本發(fā)明涉及機械密封技術領域，尤其是涉及一種機械密封結構以及循環(huán)泵。

背景技術：

機械密封是指由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。彈力加載機構與輔助密封是金屬性紋管的機械密封，我們稱為金屬波紋管密封。在輕型密封中，還有使用橡膠波紋管作輔助密封的，橡膠波紋管彈力有限，一般需要輔以彈簧來滿足加載彈力?！皺C械密封”通常被人們簡稱為“機封”。

現(xiàn)有的機械密封是通過動、靜環(huán)兩個鏡面充分貼合無縫隙來實現(xiàn)密封從而防止泄漏，因而在主軸轉速超過3000轉/分時就會因摩擦熱量過大及高頻顫振而失效。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種機械密封結構以及循環(huán)泵，解決了現(xiàn)有技術中機械密封在主軸轉速過高時因摩擦熱量過大及高頻顫振而失效的技術問題。

一方面，本發(fā)明提供一種機械密封結構，包括主軸、動環(huán)、靜環(huán)、靜環(huán)座和空氣壓縮裝置；

所述動環(huán)同軸安裝于所述主軸上且能夠隨所述主軸旋轉；所述靜環(huán)和所述靜環(huán)座同軸套設在所述主軸上，所述靜環(huán)座相對所述主軸保持靜止；所述靜環(huán)與所述靜環(huán)座之間設置有彈性復位件，所述彈性復位件用于使所述靜環(huán)的上端面與所述動環(huán)的下端面相互接觸；所述靜環(huán)上設置有氣體通道，用于將壓縮空氣導入到所述靜環(huán)的上端面與所述動環(huán)的下端面之間。

進一步地，所述氣體通道具有進氣口和出氣口，所述進氣口設置在所述靜環(huán)的外周面上，所述出氣口設置在所述靜環(huán)用于與所述動環(huán)接觸的上端面上。

進一步地，所述氣體通道包括設置在所述靜環(huán)內的同軸環(huán)形空腔，所述環(huán)形空腔的底部與所述進氣口連通，所述環(huán)形空腔的頂部與所述出氣口連通。

進一步地，所述進氣口為兩個，且對稱設置在所述靜環(huán)的外周面上；所述出氣口為若干個，以所述靜環(huán)的中心軸為中心環(huán)形均布在所述靜環(huán)的上端面。

進一步地，所述靜環(huán)座上設置有用于控制所述主軸轉動的控制組件，當所述彈性復位件對所述靜環(huán)的彈力與壓縮空氣對所述靜環(huán)的壓力平衡時，所述控制組件控制所述主軸轉動。

進一步地，所述控制組件包括用于檢測所述靜環(huán)沿軸向的位移的位移傳感器以及用于控制所述主軸啟動與停止的控制器，所述位移傳感器與所述控制器信號連接。

進一步地，所述動環(huán)與所述主軸之間通過定位銷連接，且在所述動環(huán)的上端面設置有壓板，所述壓板固定于所述主軸上，用于對所述動環(huán)進行軸向限位。

進一步地，所述靜環(huán)的材質為石墨。

進一步地，所述彈性復位件為彈簧。

另一方面，本發(fā)明提供一種循環(huán)泵，包括循環(huán)泵本體和空氣壓縮裝置，所述循環(huán)泵本體上設置有上述技術方案提供的任一種所述的機械密封結構，所述空氣壓縮裝置與所述氣體通道連通，用于向氣體通道內輸送壓縮氣體。

本發(fā)明提供的一種機械密封結構以及循環(huán)泵能夠達到以下有益效果：

本發(fā)明提供的一種機械密封結構以及循環(huán)泵，包括主軸、動環(huán)、靜環(huán)和靜環(huán)座，動環(huán)安裝在主軸上并能夠隨著主軸旋轉而以主軸為中心軸旋轉以傳遞扭矩。在初始狀態(tài)下，動環(huán)的下端面與靜環(huán)的上端面接觸密封，實現(xiàn)機械密封。在啟動主軸之前，靜環(huán)上設置的氣體通道將壓縮空氣導入到靜環(huán)的上端面與動環(huán)的下端面之間，氣體壓強處處相等，壓縮空氣對動環(huán)和靜環(huán)均施以相同的壓力，由于動環(huán)固定于主軸上，動環(huán)不會相對主軸移動，而靜環(huán)活動地套設在主軸上，壓縮空氣產(chǎn)生的壓力推動靜環(huán)在主軸上向著遠離動環(huán)的方向移動，從而使靜環(huán)與動環(huán)從之前的接合面分開，當彈性復位件對靜環(huán)產(chǎn)生的彈力與壓縮空氣對靜環(huán)的壓力相均衡，壓縮空氣在靜環(huán)的上端面與動環(huán)的下端面之間形成穩(wěn)定的氣膜，然后啟動主軸旋轉，主軸帶動動環(huán)旋轉傳遞扭矩，靜環(huán)與動環(huán)分離不會與動環(huán)的旋轉產(chǎn)生摩擦阻力，氣膜的存在大大減小了機械高頻震顫，同時多余的氣體排出，帶走主軸高速旋轉過程中產(chǎn)生的熱量，達到密封且散熱的效果，延長了機械結構的使用壽命，安裝有該機械密封結構的循環(huán)泵具有以上所有有益效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術中的機械密封結構；

