专利名称：轴密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型提供的是一种用于旋转轴、往复轴或复合运动轴的密封装置。广泛应用于化工、化肥、石油化工、钢铁、发电、农业等行业中具有填料函结构或类似结构需要对旋转轴、往复轴或复合运动轴进行轴密封以防止介质泄漏的各种机械、设备。例如离心式泵、搅拌罐、阀门、往复泵等。
现在需要对旋转轴、往复轴或复合运动轴进行轴密封的机械、设备大多数具有填料函结构并采用各种填料轴密封。所用填料有各种软填料、硬填料、弹性填料等。它们性能各异轴密封效果也不同。经过长期调查总体讲使用上述填料不同程度均存在着轴泄漏；使用周期短；需要操作者经常维护；填料利用率低；密封费用高等问题。
专利申请号88 1 05015编织弹性密封填料及制造方法技术，根据密封部位使用工况要求从提高填料自身性能，例如弹性、耐磨性、耐腐蚀性、抗压能力达到提高密封性，沿长使用周期的目的具有一定的效果。国内、外许多填料生产厂和密封研究机构大都沿用这一传统观念研究改进填料自身性能，例如提高弹性、柔软性、耐磨性、耐腐蚀性等，力图在提高密封性，沿长使用周期为主要方面获得较大突破。上述内、外材质不一的编织弹性密封填料和国外一些用于比较复杂工作条件下，利用各种软填料的特性，加以组合使用的专用密封填料；组合式软填料密封件等就是这一传统观念的例证。因此性能各异的各种填料层出不穷，造价不断提高，然而密封效果使用周期等方面提高缓慢。这是因为传统观念只注意改进填料自身性能，忽略了如何使填料处于最佳或接近最佳密封状态这一重要方面。下面从使用软填料对旋转轴密封的失效分析说明这个问题。若干圈软填料装入填料函中用压盖压紧后，由于填料受压盖的轴向压力便产生了塑性变形或弹性变形。因此获得了填料对密封处轴面的径向压力(一个初始比压)，此时填料与填料函和轴面均构成静密封。当轴旋转起来达到额定转数后，由于叶轮的不平衡；轴承的间隙，特别是轴承使用到后期的间隙；作用在叶轮上介质的冲力；轴的挠度等因素使密封处轴产生了径向振动(摆动)和轴向窜动。对与轴接触的软填料产生了一定频率的径向挤压作用(其频率一般由轴转数决定，并且转数越高振幅越小)。由于填料是被封闭在填料函、轴和压盖组成的环状空间内，由于各种填料的固体性质或半固体性质所决定，使填料不能同步适应或没有空间适应该频率的径向挤压作用。特别是对于径向摆动量很大的搅拌轴径向挤压作用更为明显。这就改变了前述有效的初始比压，使填料对轴面比压呈径向振动频率变化状态。从实际情况看靠压盖处填料对轴面比压较大，往里面递减。随着使用时间的推移、磨损、填料的变形等因素使比压逐渐减小，直至具有一定内、外压差的介质沿轴面出现泄漏。当再次紧压盖后才能再保持一个有效的比压，如此反复直至必须更换新填料，弹性填料比一般软填料追随性，抗径向振动能力强一些，但是由于上述被封闭在填料函中的原因仅靠填料自身和填料中的空隙作为回弹空间其长时间抗径向振动特别是很大的径向摆动能力必竞是有限的。因此现有绝大多数填料包括组合填料均不能较长时间稳定的保持对轴的追随性。并且当填料磨损以后又没有补偿结构以保持一个有效的比压。另外每圈填料之间；每圈填料接口处；编织填料中的空隙使得实际使用中的填料函中充满了介质，形成以轴面泄漏为主的全渗透泄漏。
