CN110249166A - 具有安全密封部的机械密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械密封组件，其包括：机械密封部(2)，其具有旋转滑环(20)和固定滑环(21)，在旋转滑环(20)和固定滑环(21)之间限定密封间隙(22)；以及一体式的安全密封部(3)，其被设置为在机械密封部(2)发生失效时的冗余密封部，并被设计为在转动部件上实现密封，其中安全密封部(3)具有基体(30)和从基体(30)沿轴向(X‑X)突出并且具有柔性的密封区域(31)，其中密封区域(31)在径向上的厚度小于基体(30)在径向上的厚度，并且其中安全密封部(3)以固定的方式配置并且在内周具有密封面(32)。

Description

具有安全密封部的机械密封组件

技术领域

本发明涉及一种机械密封组件，其包括机械密封部和作为机械密封部用冗余密封部的安全密封部，其中安全密封部不形成为机械密封部。

背景技术

在现有技术中已知机械密封部的各种设计。可以使用机械密封部来解决各种各样的密封任务，尤其是可以密封有毒介质或具有非常高的压力和/或非常高的温度的介质。尤其是应当为危险应用中的环境保护提供安全措施。例如，已知在产品侧和大气侧之间串联配置两个机械密封部。如果第一个机械密封部失效，则第二个机械密封部用作安全密封部，防止产品逃逸到环境中。第二机械密封部可以与第一机械密封部相同或可以不同。这种保护方法非常安全，但仍然需要高成本，因为机械密封部的制造成本非常高。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种机械密封组件，其包括在机械密封部损坏的情况下提供保护的机械密封部，以防止环境被密封的介质污染，其中安全密封部不是机械密封部。该目的将通过具有技术方案1的特征的机械密封组件实现，从属技术方案显示了本发明的优选实施方式。

与此相反，具有技术方案1的特征的根据本发明的机械密封组件具有的优点是，可以提供允许低成本的安全密封部确保机械密封部的机械密封组件。不需要使用第二机械密封部作为安全密封部，而且安全密封部是一体式的密封部，其被设置为在机械密封部失效的情况下的冗余密封部。

安全密封部包括基体和与基体一体的密封区域，密封区域沿轴向远离基体地延伸。密封区域形成为柔性的。此外，安全密封部在内周具有密封面，该密封面用于与转动部件密封接触。在此，安全密封部是固定的(stationary)。因此，可以采用相对便宜的一体式的安全密封部来确保机械密封部，而不需要第二机械密封部作为安全密封部。因此，在机械密封部失效的情况下，例如发生损坏等的情况下，安全密封部可以在转动部件处提供对大气的密封。密封可以非常快速地实现，其中尤其是密封的介质的任何过压提供支持效果。此外，安全密封部确保在正常运行期间在***的转动部件和固定部件之间不会产生过多的额外摩擦。这使得在正常运行期间由于安全密封部而导致的额外损失最小化。

密封区域在径向上的厚度优选小于基体在径向上的厚度。

优选地，安全密封部的基体和密封区域使用相同的材料一体制造。这样，尤其是生产成本可以保持得很低。尤其优选的是，安全环的材料是纤维增强的。此外，优选用于安全密封部的基础材料是热塑性聚合物，优选是纤维增强的。

根据本发明的另一个优选实施方式，在基体和窄的密封区域之间的朝向安全密封部的外侧的过渡部被构造为弧状。弧状的过渡部确保过渡部无边缘，从而使在边缘形状过渡中可能产生裂缝的风险最小化。

此外优选的是，窄的密封区域从基体起朝向机械密封部远离基体地突出。这允许实现机械密封组件的特别紧凑的设计。

根据本发明的另一个优选实施方式，安全密封部的密封区域包括没有例如唇部等的凸部的表面。

根据本发明的可选实施方式，多个唇部配置在安全密封部的密封区域处，沿周向延伸并从密封面突出。唇部优选地从密封面径向突出。唇部接触转动部件，转动部件为诸如特别优选地轴或轴套等。在正常运行期间，该接触确保安全密封部上的摩擦尽可能小，以便使由于使用安全密封部而造成的损失保持尽可能低。在机械密封部损坏的情况下，当密封的介质的高度达到安全密封部时，作用在安全密封部的轴向突出的密封区域上的压力增加，使得唇部将被弯曲使得在安全密封部和转动部件之间可以合理地密封，该唇部由与安全密封部的其余部分的材料相同的材料制成并且一体地设置在密封区域上并且一体地设置在密封区域上。从密封面突出的唇部优选地在径向上具有相同的长度并且另外优选地在周向上环绕。

