CN1302361A - 机械面密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械密封装置,其包含一个波纹装置,该波纹装置带有一个由弹性材料制成的波纹件并具有彼此间隔着一个轴向距离并通过一个可折叠中间区域相连的组装区域。其中一个组装区域可以固定在一个旋转部件上,而另一个组装区域与一个旋转密封圈协作以传递旋转力。机械密封装置还具有一个预张紧装置,其将旋转密封圈机械式推动顶靠在一个静止密封圈上。本发明提供了一个大致刚性的支撑件,其被波纹件支撑着,用于轴向支撑旋转密封圈并具有一个确定的外径尺寸A。波纹装置可以包含一个传动壳,其具有沿轴向彼此间隔一定距离的传力区域,其中一个传力区域以传力的方式与波纹件的位于密封圈侧的组装区域协作,而另一个传力区域以传力的方式与波纹件的位于旋转部件侧的组装区域协作。面对着旋转部件侧组装区域的传力区域具有一个内径尺寸D,其小于支撑件的外径尺寸A。这种措施使得机械密封装置的尺寸,特别是旋转密封圈的尺寸可以最小化,同时又提高了运行可靠性。
Description
本发明涉及一种机械面密封装置，特别是涉及这样一种装置，其具有一个由弹性材料制成的波纹件，用以在一对协作的环形密封件中的一个环形密封件与一个旋转部件之间建立弹性连接。
带波纹件的机械面密封装置见于，例如，Burgmann Lexicon在1988年出版的《ABC der Gleitringdichtung(滑环密封ABC)》的第22-23页，波纹件可以同时用作一个二级动态密封，从而使机械面密封装置的结构复杂程度降低并因此使成本更低。这种装置还不会受污物和老化的影响。
本发明的一个目的是使上面提及的类型的机械面密封装置的结构尺寸，特别是径向尺寸最小化。此外，机械面密封装置应当能够使用具有简单结构的环形密封件，从而既确保批量生产时的经济性，又确保在使用中的高可靠性。
根据本发明的一种机械面密封装置包含：一对协作的环形密封件，其中一个适于以不旋转关系安装在一个静止元件上，而另一个用于与一个旋转部件共同旋转；一个波纹组件，其包含一个由弹性材料制成的波纹件，该波纹件具有轴向相隔的安装部分，它们通过一个中间可折叠部分相连，其中一个上述安装部分用于固定在旋转部件上，而另一个安装部分与旋转环形密封件具有力矩传递关系；以及一个施压装置，其用于将旋转环形密封件机械式压紧在静止环形密封件上。本发明的机械面密封装置的特征在于，一个大致刚性的支撑件具有一个预定的直径尺寸并被波纹件保持着，以轴向支撑旋转环形密封件。通过提供一个可以在使用时被旋转环形密封件顶靠的刚性支撑件，可以防止环形密封件在机械面密封装置的轴向力的作用下破坏性或损毁性咬合上波纹件，即使环形密封件的径向尺寸被最小化了。特别是，还可以防止环形密封件刺入传动壳中的一个孔中，该孔优选提供于本发明的第一个实施例中，在该实施例中包含有轴向相隔的传力部分，其中一个传力部分与波纹件上的位于环形密封件侧的安装部分具有力传递关系，而另一个传力部分与位于旋转部件侧的安装部分具有力传递关系，在旋转部件侧与安装部分相面对的传力部分具有内径尺寸，其小于支撑件的预定外径尺寸。根据本发明的措施的结果是，在环形密封件的结构方面没有特别的要求，因而它不但能够具有最小尺寸，还可以具有简单的横截面形状，从而便于制造。在权利要求和下面的详细说明中可以使本发明的其它有益实施例以及可以获得的效果和优点更加清楚。
下面将通过一个实施例和附图而对本发明进行更详细的解释。附图包括：
图1是根据本发明的机械面密封装置处于组装状态时的局部轴向剖面图，以及
图2是图1所示机械面密封装置的旋转部件的放大轴向剖面图。
在图1中，本发明的机械面密封装置总体上以代号1表示并包含一对协作的环形密封件2、3，其中环形密封件2通过适当方式以不旋转关系支撑在一个静止元件，如泵或类似物的外壳4上。与此相反，另一个环形密封件3则与一个旋转部件，例如一个轴5共同旋转，该轴5通过机械面密封装置相对于外壳4保持密封。环形密封件2、3分别带有径向的或近乎径向的密封面，在使用时密封面之间会形成间隙。适于制作环形密封件2、3的材料见于，例如Burgmann Lexicon的上述引文中的第269页。进一步的细节可以参考该引文。
下面请参考图2，图中以放大比例显示了机械面密封装置的旋转部件。旋转部件由一个波纹组件构成，该波纹组件包含一个波纹件6，其由弹性材料，如橡胶或弹胶体制成，其中以本身公知的方式形成了三个部分，即一个第一安装部分8、一个与第一安装部分轴向相隔的第二安装部分9以及一个连接着两个安装部分8和9的可折叠中间部分7。在使用时，可折叠中间部分7可以具有Z形形状，如图2所示。然而，本发明并不局限于可折叠部分7的这种形状。其它形状见于，例如Burgmann Lexicon的上述引文中的第23页。安装部分8、9优选具有大致管状结构。