综上所述，从这一例轴密封失效分析看在不改变现有填料函结构，以使用现有填料为主情况下，如何使填料较长时间，稳定的保持对轴的追随性和补偿性是提高抗径向振动，轴向拖曳；长足的提高密封性和沿长使用周期；降低密封费用；提高总经济效果的方向。而仅注意改进和提高填料自身性能效果是有限的。
本实用新型的目的就是要提供一种轴密封装置，它适用于旋转轴、往复轴或复合运动轴。有极强的抗径向振动(摆动)和抗轴向拖曳能力。具有良好的密封性；较长的使用周期；广泛的介质适应性；适用于绝大多数密封部位工况，并且造价很低有着较低的密封费用。
本实用新型的任务是这样完成的图一是这一轴密封装置的一般结构；图二是本装置用于离心式泵的结构；图三是本装置用于搅拌罐的结构；图四是本装置用于截止阀的结构。
图一中，(1)轴、(2)填料函、(3)填料环、(4)主密封环、(5)紧缩环、(6)密封脂、(7)压盖、(8)弹性件、(9)金属垫圈、(10)压盖螺栓。图中轴(1)可以是离心泵轴、搅拌轴、往复泵轴、阀杆等。填料环(3)是根据介质种类和密封部位工况要求选用合适的填料软填料、硬填料、弹性填料、经软化后的填料或上述某几种填料的混合填料。并根据填料函和轴之间的径向尺寸和周长将截面合适的填料截取若干段弯曲成环状，接口为30°－40°角的轴向坡面角制成。填料环(3)的主要作用是构成对填料函内径的静密封，并对轴构成较弱的动密封。它和本装置其他环混合使用构成动、静密封恰当兼顾的本轴密封装置。填料环(3)的分布是一般情况填料函最里面和最外面应放本环，中间交替放或不放。
由主密封环(4)和紧缩环(5)构成对轴紧缩结构。其中主密封环(4)构成对轴的动密封，是起主要密封作用防止轴泄漏的部件。紧缩环(5)可以是箍在主密封环(4)外径；镶在主密封环(4)里面；编织在主密封环(4)里面；或主密封环(4)和紧缩环(5)是一体的弹性环、半固态粘稠物。紧缩环(5)通过自身的弹性或非弹性作用于主密封环(4)使其以适当的紧度箍在轴上。构成对轴的紧缩结构。紧缩环(5)或主密封环(4)外径与填料函之间应留有足够的环状空间作为轴径向振动(摆动)缓冲空间。此环状空间一般应根据介质种类和密封部位工况用密封脂(6)填充或不填充留有这一空间。由主密封环(4)和紧缩环(5)构成的对轴紧缩结构和外径的缓冲空间。是本装置能较长时间稳定的保持对轴的追随和补偿作用，有极强的抗径向振动(摆动)和轴向拖曳能力的关键结构。主密封环(4)应根据介质种类和密封部位工况选用下述材料①各种密封填料，例如橡胶石棉盘根、抗腐蚀石棉盘根、碳纤维盘根。②各种密封材料，例如聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯、酚醛塑料。③金属材料，例如低碳钢、铸铁、黄铜。④半固态粘稠物，例如润滑高温脂与短石棉纤维的混合物。按混合后达到针入度160－180度的比例混合。其中①各种密封填料适用于旋转轴、往复轴、或复合运动轴设备，尤其适用于较高线速度工况。②各种密封材料适用于旋转轴、往复轴、或复合运动轴设备，适用于中等线速度工况，并根据介质种类选用。③金属材料和④半固态粘稠物只适用于较低线速度的旋转轴、复合运动轴设备，例如搅拌罐、阀门等。紧缩环(5)应根据设备种类、密封部位工况选用①弹性紧缩件，例如拉伸弹簧、弹簧钢圈。②非弹性紧缩件，例如专用的喉箍、钢圈。它们均适用于旋转轴、往复轴、或复合运动轴设备。但是由弹性紧缩件和主密封环(4)组成的对轴紧缩结构具有更强的追随和补偿作用。故适用于较高线速度工况和较大的径向振动(摆动)情况。由非弹性紧缩件组成的紧缩结构只适用于较低线速度工况和较小的径向振动(摆动)情况。
