端面型密封组件的制作方法

专利名称：端面型密封组件的制作方法技术领域：本发明一般与旋转的机械轴密封有关，特别是与端面型轴密封的改进有关。泵和包括有转动轴的类似设备都有各种型式的密封以防止沿着轴的泄漏。一种常规的密封型式称为端面密封，典型结构是包括一个固定在轴上以构成径向密封面的转动部件，和一个固定在泵壳上以构成径向密封面的静止部件，使所述两个密封面相对贴合密封接触。通常，密封面借助密封装置的一个弹簧成形部件的作用保持啮合。可以在3，447，810和4，342，358号的美国专利中找到这种密封型式的实例，这两个专利都属于本发明的受让人。在这两个专利中公开的密封结构很相似，两者都包括一个安装在泵腔内的不转动密封部件和一个装在旋转轴上的转动密封部件。转动密封部件包括套在轴上的螺旋弹簧，它的作用是把弹簧的负荷加到转动密封环，使其与静止密封件的不转动密封面紧密啮合。这两个密封环限定径向端面，在泵运转时两端面密封啮合。一般说来，包括不转动密封件的部件装在由泵壳构成的密封腔内。在这些应用中，接近密封部件很受限制。在现有的这些密封装置中，不转动的密封件安装在密封腔的最里面。为了恰当地安装和固定不转动密封部件将需要特殊的工具。各元件的校准一般是非常关键。转动密封件安装在泵轴上，并定位使其密封环的端面与不转动密封件的密封环相对啮合。因为接近受限制，所以存在于装置中的误差有可能直到泵投入运转时才能显示出来。对密封部件校准不当可能导致泄漏和过早的密封失效。现场替换失效的密封件非常困难，尤其在检修不当时会耗费很多时间。为了最大限度地延长密封寿命，在安装时必须保持互相匹配的密封环的径向密封面的清洁。在现场替换单个的密封元件时，很难保持端面的清洁度。密封面的污染会产生过早的密封失效。本发明提供一种新的和改进的密封套，用于转轴和静止壳体之间的介面密封，如离心泵那样。按照本发明，密封套组成一个具有相互连接的转动和不转动部件的完整组件。在安装密封套时拆开或分离转动件与不转动件之间的联接，以便在安装后转动件与轴相连，不转动件固定到壳体上。另外，在不转动件和转动件之间形成转动的密封介面。为了便于解释本发明，将结合在离心泵中的应用来阐述。但应理解本发明可以应用于要求对轴与壳体接触介面进行转动密封的任何场合。在优选实施方案中，密封套包括一支持部件，在安装前用它来支承不转动和转动密封件。按照本发明，用一易裂件将不转动密封件连接到支承部件上。在优选的图示实施方案中，支承部件包括一个用于接纳离心泵叶轮轴的套筒状部件。转动密封件包括一偏压弹簧转动密封环。在优选实施方案中，该密封环连到一波纹管上，它使密封环能相对轴作轴向移动。该波纹管被夹持在支承套筒上，并且还带有一个罩状部件，转动密封环位于罩状部件的圆周边上。弹簧卡在罩状部件和弹簧定心部件之间，由套筒支持，把偏压力加到转动密封环上并推动它与不转动密封件的不转动密封环紧贴连接。不转动的密封件包括一个卡在壳体上用来支承静止密封环的密封座。在优选的图示实施方案中，易裂的剪切环将支承套筒与密封环座互相连接。在安装时，剪切环沿着一个或几个薄弱线分离以便静止的密封件从套筒上脱开，使转动密封环能相对静止密封环转动。按照本发明，通过将组件装到轴上实现将密封装置装入机械，例如泵内，向前推进支承部件直到密封座到达它的安装位置。支承部件的进一步前移引起易裂连接分离，结果不转动密封件从支承部件上脱开，使转动密封件能相对不转动件转动。在优选实施方案中，将支承套筒在轴上推进直到它的一端面与轴上形成的轴肩啻罱游埂＝杷ㄔ淄脖账蚣谐种梦唬佣С刑淄埠妥芊饧ㄔ谥嵘稀 在公开的实施方案中，密封装置常用于密封离心泵的转轴。