专利名称：密封盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及密封盘(gland plate)，具体但并非限定来说，本发明涉及装配到机械密封装置(mechanical seal)或构成其一部分的密封盘，所述机械密封装置可与多种不同类型的工业应用中所使用的转动设备和装置结合使用。
背景技术：
机械密封装置包括“浮动(floating)”部件和“静止(static)”部件，浮动部件被安装成可绕例如泵的转轴做轴向移动，静止部件则被轴向地固定，通常被固定在罩壳上。浮动部件具有平坦的环形末端面，也就是它的密封面。该末端面与静止部件的互补密封面直接相对。浮动部件通常被一个或多个弹簧部件推向静止部件，使它们的密封面闭合在一起，从而形成滑动(sliding)的面密封。使用时，浮动部件和静止部件之中的一个旋转，因此它被称为转动部件。而浮动部件和静止部件之中的另一个并不旋转，因此其被称为固定部件。
具有可以转动的浮动部件的密封装置被称为转动密封装置。如果浮动部件是固定不动的，这样的密封装置就被称为固定密封装置。
如果转动部件和固定部件之间的滑动密封装置在由机械密封装置的制造前提(premises)导出之前就已经被组装并预设，这样的情形工业术语叫做“集装式密封”(cartridge seal)；如果转动部件和固定部件是分别由机械密封装置的制造基面单独导出，而不是组装起来的，这样的情形工业术语叫做“组件密封”(component seal)。
机械密封被各种工业使用，以用来密封多种不同的处理介质(processmedia)和操作环境。通常用来定义靠近处理介质的区域的工业术语是“内侧(inboard)”，定义靠近外部环境的区域的工业术语是“外侧(outboard)”。
除了机械密封面之外，集装式机械密封中最昂贵的装置就是密封盘。密封盘所使用的原材料通常不是金属铸件就是坚固的金属条。偶尔也可选择例如塑料的替代材料。为了部件间相互配合的准确，必须随后对制造密封盘的原材料进行机械加工。
通常情况下，对于大多数的机械密封来说，不论是单密封还是双密封形式，每一种规格的密封都要配备一个密封盘。在超过30种标准密封规格的情况下，对于任意给定的产品范围以及至少两种密封(gland)形式而言，某公司的密封盘的存量成本(inventory cost)将会相当可观。而且，密封盘的制造成本还会因为需要用来处理给定的密封而对密封盘进行大量加工操作而变得更高。
因此需要一种类型的密封盘，它的成本比较低，所用的原材料在最初的生产工序完成后就不再需要像弯折、磨边、钻孔等进一步的机械加工。
发明综述因此，本发明提供了一种密封盘，其包括刚性的盘状组件，该组件包括至少一个厚度为0.1mm至4mm、沿径向延伸的壁。
优选地，所述壁的厚度为1mm到2mm，更优选地约为1.5mm。
优选地，所述组件包括两个轴向分开的、沿径向延伸的壁。更加优选地，所述组件还包括内圆周壁和外圆周壁，所述内圆周壁和外圆周壁在所述沿径向延伸的壁之间延伸。
优选地，所述组件为中空的结构。所述组件可选择地由混凝土、塑料或水等合适的材料填充。
优选地，所述组件的一个或多个壁由金属材料制成，更加优选地，所述一个或多个壁是经压制加工成形的。
根据本发明所述的密封盘可包括第一部分，其形成有第一沿径向延伸的壁；第二部分，其形成有第二沿径向延伸的壁，所述第一沿径向延伸的壁与所述第二沿径向延伸的壁被轴向地分开。
优选地，所述第一部分和第二部分共同形成所述内圆周壁和外圆周壁。
优选地，所述密封盘设有一个或多个通孔，更加优选地，所述密封盘通过压制或冲压加工成形。
优选地，当各个所述孔成形时被移位的材料在所述孔周围形成起加固作用的支撑构件。
优选地，根据本发明所述的密封盘为具有第一和第二沿径向延伸的壁的中空结构形式，并设有用于将流体注入所述密封盘的装置。
附图的简要说明附随的附图如下
