平衡型涨圈密封装置

1.本发明涉及机械工程密封领域，尤其是涉及一种平衡型涨圈密封装置。


背景技术：

2.涨圈密封又称弹性开口环密封，由于具有结构简单、安装方便、成本低等特点，在工业领域内得到了广泛的应用。使用平衡型涨圈密封装置时，来自高压侧的介质压力使得涨圈密封环的端面紧贴在配对面上，构成涨圈密封的主密封面，涨圈密封的自身弹力导致涨圈密封在安装状态下外径与衬套内表面贴紧形成次要密封面。
3.相关技术中，由于涨圈密封环的平衡比等于1，即涨圈密封环受高压侧的介质压力的面积和涨圈密封环受低压侧介质压力的面积相同，使得高压侧的介质压力增加时，涨圈密封的闭合力增加较快，流体作用力增加幅度不及闭合力，涨圈密封环的密封接触端面的固体接触力会随着密封压差的增加快速增加。当密封的转轴快速转动时，固体接触力会导致涨圈密封环的密封端面产生较强的摩擦，接触端面发生磨损，使涨圈密封环的密封性能下降，减少了涨圈密封环的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出了一种平衡型涨圈密封装置，该平衡型涨圈密封装置可以使涨圈密封环的平衡比小于1，可以减小涨圈密封环的密封端面的磨损，进而延长涨圈密封环的使用寿命。
5.根据本发明的平衡型涨圈密封装置，包括：外壳，所述外壳套设于转轴外侧且与所述转轴间隔开；外衬套，所述外衬套套设于所述转轴外侧且位于所述转轴和所述外壳之间，所述外衬套设有朝向所述转轴延伸的第一环形凸起部；定位环，所述定位环套设于所述转轴外侧且与所述转轴的轴肩接触；涨圈座，所述涨圈座套设于转轴外表面且位于所述外衬套和所述转轴之间，所述涨圈座与所述定位环限定出环形装配槽，所述装配槽靠近所述外衬套的端部敞开，所述第一环形凸起部伸入所述装配槽内；涨圈密封环，所述涨圈密封环设于所述装配槽内，且所述涨圈密封环与所述外衬套相对的外周面设有第一缺口以在所述涨圈密封环的端部形成与所述第一环形凸起部抵接的环形台阶面。
6.根据本发明的平衡型涨圈密封装置，通过在涨圈密封环的端部形成环形台阶面，与现有技术相比，能够减小涨圈密封环受高压侧的介质压力的面积，可以使涨圈密封环的平衡比小于1，涨圈密封环的密封端面所受流体力随着转轴的转速增加而增加，可以对高压侧介质作用在涨圈密封环的闭合力起到平衡作用，从而可以减小涨圈密封环的密封端面的磨损，进而延长涨圈密封环的使用寿命。
7.在本发明的一些示例中，所述装配槽的至少一个侧壁设有与所述装配槽连通的环形的第二缺口，所述第二缺口的与所述装配槽正对的表面设有沟槽。
8.在本发明的一些示例中，在所述转轴的轴向方向，所述装配槽靠近所述轴肩的侧壁设有所述第二缺口。
9.在本发明的一些示例中，所述涨圈密封环包括：环形的涨圈本体和环形的第二环形凸起部，所述第二环形凸起部设于所述涨圈本体的外表面且朝向所述外衬套延伸，所述第二环形凸起部和所述涨圈本体的外周面共同限定出所述第一缺口。
10.在本发明的一些示例中，在所述转轴的轴向方向所述第二环形凸起部靠近所述定位环设置，以在所述涨圈密封环远离所述定位环的端部形成所述第一缺口。
11.在本发明的一些示例中，所述第一环形凸起部和所述第二环形凸起部之间的间隔距离为h1,满足关系式：0.1mm≤h1≤0.5mm。
12.在本发明的一些示例中，所述第一环形凸起部与所述装配槽的远离所述定位环的侧壁间隔开。
13.在本发明的一些示例中，在所述平衡型涨圈密封装置的径向方向，所述涨圈密封环与所述装配槽的底壁间隔开。
14.在本发明的一些示例中，所述涨圈座包括：环形的第一本体和环形的第二本体，所述第一本体套设于转轴外表面，所述第二本体的一端与所述第一本体连接且另一端朝向所述外衬套延伸，所述第二本体与所述外衬套间隔开。
15.在本发明的一些示例中，所述装配槽的宽度大于所述涨圈密封环的宽度。
16.在本发明的一些示例中，所述涨圈座与所述转轴间设有密封件。