优选地，唇部仅配置在安全密封部的密封区域处。可选地，唇部同时设置在密封区域处并且部分地或完全地设置在基体处。然而，通过仅在密封区域设置唇部，能够在机械密封部失效的情况下使得柔性变形的唇部可以与转动部件的外周紧密接触，并且因为基体没有设置唇部，因此可以避免过度摩擦以及因此产生过多的热量。

此外，优选的是，在轴向上，密封区域具有圆柱形的外周。这允许具有性价比特别高的制造性。

根据本发明的可选实施方式，在轴向上，密封区域的外周被设置为朝向密封区域的自由端变细。这允许提供如下的密封区域，该密封区域由于从密封区域的自由端开始在朝向基体的方向上外径增大而具有越来越大的刚性。

密封区域的变细的外周优选在轴向上沿着整个密封区域设置。

根据本发明的另一优选实施方式，密封区域从第一唇部开始具有无唇部的凸起，第一唇部被定位成最靠近密封区域的自由端。由于在一个外周和一个内周上以及在自由端的端面上的压力相同，所以无唇部的凸起是压力缓和的。

优选地，无唇部的突起在轴向上的长度L3约为密封区域在轴向上的长度L2的三分之一。这允许实现密封区域的确实加固。

此外优选的是，机械密封组件包括转动部件，该转动部件连接到机械密封部的旋转滑环。在转动部件中，设置有凹部，所述凹部在径向上配置在密封区域内。换句话说，在安全密封部的区域中的转动部件处存在凹部。虽然这增加了从安全密封部和机械密封部之间的空隙经过安全密封部进入大气中泄漏，但是转动部件中的凹部具有的优点是，在发生失效时(即机械密封部失效时)改善了当前正在实现密封的安全密封部的散热性能，该安全密封部更贴合(fit)转动部件。这避免了对安全密封部的热损坏，从而可以显著延长安全密封部的使用寿命。这确保了安全密封部密封，直到转动部件停止并防止介质通过安全密封部逸出到大气中。出于安全原因，接受不可避免的泄漏。

