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CN109058463B - 一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封圈装置 - Google Patents

一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封圈装置 Download PDF

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Abstract

一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置，包含唇形密封圈、支撑架、压盖、端盖和旋转轴，唇形密封圈包含金属骨架、紧箍弹簧和橡胶密封体，唇形密封圈和支撑架通过螺栓固定在压盖上。橡胶密封体的后唇角倾斜面与支撑架配合的部分表面上开设有螺旋导流槽；支撑架截面形状为L型，位于空气侧，与旋转轴紧靠的环周面上开设有进气孔，紧靠压盖且裸露在空气中的外立面上开设排气孔；进气孔和排气孔均位于后唇角倾斜面的开槽区间内。旋转轴靠近唇形密封圈空气侧的表面上开设一对旋向相反的螺旋微沟槽，其中靠近唇口的螺旋微沟槽其旋向与旋转轴旋向相同，远离唇口的螺旋微沟槽其旋向与旋转轴旋向相反，两束螺旋微沟槽沿螺旋线方向槽深和槽宽均逐渐减小。

Description

一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封圈装置
技术领域
本发明涉及橡塑密封领域，尤其是一种旋转轴唇形密封装置，其在空气侧安装支撑架，支撑架上开设螺旋导流槽、进气孔和出气孔，配套的轴表面开设螺旋微沟槽，可用于各种压缩机、变速箱、泵等旋转机械。
背景技术
唇形密封(简称油封)是一种具有自密封作用的形式，用来防止润滑油泄漏和阻止异物进入密封区域的弹性体密封。因其结构简单、价格低廉等优点，被广泛应用于各类旋转机械中。唇形密封的基本结构一般包括橡胶密封体、金属骨架和箍紧紧箍弹簧等三部分，依靠橡胶密封体的唇口部分与配对转轴之间的过盈配合而对介质进行密封，而在工作压力较高时，容易使油封腰部过度变形，造成唇口与轴接触面积增加，引起摩擦生热加剧导致密封失效。
据统计，大多数油封的失效是油封唇口摩擦所引起的高温造成的。油封唇口与旋转轴表面接触摩擦产生大量的热，积聚在接触部位，造成唇口处温度急剧升高，加速唇口的老化、变硬和加剧磨损。油封正常工作时，油封唇口与旋转轴间会有一层很薄的润滑油膜将轴和油封唇口隔离开，不仅能避免轴和唇口直接接触，减少摩擦生热，还能有效防止润滑油的泄漏。当轴高速旋转时油封唇口生热量急剧增加，导致油腔和油封唇口温度升高，过高的温度可能导致油封橡胶材料加速老化引起密封失效；还会使润滑油黏度降低，油膜厚度也减小，当油膜厚度小于临界膜厚时，油封会出现润滑失效，进一步造成密封失效。
在实际使用过程中，常因空气侧泄漏的油液粘附空气中的悬浮物，伴随着轴的高速旋转，将这些杂质带入密封唇部，形成磨粒磨损，从而加剧密封唇部的磨损而造成密封失效。目前，针对油封唇口温度过高引起失效的解决方法通常是寻找更为耐高温、耐磨损的油封材料，以及优化唇形密封结构增加防尘唇使油封适应较高的唇口温度和磨粒磨损情况，但无法避免使用中出现的唇口高温及杂质粘附磨损问题。
公告号CN1508437A公开了一种操作简单、成本低廉的压缩机曲轴唇形密封耐磨结构。该专利通过在压缩机曲轴与唇形密封接触区粘连安装一个耐磨套筒，虽能够减小唇形密封与压缩机曲轴之间的摩擦，防止曲轴磨损，减少维修费用。但套筒的安装密封性无法保证，且存在无法减少唇形密封唇口摩擦热以及粘附在唇口的空气中的悬浮物，避免唇口高温及杂质粘附磨损的缺陷。
发明内容