17.在本发明的一些示例中，所述的涨圈密封装置还包括：定位组件，所述定位组件套设于所述转轴外表面，且位于所述涨圈座的远离所述定位环一侧。
18.在本发明的一些示例中，所述涨圈座为多个，多个所述涨圈座在所述外衬套的轴向方向依次排布，任意相邻两个所述涨圈座间限定出所述装配槽，靠近所述定位环的所述涨圈座与所述定位环限定出所述装配槽，所述第一环形凸起部为多个，所述涨圈密封环为多个，多个所述涨圈密封环、多个所述第一环形凸起部、多个所述装配槽一一对应。
19.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是根据本发明实施例的平衡型涨圈密封装置的部分结构剖视图；
22.图2是图1中a处放大图；
23.图3是根据本发明实施例的平衡型涨圈密封装置的定位环的主视图。
24.附图标记：
25.平衡型涨圈密封装置100；
26.外壳10；外衬套20；第一环形凸起部21；
27.定位环30；第一投影31；第二投影32；第三投影33；
28.涨圈座40；装配槽41；第二缺口42；沟槽43；第一本体44；第二本体45；
29.涨圈密封环50；第一缺口51；环形台阶面52；涨圈本体53；第二环形凸起部54；
30.密封件60；定位组件70；螺母71；弹性挡圈72；挡环73；
31.转轴200；轴肩201。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的平衡型涨圈密封装置100，本技术以平衡型涨圈密封装置100和转轴200装配为例进行说明。
34.如图1-图3所示，根据本发明实施例的平衡型涨圈密封装置100包括：外壳10、外衬套20、定位环30、涨圈座40和涨圈密封环50。涨圈密封环50可以由质地较软的石墨材料制造形成，外壳10套设于转轴200外侧，且外壳10与转轴200间隔开设置。外衬套20套设于转轴200外侧，且外衬套20位于转轴200和外壳10之间，外衬套20设置有朝向转轴200延伸的第一环形凸起部21，外衬套20的内表面设有第一环形凸起部21，第一环形凸起部21为环形结构，第一环形凸起部21在外衬套20的周向方向延伸设置。定位环30套设于转轴200外侧，且定位环30与转轴200的轴肩201接触，如图1所示，定位环30的右端面与轴肩201的左端面接触，起到轴向定位的作用。
35.涨圈座40套设于转轴200外表面，进一步地，涨圈座40与转轴200固定连接，且涨圈座40位于外衬套20和转轴200之间，涨圈座40与定位环30共同限定出环形装配槽41，如图1所示，涨圈座40与定位环30的左端面共同限定出装配槽41，装配槽41靠近外衬套20的端部敞开设置，第一环形凸起部21伸入装配槽41内，进一步地，第一环形凸起部21从装配槽41的敞开端伸入装配槽41内。涨圈密封环50设于装配槽41内，且涨圈密封环50与外衬套20相对的外周面设置有第一缺口51以在涨圈密封环50的端部形成与第一环形凸起部21抵接的环形台阶面52，如图3所示，第一缺口51靠近涨圈密封环50的左端设置，可以在涨圈密封环50的左端部形成环形台阶面52，第一环形凸起部21的与环形台阶面52相对的内端面与环形台阶面52止抵，第一环形凸起部21与环形台阶面52止抵可以形成次要密封面，能够防止高压侧的介质沿着涨圈密封环50与外衬套20之间的间隙泄漏。
36.其中，如图1所示，本技术以高压侧的介质(即密封介质)设于平衡型涨圈密封装置100的左侧为例进行说明，平衡型涨圈密封装置100和转轴200装配完成后，涨圈密封环50位于装配槽41内，位于平衡型涨圈密封装置100左侧的密封介质向涨圈密封环50施加压力，转轴200静止及做低速转动时，涨圈密封环50的左端面与涨圈座40不接触，涨圈密封环50的右端面与定位环30的左端面贴合，构成主要密封面，防止密封介质沿着涨圈密封环50的右端面与定位环30的左端面之间的间隙泄漏。
