專利名稱：端面型密封組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般與旋轉的機械軸密封有關，特別是與端面型軸密封的改進有關。
泵和包括有轉動軸的類似設備都有各種型式的密封以防止沿著軸的泄漏。一種常規(guī)的密封型式稱為端面密封，典型結構是包括一個固定在軸上以構成徑向密封面的轉動部件，和一個固定在泵殼上以構成徑向密封面的靜止部件，使所述兩個密封面相對貼合密封接觸。通常，密封面借助密封裝置的一個彈簧成形部件的作用保持嚙合。
可以在3，447，810和4，342，358號的美國專利中找到這種密封型式的實例，這兩個專利都屬于本發(fā)明的受讓人。
在這兩個專利中公開的密封結構很相似，兩者都包括一個安裝在泵腔內的不轉動密封部件和一個裝在旋轉軸上的轉動密封部件。轉動密封部件包括套在軸上的螺旋彈簧，它的作用是把彈簧的負荷加到轉動密封環(huán)，使其與靜止密封件的不轉動密封面緊密嚙合。這兩個密封環(huán)限定徑向端面，在泵運轉時兩端面密封嚙合。
一般說來，包括不轉動密封件的部件裝在由泵殼構成的密封腔內。在這些應用中，接近密封部件很受限制。在現(xiàn)有的這些密封裝置中，不轉動的密封件安裝在密封腔的最里面。為了恰當地安裝和固定不轉動密封部件將需要特殊的工具。各元件的校準一般是非常關鍵。
轉動密封件安裝在泵軸上，并定位使其密封環(huán)的端面與不轉動密封件的密封環(huán)相對嚙合。因為接近受限制，所以存在于裝置中的誤差有可能直到泵投入運轉時才能顯示出來。對密封部件校準不當可能導致泄漏和過早的密封失效?，F(xiàn)場替換失效的密封件非常困難，尤其在檢修不當時會耗費很多時間。
為了最大限度地延長密封壽命，在安裝時必須保持互相匹配的密封環(huán)的徑向密封面的清潔。在現(xiàn)場替換單個的密封元件時，很難保持端面的清潔度。密封面的污染會產生過早的密封失效。
本發(fā)明提供一種新的和改進的密封套，用于轉軸和靜止殼體之間的介面密封，如離心泵那樣。按照本發(fā)明，密封套組成一個具有相互連接的轉動和不轉動部件的完整組件。在安裝密封套時拆開或分離轉動件與不轉動件之間的聯(lián)接，以便在安裝后轉動件與軸相連，不轉動件固定到殼體上。另外，在不轉動件和轉動件之間形成轉動的密封介面。
為了便于解釋本發(fā)明，將結合在離心泵中的應用來闡述。但應理解本發(fā)明可以應用于要求對軸與殼體接觸介面進行轉動密封的任何場合。
在優(yōu)選實施方案中，密封套包括一支持部件，在安裝前用它來支承不轉動和轉動密封件。按照本發(fā)明，用一易裂件將不轉動密封件連接到支承部件上。
在優(yōu)選的圖示實施方案中，支承部件包括一個用于接納離心泵葉輪軸的套筒狀部件。轉動密封件包括一偏壓彈簧轉動密封環(huán)。在優(yōu)選實施方案中，該密封環(huán)連到一波紋管上，它使密封環(huán)能相對軸作軸向移動。該波紋管被夾持在支承套筒上，并且還帶有一個罩狀部件，轉動密封環(huán)位于罩狀部件的圓周邊上。彈簧卡在罩狀部件和彈簧定心部件之間，由套筒支持，把偏壓力加到轉動密封環(huán)上并推動它與不轉動密封件的不轉動密封環(huán)緊貼連接。
