机械密封装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种机械密封件，在填料盒与旋转轴之间的间隙对机器内部的流体进行密封，其特征在于，包括：密封盖，安装于所述填料盒；固定用密封环，安装于所述密封盖，具有第一密封面；旋转用密封环，安装于所述旋转轴，具有在所述第一密封面可滑动的第二密封面；以及轴环，与所述旋转轴一体旋转，所述固定用密封环或所述旋转用密封环的任何一个的密封面形成为半径方向的面宽度与另一个的密封面相比变窄，在所述旋转用密封环的与所述第二密封面相对的背面与所述轴环之间形成有间隙，所述旋转用密封环在所述旋转轴的轴向上保持弹性地与所述轴环一体旋转。
【专利说明】机械密封装置
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种机械密封装置。
【背景技术】
[0002] W往，在机械密封装置中，由于密封面滑动时缺乏自润滑性，使得滑动面发生磨 损，或摩擦系数变动而引起温度急剧上升，从而存在产生热应力裂纹等问题。
[0003] 因此，W往经验上通过降低滑动面温度来抑制介于滑动面的密封流体蒸发，从而 将润滑膜保持在滑动面上。然而，在对接近沸点的流体进行密封时，很难抑制润滑膜的蒸 发。
[0004] W往，考虑了通过使滑动面宽度变窄来减少摩擦系数，降低滑动放热。然而，认为 使滑动面宽度变窄，会导致滑动面的磨损量增加而损坏滑动面，或密封性能变差等，技术优 势较少，实用化较为困难。即，如果滑动面宽度较窄，则在滑动面之间不会形成液膜，由于固 体接触而磨损量增加，因而认为使滑动面宽度变窄并非优选。
[0005] 在专利文献1中，如其中的图1及图2所示，公开了密封端面的径向宽度为0.2? 1. 0mm的机械密封件。然而，在专利文献1中，由于通过使密封端面的径向宽度变小来增加 接触压力而进行密封，因此存在密封面的磨损剧增，密封件滑动面损坏的问题。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[000引专利文献1 ;日本特开2001-173800号公报
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于，提供一种具有密封性能并大幅度降低滑动放热，同时还能够 抑制滑动面磨损的机械密封件。
[0010] 为了达到上述目的，本发明提供一种机械密封件，在填料盒与旋转轴之间的间隙 对机器内部的流体进行密封，其特征在于，包括：
[0011] 密封盖，安装于所述填料盒；
[0012] 固定用密封环，安装于所述密封盖，具有第一密封面；
[0013] 旋转用密封环，安装于所述旋转轴，具有在所述第一密封面可滑动的第二密封面； W及
[0014] 轴环，与所述旋转轴一体旋转，
[0015] 所述固定用密封环或所述旋转用密封环的任何一个的密封面形成为半径方向的 面宽度与另一个的密封面相比变窄，
[0016] 在所述旋转用密封环的与所述第二密封面相对的背面与所述轴环之间形成有间 隙，所述旋转用密封环在所述旋转轴的轴向上保持弹性地与所述轴环一体旋转。
[0017] 根据该种结构的机械密封装置，面宽度狭窄的密封面由于刚度较低，因此容易变 形。因此，在旋转用密封环旋转时，面宽度狭窄的密封面灵活地追随相对的密封面。其结果， 滑动面产生适当的波纹，从而能够在滑动面适当地形成流体润滑膜。
[0018] 另外，由于在旋转用密封环的背面与轴环之间形成有间隙，因此旋转用密封环在 旋转轴的轴向上保持弹性地与轴环一体旋转。因此，能够吸收旋转用密封环旋转时的振动 等，因此能够较佳地保持滑动面产生的波纹。并且，滑动面宽度狭窄，即，即使滑动面积很小 也能够防止密封环损坏。
[0019] 进而，由于使密封面的面宽度形成为较窄，因此夹着面宽度狭窄的密封面在有密 封流体的机器内侧与无密封流体的机器外侧，能够使密封面的温差变小。其结果，能够减小 密封面由于机器内侧与机器外侧之间的热而产生的变形量。
[0020] 优选地，在所述旋转用密封环的所述轴环侧内周形成有容纳弹性部件和间隔物的 槽，所述间隔物抵接于所述轴环，并在所述旋转用密封环的背面与所述轴环之间形成有间 隙。