37.并且，通过在涨圈密封环50的端部形成环形台阶面52，与现有技术相比，能够减小涨圈密封环50受高压侧的介质压力的面积，可以使涨圈密封环50的平衡比小于1，涨圈密封环50的密封端面(即涨圈密封环50的右端面)所受流体力随着转轴200的转速增加而增加，可以对高压侧介质(即密封介质)作用在涨圈密封环50的闭合力起到平衡作用，从而可以减小涨圈密封环50的密封端面的磨损，进而延长涨圈密封环50的使用寿命。
38.在本发明的一些实施例中，装配槽41的至少一个侧壁设置有与装配槽41连通的环形的第二缺口42，需要解释的是，如图1所示，装配槽41的侧壁包括左侧壁和右侧壁，涨圈密封环50包括左端面和右端面，涨圈密封环50的左端面与装配槽41的左侧壁相对设置，涨圈密封环50的右端面与装配槽41的右侧壁相对设置，本技术以装配槽41的右侧壁设置有第二
缺口42为例进行说明。需要说明的是，涨圈座40的右端面构造为装配槽41的左侧壁，定位环30的左端面构造为装配槽41的右侧壁。
39.进一步地，如图3所示，第二缺口42的与装配槽41正对的表面设置有沟槽43，进一步地，在定位环30的径向方向沟槽43倾斜延伸，且在定位环30的径向方向沟槽43的外端壁在定位环30的周向方向倾斜延伸。第二缺口42的左端面可以设置有沟槽43，沟槽43为多个，多个沟槽43在定位环30的周向方向依次间隔开，在转轴200以较高速度运转时，由于第二缺口42的左端面设置有沟槽43，涨圈密封环50的密封端面所受流体动压力增加，此时的流场处的动压力大于等于高压密封介质作用力及涨圈密封环50外周面接触处的摩擦力的合力，使涨圈密封环50与定位环30的左端面分离，涨圈密封环50处于一种非接触的状态，可以减小接触面高速滑动导致的涨圈密封环50端面磨损，从而可以进一步延长涨圈密封环50的使用寿命。
40.在本发明的一些实施例中，在转轴200的轴向方向，即在图1中的左右方向，装配槽41靠近轴肩201的侧壁设置有第二缺口42，如图1所示，装配槽41的右侧壁设有第二缺口42，其中，由于密封介质位于涨圈密封环50的左侧，由此将第二缺口42设置在装配槽41的右侧壁，在转轴200以较高速度运转时，可以使涨圈密封环50与定位环30的左端面分离，保证涨圈密封环50处于一种非接触的状态，可以减小接触面高速滑动导致的涨圈密封环50端面磨损，从而可以进一步延长涨圈密封环50的使用寿命，进而使第二缺口42设置位置合理。
41.在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，涨圈密封环50可以包括：环形的涨圈本体53和环形的第二环形凸起部54，第二环形凸起部54设置于涨圈本体53的外表面，且第二环形凸起部54朝向外衬套20延伸设置，具体地，在涨圈密封环50的径向方向第二环形凸起部54朝向外衬套20延伸设置，第二环形凸起部54和涨圈本体53的外周面共同限定出第一缺口51，如此设置能够使涨圈密封环50限定出第一缺口51，可以使涨圈密封环50结构合理。
42.在本发明的一些实施例中，在转轴200的轴向方向，第二环形凸起部54靠近定位环30设置，以在涨圈密封环50远离定位环30的端部形成第一缺口51。其中，如图2所示，第二环形凸起部54的内端与涨圈本体53的外周面连接，第二环形凸起部54的外端朝向外衬套20延伸设置，第二环形凸起部54靠近涨圈本体53的右端设置，第一缺口51形成在第二环形凸起部54的左侧。这样设置能够将第一缺口51设置在涨圈密封环50远离定位环30的一侧，可以保证涨圈密封环50的平衡比小于1。