转动部件中的凹部优选地是沿轴向延伸的槽或缝。槽的截面优选为矩形的或V形的。

为了在损坏的情况下允许充分冷却，槽在轴向上的长度大于安全密封部的密封区域的长度，并且尤其大于安全密封部的有唇部的密封面在轴向上的长度。

机械密封组件特别优选包括仅一个机械密封部和仅一个安全密封部。这使得能够提供(特别是在轴向上)特别紧凑且性价比高的机械密封组件。

此外，本发明涉及一种工作机器，特别是泵或压缩机或膨胀机。

附图说明

在下文中，将参考附图详细说明本发明的优选的示例实施方式，其中：

图1是根据本发明的第一示例实施方式的机械密封组件的示意性截面图，

图2是图1的安全密封部在正常状态下的放大细节图，其中机械密封部没有损坏，

图3是图1的安全密封部在机械密封部被损坏的情况下的示意性截面图，

图4是具有槽的转动部件的示意性俯视图，该槽在径向上配置在安全密封部内，

图5是根据本发明的第二示例实施方式的包括安全密封部的机械密封组件的放大的示意性截面图，

图6是根据本发明的第三示例实施方式的包括安全密封部的机械密封组件的放大的示意性截面图，并且

图7是根据本发明的第四示例实施方式的包括安全密封部的机械密封组件的放大的示意性截面图。

具体实施方式

以下，参考图1至图4，根据本发明的第一优选的示例实施方式详细说明机械密封组件1。

从图1中可以看出，机械密封组件1包括仅一个机械密封部2，该机械密封部2包括旋转滑环20和固定滑环21，在旋转滑环20和固定滑环21之间限定了密封间隙22。

此外，设置了转动部件4，在本示例实施方式中，转动部件4包括轴40、第一套筒41和第二套筒42。使用附图标记5标识包括多个部分的壳体。

机械密封组件1实现产品侧6与大气侧7之间的密封。在产品侧6施加产品压力P1，产品压力P1比大气侧的压力P3高许多倍。在机械密封部2和安全密封部3之间还设置有空隙8，在空隙8中压力P2占优势。压力P2大致对应于大气侧7的压力P3。如箭头L所示地，在机械密封组件的正常运行期间经由密封间隙22产生的泄漏经由空隙8排出。在机械密封组件的正常运行期间，泄漏经由密封间隙22排出。

从图1中可以看出，第二套筒42在径向上配置在安全密封部3内。在图4中详细示出第二套筒42。从图4中可以看出，第二套筒42包括多个槽9，多个槽9沿轴向X-X以直线方式延伸。第二套筒42包括多个槽9。槽9沿着第二套筒42的圆周均匀配置。所有的槽9具有相同的几何形状，尤其具有方形横截面和相同的轴向长度。

从图1中可以看出，当机械密封组件处于安装状态时，槽9在径向上配置在安全密封部3内。槽9在轴向X-X上的长度大于安全密封部3的密封区域在轴向上的长度L2。

能够在图2中看到安全密封部3的细节。安全密封部3包括基体30和从基体起沿轴向X-X延伸的窄密封区域31。密封面32设置在安全密封部3的径向内周。在本示例实施方式中，密封面是圆柱面。密封面32完全形成在密封区域31处并且部分地形成在基体30处。基体30还包括肩部33，肩部33形成在壳体部件51的凹部52中。此外，可以从图2看出，O形环10设置在安全密封部3的基体30的外周，以在安全密封部3的径向外周处提供密封。

密封区域31的厚度D1小于基体30的厚度D2(参见图2)。

因此，安全密封部3由基体30和较薄的密封区域31一体地形成。优选地，用于安全密封部3的材料是纤维增强的热塑性塑料。从图1和图2可以统一看出，密封区域31在轴向上朝向机械密封部2延伸。密封区域31在轴向X-X上的长度L2与基体30在轴向X-X上的长度L1相同。窄密封区域31在径向上的厚度明显小于基体30在径向上的厚度，因此增加了密封区域31的柔性、特别是在径向上的柔性。安全密封部3固定连接到壳体部件51，因此不与第一转动套筒41和第二转动套筒42一起转动。

从图2中可以看出，在密封区域31和基体30之间设置有弧状的过渡部35。因此，将防止安全密封部3在基体30和密封区域31之间的过渡部处产生可能导致安全密封部3破坏的裂缝。在正常状态下，即当机械密封部2没有问题地运行时，在第二套筒的外周42a和密封面32之间形成间隙11(图2)。间隙11的径向尺寸非常小。因此，在中间区域8和大气7之间存在通过小间隙11以及在径向上配置在安全密封部3内的槽9的连接。由于在正常运行期间中间区域8中的压力P2和在大气侧7的压力P3之间的压差非常小，因此穿过间隙11和槽9仅产生非常少的泄漏。在图2中由箭头A表示该泄漏。应该注意，为了更好地说明，槽9在图中被画得非常大。在正常运行期间，由于仅几帕斯卡的小压差，使得仅产生穿过安全密封部3的最少的泄漏(箭头A)。

在发生失效的情况下，当机械密封部2不再密封时，安全密封部3将自动起作用。在图3中示出该状态。由于机械密封部2没有密封，使得来自产品侧的产品压力P1在中间区域8中占优势。由于高压，使得在中间区域8中发生密封区域31的弹性变形。产品压力P1作用在密封区域31的外周31a上，使得密封区域31发生弹性变形，并且密封区域31压靠第二套筒42的外周42a。结果在第二套筒42的外周42a上实现了密封。因此，在第二套筒的外周42a上产生密封，其中力F作用在外周31a上。