图1显示了现有技术中常规的单集装式机械密封结构的剖视图；图2显示了本发明的单集装式机械密封结构的剖视图；图2b则显示了一个备选的装配夹(setting clip)装置；图3对应于图2，其中显示了本发明的密封结构装置的剖视图4对应于图2和图3，其中显示了两个压制而成的部件的等视轴图，这两个部件在组装后形成了本发明的密封盘装置；图5对应于图4，其中显示了两个压制而成的部件的等视轴分解图，这两个部件在组装后形成了本发明的密封盘装置；图6示出本发明可选择的单集装式密封装置，其中仅以举例的方式示出了一个不同的密封盘装置；图7对应于图6和/或图4，其中示出本发明的密封盘装置的1/4等视轴剖视图；图8是本发明一个备选设计图，其中示出了一个备选的轴密封装置；图9是本发明的一个备选设计图，其中示出了一种单组件密封装置；图10是本发明的一个备选设计图，其中示出了一种双集装式密封装置；图11是本发明的一个备选设计图，其中示出了一种双组件密封装置；及图12是的一个备选设计图，其中示出了一种密封盘装置和封装结构。
本发明的详细说明以下将结合附图仅以实施例的方式对本发明进行说明。
图1示出了现有技术中常规的单集装式机械密封结构，该结构包括密封盘1，它需要相当多的机械加工操作和机器设定工作以使配对部件能够被组装和置位。
密封盘1的总制造成本是机械加工价格和所用原材料价格的总和。如图中所示，图1中的密封盘1的原材料是铸件。如果密封盘采用固体材料，其原材料价格会较低，但这样所花费的机械加工成本就会相对更多。
图2显示了本发明的单集装式机械密封结构4。可转动并在轴向可移动的密封面11被弹簧偏压向静止的固定密封面12。该转动的密封面11可在静止密封面12上滑动。转动的密封面11和静止密封面12之间的交界面形成密封区13。该密封区13是防止处理介质14从处理腔(processchamber)15中漏出的主要密封装置。
除了滑动密封面13，处理介质14还被与转轴17和轴套18相连的轴套弹性体16密封。这被称作第一辅助密封区。
在静止密封面12和静止密封盘组件21之间利用弹性件22形成了第二辅助密封区。
在转动密封面11和轴套18之间利用弹性件24形成了第三辅助密封区。
在密封盘组件21和处理腔15之间利用衬垫26形成了第四辅助密封区。
上述四个辅助密封区和主滑动密封交界面防止处理介质14从处理腔15中漏出。
密封盘组件21和弹性件22之间的径向挤压防止了静止密封面12的转动。如果需要，也可以将其它用于防止转动的装置结合进设计。
轴套18轴向地终止于锁紧环23附近，该锁紧环包括至少一个螺钉28，该螺钉28用来将密封组件25固定到转轴17之上。螺钉28将来自轴17的旋转驱动提供给密封组件26内的转动部件。转动密封面支撑组件26包括至少一个支持件27。该支持件优选是金属结构件，它可将弹簧28a的轴向力传递到密封面11。
虽然不是必须的，但优选地采用至少一个定位夹29来定位转动的锁紧环23与密封盘组件21之间的轴向和/或径向间距。后者设有集成的环形勾29a以用于与定位夹29接合。
定位夹(setting clip)29可以采用带夹持螺钉5的可拆卸形式，也可以是如图2b所示的作为密封组件25的损耗件形式的另外一种定位夹6。
损耗夹(sacrificial clip)6可以是连续的圆形结构，也可以分成几段。由于损耗夹6是一种潜在损耗的部件，其制造材料优选采用如塑料或黄铜等合适的材料。而且，如果夹6有连续的圆形截面，它还应该有足够的柔性以便接合入密封盘的凹槽7。
图3对应于图2，其中示出了密封盘组件21的局部剖视图。
密封盘组件21典型地由一个以上的部分构成。前部盘30至少在一个标志点(feature)上与后部盘31对准。优选地，对准是通过前部盘30的外径部分32或是内径部分33的对准完成的。如图3所示，如果前部盘30的外径部分32和内径部分33都作为定位的标志点，那就更加理想，因为这样能使密封盘组件21得到加强。这样也能提供一个用于涂布粘合剂的面。