43.在本发明的一些实施例中，第一环形凸起部21和第二环形凸起部54之间的间隔距离为h1,满足关系式：0.1mm≤h1≤0.5mm，进一步地，h1为0.3mm。其中，如图1所示，第一环形凸起部21和第二环形凸起部54在图1中左右方向间隔开设置，涨圈密封环50在右端面受流体力的推动下能朝向第一环形凸起部21移动，如果第一环形凸起部21和第二环形凸起部54之间的间隔距离过小，会导致涨圈密封环50轴向自适应性移动受到影响，可能会导致涨圈密封环50的与第一环形凸起部21接触的端面受到磨损，如果第一环形凸起部21和第二环形凸起部54之间的间隔距离过大，会导致密封泄漏增加，密封性能降低。因此，在本技术中，将第一环形凸起部21和第二环形凸起部54之间的间隔距离设置为0.1mm-0.5mm，即能够保证涨圈密封环50轴向自适应性移动不受到影响，也能够避免密封泄漏增加，保证平衡型涨圈密封装置100的密封性能。
44.在本发明的一些实施例中，如图2所示，第一环形凸起部21与装配槽41的远离定位
环30的侧壁间隔开设置。其中，如图2所示，第一环形凸起部21的左端面与装配槽41的左侧壁间隔开设置，这样设置能够避免第一环形凸起部21与装配槽41的侧壁接触，可以减小第一环形凸起部21磨损，也可以防止涨圈座40磨损。
45.在本发明的一些实施例中，如图2所示，在平衡型涨圈密封装置100的径向方向，涨圈密封环50与装配槽41的底壁间隔开设置，进一步地，涨圈密封环50与装配槽41的底壁之间的间隔距离为h2,满足关系式：0.2mm≤h2≤1mm，进一步地，h1为0.5mm，转轴200存在偏心或者离心膨胀时，这样设置能够防止涨圈密封环50与装配槽41的底壁接触，可以避免涨圈密封环50磨损。
46.在本发明的一些实施例中，装配槽41的宽度大于涨圈密封环50的宽度，其中，装配槽41的宽度方向、涨圈密封环50的宽度方向均为图1中的左右方向，其中，涨圈密封环50的左端面与装配槽41的左侧壁之间的间隙可以设置有0.1mm-1mm的间隙，涨圈密封环50在转轴200的轴向方向移动时，可以防止涨圈密封环50与装配槽41的左侧壁发生碰撞，从而可以避免损坏涨圈密封环50。
47.在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，涨圈座40可以包括：环形的第一本体44和环形的第二本体45，第一本体44套设于转轴200外表面，第二本体45的一端与第一本体44连接，且第二本体45的另一端朝向外衬套20延伸设置，第二本体45与外衬套20间隔开，进一步地，第二本体45的另一端与外衬套20的内表面间隔开设置，第一本体44的右端与定位环30的左端面止抵，如此设置能够使第一本体44、第二本体45和定位环30的左端面共同限定出装配槽41，从而可以使涨圈座40结构设计合理。其中，第一本体44构造为装配槽41的底壁。
48.在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，涨圈座40与转轴200间设置有密封件60，进一步地，密封件60可以设置为密封圈，密封圈可以密封涨圈座40与转轴200之间的间隙，可以防止密封介质沿着转轴200和涨圈座40之间的间隙泄漏。
49.在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，涨圈座40设置为多个，多个涨圈座40结构可以相同，多个涨圈座40在外衬套20的轴向方向依次排布，外衬套20的轴向方向是指图1中左右方向，任意相邻两个涨圈座40间限定出装配槽41，靠近定位环30的涨圈座40与定位环30限定出装配槽41，第一环形凸起部21为多个，多个第一环形凸起部21在外衬套20的轴向方向依次间隔开，外衬套20构造为分体式结构，涨圈密封环50为多个，多个涨圈密封环50、多个第一环形凸起部21、多个装配槽41一一对应设置，即一个装配槽41内设置有一个涨圈密封环50和一个第一环形凸起部21。