圖2為本發(fā)明實施例一提供的一種機械密封結構的初始狀態(tài)結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例一提供的一種機械密封結構的工作狀態(tài)結構示意圖；

圖4為圖3中a的放大圖。

圖標：1－機封座；2－主軸；3－靜環(huán)；4－動環(huán)；5－彈簧；6－靜環(huán)座；7－壓板；8－氣體通道；8－1－進氣口；8－2－出氣口；9－殼體；9－1進氣管；9－2－出氣管。

具體實施方

下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

參照圖1，現(xiàn)有技術中的機械密封結構由動環(huán)4的下端面和靜環(huán)3的上端面接觸貼合形成密封面實現(xiàn)密封防止泄露，雖然動環(huán)下端面和靜環(huán)的上端面光潔度極高，在主軸1轉速超過3000轉/分時，機器還是會因動環(huán)、靜環(huán)接觸產(chǎn)生摩擦熱量過大及高頻顫振而失效。

實施例一

參照圖2，本實施例提供一種機械密封結構，包括主軸、動環(huán)、靜環(huán)和靜環(huán)座；

動環(huán)同軸安裝于主軸上且能夠隨主軸旋轉；靜環(huán)和靜環(huán)座同軸套設在主軸上，靜環(huán)座相對主軸保持靜止；靜環(huán)與靜環(huán)座之間設置有彈性復位件，彈性復位件用于使靜環(huán)的上端面與動環(huán)的下端面相互接觸；靜環(huán)上設置有氣體通道，用于將壓縮空氣導入到靜環(huán)的上端面與動環(huán)的下端面之間。

靜環(huán)座在實際使用中固定于機封座1，以保持相對主軸的靜止。

參照圖3，動環(huán)安裝在主軸上并能夠隨著主軸旋轉而以主軸為中心軸旋轉以傳遞扭矩。在初始狀態(tài)下，動環(huán)的下端面與靜環(huán)的上端面接觸密封，實現(xiàn)機械密封。在啟動主軸之前，靜環(huán)上設置的氣體通道將壓縮空氣導入到靜環(huán)的上端面與動環(huán)的下端面之間，氣體壓強處處相等，壓縮空氣對動環(huán)和靜環(huán)均施以相同的壓力，由于動環(huán)固定于主軸上，動環(huán)不會相對主軸移動，而靜環(huán)活動地套設在主軸上，當壓力大于彈性復位件給靜環(huán)的彈力后，壓縮空氣產(chǎn)生的壓力推動靜環(huán)在主軸上向著遠離動環(huán)的方向移動，從而使靜環(huán)與動環(huán)從之前的接合面分開，當彈性復位件對靜環(huán)產(chǎn)生的彈力與壓縮空氣對靜環(huán)的壓力相均衡，壓縮空氣在靜環(huán)的上端面與動環(huán)的下端面之間形成穩(wěn)定的氣膜，啟動主軸旋轉，主軸帶動動環(huán)旋轉傳遞扭矩，靜環(huán)與動環(huán)分離不會與動環(huán)的旋轉產(chǎn)生摩擦阻力，氣膜的存在還大大減小了機械高頻震顫，同時多余的氣體從動環(huán)下端面和靜環(huán)的上端面之間向遠離主軸的方向排出，帶走主軸高速旋轉過程中產(chǎn)生的熱量，達到密封且散熱的效果，延長了機械結構的使用壽命。

需要說明的是，當壓縮空氣對靜環(huán)向下的壓力與彈性復位件對靜環(huán)向上的支撐力達到平衡，即兩者等大反向時，動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間氣膜的厚度約為0.3mm，即動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間的距離約為0.3mm。

本發(fā)明實施例所提供的機械密封結構中的密封介質為壓縮空氣，可以真正做到物料零污染，尤其適用于不允許污染的物料。對于機械密封行業(yè)的發(fā)展，以及對一些新材料的研發(fā)，必將起到極大的推動作用。

