專利名稱：轉(zhuǎn)軸的密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密封裝置，特別是轉(zhuǎn)軸周圍的干式密封。
在旋轉(zhuǎn)的泵、風(fēng)機、壓縮機、攪拌機中，有一軸穿過被稱作“填料箱”或“裝料箱”的殼體。這些術(shù)語源于下列事實，即為了把泵、風(fēng)機、壓縮機、攪拌機等的內(nèi)部與外部空間這兩個環(huán)境隔開，以防止從一個環(huán)境向另一環(huán)境的泄漏，就必須把物料填充或封裝在穿過殼體的軸的周圍。軟質(zhì)填充材料被用于此目的。
目前，機械式的密封通常用于轉(zhuǎn)軸的防流體密封。這些密封裝置具有與轉(zhuǎn)軸軸線垂直的徑向平面。這些平面相互配合以起到軸承的作用。
迷宮式密封是典型的機械式密封。這種密封是非液密的，它僅是通過一迂回的路徑以及產(chǎn)生紊流來限制泄漏。這種密封包括圍繞軸的一個或一組環(huán)圈，用來使流體逐次地擴張。由于跨越各環(huán)腔間的壓力差很小，故總泄漏量很小。上述環(huán)圈總保持有軸向間隙。作為迷宮式密封的例證可見艾倫(Allen)等人的英國專利第705，444號。
當(dāng)不允許有外部泄漏存在時，通常用惰性氣體進(jìn)行消除。作為這種密封的例證可見佛里波格(Friberg)的美國專利第3，071，384號。這種密封利用恒定流量的惰性氣體流并結(jié)合真空來防止沿軸向的泄漏(第5欄，30-74行)。這需要在密封的間隔段與轉(zhuǎn)子和定子之間留有間隙。
另外，可以用液體來作為清除的介質(zhì)以防止通過軸的泄漏并提供潤滑。但是，這樣的密封很昂貴。而且，安裝這種密封很費時，因而當(dāng)更換該密封時，就需要過多的設(shè)備停機時間。還有其它一些原因使這種密封不受歡迎。通常，液體清除介質(zhì)或者向環(huán)境中泄漏，或者向泵、風(fēng)機或類似裝置中泄漏，進(jìn)而，上述的環(huán)境、被抽吸的介質(zhì)或設(shè)備本身會受到污染。液體清除介質(zhì)也會，并確實向空氣中泄漏，因而可能產(chǎn)生不合要求的安全條件，包括潛在的失火危險。
此外，許多現(xiàn)有技術(shù)的密封，需將由軸驅(qū)動的裝置拆卸后再更換密封。由于拆卸和重新安裝裝置需要附加的人工時間及停機時間，所以這也不受歡迎。
因此，需要提供一種干式、能防止沿軸向的泄漏且安裝簡便的密封。本發(fā)明即滿足上述要求。
本發(fā)明設(shè)想了一種用于轉(zhuǎn)軸的密封，這種密封可以被相對容易地更換，且較經(jīng)濟(jì)。這種密封沿軸向呈一整體，并利用若干個具有非對稱剖面的翼片以及軸限定數(shù)個密封腔，用以防止或減少不希望的泄漏。
本發(fā)明的密封為干式密封，它包括一單個的、軸向延伸的整體彈性元件，或是多個這樣的密封元件，每個元件具有一軸側(cè)壁和一殼體側(cè)壁。軸側(cè)壁上設(shè)有多個徑向向內(nèi)延伸的圓周翼片，各翼片向一脊尖斜削。各翼片在含軸線的剖切平面中是非對稱的。兩個間隔相鄰的翼片在其間限定一圓周的清除腔，該清除腔具有至少一個延伸穿過彈性密封元件直至清除腔的入口。上述清除腔兩邊翼片的脊尖指向在軸線方向背向清除腔。當(dāng)密封被安置于軸的周圍時，各翼片脊尖延伸至軸而僅留有很小或幾乎沒有間隙?？蛇x擇地，在上述清除腔兩側(cè)設(shè)置數(shù)個相鄰的翼片，該翼片具有在同上述軸線方向上背向清除腔指向的脊尖，并在翼片之間限定一個或多個密封腔。
使用時，先將密封安置在軸周圍。再將惰性氣體在一定壓力下從清除腔入口引入至清除腔內(nèi)。這樣，惰性氣體流入并清除限定在翼片間的各相鄰的密封腔。使用時，清除氣體的主要氣流流向腔室的內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)軸即由此延伸而來。
