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    端面 机械 密封 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201380012271.2

    申请日:

    2013.06.25

    公开号:

    CN104169621A

    公开日:

    2014.11.26

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F16J 15/34申请日:20130625|||公开
    IPC分类号: F16J15/34 主分类号: F16J15/34
    申请人: 伊格尔工业股份有限公司
    发明人: 末藤嘉博
    地址: 日本东京
    优先权: 2012.08.22 JP 2012-183277
    专利代理机构: 北京派特恩知识产权代理有限公司 11270 代理人: 徐川;张颖玲
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201380012271.2

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.09.21|||2014.12.24|||2014.11.26

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种双端面机械密封装置,具有旋转环(30)、第一静止环(41)、第二静止环(51)和密封盖(10)。在第一静止环(40)与密封盖(10)之间设置第一波纹管密封装置(100),第一波纹管密封装置(100)由可轴向伸缩的第一波纹管部(101)、第一盖侧适配器(102)和第一静止环侧适配器(103)构成。以在第一波纹管部的内外未产生压力差的状态下使第一波纹管部(101)的平衡线BL通过O型圈(45)的剖面和第一静止密封面(43)的方式,配置第一波纹管装置(100)和第一静止环(41)。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种双端面机械密封装置,具有:旋转环,以与旋转轴一体旋转的方式设置在该旋转轴上,在轴向的两面上形成有旋转密封面;第一静止环,配置在所述旋转环的机内侧,形成有在该旋转环的机内侧的所述旋转密封面上紧密滑动的第一静止密封面;第二静止环,配置在所述旋转环的机外侧,形成有在该旋转环的机外侧的所述旋转密封面上紧密滑动的第二静止密封面;和密封盖,被所述旋转轴贯通,安装在具有该旋转轴的装置的外面上,在内周侧容纳所述第一静止环、所述旋转环和所述第二静止环,其特征在于,
    在所述第一静止环与所述密封盖之间设置第一波纹管密封装置,
    所述第一波纹管密封装置由可轴向伸缩的第一波纹管部、第一盖侧适配器和第一静止环侧适配器构成,所述第一盖侧适配器液密地固定在所述第一波纹管部的一端,通过第一盖侧密封部件液密地安装于所述密封盖的第一内凸部,所述第一静止环侧适配器液密地固定在所述第一波纹管部的另一端,相对于所述第一静止环通过第一静止环侧密封部件液密地且轴向相对移动自由地进行安装,
    以在所述第一波纹管部的内外未产生压力差的状态下使所述第一波纹管部的平衡线通过所述第一静止密封面的方式,配置所述第一波纹管装置和第一静止环。

    2.  根据权利要求1所述的双端面机械密封装置,其特征在于,在所述第一波纹管部的内外未产生压力差的状态下,在所述第一波纹管部的平衡线通过所述第一静止环侧密封部件的剖面的位置,配置所述第一波纹管装置和第一静止环。

    3.  根据权利要求1或2所述的双端面机械密封装置,其特征在于,所述第一静止密封面的径向宽度比所述旋转密封面的径向宽度窄。

    4.  根据权利要求1~3中任一项所述的双端面机械密封装置,其特征在于,在所述第一波纹管部的外侧,在所述第一静止环侧适配器与所述第一内凸部之 间配置有弹簧,所述弹簧提供通过所述第一静止环侧适配器将所述第一静止环的第一静止密封面轴向压靠在所述旋转密封面上的力。

    5.  根据权利要求1~4中任一项所述的双端面机械密封装置,其特征在于,
    在所述第二静止环与所述密封盖之间设置第二波纹管密封装置,
    所述第二波纹管密封装置由可轴向伸缩的第二波纹管部、第二盖侧适配器、第二静止环侧适配器构成,所述第二盖侧适配器液密地固定在所述第二波纹管部的一端,通过第二盖侧密封部件液密地安装于所述密封盖的第二内凸部,所述第二静止环侧适配器液密地固定在所述第二波纹管部的另一端,相对于所述第二静止环通过第二静止环侧密封部件液密且轴向相对移动自由地进行安装,
    以在所述第二波纹管部的内外未产生压力差的状态下使所述第二波纹管部的平衡线通过所述第二静止密封面的方式,配置第二波纹管装置和第二静止环。