本发明要克服现有唇形密封使用过程中出现的唇口温度过高和杂质粘附出现磨粒磨损的缺点，提出一种结构简单，可主动加速唇口散热、减少杂质粘附进入唇口的可强化换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置，包含唇形密封圈4、支撑架3、压盖2、端盖1和旋转轴5，所述唇形密封圈4包含金属骨架41、紧箍弹簧42和橡胶密封体43；所述金属骨架41一侧为油侧，另一侧为空气侧；所述唇形密封圈4和支撑架3通过螺栓21连接固定在压盖2上；所述橡胶密封体43的后唇角倾斜面与支撑架3配合的部分表面上开设有螺旋导流槽31；所述支撑架3截面形状为L型，位于空气侧，与旋转轴5紧靠的环内圆周面上开设有进气孔32，紧靠压盖2且裸露在空气中的外立面上开设有排气孔33，进气孔32和排气孔33均位于橡胶密封体43后唇角倾斜面的开槽区间内；所述压盖2通过螺钉11连接固定在端盖1上；所述旋转轴5靠近唇形密封圈4空气一侧的表面上开设有一对旋向相反的第一螺旋微沟槽51和第二螺旋微沟槽52，其中靠近唇口的第一螺旋微沟槽51其旋向与旋转轴5旋向相同，远离唇口的第二螺旋微沟槽52其旋向与旋转轴5旋向相反，所述第一螺旋微沟槽51和第二螺旋微沟槽52沿螺旋线方向其槽深和槽宽均逐渐减小。
进一步，所述进气孔32和排气孔33的孔口形状均为圆形孔，其直径分别设为din和dout；所述din和dout的大小均与转轴直径D有关，三者间关系是：dout＝0.6～0.8din，din＝0.03～0.1D。
进一步，所述支撑架与橡胶密封体43后唇口倾斜面的配合表面上同时开设有螺旋导流槽31，螺旋导流槽31的旋向与旋转轴5旋向相反。
进一步，所述螺旋微沟槽51、52和螺旋导流槽31的截面形状为矩形、三角形、梯形和圆弧形中的一种。
本发明的工作原理：
本发明提出一种通过旋转轴表面的螺旋微沟槽和支撑架与唇形密封橡胶密封体之间配合的螺旋导流槽配套，引导气体流动，加速降低唇口温度及减少杂质粘附磨损的可强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封圈装置，具体描述为：在旋转轴靠近唇形密封唇口处的空气侧轴表面轴向开设一对螺旋微沟槽，所述螺旋微沟槽旋向相对、沿螺旋线方向其槽深和槽宽均逐渐减小；在唇形密封空气侧安装支撑架，所述支撑架截面形状为L型，位于空气侧，所述支撑架与橡胶密封体的后唇角倾斜面配合的部分表面上配合开设有螺旋导流槽；一对螺旋微沟槽交汇处上方的支撑架与旋转轴紧靠的环内圆周面上开设有进气孔，紧靠压盖且裸露在空气中的外立面上开设有排气孔。当油封正常工作时，液压油作用在唇形密封上，使橡胶密封体贴紧支撑架，使进气孔、螺旋导流槽和出气孔形成密闭的通道，当旋转轴高速旋转，轴表面靠近唇口侧的第一螺旋微沟槽扰动唇口处热空气，带动热空气向大气侧运动，远离唇口的反向第二螺旋微沟槽扰动外侧冷空气使其向油封唇口侧运动，促使两股空气在沟槽交汇处聚集向进气孔运动进入螺旋导流槽，空气在螺旋导流槽中流动，带走唇口传导过来的热量，因此可有效减少唇口的温升；另外，靠近唇口处的轴表面的螺旋微沟槽，可容纳粘附的杂质，并跟随扰动的气流向远离唇口的大气侧运动，避免杂质进入唇口引起磨损。
本发明具有的有益效果主要表现在：
在唇形密封空气侧安装与橡胶密封体腰部接触侧开设有螺旋导流槽的支撑架，配套的旋转轴靠近唇形密封唇口处的空气侧轴表面轴向开设一对螺旋微沟槽，使唇口处的热空气向外运动且外界冷空气向导流槽运动，与唇封进行热量交换，减少唇口的温升，同时靠近唇口处的轴表面的螺旋微沟槽可容纳清理粘附的杂质，防止杂质进入唇口引起磨损，有效延长唇封的使用寿命。
附图说明
图1为强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置结构示意图。
图2为本发明的支撑架结构示意图。
图3为本发明的旋转轴螺旋微沟槽的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
参照图1、图2和图3所示，其中：
1-端盖；2-压盖；3-支撑架；4-唇形密封圈；5-旋转轴；11-螺钉；21-螺栓；31-螺旋导流槽；32-进气孔；33-排气孔；41-金属骨架；42-紧箍弹簧；43-橡胶密封体；51、52-螺旋微沟槽。