本發(fā)明的密封可以在很短的停機時間內(nèi)很簡便地被安裝。而且，由于這種密封是“干式”密封，現(xiàn)有技術(shù)的液體清除密封裝置的不合要求的安全條件，在不喪失潤滑性的情況下均被克服。此外，密封的材料選擇，如氟橡膠，能進(jìn)一步降低密封和軸之間的摩擦。
本發(fā)明的其它許多優(yōu)點及特征，通過下文的發(fā)明詳細(xì)描述，附帶的實例，附圖及附帶的權(quán)利要求書，將變得明顯易懂。
附圖中，

圖1是實施本發(fā)明的密封的部分剖開透視圖;
圖2是實施本發(fā)明的密封的軸向剖視圖，該密封固定在密封殼體中并圍繞一轉(zhuǎn)軸安置;
圖3是放大的透視圖，表示實施本發(fā)明的一個切開密封的未裝配的元件，上述元件圍繞一轉(zhuǎn)軸安置，轉(zhuǎn)軸的部分表示呈幻象。
由于本發(fā)明易于采用多種不同形式的實施例，故僅對本發(fā)明的優(yōu)選實施例用附圖來表示并進(jìn)行詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)理解到，現(xiàn)進(jìn)行的描述應(yīng)作為本發(fā)明基本原理的實例，而不是用于將本發(fā)明限制于實施例所說明的范圍。
在說明書的下文及權(quán)利要求書中，“軸向整體的”一詞是指沿轉(zhuǎn)軸軸線方向有一單個延伸的密封元件。但環(huán)繞著軸的圓周，密封也可以由一個或多個這種軸向整體的密封元件構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，轉(zhuǎn)軸36的密封10表示在圖1和圖2中。密封10包括一彈性密封元件11，該密封元件在軸向和圓周向均為整體的，且具有一軸側(cè)12和一殼體側(cè)14。軸側(cè)12設(shè)有多個徑向向內(nèi)延伸的圓周翼片20，上述翼片與軸36一起限定一圓周的清除腔32，且可選擇地，在清除腔32的兩邊限定環(huán)繞軸36的一個或多個圓周密封腔24。
各翼片20向脊尖22斜削。翼片20在含軸36的軸線的平面中，具有非對稱的剖面21。翼片20的脊尖22在軸線方向背向清除腔32的指向角度，通常大約在25°至40°，最好是大約30°。翼片20的深度通常約為0.275英寸至約0.375英寸，最好是約0.3英寸。相鄰翼片20間的間隔，通常大約在0.1英寸至約0.75英寸，最好是約0.4英寸。
兩個指向相反的間隔的翼片20在其間限定了一圓周的清除腔32，該清除腔32經(jīng)至少一個清除腔入口30與一惰性氣體源(未示出)連通。最好是在垂直于軸36軸線的平面中，環(huán)繞清除腔32設(shè)置大致等間隔的六個清除腔入口30。
在優(yōu)選實施例中，在清除腔32的兩側(cè)各設(shè)置了多個翼片，這樣，脊尖22在相同的軸線方向背離清除腔32指向的兩個相鄰翼片20，共同限定了一圓周的密封腔24。最好是在清除腔32的兩側(cè)各設(shè)置一個與其相鄰的密封腔24，而各設(shè)置至少三個這樣的密封腔則更佳。這樣把密封腔24限定為在過軸36軸線的平面內(nèi)具有非對稱的剖面，如圖2所示。密封腔與清除腔的容積比，通常在大約為0.25至大約為2的范圍內(nèi)。最好是各密封腔的容積為清除腔容積的一半;然而，各單個密封腔的容積不一定是相等的。