    说明书

    说明书双端面机械密封装置
    技术领域
    本发明涉及一种双端面机械密封装置。
    背景技术
    对于离心泵等作为轴封使用的机械密封由于在启动时设置机械密封的填料盒内临时变成负压,因此可能出现机械密封的滑动面上无液体存在的状态,发生滑动面烧损或破损。
    为了解决这种问题,传统上使用双端面机械密封(有时也简称为双密封)。在双端面机械密封中,在两个密封之间流有淬火液,从而能够防止滑动面变得干燥。另外,双密封常用于使机内侧的流体不漏至外部的情况或机内侧的液体干燥时而结晶化的情况等。
    例如,如下述专利文献1所示,已知有一种组合了波纹管的双端面机械密封。但是,这种传统的双端面机械密封在各个机械密封中具有旋转环,由于旋转环沿旋转轴的轴向配置在两个位置上,因此导致轴向的装置结构变长,有悖于紧凑化的要求。
    另外,在传统的带有波纹管的双端面机械密封中,由于是静止环烧嵌于保持器(适配器)的结构,因此在波纹管的内侧压力较高时,密封流体有可能会从静止环与保持器之间漏出。另外,在传统的带有波纹管的双端面机械密封中,由于是静止环烧嵌于保持器(适配器)的结构,因此在波纹管的内外的压力差逆转时,作用于静止环与旋转环的密封面的粘附力发生很大变化。因此,在波纹管内外的压力差逆转时,需要变更带有波纹管的双端面机械密封的设计(例如波纹管的弹簧力等),需要根据压力差环境来准备不同的双端面机械密封。
    现有技术文献
    专利文献
    专利文献1:日本特开2011-7239号公报
    发明内容
    本发明鉴于这种情况而作出,其目的在于,提供一种双端面机械密封装置,所述双端面机械密封装置的装置结构紧凑,并且在波纹管内外的压力差逆转时也能够采用通用的装置进行密封。
    为了实现上述目的,本发明中的双端面机械密封装置,具有:
    旋转环,以与旋转轴一体旋转的方式设置在该旋转轴上,在轴向的两面上形成有旋转密封面;
    第一静止环,配置在所述旋转环的机内侧,形成有在该旋转环的机内侧的所述旋转密封面上紧密滑动的第一静止密封面;
    第二静止环,配置在所述旋转环的机外侧,形成有在该旋转环的机外侧的所述旋转密封面上紧密滑动的第二静止密封面;以及
    密封盖,被所述旋转轴贯通,安装在具有该旋转轴的装置的外面上,在内周侧容纳所述第一静止环、所述旋转环和所述第二静止环,其特征在于,
    在所述第一静止环与所述密封盖之间设置第一波纹管密封装置,
    所述第一波纹管密封装置由可轴向伸缩的第一波纹管部、第一盖侧适配器和第一静止环侧适配器构成,所述第一盖侧适配器液密地固定在所述第一波纹管部的一端,通过第一盖侧密封部件液密地安装于所述密封盖的第一内凸部,所述第一静止环侧适配器液密地固定在所述第一波纹管部的另一端,相对于所述第一静止环通过第一静止环侧密封部件液密地且轴向相对移动自由地进行安装,
    以在所述第一波纹管部的内外未产生压力差的状态下使所述第一波纹管部的平衡线通过所述第一静止密封面,优选通过第一静止密封面的径向中心附近的方式,配置所述第一波纹管装置和第一静止环。
    在本发明中,由于在单个旋转环的轴向两侧配置有机械密封的结构,因此 能够将旋转环的外周作为淬火液的封入空间,能够防止滑动面变得干燥。另外,还具有通过两组机械密封几乎能够完全防止泄露的优点。
    进而,在本发明中,因为由在轴向的两面上形成有旋转密封面的单个旋转环构成双端面机械密封装置,所以装置结构紧凑。并且,在本发明中,由于在第一静止环与密封盖之间设置第一波纹管密封装置,因此作为被密封流体即使使用使工作用O型圈等密封部件粘合的流体,也能够通过第一波纹管的伸缩吸收第一静止环的轴向移动,具有延长机械密封寿命的效果。
    进而,在本发明中,通过第一静止环侧密封部件液密地且轴向相对移动自由地配置第一静止环与第二静止环侧适配器,并且使第一波纹管部的平衡线通过所述第一静止密封面,因此发挥如下作用效果。