进一步地，如图1所示，涨圈座40可以设置为三个，三个涨圈座40在图1中的左右方向依次设置，每个装配槽41内设置有一个涨圈密封环50和一个第一环形凸起部21，每个涨圈密封环50的环形台阶面52均与对应的第一环形凸起部21抵接构成次要密封面，两个涨圈座40之间的涨圈密封环50的右端面与位于右端的涨圈座40的左端面构成主要密封面。需要说明的是，涨圈座40的左端面设有第二缺口42，位于最左端的涨圈座40的左端面未设置第二缺口42，涨圈座40的第二缺口42也设置有沟槽43，涨圈座40的第二缺口42和沟槽43布置形式与定位环30的第二缺口42和沟槽43布置形式相同。
50.进一步地，密封件60可以设置为多个，多个密封圈与多个涨圈座40一一对应设置，每个涨圈座40与转轴200间设置有一个密封件60，密封件60能够密封涨圈座40与转轴200间的间隙，可以防止密封介质沿着涨圈座40与转轴200之间缝隙泄漏。
51.在本发明的一些实施例中，如图1所示，平衡型涨圈密封装置100还可以包括：定位组件70，定位组件70套设于转轴200外表面，且定位组件70位于涨圈座40的远离定位环30一侧，即如图1所示，定位组件70位于涨圈座40的左侧。进一步地，定位组件70包括螺母71、弹性挡圈72和挡环73，螺母71和挡环73均套设于转轴200的外表面，弹性挡圈72夹设于螺母71和挡环73之间，弹性挡圈72提供预紧力，使得涨圈座40处于固定的状态。如图1所示，在转轴200的轴向方向上，位于最右端的涨圈座40与定位环30的左端面接触限位，挡环73位于螺母71和最左端的涨圈座40之间，挡环73的右端与最左端的涨圈座40的左端面直接接触，依靠左侧的螺母71和弹性挡圈72提供的轴向力，对多个涨圈座40起到轴向固定作用。当涨圈座40发生震动、倾斜，导致涨圈密封环50发生偏转或沿着轴向向左窜动时，弹性挡圈72会被压紧，对涨圈座40、涨圈密封环50起到定位保护作用，可以防止平衡型涨圈密封装置100发生轴向移动。
52.需要说明的是，在转轴200的轴向方向，环形台阶面52与第一环形凸起部21接触的宽度需要满足在转轴200未转动的情况下，涨圈密封环50受到密封介质压力的作用的闭合力大于环形台阶面52与第一环形凸起部21接触处的滑动摩擦力，使得涨圈密封环50的右端面与定位环30的左端面及涨圈座40的左端面能够贴合。
53.进一步地，外衬套20构造为分体式结构，外衬套20的一个分体结构上可以设置有一个第一环形凸起部21，平衡型涨圈密封装置100在安装时，需要先将密封圈装入定位环30和涨圈座40的安装密封圈的槽中，之后再将定位环30安装在转轴200上，要求定位环30的右端面与轴肩201的左端面紧密贴合，再将位于定位环30左侧的涨圈密封环50装入安装槽中，将外衬套20的一个分体结构与涨圈密封环50构成的整级涨圈密封装入外壳10，接着安装带有密封圈的涨圈座40，按照相同方法依次安装其他涨圈座40和涨圈密封环50，直至按顺序安装完所有涨圈密封结构，之后依次安装挡环73、弹性挡圈72、螺母71。
54.需要说明的是，涨圈座40和涨圈密封环50的数量根据实际需要适当增加或者减少。
55.在本发明的一些实施例中，如图3所示，在定位环30的径向方向上，沟槽43内端在转轴200的轴向方向的第一投影31位于第一环形凸起部21内端在转轴200的轴向方向的第二投影32和涨圈密封环50内径在转轴200的轴向方向的第三投影33之间，此种设计可以更好地利用涨圈密封环50的密封端面的流体作用，减小涨圈密封环50浮起所需要的开启力。沟槽43可以通过激光加工、机械加工的方式完成，但需要注意的是加工后的沟槽43端面，需要对其进行打磨，防止因加工产生的沟槽43周围结构凸起磨损涨圈密封环50端面。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。