各翼片20的脊尖22向轉(zhuǎn)軸36延伸。當(dāng)脊尖22無須接觸到軸36時，脊尖22和軸36間的間隙很小，為0.050英寸或更小。這改善了整體密封特性。由于實際與軸36接觸的是一帶狀接觸區(qū)34，且至多只是密封10的一相對很小的表面，因而，在任何情況下，密封和軸之間的總接觸面相對較小，故減小了摩擦。用對于轉(zhuǎn)軸具有較低摩擦系數(shù)的加填料含氟聚合物來制造彈性密封元件，可以進(jìn)一步減小摩擦。優(yōu)選的加填料含氟聚合物，是如庫姆尼克(Kumnick)等人的美國專利第2，891，921號中描述的加碳的含氟聚合物類型。這些含氟聚合物是市場買得到的。
彈性密封元件11在其一端面處限定一O型圈接受槽16。O型圈17放置在槽16中，用來防止密封10和密封殼體26之間的泄漏。
彈性密封元件11在一端的內(nèi)部有螺紋，用以與密封殼體26上的螺紋嚙合，這樣，將密封10固定到密封殼體26上。
圖3說明密封110的一替換實施例，在該替換實施例中，彈性密封元件111大致與密封元件11的外部及內(nèi)部形狀相同，但包括了環(huán)繞軸136安置的兩個互補且軸向整體的部件138和140。這樣，密封元件111沿軸136為一軸向的整體件，但它并不是環(huán)繞軸136的圓周整體件。軸向整體件138和140兩者互補，且在安裝時互補地圍繞上述軸。本視圖中，表示了未裝配的密封110。所以，翼片120的脊尖122未表示成與軸136相接觸，盡管在安裝時，脊尖122可能頂在軸136上。
圖3中還表示了清除腔132和六個清除腔入口130，上述入口130在垂直于軸136的平面內(nèi)，環(huán)繞清除腔132的圓周大致等間隔地設(shè)置。清除腔入口130的這種布局，與圖1和圖2中實施例的相應(yīng)布局相同。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的使用，將結(jié)合圖1和圖2進(jìn)行討論。
首先將密封10環(huán)繞軸36安置，再使密封殼體26上的螺紋段28與密封10上的內(nèi)螺紋段18相配嚙合。因此，O型圈接受槽16中的O型圈17被推壓與密封殼體26接觸，以防止密封10和密封殼體26間的泄漏。
來自一氣體源(未表示出)的惰性氣體，通過清除腔入口30被引入到圓周的清除腔32內(nèi)。最好是利用六個清除腔入口30來提供均衡分布的惰性氣體。當(dāng)所有密封腔24被引入的惰性氣體清除后，惰性氣體氣流保持在沿著軸的方向，并流向軸伸出的腔室的內(nèi)部。
翼片20與清除腔32、密封腔24以及軸36共同作用，防止了沿軸36方向的不需要的液體泄漏。這樣，環(huán)境或設(shè)備的污染就被防止或至少降低了。翼片20的形狀和排列方向，使得翼片能承受任何在軸向施加于其上的壓力。
本發(fā)明可以由適應(yīng)于所需要的工作環(huán)境的結(jié)構(gòu)材料，經(jīng)模制或機加工制成。特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)材料是前面提及的加填料的含氟聚合物。
由于通常無需拆卸由軸驅(qū)動的裝置，本發(fā)明的密封可在很短的停機時間內(nèi)安裝完畢。
以上說明書用來作為說明而不能作為限制。在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，其它變化也是可能的，且這些變化將提供給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
權(quán)利要求