[0021] 另外，优选地，形成为半径方向的面宽度与另一个的密封面相比变窄的密封面形 成有截面形状为矩形的机头部。
[0022] 根据该种结构的机械密封装置，由于机头部是矩形，因此假设即使滑动面磨损，密 封面的面宽度也不会发生变化，从而能够持续保持适当的接触压力。
[0023] 另外，优选地，形成为半径方向的面宽度与另一个的密封面相比变窄的密封面的 面宽度形成为1. 1?2. 0mm。
[0024] 另外，优选地，所述固定用密封环的平衡比形成为0. 8?1. 20。
[0025] 根据该种结构的机械密封装置，与内部流体的压力对应的挤压力作用于固定用密 封环。因此，滑动面由于产生与内部流体的压力对应的接触压力，因此与内部流体的压力对 应地产生适当的波纹。因此，能够在滑动面形成较佳的流体润滑膜。
[0026] 另外，优选地，所述固定用密封环的最内径比形成为1. 09?1. 30。
[0027] 根据该种结构的机械密封装置，在固定用密封环的内周面侧与旋转轴的外周面之 间形成有较大的间隙。其结果，能够朝向滑动面高效地循环被密封流体，因此能够高效地排 出滑动放热。
[002引另外，优选地，所述固定用密封环的内周面W朝向所述第一密封面并向外周侧倾 斜的方式形成为锥状。
[0029] 根据该种结构的机械密封装置，能够朝向滑动面高效地循环被密封流体，因此能 够高效地排出滑动放热。
[0030] 另外，优选地，机械密封装置为相对于由所述旋转用密封环与所述固定用密封环 滑动而形成的密封面，在靠近所述旋转轴的一侧存在被密封流体的外侧式。
[0031] 根据该种结构的外侧式机械密封装置，能够将滑动放热高效地排放到机器外侧。
[0032] 另外，优选地，所述固定用密封环W及所述旋转用密封环中的至少任何一个由SiC 构成。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是本发明一实施方式中的机械密封装置的剖视图；
[0034] 图2是图1所示的剖视图的局部放大图；
[0035] 图3是图1及图2所示的旋转用密封环的正视图；
[0036] 图4是表示滑动面宽度与比磨损量之间关系的曲线图。
[0037] 符号说明
[003引 I....机械密封装置
[0039] 10…密封盖
[0040] 20…轴环
[0041] 30…旋转用密封环
[0042] 31…背面
[0043] 32…密封面
[0044] 35 …槽
[0045] 36…0形环
[0046] 37…间隔物
[0047] 40…固定用密封环
[0048] 41…锥部
[0049] 43…密封面
[0050] 46…机头部
[0051] 70…旋转轴
[00巧 80…填料盒
[0化3] A…机器内部
[0化4] BV…平衡比 [005引 K…最内径比
【具体实施方式】
[0056] 第一要施7f式
[0057] 本实施方式中的机械密封装置1是安装于普通工业用累等的密封装置。如图1及 图2所示，机械密封装置1构成为在相对于密封面靠近旋转轴的一侧存在被密封流体的外 侧式，在旋转轴70与填料盒80之间的间隙内，对机器内部A侧的流体进行密封。另外，在 图1及图2中，填料盒80的轴孔81侧（图示左侧）是机器内部A，其轴向相反侧（图示右 侦。是机器外部B。
[005引本实施方式的机械密封装置1优选在被密封流体的压力为IMpa W下的使用环境 下使用，但不限于此，也能够在大于2Mpa的压力环境下使用。
[0化9] 填料盒80形成有轴孔81，该轴孔81贯通有由未图示的轴承可旋转地支撑的旋转 轴70。机械密封装置1通过密封垫60安装于填料盒80的轴孔81周围的外面82。目P，通 过使设置于填料盒80的外面82的嵌入式螺栓83通过密封盖10的设置用槽（未图示）而 旋紧螺母84,从而使得机械密封装置1安装于填料盒80。另外，密封垫60是树脂制的或者 金属制的，防止机器内侧空间A的被密封流体从密封盖10与填料盒80之间泄漏。
[0060] 机械密封装置1包括密封盖10、固定用密封环40、旋转用密封环30 W及轴环20。