为了避免在发生失效时安全密封部3的温度过度升高，一些产品介质还可以在发生失效时通过槽9流到大气侧7。这由图3中的泄漏(箭头B)表示。然而，这提供了对安全密封部3的冷却，使得安全密封部3能够密封至少直到轴40和连接到轴的其它转动部件停止。

因此，在机械密封部2失效的情况下，安全密封部3可以自动起作用。通过设置槽9，能够借助经由通过槽9到大气侧7的流实现对安全密封部3的一些冷却，尤其是在密封区域31的区域中的一些冷却，来防止安全密封部3的过快失效。虽然一方面这使得一些产品介质通过槽9逸出到大气侧7，但另一方面它能够防止对安全密封部3的热损坏和产品介质向大气侧的剧烈流出。

应该注意的是，在正常应用中，产品压力P1和大气侧7的压力P3之间的压差大约为200×10⁵Pa到300×10⁵Pa。即使在产品侧6和大气侧7之间存在这样的高压差，在机械密封部2损坏的情况下，简单且廉价构造的安全密封部3也能够提供密封。因此，可以省略用于机械密封组件的多余的第二机械密封部。除了节省成本之外，这还使得节省了轴向安装空间，因为安全密封部3在轴向X-X上仅构造为非常短。

图5示出了在正常运行期间的根据本发明的第二示例实施方式的机械密封组件1。第二示例实施方式基本上对应于第一示例实施方式，其中，与第一示例实施方式不同，第二示例实施方式中在密封面32处形成多个唇部34。在本示例实施方式中，设置了五个唇部34。唇部34以在周向上环绕的状态延伸，从而接触第二套筒42的外周42a。这意味着，与第一示例实施方式相反，在安全密封部3和第二套筒42之间不存在间隙。由于唇部34接触第二套筒42的外周42a，因此在正常运行期间存在一些摩擦并因此存在一定的动力损失。然而，由于唇部是柔性的，因此可以忽略这种动力损失。如在第一示例实施方式中那样，在发生失效的情况下，当机械密封部2损坏时，产品侧的压力P1相应地存在于密封区域31的外周31a上。这使得唇部34变形，使得密封区域31在第二套筒的外周42a处紧密贴合，从而将借助于安全密封部3能够在第二套筒42上实现密封。在第二套筒42中的槽9也可以用于在失效期间冷却安全密封部3的密封区域31。

图6示出了处于正常运行的根据本发明的第三示例实施方式的包括安全密封部3的机械密封组件1。第三示例实施方式基本上对应于第二示例实施方式，其中，与第二示例实施方式不同，第三示例实施方式中安全密封部3的密封区域31的外周设置为变细区域31b。由于变细区域31b，使得在发生失效时，当机械密封部2损坏时，施加到密封区域31的变细区域31b的外周的压力可以作用在变细区域31b上并且具有径向和轴向分量，使得确保密封区域31上的力在第二套筒42的外周42a上的优化分布。如在第二示例实施方式中那样，在第三示例实施方式中，唇部34也将在失效的情况下变形，从而允许密封区域31紧密地贴合到第二套筒42。

图7示出了在正常运行期间根据本发明的第四示例实施方式的机械密封组件。第四示例实施方式的机械密封部基本上对应于第二示例实施方式的机械密封部，其中，与第二示例实施方式不同地，第四示例实施方式的密封区域31包括无唇部的凸起37。无唇部的凸起37从近侧唇部34'沿轴向突出，该近侧唇部34'在轴向上最靠近密封区域31的自由端38。在轴向上，无唇部的突起37的长度L3约为密封区域31的第二长度L2的1/3。基体30在轴向X-X上的长度L1约等于密封区域31的第二长度L2。无唇部的突起37的设置在密封区域31的自由端38处产生了压力平衡区域。在无唇部的凸起37的三个侧面，压力能够施加到密封区域31。这导致密封区域31***。在发生失效的情况下，当机械密封部2损坏并且产品压力P1施加到安全密封部3时，安全密封部3的密封区域31因此更快地贴合到第二套筒42。在正常状态下，无唇部的凸起37支持唇部34与第二套筒42的外周42a之间的接触。