1.用于轉(zhuǎn)軸的密封，包括至少一個軸向整體的彈性密封元件，該密封元件具有一軸側(cè)壁和一殼體側(cè)壁，并在其軸側(cè)壁上設(shè)有多個徑向向內(nèi)延伸的圓周翼片，各翼片向一脊尖斜削各翼片在過所述軸軸線的平面內(nèi)具有非對稱的剖面；上述翼片中的相互間隔的兩個翼片在其間限定一圓周清除腔；上述翼片的脊尖，在所述密封環(huán)繞軸安置后，向所述的軸延伸；設(shè)置在所述清除腔兩側(cè)的多個相鄰的翼片，在其間限定一圓周密封腔；這些多個相鄰的翼片的脊尖背離所述清除腔指向同一軸向方向，所述的密封腔在過所述軸軸線的平面內(nèi)具有非對稱的剖面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封，至少還設(shè)置有一個清除腔入口，該清除腔入口由所述的彈性密封元件限定，并從所述的彈性元件延伸至所述的清除腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封，其特征在于六個消除腔入口大致等間隔地環(huán)繞所述清除腔的圓周設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封，其特征在于所述的彈性密封元件包括多個互補的部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封，其特征在于所述的彈性密封元件由加填料的含氟聚合物組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封，其特征在于所述的加填料含氟聚合物為加碳的含氟聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封，其特征在于所述的彈性密封元件在其一端面上設(shè)有O型圈接受槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封，其特征在于所述的彈性密封元件在其一端設(shè)有多組圓周內(nèi)螺紋，所述的內(nèi)螺紋在彈性密封元件的軸側(cè)壁徑向向內(nèi)延伸。
9.用于轉(zhuǎn)軸的密封，包括至少一個軸向整體的彈性密封元件，該密封元件具有一軸側(cè)壁和一殼體側(cè)壁，并在其軸側(cè)壁上設(shè)有多個徑向向內(nèi)延伸的圓周翼片，各翼片向一脊尖斜削;各翼片在過所述軸軸線的平面內(nèi)具有非對稱的剖面;上述翼片中的相互間隔的兩個翼片在其間限定一圓周清除腔;上述翼片的背尖在所述密封環(huán)繞軸安置后，向所述的軸延伸;設(shè)置在所述清除腔兩側(cè)的多個相鄰的翼片在其間限定一圓周密封腔;這些多個相鄰的翼片的脊尖背離所述清除腔指向同一軸向方向;所述的密封腔在過所述軸軸線的平面內(nèi)具有非對稱的剖面;所述的彈性密封元件在其一端面設(shè)置了一O型圈接受槽;所述的彈性密封元件在其設(shè)有O型圈接受槽的一端，還設(shè)置了多組圓周內(nèi)螺紋，所述的內(nèi)螺紋在所述的彈性密封元件的軸側(cè)壁徑向向內(nèi)延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封，其特征是所述的彈性密封元件是由兩互補的部件組成。
全文摘要
公開一種用于轉(zhuǎn)軸的干式密封。所述的密封包括具有軸側(cè)壁和殼體側(cè)壁的軸向整體的彈性密封元件。軸側(cè)壁上設(shè)有多個徑向向內(nèi)延伸的圓周翼片，各翼片向一脊尖斜削。各翼片的剖面在過所述軸軸線的平面內(nèi)是非對稱的。脊尖指向相反的兩個間隔的翼片在其間限定了一個圓周清除腔?？蛇x擇地，脊尖指向背離清除腔并有相同軸向方向的相鄰翼片，在其間限定了圓周密封腔。
文檔編號C07B61/00GK1037026SQ8910161
公開日1989年11月8日 申請日期1989年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月25日
發(fā)明者海勒姆·布賴恩特·理查德斯 申請人:阿莫利公司