前部盘30上的定位标志点可以是任何形状和任何尺寸，并且/或者可以定位在后密封盘31上，或者可以定位在前部盘30与后密封盘31的任意组合上。
由于前部盘30和后部盘31都是压制(pressed)钢材制造而成，优选采用如不锈钢的不受腐蚀的材料，所以密封盘组件21的生产成本非常低。
有经验的读者能注意到，厚度为1.0mm(0.04英寸)至1.5mm(0.06英寸)的压制钢板在按照这样一种方式设计时有非常大的强度，即，使其截面的物理形状(包括材料内的弯曲)产生刚性结构。
如图3所示，密封盘组件21优选具有至少一个闩孔34(bolt slot)，它使得密封盘组件21能够利用合适的螺钉36被固定在处理腔(processchamber)35的安装面之上。
图4对应于图3，其中示出了密封盘组件21的等轴视图。密封盘组件21优选地有四个等距分布的闩孔34，这能使密封盘组件21固定至处理腔。密封盘组件21通过密封盘组件21的外径向面中的至少一个卷曲凹槽37(crimp indentation)被轴向和旋转地合在一起。优选地，密封盘组件21还可通过合适的粘结剂、化学粘结剂和/或通过诸如焊接的永久物理操作而被合在一起。
从图3中看出，如果本发明的设计是由一个以上的薄金属板构成，尤其在闩孔区34的周围，则前部盘30和后部盘31中的闩孔38、39应互相对准。
图5示出了前部盘30和后部盘31的等轴视图，它们共同组成了如图4中所示的各密封盘组件21。
在前部盘30、后部盘31的制造过程中，闩孔38和39通常由板材压制(pressing)或冲压(punching)加工成形。在加工时，板材被移位(displaced)40。被移位的材料40环绕在栓孔38和39的周围，这样的好处在于它为密封盘30和31的该区域提供了强度。这非常重要，因为至少一个螺钉以其施加的夹紧力传递到密封盘30和30的这一区域。
当至少两个密封盘(也就是前部盘30、后部盘31)组合成密封盘组件21，密封盘组件21的强度就是前部盘30、后部盘31两部分的叠加，这会更加有利。
从图3中看出，前部盘30、后部盘31上被移位的闩孔38、39的轴向末端41相互是抵靠在一起的，这虽然不是必须的，但会更有利。
如果被移位的闩孔38、39的轴向末端41相互是抵靠在一起，由螺钉36所施加的压紧力必须扣住闩孔38或39周围被移位的材料，特别是在密封盘的后面与处理腔的端面35平齐的时候。这样使被移位的闩孔互相抵靠的设计具有非常坚固的结构，能经受由穿过闩孔38、39的螺钉或螺栓所施加的压紧力。
从图3中可以看出，如果前密封盘130在径向外侧的轴向位置41和/或其径向内侧的轴向位置42处与后密封盘31抵靠定位，则会更加有利。因此，当螺钉36施加压力时，前密封盘30上径向最外侧和最内侧的部分可从后密封盘31得到轴向支撑。
图6示出了本发明的另一种单集装式密封结构。密封盘组件50沿背向衬底51栓面的轴向方向延伸，因而使得固定密封面52和对应的转动密封面53比图2更加靠外地定位。
这样具有一定的优势，例如，如果转动的密封面首部53的径向尺寸相对于旋转装置的密封腔孔54显得太大时，图6中的设计能使得转动的密封面首部53能安装在密封盘组件50之内，而不需改动旋转装置。
作为可选方案，如果旋转装置内部由于阻挡部分56的缘故而没有足够的轴向空间，转动密封面53和轴套55可以定位在远离阻挡部分56的轴向位置。图6的这种设计具有相当的便利性。
图7对应于图6和/或图4，其中示出了密封盘组件50的1/4尺寸剖切视图。可以注意到，密封盘组件的一些部分是中空结构57。
所述中空结构57与密封盘组件50中一些强度不太重要的区域相对应。如果除了闩孔区58以外，需要使密封盘组件50中的任意区域具有强度或刚度，则需要在这些区域附近结合使用如凸起、凹槽或移位材料部分。