在这个实施方案中，将密封设置在由杯形密封板所构成的密封腔内。泵轴一端有螺纹用于螺纹连接叶轮。优选的安装方法是将密封装置放在叶轮轴的一端然后将叶轮螺纹连接到此轴端上。叶轮的内端面搭接到密封装置的一端，当叶轮螺纹连接到轴端时，将沿着泵轴向前推进支承套筒。支承套筒的尺寸是这样的，在完全安装后，它被夹持在叶轮的内端面与泵轴的轴肩之间，并与轴刚性连接。按照本实施方案，密封腔限定一个凹槽，用于接受不转动密封环座，安装时在套筒和轴肩啮合之前，将环座摩擦置入凹槽内，结果当把套筒推进到它的安装位置时(在此位置它与轴肩搭接)易裂的支承件断裂或分离。利用本发明，泵轴密封可容易地在现场更换。与先有技术不同，在安装过程，不转动和转动密封部件两者都保持适当的校准状态，因此而保持密封的整体性。阅读下面结合附图的详细描述，本发明的其它特征将显而易见，并能得到更充分的理解。图1是离心泵的局部剖面图，它表示按照本发明优选实施方案构造的密封套，处于安装过程开始时的状态。图2表示离心泵密封套的另一局部剖面图，处于安装过程完成时的状态;图3是构成密封套支承部件的端面图;图4是支承部件在图3中线4-4所示截面的剖面图;图5是密封套定心部件的侧视图;图6是定心部件在图5中线6-6所示截面的剖面图;图7是密封套的不转动密封环座的顶视图;图8是密封环座在图7中线8-8所示截面的剖面图;图9是密封套的易裂部件侧视图，和图10是易裂部件在图9中线10-10所示截面的剖面图。图1和2图示说明按照本发明的优选实施方案构造的密封套10的总体结构，表示在安装过程开始时的状态(图1)和安装完成后的状态(图2)，图3-10图示说明密封套包括的某些部件结构。首先参阅图1和2，它表示泵中所用的密封套10。特别，密封套10密封泵轴12和泵壳(示出一部分，通常用参考符号14标注)之间的介面以防止流体沿轴泄漏和进入壳体内腔。在公开的实施方案中，泵是离心式泵，包括用螺纹连接到泵轴12带有螺纹的一端12a上的叶轮16。叶轮16包括带螺纹的用于接受轴端12a的中心孔17。按常规，壳14构成一个杯形密封腔18，腔内包含一个机加工的槽18b，通常在槽内装设轴密封的不转动部件(通常用符号10a标明)。密封腔18的其它部位屏罩轴密封的一般用符号106标明的转动部件，并至少部分地防止各密封元件与叶轮室20所抽的物质接触。按照本发明，密封套10构成一个完整组件，将转动件10b和不转动件10a接合在一起，因此在安装过程中同时安装两个密封件。正如上述，按已有的安装密封的方法，首先将不转动的密封件压入槽18b内，装好后再将转动密封件装到泵轴12上，直到匹配的密封环(如图1所示密封环22a、22b)搭接啮合。但是采用图示结构，包括转动和不转动部件10a，10b的整体密封可同时安装。在安装的整个过程中始终保持各部件的校准。再参看图3、4，密封套10包括套在轴12上或让泵轴12穿过的管式支承部件30。支承部件30包括“O”形密封圈32(仅示于图1、2中)以防止流体在支承部件与泵轴之间泄漏。支承部件30的左端30a(如图1所示)装一个也可作为偏压弹簧36的弹簧座的定心垫圈34。在支持部件30的右端30b(如图1所示)附近装有一个易裂安装环38，它至少在部分安装过程中刚性地支承不转动密封环座40，该座是密封套10的不转动部件10a的一部分。当支承部件沿泵轴12向前即在图1中向右移动时，易裂环38使密封环座40随支承部件30移动。不转动的密封环座40包括“O”形密封圈42，该密封圈42与槽18a密封啮合以防止流体从它与壳体14之间泄漏。密封环座40上装有不能相对转动的密封环22b，还装设一个“O”形密封圈44以防止流体在座40和密封环22b之间泄漏。