密封脂(6)应根据介质种类和密封部位工况选用合适的半固态粘稠物，例如①各种润滑脂。②润滑脂与无机纤维或有机纤维的混合物，填充或不填充。当介质对密封脂(6)有明显破坏作用或介质温度过高超过任何可选密封脂(6)使用温度上限时就不能使用密封脂(6)填充了。密封脂(6)除填充紧缩结构外面与填料函之间的空间外，安装其他各环时也应涂一薄层该密封脂。
弹性件(8)安装于压盖(7)和金属垫圈(9)之间或填料函里面。通过自身的弹性作用将压盖螺栓(10)施加的间断的轴向压力较为稳定的作用于整个轴密封装置。对于轴的径向振动(摆动)和轴向运动也起着弹性缓冲作用。明显提高了整个装置对轴的追随和补偿作用。对于较大径向摆动的轴，也因压盖可随轴一起摆动而减轻了轴对各环及压盖的径向挤压作用。故弹性件(8)的使用对沿长本装置使用周期，特别是减轻操作者对本装置的维护具有重要作用。弹性件(8)应根据设备种类选用压缩弹簧、拉伸弹簧、弹性垫、或不使用弹性件(8)。对于径向振动(摆动)量较小，压盖(7)外面轴向空间很小并且密封处介质内、外压差较大的设备宜采用弹性垫，或不采用弹性件(8)。例如阀门、某些离心式泵、某些往复泵。对于径向摆动量较大的设备，例如搅拌罐宜采用压缩弹簧或拉伸弹簧。其中弹性垫应当是邵氏硬度55－65度的橡胶垫或金属弹性垫。
本装置中的填料环(3)，主密封环(4)和紧缩环(5)组成的对轴紧缩结构，各环的使用数量及分布应根据设备种类、密封部位工况选择一最佳状况。对填料函深度较小，所放填料圈数较少，例如离心式泵，由主密封环(4)和紧缩环(5)组成的对轴紧缩结构应两组放在一起安装。并且当密封处轴具有较高线速度时这两组可安装到填料函最里面以利用介质冷却、散热(见实施例一)。对填料函较深、密封处轴线速度较低的设备。例如搅拌罐，宜每两圈填料环(3)夹一组紧缩环(5)和主密封环(4)安装(见实施例二)。
本装置由于采用了对轴的紧缩结构；各环间的静密封结构和对各环的弹性缓冲结构，故明显提高了本装置对轴的追随和补偿作用。具有极强的抗径向振动(摆动)和抗轴向拖曳能力。尤其抗不规则、很大的径向摆动能力是现有填料函密封和一般机械密封所不能比拟的。本装置密封效果极好；使用周期长；使用中不需要操作者经常维护，例如紧压盖螺栓；使用方便，不必拆卸设备即可安装使用；容易制造，造价低廉，具有一般机械加工能力的工厂均可自制，并可选用比较廉价的填料、材料达到比较好的效果，故具有很低的密封费用。本装置适用于所有介质和绝大多数密封部位工况。下面是本装置用于离心式泵、搅拌罐、截止阀的其中三种实施例。
实施例一图二是本装置用于离心式泵的结构。图中(1)泵轴、(2)填料函、(3)填料环、(4)主密封环、(5)拉伸弹簧、(6)密封脂、(7)压盖、(8)橡胶垫、(9)金属垫圈、(10)压盖螺栓。
图中泵轴(1)也可是与轴同心的轴套。填料环(3)是选用边长等于或稍小于填料函径向尺寸，标准的XS250橡胶石棉盘根，并按填料函周长截取断口为30°－40°轴向坡面角弯曲成环状制成。主密封环(4)同样是选用上述橡胶石棉盘根，按上述方法截取若干段并用热机油浸泡至软化后用凸辊轧出或用锤击一段直径3mm铁棍使软化后的填料一面击出一条深约2mm的沟槽，同时厚度也稍扁一些。将该填料两根沟槽朝外弯曲成环状套在轴上作为主密封环(4)。拉伸弹簧(5)对于密封处轴径在30－55mm常用离心式泵基本尺寸是弹簧外径D＝2.5mm；弹簧丝直径d＝0.5mm；弹簧长度L等于(1.2－1.3)倍密封处轴周长。