優(yōu)選地，彈性復位件為彈簧。在靜環(huán)座上端面開設有與主軸同軸的第一環(huán)形凹槽，第一環(huán)形凹槽形成兩個環(huán)形凸臺。在靜環(huán)內表面的下端面開設有環(huán)形臺階，用于與靜環(huán)座上靠近主軸的環(huán)形凸臺相匹配。該環(huán)形臺階將靜環(huán)的內表面分為上內表面和下內表面，上內表面與靜環(huán)座的內表面保持一致，下內表面與第一環(huán)形凹槽靠近主軸一側的內壁接觸，且第一環(huán)形凹槽遠離主軸一側的內壁與靜環(huán)外周面接觸。

在靜環(huán)的下端面開設有與主軸同軸的第二環(huán)形凹槽，第二環(huán)形凹槽用于容納彈簧，彈簧的一端固定于第二環(huán)形凹槽的凹槽底部，另一端伸出第一環(huán)形凹槽并固定于第一環(huán)形凹槽的凹槽底部，將靜環(huán)與靜環(huán)座連接。

需要說明的是，在靜環(huán)與靜環(huán)座之間還可以安裝有密封圈，實現(xiàn)靜環(huán)與靜環(huán)座之間的靜密封。

具體地，動環(huán)與主軸之間通過定位銷連接，且在動環(huán)的上端面設置有壓板7，壓板固定于主軸上，用于對動環(huán)進行軸向限位。

壓板優(yōu)選為螺帽，與主軸通過螺紋連接。主軸為階梯狀，用于與螺帽配合的主軸段上開設于與螺帽的內螺紋相匹配的外螺紋，螺帽通過螺紋旋入固定于主軸上。安裝動環(huán)的主軸段的直徑大于與安裝螺帽的主軸段直徑，螺帽就能對動環(huán)在主軸上的軸向位移進行進一步的限定。

具體地，氣體通道具有進氣口8－1和出氣口8－2，進氣口設置在靜環(huán)的外周面上，出氣口設置在靜環(huán)用于與動環(huán)接觸的上端面上。

氣體通道包括設置在靜環(huán)內部的與主軸同軸的環(huán)形空腔，環(huán)形空腔的底部與進氣口連通，環(huán)形空腔的頂部與出氣口連通。環(huán)形腔體的存在相當于阻力墻，可保證氣體在空腔中盡可能長的停留，保持氣壓均勻穩(wěn)定。

另外，進氣口為兩個，且對稱設置在靜環(huán)的外周面上；出氣口為若干個，以靜環(huán)的中心軸為中心環(huán)形陣列在靜環(huán)的上端面。

從兩個進氣口進入的壓縮空氣迅速充滿環(huán)形空腔，再由設置在靜環(huán)上端面的出氣口排出。在靜環(huán)上端面環(huán)形均勻分布的出氣口能夠迅速且均勻地將壓縮空氣排出到靜環(huán)上端面與動環(huán)下端面之間，不但可以最大限度地帶走高速旋轉的主軸產(chǎn)生的熱量，還能有效地抵消主軸高速旋轉形成的震顫等對機械密封以及機器的影響。

需要說明的是，本實施例提供的機械密封結構還包括殼體9，殼體具有圓柱形空心腔體，壓板、動環(huán)、靜環(huán)以及靜環(huán)座都設置在殼體的空心腔體內，主軸穿過并伸出殼體。在殼體圓周面上，對應進氣口的位置設置有進氣管9－1，用于使壓縮氣體進入靜環(huán)上的進氣口；在殼體圓周面上還設置有出氣管9－2，用于壓縮氣體的排出。

靜環(huán)座上設置有用于控制主軸轉動的控制組件，當彈性復位件對靜環(huán)的彈力與壓縮空氣對靜環(huán)的壓力平衡時，控制組件控制主軸轉動。

當靜環(huán)由于壓縮空氣的壓力作用離開動環(huán)，直至壓縮空氣對靜環(huán)的壓力與彈簧對靜環(huán)的彈力保持平衡，壓縮空氣在動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間形成密封的氣膜時，啟動主軸轉動，主軸帶動動環(huán)轉動以傳遞扭矩。為了實現(xiàn)能夠自動實現(xiàn)主軸的啟動，在靜環(huán)座上設置有用于控制主軸啟動或停止的控制組件，控制組件位于靜環(huán)向下最大位移量處。