按常规，密封套10的转动部件10b包括波纹管件46(如图1示)，它的左端被驱动带47夹持在支持部件30上。尤其是，驱动带47将波纹管件46与支持部件30摩擦啮合。在安装时如用力足够大，摩擦啮合将使波纹管能沿着支承件轴向滑动。当轴12旋转时，在泵操作过程中，波纹管件46紧夹住支承部件用足够的摩擦力将力矩传递给密封环22a。力矩的传递过程如下。波纹管46的右端与转动密封环22a相连，并允许密封环22a轴向移近和离开静止密封环22b。常规的罩状部件48包含一个外翻的径向凸缘48a以支承密封环22a，并能将环可转动地联合到波纹管也即是支承部件30上，同时仍允许密封环22a相对支承部件30的轴向移动。在罩48上可以设有啮合凹槽(未示出)的齿条或凸缘以便提供元件之间必要的驱动联合。驱动带47包括很多轴向伸出的与罩48上形成的有关槽口(未示出)相配合的突舌。槽口与突舌47a之间的啮合提供罩48与驱动带47(因此也与波纹管46)之间的可滑动联结，将密封环22a(通过罩48，驱动带47和波纹管46的左端)可转动地联接到支承部件30上。偏压弹簧36在定心垫圈34和罩的凸缘48a之间作用，将偏压力加到密封环22a上，促使其径向端面50与密封环22b的径向端面52相对密封接触。如上述，在安装过程开始时，密封套10的转动与不转动部件10b、10a是相互连结的以便两个部件能同时安装。特别，静密封环座40通过易裂的环形元件38与支承部件30联结。为了便于解释，将元件38称为“剪切环”。如图3和4所示，在带有剪切环38的支承部件30(如图1所示)的右端附近具有环形槽60。再参看图9和10，剪切环38包括一个可装入槽60内的环形带状的部件62和沿带状部件62的圆周均匀分布的三个突舌形元件64。在优选的实施方案中，突舌64的径向中心线基本上互成120°角。如图10所示，每个突舌64上都有由切口66形成的薄弱区，该区常用参考符号68表示。带状部件62也有一个裂口70，该裂口70能使带状部件62张开以把剪切环38安装到支承部件30上(装入环形槽60)。在优选的实施方案中，剪切环38用略具弹性的物质制作，最好用塑性材料如尼龙制作。再参看图7和8，不转动密封环座40包括用于接纳剪切环38的支承突舌64的内环形槽72。如图7所示，在座40上形成三个槽74，为把剪切环38装入座40，剪切环38的突舌64插入该槽74中。插入后转动剪切环38使突舌卡在槽72的后壁76a和内壁76b之间，从而将剪切环38与座40联锁。为定心垫圈34提供了类似的啮合方式。如图5、6所示，定心垫圈34包括限制偏压弹簧36末端的圆周轴向凸缘34a，和四个朝内的凸缘78。在优选的实施方案中突缘78具有L形断面。现在参看图3和4，支承部件30最好呈管状或套筒状结构。部件30形成一个穿孔80和一个邻近其左端30a附近的外部环形槽82，槽82的外壁82a上有四个切掉部分或圆形切口84，切口84使L形凸缘78运动与环形槽82啮合。(在将凸缘78经过切口84插入槽82以后)转动定心垫圈34直到凸缘定位在槽82的壁86后，定心垫圈34就被锁定在支承部件30的一端。优选的安装方法，特别参看图1和2，将密封套组件10(包括交叉连接的转动和不转动部件10a，10b)装于泵轴12上。使支承部件30的孔80的尺寸能接纳泵轴，最好相当精密地配合。先将泵的叶轮16用螺纹连接到泵轴12的一端12a上，再用叶轮把密封套10压到安装位置。当泵叶轮在泵轴12上螺纹旋进时，其径向面16a与支承部件30左端30a的径向端面88啮合。