应注意，对于所说明的所有示例实施方式，槽9是可选的。这意味着如果转动部件4可以在短时间内停止，则槽9不是绝对必要的，因为安全密封部3的材料能够吸收产生的热，而不会破坏安全密封部3。

还应该注意的是，在轴向上可以仅在密封区域31上形成密封面32，或者可选地，可以在轴向上跨过安全密封部3的整个长度形成密封面32，即跨过基体和密封区域31形成密封面32。

附图标记说明

1 机械密封组件

2 机械密封部

3 安全密封部

4 转动部件

5 壳体

6 产品侧

7 大气侧

8 中间区域

9 槽

10 O形环

11 间隙

20 旋转滑环

21 固定滑环

22 密封间隙

30 基体

31 密封区域

31a 密封区域的外周

31b 密封区域的外周的变细区域

32 密封面

33 肩部

34 唇部

35 弧状的过渡部

37 无唇部的凸起

38 密封区域的自由端

40 轴

41 第一套筒

42 第二套筒

42a 第二套筒的外周

51 壳体部件

52 凹部

D1 密封区域的厚度

D2 基体的厚度

F 使密封区域变形的力

箭头A 在正常运行状态期间穿过安全密封部的泄漏

箭头B 在发生失效的情况下的泄漏

箭头L 在正常运行状态期间的泄漏

L0 安全密封部的轴向总长度

L1 基体的轴向长度

L2 密封区域的轴向长度

L3 无唇部的凸起的轴向长度

P1 产品压力

P2 中间区域的压力

P3 大气压力

X-X 轴向

Claims (15)

1.一种机械密封组件，其包括：

机械密封部(2)，其包括旋转滑环(20)和固定滑环(21)，在所述旋转滑环(20)和所述固定滑环(21)之间限定密封间隙(22)；以及

一体式的安全密封部(3)，其被设置为在所述机械密封部(2)发生失效时的冗余密封部，并被配置为在转动部件上实现密封，

所述安全密封部(3)包括基体(30)和从所述基体(30)沿轴向(X-X)突出并且具有柔性的密封区域(31)，并且

其中所述安全密封部(3)是固定的并且在内周上包括密封面(32)。

2.根据权利要求1所述的机械密封组件，其特征在于，所述密封区域(31)在径向上的厚度(D1)小于所述基体(30)在径向上的厚度(D2)。

3.根据权利要求1或2所述的机械密封组件，其特征在于，所述基体(30)和所述密封区域(31)由相同的材料一体地形成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封组件，其特征在于，在所述基体(30)和所述密封区域(31)之间在外周上形成弧状的过渡部(35)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封组件，其特征在于，所述密封区域(31)从所述基体(30)朝向所述机械密封部(2)沿轴向突出。

6.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封组件，其特征在于，在所述密封区域(31)的内周处的所述密封面(32)是圆柱形的。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的机械密封组件，其特征在于，所述密封面(32)包括多个径向向内突出的唇部(34)，其中，所述唇部(34)以周向环绕的方式设置。

8.根据权利要求7所述的机械密封组件，其特征在于，所述唇部(34)仅配置在所述密封区域(31)处。

9.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封组件，其特征在于，所述密封区域(31)的外周在轴向(X-X)上向所述密封区域的自由端(38)变细。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的机械密封组件，其特征在于，所述密封区域(31)从最靠近所述密封区域(31)的自由端(38)的第一唇部(34')开始包括无唇部的凸起(37)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封组件，其特征在于，所述机械密封组件还包括转动部件(4)，所述旋转滑环(20)连接到所述转动部件(4)，其中所述转动部件(4)中设置有凹部(9)，所述凹部(9)在径向上配置在所述安全密封部(3)之内。

12.根据权利要求11所述的机械密封组件，其特征在于，所述凹部(9)是沿轴向(X-X)延伸的槽。

13.根据权利要求11或12所述的机械密封组件，其特征在于，所述凹部(9)在轴向(X-X)上的长度大于所述安全密封部(3)的密封区域(31)的长度(L2)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封组件，其特征在于，所述机械密封组件包括仅一个机械密封部(2)。

15.一种机器，尤其是泵或压缩机或膨胀机，所述机器包括根据前述权利要求中任一项所述的机械密封组件。