[0061] 在密封盖10的内周侧，可轴向移动地嵌设有固定用密封环40。密封盖10具有凸 出至轴向机器外侧的固定销48。固定销48插入在固定用密封环40的凸缘部42形成的引 导槽47内。密封盖10在周向上设置有多个弹黃座，在与固定用密封圈40的凸缘部42的 相对面之间且在周向上保持多个盘黃49。
[0062] 密封盖10自外周面形成有与内部孔11相连的径向的泽火剂注入通路13。泽火剂 注入通路13形成有可与未图示的配管连接的管螺纹孔。通过配管注入的泽火剂从泽火剂 注入通路13注入到固定用密封环40及旋转用密封环30的外周侧。通过注入的泽火剂，冷 却固定用密封环40及旋转用密封环30的滑动面滑动时的放热，同时清洗附着于各密封部 的杂质。另外，该泽火功能对于本发明而言并不是不可欠缺的功能，因此并不限定其存在与 否。
[0063] 固定用密封环40轴向移动自由地嵌设在密封盖10的内周侧。固定用密封环40 在机器外侧端面形成有截面形状为矩形的机头部46。机头部46的机器外侧端面形成在密 封面43上，该密封面43可滑动地紧密连接于旋转用密封环30的密封面32。固定用密封 环40的密封面43的面宽度（径向长度）形成为比旋转用密封环30的密封面32的面宽度 窄。图3所示的固定用密封环40的密封面43的面宽度优选为1.1?2. 0mm。更优选地，固 定用密封环40的密封面43的面宽度a为1. 4?1. 8mm。另外，机头部46的轴向长度优选 为 1. 0 ?2. 0mm。
[0064] 如图2所示，固定用密封环40的外周面形成有沿轴向形成阶梯的台阶部41a。另 一方面，密封盖10的内周面形成有与固定用密封环40的台阶部41a相对地沿同一轴向形 成阶梯的台阶部44a。由该些台阶部41a及台阶部44a形成截面矩形的环状空间，该环状空 间配置有0形环45。0形环45对密封盖10与固定用密封环40之间进行密封。另外，0形 环45的材质可使用氣橡胶、了膳橡胶、EPDM、全氣弹性体等。
[00化]如图1所示，固定用密封环40的外周侧形成在凸缘部42上，凸缘部42在轴向上 形成有引导槽47。引导槽47插入有形成在密封盖10的机器外侧端面的固定销48。固定 销48与引导槽47处于轴向上可相对移动的状态，周向上锁定的状态，由此，固定用密封环 40设置为相对于密封盖10在轴向上可自由移动，在周向（旋转轴70的旋转方向）上不可 旋转。
[0066] 固定用密封环40的凸缘部42的与密封盖10相对的面在周向上设有多个弹黃座， 在与形成在密封盖10的机器外侧端面的弹黃座之间保持着盘黃49。由此，固定用密封环 40被挤压在轴向机器外侧，即被挤压在旋转密封环30的方向上。
[0067] 固定用密封环40的内周面侧与旋转轴70的外周面之间形成有较大间隙。目P，在 本实施方式中，W由下面数学式1定义的最内径比K在1. 09?1. 30的范围内的方式形成 固定用密封环40。该样，通过形成固定用密封环40,能够朝向滑动面高效地循环容纳在机 器内侧空间A的被密封流体，从而能够高效地排出滑动面的滑动放热。
[0068] K = rsAv"(数学式 1)
[0069] K是最内经比
[0070] r。是旋转轴70的半径
[0071] r,是固定用密封环40的内径
[0072] 固定用密封环40的内周面W朝向密封面43向外周侧倾斜的方式形成为锥状。通 过在固定用密封环40形成锥部41，能够朝向滑动面高效地循环被密封流体，从而能够高效 地排出滑动面的滑动放热。
[0073] 另外，在本实施方式中，如图2所示，W由下面的数学式2定义的平衡比BV在 0.8?1.20范围内的方式形成固定用密封环40。通过使平衡比在0.8?1.20范围内，与 内部流体的压力对应的挤压力作用于固定用密封环40。因此，在滑动面产生与内部流体的 压力对应的接触压力，从而与内部流体的压力对应地在滑动面产生适当的波纹。因此，能够 在滑动面形成较佳的流体润滑膜。
[0074] BV =柄2寸乃/ (1*。2寸乃…（数学式。
[00巧]BV是平衡比
[0076] r;是密封面43的内径
[0077] r。是密封面43的外径
[007引 fb是密封盖10的与台阶部44a的轴周面平行的面的直径（内径）
[0079] 如图1所示，轴环20在由设置板55定位的状态下，通过紧定螺钉22相对于旋转 轴70进行固定。另外，设置板55在组装完机械密封装置1后取下。