叶轮在轴12上旋转并把支承部件30推向右边(如图1)，即推向其安装位置(如图2)。剪切环38支承不转动密划环座并保持该密封环座与密封腔槽18b校准位置。在优选的安装方法中，支承部件30慢慢沿着轴12轴向推进，并带着或推着密封环座40进入到槽18b中。在密封环座40进到槽18b底之后，即一旦座的径向端面40a邻接槽18b的径向端面90，支承部件30的继续前进(在泵轴12上继续旋进叶轮)使得剪切环38的突舌64与圆形带状部62分离缤 所示。突舌64在切口66所形成的薄弱区68处断裂(如图10所示)。支承部件沿泵轴12轴向前进直到右端(如图2)邻接泵轴上的轴肩92。在最后的前进中，应对支承部件施加足够的力以克服它本身和波纹管左端的摩擦啮合。实际上当支承部件进入它的最终安装位置之前(剪切环38分离之后)，波纹管46在支承部件30上轴向滑动。在优选的实施方案中，剪切环38的结构使它分离在波纹管46和支承部件的摩擦啮合松开之前。安装后支承部件30和波纹管46之间的摩擦啮合形成很强的扭转连结，以把扭矩从轴12传到密封环22a。支承部件30被夹在叶轮16的径向面16a和泵轴12的轴肩92之间，从而被锁定在泵轴12上。在优选实施方案中，支承部件前进足够的距离从而将剪切环38的带状件62放置在轴上向内的位置，离开密封环座40，使得在泵轴12转动时支承部件30所带的部分剪切环不会影响或接触密封环座40。安装后，密封的转动和不转动部件10a，10b是可相对转动的。由转动和不转动环22a，22b分别构成径向密封面50，52，通过它们紧贴接触建立流体密封。根据公开的发明，在现场能很容易地更换泵和其他机构中的旋转轴密封，即使是在密封区的空间和条件都非常有限的情况下也是一样。根据公开的发明，密封安装是一步过程，并不需要在把转动的密封件安装到轴上之后，分别把固定的、不转动的密封环座安装到壳体上。虽然本发明的阐述带有一定的特殊性，可以理解，熟悉本领域的技术人员能够在不背离本发明及附后的权利要求中本发明的宗旨和精神的情况下进行各种改变。权利要求1.一种用于在转轴和壳体之间提供流体密封的密封套由下列部件组成(1)一个用于安置可转动轴的管形支承部件；(2)所述支承部件支承着转动和不转动的密封件，该转动件可配合到可转动轴上，该不转动件可配合到壳体上；(3)一个易裂的支承装置，用于在安装过程中把不转动的密封件支承在相对所述转动件来说预先确定的位置上；和(4)所述易裂的支承装置用于在所述支承部件在该可转动轴上前进而尚未达到安装位置时，释放所述不转动的密封件。2.如权利要求1的密封套，其特征是所述易裂的装置包括一个具有许多径向伸出突舌的环，每一个突舌具有薄弱区。3.如权利要求1的密封套，其特征是下述不转动和转动的密封件每个都装有径向表面可相对啮合的密封环。4.一种用于安装转轴密封以提供泵的可转轴和壳体之间流体密封的方法，包括下列步骤(1)用一个易裂的连接装置把不转动的密封件装入支承部件;(2)把该密封的转动件刚性安装到该支承部件上;(3)把该支承部件放到有螺纹端的泵轴上;(4)把泵的叶轮螺纹连接到该轴的螺纹端，在该轴上顺螺纹旋转叶轮直到叶轮的一面紧靠该支承部件的一端，由此进一步在该轴上旋转叶轮以使轴向推进该轴上的支承部件;(5)在该轴上螺纹旋转叶轮，直到由易裂的连接装置卡住的不转动的密封件放入到接受它的壳体结构中;和(6)连续旋转叶轮从而在轴上连续推进支承部件，借此使易裂的连接装置至少在薄弱区分离，因此支承部件松开不转动的密封件，使得不转动的密封件和支承部件能够相对转动。5.如权利要求4的方法，进一步包括这一步骤，在该轴上旋转叶轮直到支持部件刚性夹持在该泵轴上，由此阻止所述轴和所述支承部分之间的相对运动。