应用于旋转机械的新型轴面密封方式的研究

辽宁轨道交通职业学院 李强

应用于旋转机械的新型轴面密封方式的研究

辽宁轨道交通职业学院 李强

为了克服现有技术中的端面机械密封存在的结构复杂、拆卸和装配不方便等缺陷，本文设计了一种应用于旋转机械的新型轴面密封装置。该新型轴面密封装置包括静环、弹性密封体和壳体。其中，静环套接在旋转机械的主轴外圆周面上，相关弹性密封体套接在相应静环的外圆周面上，相应弹性密封体置于壳体内，弹性密封体的外圆周面、壳体的径向端部的内表面及两个侧壁的内表面围成密封的备压腔，此备压腔在安装后使用前用施压装置施压规定要求的压力，使静环和动环间均匀形成一层介子膜，以达到密封效果。

密封装置；静环；动环；弹性密封体；备压腔

目前，带有旋转部件的旋转机械通常采用端面机械密封。端面机械密封是一种应用于旋转机械的轴封装置，所述旋转机械包括普通机械设备主轴、离心泵、离心机和压缩机等设备。在旋转机械中，由于传动轴通常贯穿在设备内外，传动轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质可能会通过该间隙向外泄漏，如果设备内压力低于大气压时，则空气很可能向设备内渗入，因此必须有一个阻止泄漏或渗入的轴封装置。遗憾的是，目前端面机械密封的结构复杂、拆卸不方便。有时必须将相关附件拆卸后，才能拆卸端面机械密封。并且，端面机械密封的装配精度要求高，摩擦面之间的速度梯度值为变值，摩擦力随着速度梯度值的变化而变化，另外，端面机械密封在使用过程中存在轴向力不平衡的现象，发生故障时处理较困难。因此，有必要针对现有技术中存在的上述缺陷进行改进。

1 旋转机械的新型轴面密封方式的结构

为了解决现有技术存在的缺陷，本文设计了一种应用于旋转机械的新型轴面密封装置，此轴面机械密封包括静环20、弹性密封体30和壳体40，具体见图1，其中，静环套接在旋转机械的主轴的外圆周面上，弹性密封体30套接在静环20的外圆周面上，弹性密封体30置于壳体40内，弹性密封体30的外圆周面、壳体40的径向端部的内表面及2个侧壁的内表面围成密封的备压腔，备压腔有专门的结构可以连接施压装置，静环20的位于径向上的一部分置于壳体40内。其中，静环20和主轴之间设置有动环10，动环10用于套接在旋转机械的主轴的外圆周面上，并且动环10会随着所述主轴旋转。静环20套接在动环10的外圆周面上，弹性密封体30套接在静环20的外圆周面上。

2 新型轴面密封方式的密封原理

壳体40套接在弹性密封体30的外圆周面上，弹性密封体30置于壳体40内，弹性密封体30的外圆周面、壳体40的径向端部的内表面及2个侧壁的内表面围成密封的备压腔，备压腔上有用于连接施压装置的结构，静环20的位于径向上的一部分置于壳体40内。由此，当此新型轴面密封装置备压腔施以要求的压力后，通过弹性密封体对静环的外圆周面均匀施压，从而实现静环和动环之间的密封。

图1 新型轴面密封方式的结构

在图1所示结构中，动环10紧密结合在旋转机械的主轴的外圆周面上，并且动环10与主轴一起旋转，与之对应的是，静环20（如图2所示）、弹性密封体30和壳体40依次套接并且它们作为一个整体相对于动环10处于静止状态，从而在静环20的内圆周面和动环10的外圆周面之间形成动密封。并且，当动环10随着主轴旋转时，套接在静环20的外圆周面上的弹性密封体30能够为静环20提供径向向内的力，从而使得静环20的内圆周面和动环10的外圆周面紧密贴合，进而达到很好的密封效果。

图2 新型轴面密封方式的静环

3 应用效果分析

表1.1 表面粗糙度值为Ra3.2时的实验结果

备压腔的压力（0.05MPa）、备压腔的压力（0.1MPa）、备压腔的压力（0.2MPa）；静环的层数（一层）：严重泄漏、泄漏、轻微泄漏；静环的层数（二层）：泄漏、轻微泄漏、有泄漏痕迹；静环的层数（三层）：轻微泄漏、有泄漏、痕迹无泄漏。

表1.2 表面粗糙度值为Ra1.6时的实验结果

备压腔的压力（0.05MPa）、备压腔的压力（0.1MPa）、备压腔的压力（0.2MPa）；静环的层数（一层）：泄漏轻微、泄漏、无泄漏；静环的层数（二层）：轻微泄漏、无泄漏、无泄漏；静环的层数（三层）：无泄漏、无泄漏、无泄漏。

表1.3 表面粗糙度值为Ra0.8时的实验结果

备压腔的压力（0.05MPa）、备压腔的压力（0.1MPa）、备压腔的压力（0.2MPa）；静环的层数（一层）：轻微泄漏、无泄漏、无泄漏；静环的层数（二层）：无泄漏、无泄漏、无泄漏；静环的层数（三层）：无泄漏、无泄漏、无泄漏。

4 结论

（1）密封的效果与动环表面的粗糙度值、静环的层数以及备压腔的压力都有关系，且随着动环表面粗糙度值的减小、静环的层数的增加，备压腔压力的增加，密封效果有提高的趋势。

（2）密封的效果与动环的材料关联不显著，但动环的材料要有一定的硬度要求，这样可以提高此密封结构的使用寿命。

（3）密封的效果与轴径的大小关系不大，因为此密封结构动环和静环的接触压力一直保持定值，并且此压力可以用备压腔的压力来进行调整。

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2017-11-03）