回到图2中，轴套18优选地是可由钢板压制而成的组件。虽然本发明无意做出如此的限定，但为了将组装密封装置的成本保持在低水平，这样的生产工艺是优选的。
附图中的图8示出了备选的轴套60及轴套弹性件61。
图9是本发明的单组件密封装置的示例图。密封盘组件70类似于前述附图的形状。其中，密封结构采用组件密封装置，而不是包含轴套的集装式设计。图9的这种设计比集装式密封装置的变体有更少的零部件，因而制造成本也更低。
图9的密封结构包括泵安置(setting)组件71，该组件利用适当的弹簧73的工作长度而轴向地定位转动密封面组件72。
图10示出了本发明的双密封方式。同前所述，可转动并且轴向可移动的密封面101被弹簧偏压向静止的固定密封面102。可转动密封面101可以在静止密封面102上滑动。可转动密封面101与静止密封面102的交界面形成密封区103。该密封区103是防止处理介质104从处理腔105中泄漏的主要密封结构。其它的内侧辅助密封点与图2中的概念相同。
在密封装置的外侧方向上，外侧的轴向可移动的转动密封面118被弹簧偏压向静止密封面119。可转动密封面118能够在静止密封面119上滑动。可转动密封面118与静止密封面119之间的交界面形成密封区120。该外侧密封区120是防止隔离介质121从密封腔114中泄漏的主要密封结构。隔离介质121还在组件的内侧受到密封区103的密封。
辅助密封区的外侧包括弹性件117及弹性体137和138。
同前所述，通过弹性件117抵靠在密封盘122上所产生的摩擦驱动，防止了静止的外密封面119发生转动。所述密封盘也可以包括备选的防止转动的驱动机构，如压制凸缘、销子或键槽等结构。
在两个静止的密封面102和119之间置有中间部件123。所述中间部件123可以由小厚度的压制薄钢板制成。在一个备选的实施方案中，该中间部件123是机械加工件(machined item)。
密封盘组件124由三个压制(pressed)的部件(优选地为钢板)制造而成。这样设计组件124是为了消除或减少后续的常规机械加工操作。因此，如图10所示，本发明不限于组成密封盘组件的压制钢板部件的具体数目，而是充分说明了可以用一个或多个压制钢板部件以低廉的制造成本方式形成具有强度的密封盘组件。
隔离介质(barrier media)121由注入孔125流进。优选地，可以在密封盘组件124之上冲压出相应的注入孔，并且如果有必要，可在注入孔126的两侧用橡胶垫127、128进行密封。
隔离介质121优选地通过塑料管129进入密封腔114，塑料管129穿过橡胶垫127、128及配件(fitting)130。这样可以提供压力密闭和密封不漏的接头。密封流体121润滑及冷却密封面120和103，并可以通过密封盘组件124的另一个位置上的类似的孔和管结构排出。
因此可以看出，管129和配件130被包含在密封盘组件124的中空的腔室131内。
配件130优选地采用“嵌入式”类型(“panel”type)结构，这样利于在例如是密封盘组件124的薄金属板构件中形成压力密封、防泄漏的密封结构。
嵌入式配件130和132嵌入冲孔126和133。管129连接所述配件130、132以提供压力密封接头。管129优选地是塑料管。配件130、132优选地用一种“推进配合式”(push-fit)防泄漏密封结构容纳所述塑料管129。本发明并不局限于使用管129及配件130、132的结构。但是，这种结构确实是一种低成本的选择方案。
配件和管组件134通常在将后密封盘的凸缘135和前密封盘的凸缘136组装在一起之前安装。前密封盘136具有开口，其与后密封盘的装配位置相对应，从而使两个密封盘的凸缘连接在一起，由此组成完整的密封盘组件124。
图11示出了本发明的双组件密封装置。密封盘组件140与前述附图中的形状相似。其中，密封结构采用部件设计，而不是包含轴套件的集装式设计。
无论是部件密封设计还是集装式密封设计，本发明的密封盘都可以应用旋转密封装置和固定密封装置，以及单层、双重或是三重机械密封装置。