6.用于在可转动轴和壳体之间提供流体密封的密封套包括(1)一个装有包括可转动密封环的可转动密封件的支承部件;和(2)在安装之前由易裂元件把一个不转动密封件安置在所述支承部件上;(3)当该支承部件到达所述轴的安装位置时，所述易裂元件至少沿一条薄弱线分离。7.如权利要求6的密封套，其特征是下述支承部件为套筒状，并具有用于接受所述轴的孔。8.如权利要求7的装置，其特征是所述易裂元件包括一个带有环形带状部和许多径向伸出的突舌的剪切环，每个所述突舌都有作为薄弱区的切口，所述突舌用来把不转动的密封件暂时夹持在该支承部件上，至少在部分安装过程中是这样。9.如权利要求7的装置，其特征是所述支承部件有能够把可转动密封件的定心装置连锁在该支承部件的结构。10.如权利要求9的装置，其特征是所述结构包括位于所述支承部件的一端附近槽，槽壁上有许多切口，由定心装置确定的连锁机构可以夹入到该槽中与槽啮合，从而定心装置的轻微转动把定心装置夹持到该支承部件上。11.如权利要求8的装置，其特征是所述密封的不转动件包括不可转动的密封环座，所述环座上带有内槽，而且内槽的壁上有很多切口，通过所述槽，剪切环的突舌可以夹入其内，至少与槽的一部分啮合。12.用于在转轴和壳体之间提供流体密封的密封套，包括(1)一个支承部件，安装有包括可转动密封环的可转动密封件，和装有不转动密封环的不转动密封件;(2)各密封环有可互相啮合的密封表面，也就是所述轴和所述壳体之间的密封接触面;(3)在安装之前，可转动和不转动的密封件中的一个由易裂元件夹持在支承部件上;(4)当支承部件到达所述轴上的安装位置从而松开它夹持的一个密封件时，所述易裂元件至少在一条薄弱线上分离。13.如权利要求12的密封套，其特求是所述的一个密封件包括所述不转动密封件。14.如权利要求12的密封套，其特征是所述可转动密封件包括(1)偏压装置，用于推动可转动密封环向前与不转动密封环密封接触;(2)把可转动密封环连接到支持部件的波纹管装置，该装置在允许可转动密封环作轴向移动的同时，禁止所述轴和所述可转动密封环之间相对转动;和(3)一个定心元件与所述支承部件连锁以保证可转动密封件预先确定校准。15.如权利要求14的密封套，其特征是所述支承部件由套筒形元件构成，并由锁紧元件夹持在所述轴上。16.如权利要求15的密封套，其特征是所述转轴包括一个泵轴，而所述锁紧元件包括泵叶轮。17.如权利要求16的密封套，其特征是所述支承部件被夹紧在泵的叶轮和泵轴上形成的搭接表面之间。18.如权利要求17的密封套，其特征是所述搭接表面包括所述轴上构成的轴肩。19.如权利要求14的密封套，其特征是所述波纹管装置与支承部件摩擦啮合。20.如权利要求19的密封套，其特征是所述易裂元件是这样的构造，使得引起易裂元件分离所需的力小于克服波纹管装置和支承部件之间摩擦啮合所必需的力。全文摘要在转轴和壳体之间提供流体密封的密封套(如离心泵中的)。密封套包括转动和不转动的密封件，它们在安装前保持校准的同心位置，并由管形或套筒状的支承部件运载，从而使装置构成完整的组件。不转动的密封件包括密封环座，它由易裂元件连接到支承套筒上。在安装过程中，密封环座到达它的安装位置之后，易裂元件断裂，把不转动的密封件从支承部件松开，从而使得密封的转动件可相对不转动件相对转动。支承套筒可以被常规的泵叶轮刚性夹紧在轴上。文档编号F04D29/12GK1034795SQ8810793公开日1989年8月16日 申请日期1988年11月18日 优先权日1988年2月1日发明者代尔·E·沃尔福德 申请人:戈尔曼-鲁曼公司