不轉動的密封件包括一個卡在殼體上用來支承靜止密封環(huán)的密封座。在優(yōu)選的圖示實施方案中，易裂的剪切環(huán)將支承套筒與密封環(huán)座互相連接。在安裝時，剪切環(huán)沿著一個或幾個薄弱線分離以便靜止的密封件從套筒上脫開，使轉動密封環(huán)能相對靜止密封環(huán)轉動。
按照本發(fā)明，通過將組件裝到軸上實現(xiàn)將密封裝置裝入機械，例如泵內，向前推進支承部件直到密封座到達它的安裝位置。支承部件的進一步前移引起易裂連接分離，結果不轉動密封件從支承部件上脫開，使轉動密封件能相對不轉動件轉動。
在優(yōu)選實施方案中，將支承套筒在軸上推進直到它的一端面與軸上形成的軸肩啻罱游?。借锁定元件将套筒辟~蚣諧種夢唬傭С刑淄埠妥芊餳ㄔ謚嶸稀 在公開的實施方案中，密封裝置常用于密封離心泵的轉軸。在這個實施方案中，將密封設置在由杯形密封板所構成的密封腔內。泵軸一端有螺紋用于螺紋連接葉輪。優(yōu)選的安裝方法是將密封裝置放在葉輪軸的一端然后將葉輪螺紋連接到此軸端上。葉輪的內端面搭接到密封裝置的一端，當葉輪螺紋連接到軸端時，將沿著泵軸向前推進支承套筒。支承套筒的尺寸是這樣的，在完全安裝后，它被夾持在葉輪的內端面與泵軸的軸肩之間，并與軸剛性連接。
按照本實施方案，密封腔限定一個凹槽，用于接受不轉動密封環(huán)座，安裝時在套筒和軸肩嚙合之前，將環(huán)座摩擦置入凹槽內，結果當把套筒推進到它的安裝位置時(在此位置它與軸肩搭接)易裂的支承件斷裂或分離。
利用本發(fā)明，泵軸密封可容易地在現(xiàn)場更換。與先有技術不同，在安裝過程，不轉動和轉動密封部件兩者都保持適當的校準狀態(tài)，因此而保持密封的整體性。
閱讀下面結合附圖的詳細描述，本發(fā)明的其它特征將顯而易見，并能得到更充分的理解。


圖1是離心泵的局部剖面圖，它表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施方案構造的密封套，處于安裝過程開始時的狀態(tài)。
圖2表示離心泵密封套的另一局部剖面圖，處于安裝過程完成時的狀態(tài);
圖3是構成密封套支承部件的端面圖;
圖4是支承部件在圖3中線4-4所示截面的剖面圖;
圖5是密封套定心部件的側視圖;
圖6是定心部件在圖5中線6-6所示截面的剖面圖;
圖7是密封套的不轉動密封環(huán)座的頂視圖;
圖8是密封環(huán)座在圖7中線8-8所示截面的剖面圖;
圖9是密封套的易裂部件側視圖，和圖10是易裂部件在圖9中線10-10所示截面的剖面圖。
圖1和2圖示說明按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案構造的密封套10的總體結構，表示在安裝過程開始時的狀態(tài)(圖1)和安裝完成后的狀態(tài)(圖2)，圖3-10圖示說明密封套包括的某些部件結構。
首先參閱圖1和2，它表示泵中所用的密封套10。特別，密封套10密封泵軸12和泵殼(示出一部分，通常用參考符號14標注)之間的介面以防止流體沿軸泄漏和進入殼體內腔。在公開的實施方案中，泵是離心式泵，包括用螺紋連接到泵軸12帶有螺紋的一端12a上的葉輪16。葉輪16包括帶螺紋的用于接受軸端12a的中心孔17。
按常規(guī)，殼14構成一個杯形密封腔18，腔內包含一個機加工的槽18b，通常在槽內裝設軸密封的不轉動部件(通常用符號10a標明)。密封腔18的其它部位屏罩軸密封的一般用符號106標明的轉動部件，并至少部分地防止各密封元件與葉輪室20所抽的物質接觸。