    即,在本发明中,即使在被密封流体的压力高于第一波纹管外侧的流体压力(淬火压)的情况下,或者反之情况下,通常也能够成为第一静止环压靠在旋转环上的结构。因此,即使在被密封流体的压力高于第一波纹管外侧的流体压力(淬火压)的情况下,或者反之情况下,也能够使用通用的双端面机械密封装置,并能够实现部件的共用化,同时使用范围扩大,通用性优异。
    优选地,在所述第一波纹管部的内外未产生压力差的状态下,在所述第一波纹管部的平衡线通过所述第一静止环侧密封部件的剖面,更优选通过剖面的径向中心附近的位置,配置所述第一波纹管装置及第一静止环。
    通过保持这种配置关系,即使在被密封流体的压力高于第一波纹管外侧的流体压力(淬火压)的情况下,或者反之情况下,通常也容易成为第一静止环压靠在旋转环上的结构。
    优选地,所述第一静止密封面的径向宽度比所述旋转密封面的径向宽度窄,通过采用这种关系,能够降低这些密封面彼此间的摩擦,同时提高密封特性。
    优选地,在所述第一波纹管部的外侧,在所述第一静止环侧适配器与所述第一内凸部之间配置有弹簧,该弹簧提供通过所述第一静止环侧适配器将所述第一静止环的第一静止密封面轴向压靠在所述旋转密封面上的力。
    此时,能够形成沿着第一波纹管部伸缩的轴向将弹簧安装在密封盖上的结 构,并能够利用弹簧的挤压力来确保第一静止环对旋转环的挤压力。因此,能够将第一波纹管部以自由长度附近的方式配置在装置内。因此,与传统的波纹管相比能够缩小轴向尺寸(能够减少波纹管的波纹数),因此能够降低波纹管的生产成本,同时使机械密封装置紧凑。
    优选地,波纹管是金属制。通过这种结构,从而能够防止化学药品等特殊液体对波纹管造成腐蚀。构成波纹管的金属无特别限定,例如,由不锈钢合金、铬镍铁合金、哈氏合金、卡彭特合金等及钛等中的任一材料制成。
    优选地,在所述第二静止环与所述密封盖之间设置第二波纹管密封装置,
    所述第二波纹管密封装置由可轴向伸缩的第二波纹管部、第二盖侧适配器、第二静止环侧适配器构成,所述第二盖侧适配器液密地固定在所述第二波纹管部的一端,通过第二盖侧密封部件液密地安装于所述密封盖的第二内凸部,所述第二静止环侧适配器液密地固定在所述第二波纹管部的另一端,相对于所述第二静止环通过第二静止环侧密封部件液密地且轴向相对移动自由地进行安装,
    以在所述第二波纹管部的内外未产生压力差的状态下使所述第二波纹管部的平衡线通过所述第二静止密封面的方式,配置所述第二波纹管装置和第二静止环。
    通过这种结构,具有能够使配置在旋转环的轴向两侧的一对机械密封装置为彼此相同的结构,实现部件的共用化等优点。
    附图说明
    图1是本发明的一个实施方式中的双端面机械密封装置的简要剖面图;
    图2是图1所示的装置的主要部件的放大剖面图;
    图3是表示在图1所示的装置中被密封流体的压力较高的状态的主要部件的简要剖面图;
    图4是表示在图1所示的装置中淬火流体的压力较高的状态的主要部件的简要剖面图。
    符号说明
    1  双端面机械密封
    10  密封盖
    10c  第一内凸部
    10d  第二内凸部
    30  旋转环
    32  机内侧旋转密封面
    33  机外侧旋转密封面
    40  第一机械密封
    41  第一静止环
    43  第一静止密封面
    45  第一静止环侧O型圈(密封材料)
    50  第二机械密封
    51  第二静止环
    53  第二静止密封面
    55  第二静止环侧O型圈(密封材料)
    100  第一波纹管装置
    101  第一波纹管部
    102  第一盖侧适配器
    103  第一静止环侧适配器
    110  第二波纹管装置
    111  第二波纹管部
    112  第二盖侧适配器
    113  第二静止环侧适配器
    具体实施方式
    下面,基于附图所示的实施方式对本发明进行说明。
    在本实施方式中,举例说明作为离心泵的轴封使用的密封装置,其具有将两个滑动面构成为背靠背的双密封,并以卡盘方式安装在填料盒的外面。但是,本发明的密封装置也可不使用填料盒而以卡盘方式直接安装在泵等的壳体的外面。