弹簧一端有锥形，安装时先圈在轴上首尾连接将锥形一端拧入另一端形成一环状弹簧。将这一环状弹簧(紧缩环)箍在上述已套在轴上的主密封环外径沟槽中构成一组对轴紧缩结构。密封脂(6)是用4号高温钠基脂与短石棉纤维按混合后达到针入度160－170度的比例制成。填料函中各环的安装应按图二的顺序，将各断口错开，并用密封脂(6)填充主密封环外径与填料函之间的空间和每一环之间的空隙。各环安装完后应装满填料函并用压盖压实挤出其中的空气和过量的密封脂。橡胶垫(8)即弹性件对于密封处轴径30－55mm常用离心式泵应选用邵氏硬度50－65度，厚约10－15mm，内径稍大于压盖螺栓(10)直径，外径为0.7倍密封处轴径的橡胶垫(每套两个)。橡胶垫(8)外面放一厚约2－2.5mm，内、外径均稍大于橡胶垫(8)内、外径的金属垫圈(9)用压盖螺栓(10)压至适当紧度。其紧度约为原压盖对填料正常压力0.6－1倍。
本实施例适用于多数离心式泵和大多数中性、弱碱性、弱酸性、含大量固体颗粒介质。适用工况温度－30－120℃；压力＜8kg／／cm2；轴面线速度＜15M／S。若用抗腐蚀石棉盘根代替上述橡胶石棉盘根，本实施例将适用于大多数中性和腐蚀性介质。本实施例除具有前述本装置优越的特性外还具有造价极低，密封费用极低的特点，是一个十分经济的轴密封装置。
实施例二图三是本装置用于搅拌罐的结构。图中(1)搅拌轴、(2)填料函、(3)填料环、(4)主密封环、(5)拉伸弹簧、(6)密封脂、(7)压盖、(8)压缩弹簧、(9)金属垫圈、(10)压盖螺栓。
图中搅拌轴(1)也可是与轴同心的轴套。填料环(3)和主密封环(4)均如实施例一是选用标准的XS250橡胶石棉盘根。制法分别与实施例一中的填料环(3)和经软化的主密封环(4)相同。拉伸弹簧(5)即紧缩环对于密封处轴径50－100mm常用搅拌罐基本尺寸和结构是，弹簧外径D＝2.7mm(±0.2)；弹簧丝直径d＝0.7mm(±0.06)；弹簧长度L等于(1.2－1.3)倍密封处轴周长。弹簧一端有锥形，安装时先圈在轴上首尾连结将锥形一端拧入另一端形成一个环状弹簧如实施例一将这一环状弹簧(紧缩环)箍在已套在搅拌轴上的橡胶石棉盘根主密封环(4)外径沟槽中，构成一组对轴紧缩结构。密封脂(6)是采用4号高温钠基脂，不必与各种纤维混合。密封脂(6)的使用和各环的安装与实施例一同。不同之处是各环的分布是每两圈填料环(3)夹一组紧缩结构(主密封环(4)和紧缩环(5)见图)，并且最外面应放一组紧缩结构。这是通常情况用于搅拌罐的该轴密封装置动、静密封兼顾的各环最佳分布。压缩弹簧(8)即弹性件(8)对于密封处轴径50－100mm常用搅拌罐基本尺寸和结构是弹簧外径D＝25mm(±0.5)；弹簧丝直径d＝2.8mm(±0.08)；弹簧高度H＝30－45mm；3－6圈；冷卷弹簧钢；每套四个。安装时压缩弹簧(8)上面放一外径稍大于弹簧外径D的金属垫圈(9)并用加长的压盖螺栓(10)压紧，压缩量按上述搅拌轴径范围为 1/2 － 2/3 。
本实施例适用于绝大多数标准的或非标准的搅拌罐设备。适用于绝大多数中性、弱碱性、弱酸性、弱氧化性气体或液体介质。适用工况温度－30－130℃；压力＜16kgf／cm2；轴面线速度＜5M／S。若用抗腐蚀石棉盘根代替上述橡胶石棉盘根，本实施例将适用于绝大多数气体或液体介质。本实施例除具有前述本装置优越的特性外还具有极大抗径向摆动能力；使用中几乎不需要操作者去维护；造价低；密封费用极低的特点。是一个十分经济的轴密封装置。
