮动环的圆周方向的一个部位设置止转构件，在浮动环的内周面以在圆周方向非均匀配置的方式设置动压产生用的槽，
在满足浮动环的重量＜利用旋转轴与浮动环之间的楔效应抬起浮动环的力这样的关系的情况下，在从一个侧面观察旋转轴而将X-Y坐标轴的原点置于旋转轴的中心的坐标系中，在旋转轴的旋转方向为逆时针方向时，将止转构件设在第2和第3象限内的位置，并将动压产生用的槽设在浮动环的位于第4象限、或者第3象限及第4象限的内周面的位置。
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