[0080] 旋转用密封环30的机器内侧的端面形成在与固定用密封环40的密封面43紧密 连接地滑动的机器内侧密封面32上。在旋转用密封环30的轴环20侧的内周面形成有槽 35。
[0081] 旋转用密封环30的槽35自轴环20侧沿着轴向依次配置有间隔物37 W及0形环 36。 间隔物37抵接于轴环20,在旋转用密封环30的与密封面32相对的背面31与轴环20 之间形成间隙b。间隔物37由SUS或工程塑料等强度优良的材料构成。而且，形成在背面 31与轴环20之间的间隙b优选为0. 4mm?3mm。在间隙b较小时，由于部件组合产生的累 积公差，使得本实施方式的效果有变小倾向，另外，在间隙B较大时，机械密封装置在轴向 上变大，将机械密封装置安装在累体等存在变难的倾向。另外，固定用密封环40的密封面 43的面宽度a与间隙b的比（a/b)优选为0. 35?5。
[0082] 0形环36紧密连接于旋转用密封环30的槽35、旋转轴70与间隔物37,对旋转用 密封环30与旋转轴70之间密封。进而，0形环36由具有弹性的材料构成，因此旋转用密 封环30在轴向及径向上保持弹性。0形环36的材料可采用氣橡胶、了膳橡胶、EPDM、全氣 弹性体等。
[0083] 旋转用密封环30沿着轴向经由0形环36及间隔物37,由嵌设于旋转轴70的轴环 20锁定。旋转用密封环30在轴向上形成有引导槽33。在引导槽33插入有设置在轴环20 的机器内侧端面上的固定销21。固定销21与引导槽33处于轴向上可相对移动的状态，周 向上锁定的状态，旋转用密封环30与轴环20 -体旋转。
[0084] 在本实施方式中，旋转用密封环30 W及固定用密封环40由碳化娃（SiC)、碳、超 硬合金等材料构成。优选地，固定用密封环40 W及旋转用密封环30由SiC构成。通过用 SiC构成固定用密封环40 W及旋转用密封环30,使得该些部件具有相同硬度，因而能够抑 制磨损。
[0085] 在本实施方式中，将密封面43的面宽度相比通常形成为较窄。因此，在将固定用 密封环40向旋转密封环30方向挤压的盘黃49的压力相同时，能够提高密封面43与机器 内侧密封面32之间的表面压力。换言之，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，能够减小盘黃49的挤压力，从而能够使用小型弹黃。其结果，能够使机 械密封装置1小型化。
[0086] 另外，在本实施方式中，由于密封面43的面宽度狭窄，密封面43的刚度较低而容 易变形。因此，在旋转用密封环30旋转时，密封面43灵活地追随相对的密封面32。其结 果，在滑动面上产生适当的波纹，从而能够在滑动面合适地形成流体润滑膜。
[0087] 另外，在本实施方式中，由于在旋转用密封环30的背面31与轴环20之间形成有 间隙b，因此旋转用密封环30在旋转70的轴向上保持弹性地与轴环20 -体旋转。因此，能 够吸收旋转用密封环30旋转时的振动等，因此能够较佳地保持滑动面产生的波纹。
[008引进而，由于使密封面43的面宽度形成为较窄，因此夹着密封面43在有密封流体的 机器内部A侧与无密封流体的机器外部B侧，能够使温差变小。其结果，在密封面43的机 器内部A侧与机器外部B侦U，能够减小因热造成的变形量。
[0089] 另外，在本实施方式中，由于机头部46为矩形，因此假设即使滑动面磨损，密封面 43的面宽度也不会发生变化，从而能够持续保持适当的接触压力。
[0090] 另外，在本实施方式中，固定用密封环40的平衡比BV在0.8?1. 20范围内，与内 部流体的压力对应的挤压力作用于固定用密封环40。因此，在滑动面产生与内部流体的压 力相对应的接触压力，因此与内部流体的压力对应地在滑动面产生适当的波纹。因此，能够 在滑动面形成较佳的流体润滑膜。
[0091] 另外，在本实施方式中，固定用密封环40的内周面侧与旋转轴70的外周面之间形 成有较大的间隙。其结果，能够朝向滑动面高效地循环被密封流体，因此能够高效地排出滑 动放热。
[0092] 另外，在本实施方式中，固定用密封环40的内周面朝向密封面形成为锥状，因此 能够朝向滑动面高效地循环被密封流体，从而能够高效地排出滑动放热。