按照本發(fā)明，密封套10構成一個完整組件，將轉動件10b和不轉動件10a接合在一起，因此在安裝過程中同時安裝兩個密封件。正如上述，按已有的安裝密封的方法，首先將不轉動的密封件壓入槽18b內，裝好后再將轉動密封件裝到泵軸12上，直到匹配的密封環(huán)(如圖1所示密封環(huán)22a、22b)搭接嚙合。
但是采用圖示結構，包括轉動和不轉動部件10a，10b的整體密封可同時安裝。在安裝的整個過程中始終保持各部件的校準。
再參看圖3、4，密封套10包括套在軸12上或讓泵軸12穿過的管式支承部件30。支承部件30包括“O”形密封圈32(僅示于圖1、2中)以防止流體在支承部件與泵軸之間泄漏。支承部件30的左端30a(如圖1所示)裝一個也可作為偏壓彈簧36的彈簧座的定心墊圈34。在支持部件30的右端30b(如圖1所示)附近裝有一個易裂安裝環(huán)38，它至少在部分安裝過程中剛性地支承不轉動密封環(huán)座40，該座是密封套10的不轉動部件10a的一部分。當支承部件沿泵軸12向前即在圖1中向右移動時，易裂環(huán)38使密封環(huán)座40隨支承部件30移動。
不轉動的密封環(huán)座40包括“O”形密封圈42，該密封圈42與槽18a密封嚙合以防止流體從它與殼體14之間泄漏。密封環(huán)座40上裝有不能相對轉動的密封環(huán)22b，還裝設一個“O”形密封圈44以防止流體在座40和密封環(huán)22b之間泄漏。
按常規(guī)，密封套10的轉動部件10b包括波紋管件46(如圖1示)，它的左端被驅動帶47夾持在支持部件30上。尤其是，驅動帶47將波紋管件46與支持部件30摩擦嚙合。在安裝時如用力足夠大，摩擦嚙合將使波紋管能沿著支承件軸向滑動。當軸12旋轉時，在泵操作過程中，波紋管件46緊夾住支承部件用足夠的摩擦力將力矩傳遞給密封環(huán)22a。
力矩的傳遞過程如下。波紋管46的右端與轉動密封環(huán)22a相連，并允許密封環(huán)22a軸向移近和離開靜止密封環(huán)22b。常規(guī)的罩狀部件48包含一個外翻的徑向凸緣48a以支承密封環(huán)22a，并能將環(huán)可轉動地聯(lián)合到波紋管也即是支承部件30上，同時仍允許密封環(huán)22a相對支承部件30的軸向移動。在罩48上可以設有嚙合凹槽(未示出)的齒條或凸緣以便提供元件之間必要的驅動聯(lián)合。驅動帶47包括很多軸向伸出的與罩48上形成的有關槽口(未示出)相配合的突舌。槽口與突舌47a之間的嚙合提供罩48與驅動帶47(因此也與波紋管46)之間的可滑動聯(lián)結，將密封環(huán)22a(通過罩48，驅動帶47和波紋管46的左端)可轉動地聯(lián)接到支承部件30上。偏壓彈簧36在定心墊圈34和罩的凸緣48a之間作用，將偏壓力加到密封環(huán)22a上，促使其徑向端面50與密封環(huán)22b的徑向端面52相對密封接觸。
如上述，在安裝過程開始時，密封套10的轉動與不轉動部件10b、10a是相互連結的以便兩個部件能同時安裝。特別，靜密封環(huán)座40通過易裂的環(huán)形元件38與支承部件30聯(lián)結。為了便于解釋，將元件38稱為“剪切環(huán)”。如圖3和4所示，在帶有剪切環(huán)38的支承部件30(如圖1所示)的右端附近具有環(huán)形槽60。