此外，波纹组件中还包含一个传动壳12，其具有一个第一传力部分13和一个直径减小的第二传力部分14，上述两个传力部分被一个中间台肩或阶梯部分15连接起来。第一传力部分13用于以这样的方式容纳波纹件6的第一安装部分8，即当环形密封件3、安装部分8和传力部分13如图2所示那样同轴叠加在一起时，波纹件6的安装部分8将被封闭并以三明治形方式压缩在环形密封件3的外周边表面与传力部分13的内周边表面之间，从而在上述各部件之间产生摩擦连接。这样，力矩可以通过安装部分8传递到环形密封件3上，而传力部分13基本上没有滑动。如需要，也可以通过，例如，使用粘接剂或类似物而在上述部件之间获得刚性连接，以取代摩擦连接。
传动壳12的第二传力部分14确定出一个具有内径尺寸D的孔或通孔。第二传力部分14可以包含一组沿周边分布的轴向伸展指，它们用于咬合在一个传动环16上的轴向槽17中，传动环16由适宜的材料，如金属制成。传动环16优选通过摩擦固定在波纹件6的第二安装部分9上，或者也可以在组装时将波纹件6与尺寸过小的传动环6一起安装在轴5上，从而获得这种固定方式。这样，轴5的旋转可以通过安装部分9和传动环6传递到传动壳12上，再以前面所述的方式传递到环形密封件3上。
一个施压装置用于使环形密封件3机械式压紧在静止环形密封件2上。虽然也可以采用其它施压装置，但本发明中采用的施压装置优选包含一个螺旋或螺线弹簧10，其在一端支撑在轴的一个台肩上，如图1所示，并在另一端支撑在传动壳12的台肩部分15上。螺旋弹簧10优选包含几个紧邻圈，它们环绕着传动壳12的第二传力部分14并用于阻止传力部分14上的伸展指的任何可能的胀开。此外，螺旋弹簧10优选具有一个圆锥形结构，如图1所示。
根据本发明，一个支撑件11用于轴向支撑环形密封件3，上述支撑件本身则以适宜的方式被波纹件6支撑着。支撑件11可以是一个由适宜材料，如金属制成的环形盘，并且具有足够的刚性，从而在接触波纹件6时没有或只有极小程度的因屈服于轴向作用力而产生的变形。除了金属，支撑件11还可以由具有尺寸稳定性的塑料，如PEEK或类似材料制成。
支撑件11在其外周边通过摩擦或粘接剂保持在波纹件6的第一安装部分8中的一个邻近于可折叠部分7的槽中，并且带有一个用于穿过轴5的孔。此外，支撑件11具有一个预定的外径尺寸A，其比传动壳12的第二传力部分14的内径尺寸D大适宜的量。当装置被使用并操作时，环形密封件3可以顶靠在支撑件11的轴向相邻端面上，而波纹件6的可折叠部分7的一部分可以顶靠在支撑件11的相反端面上。
由上述机械面密封装置的结构所带来的结果是，由机械式施压装置10或操作过程中的液压作用产生的轴向力有导致传动壳12和波纹件6相对于环形密封件3轴向移动的趋势，但由于环形密封件3与静止环形密封件2的协作关系，可以使这种轴向移动基本上被阻止，因而该轴向力不会导致旋转的环形密封件3刺入传动壳12中的直径尺寸为D的孔中，从而不会导致波纹件6的大范围破坏或损毁。作用在机械面密封装置上的过度液压或机械式轴向力只能将支撑件11移动到一个接近于传动壳12的台肩部分15的位置并在此被拦截，因而波纹件6不会受到破坏性作用。
本发明可以使环形密封件3的直径尺寸最小化，例如，其外径尺寸可以小于传动壳12的直径尺寸D。
上面基于带传动壳的实施例对本发明进行了解释。而在不带传动壳的装置中，可以采用一个刚性支撑件，其顶靠着环形密封件，以防止环形密封件刺入到波纹件中的一个特定位置。
Claims (9)
1．一种机械面密封装置，其包含：一对协作的环形密封件，其中一个上述环形密封件适于以不旋转关系安装在一个静止元件上，而另一个用于与一个旋转部件共同旋转；一个波纹组件，其包含一个由弹性材料制成的波纹件，该波纹件具有轴向相隔的安装部分，它们通过一个中间可折叠部分相连，其中一个上述安装部分用于固定在旋转部件上，而另一个安装部分与旋转环形密封件具有力矩传递关系；以及一个施压装置，其用于将旋转环形密封件机械式压紧在静止环形密封件上，其特征在于，一个大致刚性的支撑件被波纹件保持着，并具有一个预定的直径尺寸A，用以轴向支撑旋转环形密封件。
2．根据权利要求1的机械面密封装置，其特征在于，波纹组件包含一个传动壳，其具有轴向相隔的传力部分，其中一个传力部分与波纹件上的位于环形密封件侧的安装部分具有力传递关系，而另一个传力部分与位于旋转部件侧的安装部分具有力传递关系，在旋转部件侧与安装部分相面对的传力部分具有内径尺寸D，其小于支撑件的外径尺寸A。
3．根据权利要求2的机械面密封装置，其特征在于，施压装置在其一端支撑在传动壳上。
4．根据权利要求1至3中任意一款的机械面密封装置，其特征在于，施压装置包含一个锥形螺旋弹簧。
5．根据上述权利要求中任意一款的机械面密封装置，其特征在于，在波纹件的位于旋转部件侧的安装部分和传动壳上的与之相面对的传力部分之间具有不旋转连接，而上述连接可以沿轴向相对移动。
6．根据上述权利要求中任意一款的机械面密封装置，其特征在于，支撑件安装在支撑部分在环形密封件侧的邻近于波纹件可折叠部分的一个位置上。
7．根据上述权利要求中任意一款的机械面密封装置，其特征在于，支撑件是一个环形盘。
8．根据上述权利要求中任意一款的机械面密封装置，其特征在于，支撑件由金属材料制成。
9．根据权利要求1至7中任意一款的机械面密封装置，其特征在于，支撑件由刚度大于波纹件所用材料的塑料制成。
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