    如图1所示,在离心泵的填料盒80上形成有轴孔81,该轴孔81贯通有由未图示的轴承可旋转地进行支撑的旋转轴70。本实施方式中的双端面机械密封装置1具有密封盖10,该密封盖10通过嵌入在填料盒80的轴孔81的周围的外面82的螺栓等装卸自由地安装在该外面82上。
    另外,图1中,填料盒80的轴孔81侧(图示左侧)是机内侧空间α,其轴向相反侧(图示右侧)是机外侧空间即大气空间β。在本实施方式中,密封盖10具有盖主体10a与辅助盖10b,该盖主体10a形成有淬火液入口12及淬火液出口14,该辅助盖10b配置在盖主体10a与填料盒80的外面82之间。
    在辅助盖10b的内周部上形成有第一内凸部10c,相对于该第一内凸部10c安装第一机械密封40的静止部。另外,在盖主体10a的机外侧内周部上形成有第二内凸部10d,相对于该第二内凸部10d安装第二机械密封50的静止部。
    本实施方式的密封装置1具有固定在旋转轴70的套筒20上的旋转环30。套筒20隔着O型圈23紧密嵌合于旋转轴70的周面上,在套筒20的机外侧端部通过套筒环21固定设置在旋转轴70上。
    套筒环21嵌合在套筒20的机外侧端部的外周面上,通过紧定螺钉22相对于旋转轴70进行固定。由此,套筒20与套筒环21一体地固定设置在旋转轴70上。在该套筒20的机内侧端部24上嵌合有旋转环30。
    在套筒20的机内侧端部24通过O型圈26以密封状态安装有旋转环30,通过定位销28禁止相对于旋转轴70的转动。这样使得旋转环30与旋转轴70一起旋转。
    在旋转环30的机内侧配置有第一机械密封40的静止部,在旋转环30的大气侧配置有第二机械密封50的静止部。本实施方式的旋转环30是第一机械密封40的旋转部,同时也是第二机械密封50的旋转部。
    如图3及图4所示,在旋转环30的轴向两面上形成有机内侧旋转密封面32与大气侧旋转密封面33。第一机械密封40的第一静止环41的第一静止密封面43在机内侧旋转密封面32上滑动,第二机械密封50的第二静止环51的第二静止密封面53在大气侧旋转密封面33上滑动。
    如图1所示,第一机械密封40具有第一静止环41、第一波纹管密封装置100和弹簧120。另外,同样,第二机械密封50具有第二静止环51、第二波纹管装置110和弹簧130。
    密封盖10设置为覆盖第一机械密封40及第二机械密封50的外周部,在这些密封装置40及50之间形成有密封的中间室18。形成在壳主体10a上的淬火液入口12及淬火液出口14与中间室18连通,从入口12中流入的淬火液流过这些密封装置40及50的外周部,在清洗及冷却这些密封装置40及50之后从出口14排出。
    第一波纹管密封装置100具有可轴向伸缩的第一波纹管部101。第一波纹管部101的机内侧端通过焊接等液密地固定在第一盖侧适配器102上。该第一盖侧适配器102通过第一盖侧O型圈43液密地安装在辅助盖10b的第一内凸部10c。
    第一波纹管部101的机外侧端通过焊接等液密地固定在第一静止环侧适配器103上。该第一静止环侧适配器103相对于第一静止环41通过第一静止环侧O型圈45液密地且轴向相对移动自由地进行安装。
    在第一波纹管装置100及第一静止环41的外周部,在盖主体10a的内周侧,沿周向交替配置有弹簧120及固定销48。弹簧120的机内侧一端保持在形成于辅助盖10b的内凸部10c的弹簧保持孔内,弹簧120的另一端抵接于第一静止环侧适配器103的外周凸缘103a的背面。因此,弹簧120与第一静止环41一起将适配器103轴向挤压在旋转环30的方向上。
    固定销48的机内侧一端固定在辅助盖10b的第一内凸部10c上,固定销的另一端卡合在形成于第一静止环侧适配器103的外周凸缘103a的切口和形成于第一静止环41的外周凸缘的切口,对它们形成止转。
    第二波纹管密封装置110具有可轴向伸缩的第二波纹管部111。第二波纹管部111的机外侧端通过焊接等液密地固定在第二盖侧适配器112上。该第二盖侧适配器112通过第二盖侧O型圈56液密地安装在盖主体10a的第二内凸部10d上。