再參看圖9和10，剪切環(huán)38包括一個可裝入槽60內的環(huán)形帶狀的部件62和沿帶狀部件62的圓周均勻分布的三個突舌形元件64。在優(yōu)選的實施方案中，突舌64的徑向中心線基本上互成120°角。如圖10所示，每個突舌64上都有由切口66形成的薄弱區(qū)，該區(qū)常用參考符號68表示。帶狀部件62也有一個裂口70，該裂口70能使帶狀部件62張開以把剪切環(huán)38安裝到支承部件30上(裝入環(huán)形槽60)。在優(yōu)選的實施方案中，剪切環(huán)38用略具彈性的物質制作，最好用塑性材料如尼龍制作。
再參看圖7和8，不轉動密封環(huán)座40包括用于接納剪切環(huán)38的支承突舌64的內環(huán)形槽72。如圖7所示，在座40上形成三個槽74，為把剪切環(huán)38裝入座40，剪切環(huán)38的突舌64插入該槽74中。插入后轉動剪切環(huán)38使突舌卡在槽72的后壁76a和內壁76b之間，從而將剪切環(huán)38與座40聯(lián)鎖。
為定心墊圈34提供了類似的嚙合方式。如圖5、6所示，定心墊圈34包括限制偏壓彈簧36末端的圓周軸向凸緣34a，和四個朝內的凸緣78。在優(yōu)選的實施方案中突緣78具有L形斷面。
現(xiàn)在參看圖3和4，支承部件30最好呈管狀或套筒狀結構。部件30形成一個穿孔80和一個鄰近其左端30a附近的外部環(huán)形槽82，槽82的外壁82a上有四個切掉部分或圓形切口84，切口84使L形凸緣78運動與環(huán)形槽82嚙合。(在將凸緣78經過切口84插入槽82以后)轉動定心墊圈34直到凸緣定位在槽82的壁86后，定心墊圈34就被鎖定在支承部件30的一端。
優(yōu)選的安裝方法，特別參看圖1和2，將密封套組件10(包括交叉連接的轉動和不轉動部件10a，10b)裝于泵軸12上。使支承部件30的孔80的尺寸能接納泵軸，最好相當精密地配合。先將泵的葉輪16用螺紋連接到泵軸12的一端12a上，再用葉輪把密封套10壓到安裝位置。當泵葉輪在泵軸12上螺紋旋進時，其徑向面16a與支承部件30左端30a的徑向端面88嚙合。葉輪在軸12上旋轉并把支承部件30推向右邊(如圖1)，即推向其安裝位置(如圖2)。剪切環(huán)38支承不轉動密劃環(huán)座并保持該密封環(huán)座與密封腔槽18b校準位置。在優(yōu)選的安裝方法中，支承部件30慢慢沿著軸12軸向推進，并帶著或推著密封環(huán)座40進入到槽18b中。
在密封環(huán)座40進到槽18b底之后，即一旦座的徑向端面40a鄰接槽18b的徑向端面90，支承部件30的繼續(xù)前進(在泵軸12上繼續(xù)旋進葉輪)使得剪切環(huán)38的突舌64與圓形帶狀部62分離繽 所示。突舌64在切口66所形成的薄弱區(qū)68處斷裂(如圖10所示)。支承部件沿泵軸12軸向前進直到右端(如圖2)鄰接泵軸上的軸肩92。在最后的前進中，應對支承部件施加足夠的力以克服它本身和波紋管左端的摩擦嚙合。實際上當支承部件進入它的最終安裝位置之前(剪切環(huán)38分離之后)，波紋管46在支承部件30上軸向滑動。在優(yōu)選的實施方案中，剪切環(huán)38的結構使它分離在波紋管46和支承部件的摩擦嚙合松開之前。安裝后支承部件30和波紋管46之間的摩擦嚙合形成很強的扭轉連結，以把扭矩從軸12傳到密封環(huán)22a。