实施例三图四是本装置用于截止阀的结构。图中(1)阀杆、(2)填料函、(3)填料环、(4)主密封环、(5)拉伸弹簧、(6)密封脂、(7)压盖。
图中填料环(3)如实施例一是选用标准的XS250橡胶石棉盘根，其制法也与实施例一同。主密封环(4)是一个聚四氟乙烯环、对于公称直径Dg＝100mm的截止阀环的基本尺寸是外径D＝30mm；内径d＝24mm；高H＝13mm。接口为30°轴向坡面角，外径有两条深约1mm、宽约2mm的沟槽，两条拉伸弹簧(5)即紧箍在沟槽中。拉伸弹簧(5)即紧缩环对于上述公称直径Dg＝100mm截止阀基本尺寸和结构是弹簧外径D＝1.6mm(±0.1)，弹簧丝直径d＝0.3mm(±0.04)；弹簧长度L＝68mm；两端各连有一根φ＝0.4mm、长L＝20mm的铁丝以备安装时不必拆卸阀体就能将拉伸弹簧(5)紧箍在主密封环(4)上。密封脂(6)是采用7602高温密封脂(SY4009－81)。安装时主密封环(4)外径与填料函(2)之间空间和各环之间均应用上述高温密封脂填充，并用压盖压实挤出其中的空气和多余的密封脂。
本实施例适用于大多数阀门和绝大多数介质。适用工况温度－20－225℃；压力＜16kgf／cm2。本实施例除具有前述本装置优越的特性外还具有介质适用范围广；使用周期长；造价低廉的特点。
权利要求1.一种轴密封装置，它是由填料环(3)、主密封环(4)、紧缩环(5)、密封脂(6)、弹性件(8)组成，其特征是所述装置采用了主密封环(4)和紧缩环(5)的对轴紧缩结构，密封脂(6)的静密封结构，弹性件(8)的对各环弹性缓冲结构。
2.如权利要求1所述的轴密封装置，其特征是紧缩环(5)可以是箍在主密封环(4)外径；镶在主密封环(4)里面；编织在主密封环(4)里面；主密封环(4)和紧缩环(5)是一体的弹性环、半固态粘稠物构成对轴的紧缩结构。
3.如权利要求1和2所述的轴密封装置，其特征是紧缩结构外面与填料函之间的空间用密封脂(6)填充。
4.如权利要求1和2所述的轴密封装置，其特征是密封脂(6)应选用半固态粘稠物。
5.如权利要求1和2所述的轴密封装置，其特征是主密封环(4)选用的材料是密封填料；密封材料；金属材料；半固态粘稠物。
6.如权利要求1和2所述的轴密封装置，其特征是紧缩环(5)应选用弹性紧缩件；非弹性紧缩件。
7.如权利要求1和2所述的轴密封装置，其特征是填料环(3)选用的材料是软填料；硬填料；弹性填料；经软化后的填料；混合填料。
8.如权利要求1和2所述的轴密封装置，其特征是对于压盖(7)外面轴向空间大的设备使用弹性件(8)，所述弹性件应用压缩弹簧、拉伸弹簧、弹性垫。
专利摘要一种用于旋转轴、往复轴或复合运动轴的密封装置是由填料与轴的紧缩结构、静密封结构、各环的弹性缓冲结构组成。解决了现在的填料函轴密封抗径向振动能力极差；没有使填料处于最佳密封状态的问题。具有极强的抗径向振动(摆动)和抗轴向拖曳能力。密封效果好；使用周期长；很少维护；容易制造；密封费用低。适用于所有介质和绝大多数密封部位工况。广泛应用于离心式泵、搅拌罐、阀门、往复泵机械设备。
文档编号F16J15/16GK2095972SQ8920784
公开日1992年2月12日 申请日期1989年5月28日 优先权日1989年5月28日
发明者朱雨秀 申请人:朱雨秀