一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置，包含唇形密封圈4、支撑架3、压盖2、端盖1和旋转轴5，所述唇形密封圈4包含金属骨架41、紧箍弹簧42和橡胶密封体43；所述金属骨架41一侧为油侧，另一侧为空气侧；所述唇形密封圈4和支撑架3通过螺栓21连接在一起固定在压盖2上；所述橡胶密封体43的后唇角倾斜面与支撑架3配合的部分表面上开设有螺旋导流槽31；所述支撑架3截面形状为L型，位于空气侧，与旋转轴5紧靠的环内圆周面上开设有进气孔32，紧靠压盖2且裸露在空气中的外立面上开设有排气孔33，进气孔32和排气孔33均位于橡胶密封体43后唇角倾斜面的开槽区间内；所述压盖2通过螺钉11固定在端盖1上；所述旋转轴5靠近唇形密封圈4空气一侧的表面上开设有一对旋向相反的第一螺旋微沟槽51和第二螺旋微沟槽52，其中靠近唇口的第一螺旋微沟槽51其旋向与旋转轴5旋向相同，远离唇口的第二螺旋微沟槽52其旋向与旋转轴5旋向相反，所述第一螺旋微沟槽51和第二螺旋微沟槽52沿螺旋线方向其槽深和槽宽均逐渐减小。
所述进气孔32和排气孔33的孔口形状均为圆形孔口，其直径分别设为din和dout；所述din和dout的大小均与转轴直径D有关，三者间关系是：dout＝0.6～0.8din，din＝0.03～0.1D。
所述支撑架3与橡胶密封体43后唇角倾斜面配合的表面上同时开设有螺旋导流槽31，所述螺旋导流槽31的旋向与旋转轴5旋向相反
所述第一螺旋微沟槽51、第二螺旋微沟槽5152和螺旋导流槽31的截面形状为矩形、三角形、梯形和圆弧形中的一种。靠近唇口侧的第一螺旋微沟槽51扰动唇口处热空气向远离唇口大气侧运动，远离唇口的第二螺旋微沟槽52扰动外侧冷空气向油封唇口侧运动，两者在进气孔32处交汇聚集进入螺旋导流槽31，因此在支撑架3与旋转轴5表面的第一螺旋微沟槽51和第二螺旋微沟槽52的共同作用下将加速唇口热量的传导交换。
本实施例中，唇形密封在压力较高情况下，会过度变形，造成唇口与旋转轴接触面积增加，导致摩擦生热加剧，引起失效。通过在油封空气侧安装支撑架，防止油封过度变形的同时，加速唇口处空气的对流换热，有效减缓了唇口温升，同时唇口处的螺旋微沟槽可容纳清理粘附的杂质，防止杂质进入唇口引起磨损，有效延长油封的使用寿命。
本说明书实施例所述内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置，包含唇形密封圈(4)、支撑架(3)、压盖(2)、端盖(1)和旋转轴(5)，所述唇形密封圈(4)包含金属骨架(41)、紧箍弹簧(42)和橡胶密封体(43)；所述金属骨架(41)一侧为油侧，另一侧为空气侧；所述唇形密封圈(4)和支撑架(3)通过螺栓(21)连接固定在压盖(2)上；所述橡胶密封体(43)的后唇角倾斜面与支撑架(3)配合的表面上开设有螺旋导流槽(31)；所述支撑架(3)截面形状为L型，位于空气侧，与旋转轴(5)紧靠的环内圆周面上开设有进气孔(32)，紧靠压盖(2)且裸露在空气中的外立面上开设有排气孔(33)，进气孔(32)和排气孔(33)均位于橡胶密封体(43)后唇角倾斜面的开槽区间内；所述压盖(2)通过螺钉(11)固定在端盖(1)上；所述旋转轴(5)靠近唇形密封圈(4)空气一侧的表面上开设有一对旋向相反的第一螺旋微沟槽(51)和第二螺旋微沟槽(52)，其中靠近唇口的第一螺旋微沟槽(51)其旋向与旋转轴(5)旋向相同，远离唇口的第二螺旋微沟槽(52)其旋向与旋转轴(5)旋向相反，所述的第一螺旋微沟槽(51)和第二螺旋微沟槽(52)沿螺旋线方向其槽深和槽宽均逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置，其特征在于：所述进气孔(32)和排气孔(33)的孔口形状均为圆形孔口，其直径分别设为din和dout；所述din和dout的大小均与转轴直径D有关，三者间关系是：dout＝0.6～0.8din，din＝0.03～0.1D。
3.根据权利要求2所述的一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置，其特征在于：所述支撑架(3)与橡胶密封体(43)后唇角倾斜面配合的表面上开设有螺旋导流槽(31)，所述螺旋导流槽(31)的旋向与旋转轴（ 5） 旋向相反。
4.根据权利要求3所述的一种强制对流换热的耐磨型旋转轴唇形密封装置，其特征在于：所述的第一螺旋微沟槽(51)、第二螺旋微沟槽(52)、螺旋导流槽(31)的截面形状为矩形、三角形、梯形和圆弧形中的一种。
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