支承部件30被夾在葉輪16的徑向面16a和泵軸12的軸肩92之間，從而被鎖定在泵軸12上。在優(yōu)選實施方案中，支承部件前進足夠的距離從而將剪切環(huán)38的帶狀件62放置在軸上向內的位置，離開密封環(huán)座40，使得在泵軸12轉動時支承部件30所帶的部分剪切環(huán)不會影響或接觸密封環(huán)座40。
安裝后，密封的轉動和不轉動部件10a，10b是可相對轉動的。由轉動和不轉動環(huán)22a，22b分別構成徑向密封面50，52，通過它們緊貼接觸建立流體密封。根據公開的發(fā)明，在現(xiàn)場能很容易地更換泵和其他機構中的旋轉軸密封，即使是在密封區(qū)的空間和條件都非常有限的情況下也是一樣。根據公開的發(fā)明，密封安裝是一步過程，并不需要在把轉動的密封件安裝到軸上之后，分別把固定的、不轉動的密封環(huán)座安裝到殼體上。
雖然本發(fā)明的闡述帶有一定的特殊性，可以理解，熟悉本領域的技術人員能夠在不背離本發(fā)明及附后的權利要求中本發(fā)明的宗旨和精神的情況下進行各種改變。
權利要求
1.一種用于在轉軸和殼體之間提供流體密封的密封套由下列部件組成(1)一個用于安置可轉動軸的管形支承部件；(2)所述支承部件支承著轉動和不轉動的密封件，該轉動件可配合到可轉動軸上，該不轉動件可配合到殼體上；(3)一個易裂的支承裝置，用于在安裝過程中把不轉動的密封件支承在相對所述轉動件來說預先確定的位置上；和(4)所述易裂的支承裝置用于在所述支承部件在該可轉動軸上前進而尚未達到安裝位置時，釋放所述不轉動的密封件。
2.如權利要求1的密封套，其特征是所述易裂的裝置包括一個具有許多徑向伸出突舌的環(huán)，每一個突舌具有薄弱區(qū)。
3.如權利要求1的密封套，其特征是下述不轉動和轉動的密封件每個都裝有徑向表面可相對嚙合的密封環(huán)。
4.一種用于安裝轉軸密封以提供泵的可轉軸和殼體之間流體密封的方法，包括下列步驟(1)用一個易裂的連接裝置把不轉動的密封件裝入支承部件;(2)把該密封的轉動件剛性安裝到該支承部件上;(3)把該支承部件放到有螺紋端的泵軸上;(4)把泵的葉輪螺紋連接到該軸的螺紋端，在該軸上順螺紋旋轉葉輪直到葉輪的一面緊靠該支承部件的一端，由此進一步在該軸上旋轉葉輪以使軸向推進該軸上的支承部件;(5)在該軸上螺紋旋轉葉輪，直到由易裂的連接裝置卡住的不轉動的密封件放入到接受它的殼體結構中;和(6)連續(xù)旋轉葉輪從而在軸上連續(xù)推進支承部件，借此使易裂的連接裝置至少在薄弱區(qū)分離，因此支承部件松開不轉動的密封件，使得不轉動的密封件和支承部件能夠相對轉動。
5.如權利要求4的方法，進一步包括這一步驟，在該軸上旋轉葉輪直到支持部件剛性夾持在該泵軸上，由此阻止所述軸和所述支承部分之間的相對運動。
6.用于在可轉動軸和殼體之間提供流體密封的密封套包括(1)一個裝有包括可轉動密封環(huán)的可轉動密封件的支承部件;和(2)在安裝之前由易裂元件把一個不轉動密封件安置在所述支承部件上;(3)當該支承部件到達所述軸的安裝位置時，所述易裂元件至少沿一條薄弱線分離。
7.如權利要求6的密封套，其特征是下述支承部件為套筒狀，并具有用于接受所述軸的孔。