另外，这种设计能够应用在使用密封流体的增压或非增压系统当中。
本发明可以使用金属部件，也可以使用例如是塑料的非金属部件。一些类型的装置旋转外壳并且具有固定的轴。本发明也能类似地运用到其中。
图12示出了本发明的密封盘组件150不局限于应用在机械密封装置上。旋转装置还经常被其它装置密封，例如密封垫(packing)151。
密封垫密封是旋转装置中的一种传统而低成本的密封方式。本发明的密封盘组件150也特别适用于这类密封，因为它是一个低成本的选择。
如图12所示，可采用密封盘组件150以将来自至少一个螺钉152的压紧力传递给密封垫151。由此可在固定的处理腔153和转轴154之间形成密封。
综上所述，本发明提供了一种密封盘组件，包括一个或多个由相对较薄的材料制成的部件，所述材料形成一种足够坚硬的结构，用以容纳固定部件，所述固定部件可以相对于相应的旋转部件滑动，或者可以如能在固定部件和转动部件之间形成密封的密封垫的部件。通常，在密封盘成形之后，不需进行后续的机械加工。组件可以使用模块化结构，这样可使其能够应用于一个以上的密封装置。
密封盘组件部件的各部件可以采用机械和/或化学和/或热连接等方法以不能拆卸的方式连接在一起。密封盘组件的各部件相互之间的定位是采用了至少一个定位部件，所述定位部件可以是至少一个前述各部件的集成部分。另外，所述定位部件也可以是与前述各部件中的任意一个分开的部分。
本发明的密封盘组件可以包括至少一个配件，所述配件连接机械密封的两个区域，以使流体从所述两区域之间通过。该配件(包括连接管)可以被设置在由组成密封盘组件的至少两个部件所形成的中空的腔室内。
权利要求
1.一种密封盘，包括刚性的盘状组件，所述组件包括至少一个沿径向延伸的壁，其厚度为0.1mm至4mm。
2.根据权利要求1所述的密封盘，其特征在于，所述组件包括两个轴向分开、沿径向延伸的壁。
3.根据权利要求2所述的密封盘，其特征在于，所述组件还包括内圆周壁和外圆周壁，所述内圆周壁和外圆周壁在所述沿径向延伸的壁之间延伸。
4.根据权利要求3所述的密封盘，其特征在于，所述组件为中空结构。
5.根据权利要求3所述的密封盘，其特征在于，所述组件由混凝土、塑料或水填充。
6.根据上述权利要求中的任意一个所述的密封盘，其特征在于，所述一个或多个壁由金属制成。
7.根据权利要求6所述的密封盘，其特征在于，所述一个或多个壁经压制加工成形。
8.根据上述权利要求中的任何一个所述的密封盘，包括形成有第一径向延伸的壁的第一部分和形成有第二径向延伸的壁的第二部分，所述第一径向延伸的壁与第二径向延伸的壁被轴向地分开。
9.根据权利要求8所述的密封盘，其特征在于，所述第一和第二部分共同形成内圆周壁和外圆周壁。
10.根据上述权利要求中的任意一个所述的密封盘，其特征在于，所述密封盘设有一个或多个通孔。
11.根据权利要求10所述的密封盘，其特征在于，各所述通孔通过压制或冲压加工成形。
12.根据权利要求11所述的密封盘，其特征在于，当各个所述孔成形时被移位的材料在所述孔周围形成起加固作用的支撑构件。
13.如上述权利要求中的任何一个所述的密封盘，其为具有第一和第二沿径向延伸的壁的中空结构形式，并且设有用于将流体注入所述密封盘的装置。
14.一种密封装置，其具有如以上权利要求中的任意一个所述的密封盘。
15.一种机械密封装置，其具有如权利要求1至13中的任意一个所述的密封盘。
全文摘要
披露了一种密封盘(21)，包括刚性的盘状组件(30)，所述组件包括至少一个沿径向延伸的壁(34)，其厚度为0.1mm至4mm。
文档编号F16J15/34GK1662761SQ03814612
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月23日 优先权日2002年6月22日
发明者阿兰·罗迪斯 申请人:Aes工程有限公司