[0093] 另外，在本实施方式中，由于是外侧式的机械密封装置，因此能够将滑动放热高效 地排放到机器外侧。
[0094] 另外，在W往认为，如专利文献1所公开的那样，在滑动面宽度狭窄的密封装置 中，为了确保密封性能，必须在非常高的接触压力下进行密封。另外，在W往认为，如果滑动 面宽度狭窄，则滑动面之间不形成液膜，固体接触而增加磨损量，因此并不优选使滑动面宽 度变窄。本发明发现，如果使滑动面宽度为最佳面宽度，则能够大幅度降低滑动放热，W尝 试法将其引入进行设计，实现了解决现有技术的问题点的新型机械密封装置。
[0095] 另外，上述实施方式是为了容易理解本发明而记载的，并不对本发明作任何限定。 实施方式中所公开的各要素也包括属于本发明的技术范围内的所有设计及变更或等效物， 并且还能够进行任意合适的各种修改。
[0096] 例如，固定用密封环40 W及旋转用密封环30的形状或设置结构等可W任意变更。 例如，在上述实施方式中，在固定用密封环40形成机头部，但也可W在旋转用密封环30形 成机头部40。
[0097] 另外，在上述实施方式中。针对外侧式机械密封装置进行了说明，但也能够适用于 内侧式机械密封装置。
[009引实施例
[0099] 下面，基于实施例对本发明进行说明，但本发明并不限于该些实施例。
[0100] [表 U
[0101]
【权利要求】
1. 一种机械密封装置，在填料盒与旋转轴之间的间隙对机器内部的流体进行密封，其 特征在于，包括： 密封盖，安装于所述填料盒； 固定用密封环，安装于所述密封盖，具有第一密封面； 旋转用密封环，安装于所述旋转轴，具有在所述第一密封面可滑动的第二密封面；以及 轴环，与所述旋转轴一体旋转， 所述固定用密封环或所述旋转用密封环的任何一个的密封面形成为半径方向的面宽 度与另一个的密封面相比变窄， 在所述旋转用密封环的与所述第二密封面相对的背面与所述轴环之间形成有间隙，所 述旋转用密封环在所述旋转轴的轴向上保持弹性地与所述轴环一体旋转。
2. 根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，在所述旋转用密封环的所述轴 环侧内周形成有容纳弹性部件和间隔物的槽，所述间隔物抵接于所述轴环，并在所述旋转 用密封环的背面与所述轴环之间形成有间隙。
3. 根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，形成为半径方向的面宽度与另 一个的密封面相比变窄的密封面形成有截面形状为矩形的机头部。
4. 根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，形成为半径方向的面宽度与另 一个的密封面相比变窄的密封面的面宽度形成为1. 1?2. 0_。
5. 根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，所述固定用密封环的平衡比形 成为0? 8?1. 20。
6. 根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，所述固定用密封环的最内径比 形成为1. 09?1. 30。
7. 根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，所述固定用密封环的内周面以 朝向所述第一密封面并向外周侧倾斜的方式形成为锥状。
8. 根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，所述机械密封装置为相对于由 所述旋转用密封环与所述固定用密封环滑动而形成的密封面，在靠近所述旋转轴的一侧存 在被密封流体的外侧式。
9. 根据权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，所述固定用密封环以及所述旋 转用密封环中的至少任何一个由SiC构成。
【文档编号】F16J15/34GK104487744SQ201380026282
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】柳泽隆, 高桥秀和 申请人:伊格尔工业股份有限公司, 日本伊格尔博格曼有限公司