    第二波纹管部111的机内侧端通过焊接等液密地固定在第二静止环侧适配器113上。该第二静止环侧适配器113相对于第二静止环51通过第二静止环侧O型圈55液密且轴向相对移动自由地进行安装。
    在第二波纹管装置110及第二静止环51的外周部,在盖主体10a的内周侧,沿着周向交替配置有弹簧130及固定销58。弹簧130的机外侧一端保持在形成于盖主体10a的内凸部10d的弹簧保持孔内,弹簧130的另一端抵接于第二静止环侧适配器113的外周凸缘113a的背面。因此,弹簧130与第二静止环51一起将适配器113轴向挤压在旋转环30的方向上。
    固定销58的机外侧一端固定在盖主体10a的第二内凸部10d上,固定销的另一端卡合在形成于第二静止环侧适配器113的外周凸缘113a的切口和形成于第二静止环51的外周凸缘的切口内,对它们形成止转。
    这样,第一机械密封40与第二机械密封50夹着旋转环30沿着轴向对称配置。在下面的说明中,主要对第一机械密封40进行说明,在第二机械密封50中也同样。
    另外,如图1所示,在密封盖10的辅助盖10b与填料盒80的外面82之间,密封垫60配置在内周侧,以使存在于机内侧的内部的被密封流体不从辅助盖10b与外表面82之间漏出。另外,在盖主体10a的机外侧端部上形成有定位部62。
    在旋转轴70上设置套筒20或旋转环30等时,使安装板64的凸条部嵌合在作为该定位部62的定位槽内,并在介入安装板64的状态下将套筒环21设置在旋转轴70上。由此,密封盖10与套筒环21及套筒20规定为规定的位置关系,其结果,旋转环30与第一静止环41及第二静止环51分别设置为规定的位置关系。设置后,安装板64被拆下使用。
    如图2所示,第一静止环41具有环状的静止环主体41a。在静止环主体41a的外周部一体形成有在外径方向上形成为圆盘状的外周凸缘41b。外周凸缘41b与静止环主体41a的交叉部形成有朝向图1所示的旋转环30在轴向上凸出的凸部41c,该凸部41c的轴端上形成有第一静止密封面43。
    另外,在第一静止环41的与第一静止环侧适配器103连接的连接外周面42形成有外径比该外周面42小的台阶状O型圈接触用外周面44。另外,在第一静止环侧适配器103的与第一静止环41连接的连接内周面104形成有外径比该内周面104大的台阶状的O型圈接触用内周面105。
    第一静止环41的连接外周面42嵌合于第一静止环侧适配器103的台阶状O型圈接触用内周面105的内部,第一静止环41的台阶状O型圈接触用外周面44嵌合于第一静止环侧适配器103的连接内周面104。因此,在这些连接面形成有用于容纳O型圈45的O型圈槽45a,O型圈在O型圈接触用内周面105与O型圈接触用外周面44之间被压缩变形,密封它们之间的间隙。
    在本实施方式中,在第一静止环41中,对于配设有O型圈45的O型圈槽45a,台阶状O型圈接触用外周面44的外径B1与第一静止密封面43的内径D1设计为大致相等。另外,台阶状O型圈接触用内周面105的内径B0与第一静止密封面43的外径D0设计为大致相等。通过如此构成,使得第一静止密封面的面积S1与O型圈槽45a的O型圈45的压缩方向的横截面面积S2大致相等。
    另外,O型圈45及其他O型圈的材质无特别限定,例如,示例出含氟橡胶、丁腈橡胶、EPDM、全氟弹性体等。
    另外,如图1所示,第一静止环41的内周面侧在与旋转轴70的外周面之间形成有较大的间隙,即使容纳在机内侧空间α内的被密封流体包括浆料,也会形成为该被密封流体不会固化堵塞而能够流通。
    在本实施方式的第一静止环41中,第一静止密封面(滑动面)43的面宽度(径向长度)形成为3mm以下。优选为1mm~3mm。另外,根据情况,第一静止密封面43也可以是前端向旋转环30的机内侧旋转密封面32方向凸出成三 角形状的方式。