方式一

具體地，控制組件包括用于檢測靜環(huán)的傳感器以及用于控制主軸啟動與停止的控制器，傳感器與控制器信號連接。

在靜止狀態(tài)下，向氣體通道中通入壓縮空氣，靜環(huán)由于氣體壓力作用沿著軸向向下運動，直至氣體壓力與彈簧的彈力相等，靜環(huán)的狀態(tài)保持穩(wěn)定，此時靜環(huán)處于向下移動的最大位移處，傳感器檢測到靜環(huán)并將信號傳到到控制器，控制器啟動主軸旋轉，主軸帶動動環(huán)旋轉。此時動環(huán)的下端面與靜環(huán)的上端面之間存在穩(wěn)定的氣膜密封，主軸能夠實現(xiàn)高速旋轉，滿足工作要求。停止向氣體通道中通入壓縮空氣后，隨著動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間的氣體逐漸排出，彈簧被壓縮的能量釋放，推動靜環(huán)向上運動，靜環(huán)在彈簧的作用下向上運動，傳感器檢測不到靜環(huán)，控制器制動停止主軸的旋轉。當動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間的空氣排放完全，靜環(huán)的上端面與動環(huán)的下端面接觸，實現(xiàn)密封。

方式二

具體地，控制組件包括設置于靜環(huán)下端面的觸動件和用于控制主軸啟動與停止的控制器，觸動件能夠觸動控制器的開關按鈕。

在靜止狀態(tài)下，向氣體通道中通入壓縮空氣，靜環(huán)由于氣體壓力作用沿著軸向向下運動，直至氣體壓力與彈簧的彈力相等，靜環(huán)的狀態(tài)保持穩(wěn)定，此時靜環(huán)處于向下移動的最大位移處，觸動件觸動控制器開關按鈕，控制器啟動主軸旋轉，主軸帶動動環(huán)旋轉。此時動環(huán)的下端面與靜環(huán)的上端面之間存在穩(wěn)定的氣膜密封，主軸能夠實現(xiàn)高速旋轉，滿足工作要求。停止向氣體通道中通入壓縮空氣后，隨著動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間的氣體逐漸排出，彈簧被壓縮的能量釋放，推動靜環(huán)向上運動，觸動件離開控制器開關按鈕，控制器制動停止主軸的旋轉。當動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間的空氣排放完全，靜環(huán)的上端面與動環(huán)的下端面接觸，實現(xiàn)密封。

另外，本實施例提供的機械密封結構中的靜環(huán)材質為石墨，當意外情況下比如突然停氣時，石墨磨損后會形成自潤滑，可有效地保護機封，不至于失效。

實施例二

本實施例提供一種循環(huán)泵，包括循環(huán)泵本體和空氣壓縮裝置，循環(huán)泵本體上設置有如實施例一提供的機械密封結構?？諝鈮嚎s裝置與氣體通道連通，用于向氣體通道內輸送壓縮氣體。

其中的空氣壓縮裝置包括空氣壓縮機以及儲氣罐，儲氣罐的氣體輸入口與空氣壓縮機的輸出口連通，儲氣罐的氣體輸出口通過進氣管與本實施例中的氣體通道通過氣體輸入管道連通。并且，在氣體輸入管道上設置有電磁閥和流量計，用于控制氣體的流量以及流速。

儲存與儲氣罐內的壓縮空氣通過進氣管導入到靜環(huán)內并通過氣體通道輸送到出氣口。由于出氣口設置在靜環(huán)用于與動環(huán)接觸的上端面上，壓縮空氣從出氣口噴出，并對動環(huán)的下端面和靜環(huán)的上端面產(chǎn)生相等的壓力。由于靜環(huán)通過彈簧與靜環(huán)座連接，當壓力大于彈簧給靜環(huán)的向上的彈力，空氣的壓力推動靜環(huán)在主軸上向下運動，使靜環(huán)與動環(huán)從之前的接合面分開，壓縮空氣在動環(huán)的下端面與靜環(huán)的上端面之間形成氣膜達到氣體密封。當空氣的壓力與彈簧的彈力保持均衡，動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間的氣膜保持穩(wěn)定。同時，空氣壓縮裝置產(chǎn)生的壓縮氣體源源不斷從氣體輸送通道輸送到動環(huán)下端面與靜環(huán)上端面之間，多余的氣體從動環(huán)下端面和靜環(huán)的上端面之間向遠離主軸的方向排出，帶走高速旋轉的主軸產(chǎn)生的熱量，達到即密封又散熱的效果。

循環(huán)泵包括泵殼和泵軸，泵殼包括機封座，機封座內鑲嵌機械密封結構，其中，泵軸為機械密封結構中的主軸。

關于機械密封結構的具體結構已在上文中做以詳細描述，此處不再贅述。本實施例提供的循環(huán)泵由于上述機械密封結構的存在，使用中更穩(wěn)定，能夠達到更長的使用壽命。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。