8.如權利要求7的裝置，其特征是所述易裂元件包括一個帶有環(huán)形帶狀部和許多徑向伸出的突舌的剪切環(huán)，每個所述突舌都有作為薄弱區(qū)的切口，所述突舌用來把不轉動的密封件暫時夾持在該支承部件上，至少在部分安裝過程中是這樣。
9.如權利要求7的裝置，其特征是所述支承部件有能夠把可轉動密封件的定心裝置連鎖在該支承部件的結構。
10.如權利要求9的裝置，其特征是所述結構包括位于所述支承部件的一端附近槽，槽壁上有許多切口，由定心裝置確定的連鎖機構可以夾入到該槽中與槽嚙合，從而定心裝置的輕微轉動把定心裝置夾持到該支承部件上。
11.如權利要求8的裝置，其特征是所述密封的不轉動件包括不可轉動的密封環(huán)座，所述環(huán)座上帶有內槽，而且內槽的壁上有很多切口，通過所述槽，剪切環(huán)的突舌可以夾入其內，至少與槽的一部分嚙合。
12.用于在轉軸和殼體之間提供流體密封的密封套，包括(1)一個支承部件，安裝有包括可轉動密封環(huán)的可轉動密封件，和裝有不轉動密封環(huán)的不轉動密封件;(2)各密封環(huán)有可互相嚙合的密封表面，也就是所述軸和所述殼體之間的密封接觸面;(3)在安裝之前，可轉動和不轉動的密封件中的一個由易裂元件夾持在支承部件上;(4)當支承部件到達所述軸上的安裝位置從而松開它夾持的一個密封件時，所述易裂元件至少在一條薄弱線上分離。
13.如權利要求12的密封套，其特求是所述的一個密封件包括所述不轉動密封件。
14.如權利要求12的密封套，其特征是所述可轉動密封件包括(1)偏壓裝置，用于推動可轉動密封環(huán)向前與不轉動密封環(huán)密封接觸;(2)把可轉動密封環(huán)連接到支持部件的波紋管裝置，該裝置在允許可轉動密封環(huán)作軸向移動的同時，禁止所述軸和所述可轉動密封環(huán)之間相對轉動;和(3)一個定心元件與所述支承部件連鎖以保證可轉動密封件預先確定校準。
15.如權利要求14的密封套，其特征是所述支承部件由套筒形元件構成，并由鎖緊元件夾持在所述軸上。
16.如權利要求15的密封套，其特征是所述轉軸包括一個泵軸，而所述鎖緊元件包括泵葉輪。
17.如權利要求16的密封套，其特征是所述支承部件被夾緊在泵的葉輪和泵軸上形成的搭接表面之間。
18.如權利要求17的密封套，其特征是所述搭接表面包括所述軸上構成的軸肩。
19.如權利要求14的密封套，其特征是所述波紋管裝置與支承部件摩擦嚙合。
20.如權利要求19的密封套，其特征是所述易裂元件是這樣的構造，使得引起易裂元件分離所需的力小于克服波紋管裝置和支承部件之間摩擦嚙合所必需的力。
全文摘要
在轉軸和殼體之間提供流體密封的密封套(如離心泵中的)。密封套包括轉動和不轉動的密封件，它們在安裝前保持校準的同心位置，并由管形或套筒狀的支承部件運載，從而使裝置構成完整的組件。不轉動的密封件包括密封環(huán)座，它由易裂元件連接到支承套筒上。在安裝過程中，密封環(huán)座到達它的安裝位置之后，易裂元件斷裂，把不轉動的密封件從支承部件松開，從而使得密封的轉動件可相對不轉動件相對轉動。支承套筒可以被常規(guī)的泵葉輪剛性夾緊在軸上。
文檔編號F04D29/12GK1034795SQ8810793
公開日1989年8月16日 申請日期1988年11月18日 優(yōu)先權日1988年2月1日
發(fā)明者代爾·E·沃爾福德 申請人:戈爾曼-魯曼公司