    这样,通过使第一密封面43的面宽度比通常狭窄,从而在将第一静止环41向旋转环30方向挤压的螺旋弹簧120的压力相同时,能够提高第一静止密封面43与机内侧旋转密封面32的表面压力?;谎灾?,在取得相同的表面压力(密封面压力)时,通过使密封面宽度变窄,从而能够减少螺旋弹簧120的挤压力,能够使用小型弹簧作为螺旋弹簧120。其结果,无需降低密封面压力,就能够使用小型弹簧,能够使密封装置1小型化。
    在本实施方式中,如图3及图4所示,以在第一波纹管部101的内外未产生压力差的状态下使第一波纹管部101的平衡线BL通过O型圈槽45a与第一静止密封面43的方式,配置第一波纹管装置100及第一静止环41。
    优选地,以平衡线BL通过O型圈槽45a的径向大致中心和第一静止密封面43的径向大致中心的方式,配置第一波纹管装置100及第一静止环41。将处于这种位置关系时设为平衡值为50%。另外,所谓平衡值为0%的位置是指平衡线BL在P1>P2时位于图2所示的D1位置,在P1<P2时位于图2所示的D0位置的情况,平衡值为100%的位置是指平衡线BL在P1>P2时位于图2所示的D0位置,在P1<P2时位于图2所示的D1位置的情况。
    而且,在本实施方式中,波纹管部101的平衡线BL是连结波纹管部101的蛇腹状部分的径向中心的线,是主要与通过波纹管部101的伸缩发生作用的力的作用点一致的线。平衡线BL根据波纹管部101的内周与外周的压力差而发生变化。
    例如,如图3所示,存在于机内侧空间α的被密封流体的压力P1(波纹管部101的内周侧的压力)高于中间室18内的压力P2(波纹管部101的外周侧的压力)时,平衡线BL如平衡线BL1所示地向外周侧移动。另外,如图4所示,存在于机内侧空间α内的被密封流体的压力P1低于中间室18内的压力P2时,平衡线BL如平衡线BL2所示地向内周侧移动。
    如图3所示,在P1>P2时,O型圈45由于压力P1而在O型圈槽45a的内部移动并被压靠在第一静止环41的台阶状壁面上。因此,第一静止环侧适配器 103中,与平衡线BL(或BL1)至台阶状O型圈接触内周面104的径向宽度对应的截面面积A1乘以压力差(P1-P2)的部分的力F1在压缩波纹管部101的方向上发生作用。由于弹簧120设计为使弹簧120的弹力Fs大于力F1,因此没有问题。
    另外,在第一静止环41中,与平衡线BL(或BL1)至台阶状O型圈接触内周面104的径向宽度对应的截面面积A2(=A1)乘以压力差(P1-P2)的部分的力F2在第一静止环41压接于旋转环30的方向上发生作用。
    另外,在密封面43与密封面32的滑动面上,利用以面积小于密封面32的密封面43的面积S1为基准根据公式S1×(P1-P2)/2给出的力F3将第一静止环41拉离旋转环30的方向的力发生作用。从上述描述中可以看出,力F2与力F3大致相同,由于压力差(P1-P2)变成在第一静止环41上轴向力不发生作用。
    如图3所示,这即使在平衡线BL在外周方向上发生变化的情况下也一样。这是因为平衡线BL在外周方向上发生变化而位于平衡线BL1的位置时,面积A1变小,能够抵消压力差(P1-P2)上升的部分,力F1与平衡线BL变化前没有太大变化。
    对于力F2,基于同样理由也与平衡线BL变化前没有太大变化。只有力F3根据(P1-P2)而变大,但通过将弹簧120的弹力设定为与力F1和力(F3-F2)相反而将第一静止环41压靠在旋转环30上,从而能够进行对应。
    另外,如图4所示,在P1<P2时,O型圈45由于压力P2而在O型圈槽45a的内部移动并被压靠在第一静止环侧适配器103的台阶状壁面上。因此,在第一静止环侧适配器103中,与平衡线BL(或BL1)至台阶状O型圈接触外周面44的径向宽度对应的截面面积A1′乘以压力差(P2-P1)的部分的力F1′在压缩波纹管部101的方向上发生作用。由于弹簧20设计为使弹簧120的弹力Fs大于力F1,因此没有问题。
    另外,在第一静止环41中,与平衡线BL(或BL1)至台阶状O型圈接触外周面44的径向宽度对应的截面面积A2′(=A1′)乘以压力差(P2-P1)的部 分的力F2′在第一静止环41压接于旋转环30的方向上发生作用。
    另外,在密封面43与密封面32的滑动面上,利用以面积小于密封面32的密封面43的面积S1为基准根据公式S1×(P2-P1)/2给出的力F3′将第一静止环41拉离旋转环30的方向的力发生作用。由上述描述可知,力F2′与力F3′大致相同,由于压力差(P1-P2)变成在第一静止环41上轴向力不发生作用。
    如图4所示,这即使在平衡线BL在内周方向上发生变化的情况下也一样。这是因为平衡线BL在内周方向上发生变化而位于平衡线BL2的位置时,面积A1′变小,能够抵消压力差(P1-P2)上升的部分,力F1,与平衡线BL变化前没有太大变化。
    对于力F2′,基于相同理由也与平衡线BL变化前没有太大变化。只有力F3根据(P1-P2)而变大,通过将弹簧120的弹力设定为与力F1′和力(F3′-F2′)相反而将第一静止环41压靠在旋转环30上,从而能够进行对应。
    即在本实施方式中,无论是如图3所示的P1>P2的情况,还是如图4所示的P1<P2的情况都能够同样进行对应,不需要大幅度变更机械密封装置的结构。而且,中间室18的压力可以根据密封装置1的使用用途、目的、密封对象流体的种类等任意确定。
    另外,在本实施方式中,仅第一波纹管部101不需要将第一静止环41压靠在旋转环30上的弹力,能够以自由长度附近的状态安装第一波纹管部101。即,由于能够减少第一波纹管部101的波纹数,因此能够降低生产成本。另外,能够使机械密封装置1紧凑。波纹管部101的波纹数可以是3至5个波纹,优选为4个波纹。另外,通过使波纹管部101为金属制,从而能够防止化学药品等特殊液体对波纹管部101造成腐蚀。
    在本实施方式的密封装置1中,旋转环30、静止环41(静止环51)分别由碳化硅(SiC:silicon carbide)、碳、超硬合金等材料制成。优选地,静止环41(或者静止环51)与旋转环30的组合分别优选为碳化硅(SiC)与碳化硅(SiC)的组合、碳与碳化硅(SiC)的组合、超硬合金与超硬合金的组合、或者碳与超硬合金的组合。
    这样,在本实施方式的密封装置1中,无需使用填料盒80的内部空间,就能够在卡盘式的密封装置中实现双端面机械密封装置。因此,根据本实施方式的密封装置1,不管填料盒80的大小如何,不进行特殊设计或泵等装置侧的改造,就能够容易在所希望的装置上搭载双密封。
    另外,上述实施方式是为了容易理解本发明而记载的实施方式,并不对本发明作任何限定。本实施方式中公开的各元件也包括属于本发明的技术范围的全部设计变更或等价物,并能够进行任意适当的各种变更。
    例如,静止环41及静止环51的形状或设置结构等可任意变更。例如,在上述实施方式中,波纹管部的平衡值设为约50%,但也可以进行若干变更。例如,如果是平衡值35%~65%的范围,则能够取得实质上与上述实施方式的作用相同的作用效果,即使以那种方式实施本发明也没有任何关系。
    另外,变更平衡值时的方法也可以变更波纹管部101(或者111)、O型圈45(或者55)的设置位置的结构,也可以变更密封面43(或者53)的面宽度或径向的设置地点的位置。
    另外,在上述实施方式中,将与第一机械密封40和第二机械密封50具有相同结构的静止环以旋转环30为对称轴在轴向上配置成对象。但,第一静止环41与第二静止环51的结构也可以不同。例如,在大气中使用密封装置1时,对于第二静止环51,考虑到中间室内19侧常常为高压,对于机外侧的第二机械密封50不需要与正负两压力对应,也可以从50%起变更平衡值。另外,仅第二机械密封50也可以由不具有波纹管密封装置的机械密封构成。
    工业上的实用性
    本发明可作为旋转轴的轴封装置适用于具有旋转轴的任意装置。例如,可用于离心泵、压缩机、搅拌机等用的轴封等。

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    本文标题:双端面机械密封装置.pdf
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