密封装置、密封组件和具有旋转轴的设备的制作方法

1.本发明涉及相对于具有旋转轴的设备实现密封的装置，更具体地，涉及用于与旋转轴封一起使用的密封装置、用于旋转轴的密封组件、以及具有旋转轴的设备。


背景技术：

2.旋转轴封是可以防止带压的流体(例如润滑油)向外泄漏的密封件，被广泛应用于具有旋转轴且需要油、气、水等密封的设备(例如，燃气轮机、汽轮机、水轮机、泵、家电、发动机、摩托车等)中。然而，当旋转轴封安装于旋转轴上时，旋转轴与旋转轴封贴合处(例如在密封唇附近处)在转轴旋转过程中可能有外部污染物(例如，灰尘、其他杂质等)进入，加剧旋转轴和旋转轴封的磨损，从而导致旋转轴封失效。
3.在现有技术中，一种可能的解决方法是使用机械密封，其缺点是机械密封在磨损时需要生产厂家派专业人员进行更换和维修，安装和维护较为麻烦并且成本高。另一种可能的解决方法是使用多个(例如，两个、三个等)旋转轴封，其缺点是结构复杂、成本高，且不能有效阻止外部污染物进入，只能有限地推迟外部污染物进入时间，因为时间上的推迟并不随旋转轴封数量的增加而成倍增加。


技术实现要素：

4.本发明通过提供用于与旋转轴封一起使用的密封装置、用于旋转轴的密封组件、以及具有旋转轴的设备来解决目前旋转轴封因外部污染物进入旋转轴与旋转轴封贴合处而导致旋转轴封过早磨损失效的问题。
5.本发明的第一方面提出了一种用于与旋转轴封一起使用的密封装置，所述旋转轴封的本体配置为穿过旋转轴并且包括与所述旋转轴形成动密封配合的密封部，所述密封装置包括：环形本体，配置为穿过所述旋转轴，所述环形本体包括相对的第一环形部和第二环形部，其中，所述第一环形部限定静密封面以与所述旋转轴形成静密封配合，所述第二环形部限定动密封面以与所述旋转轴封的本体的邻近所述密封部的部分形成动密封配合。
6.本发明的第二方面提出了一种用于旋转轴的密封组件，所述密封组件包括：旋转轴封，所述旋转轴封的本体配置为穿过旋转轴并且包括与所述旋转轴形成动密封配合的密封部；密封件，所述密封件包括：环形本体，设置为穿过所述旋转轴，所述环形本体包括相对的第一环形部和第二环形部，其中，所述第一环形部限定静密封面以与所述旋转轴形成静密封配合，所述第二环形部限定动密封面以与所述旋转轴封的本体的邻近所述密封部的部分形成动密封配合。
7.进一步根据前述第一方面和第二方面中的任何一个或多个方面，如以上所概述的密封装置或者密封组件还可以包括以下优选形式中的一个或多个优选形式。
8.在一些优选形式中，所述环形本体还包括：连接所述第一环形部和所述第二环形部的过渡部，所述过渡部限定凹陷面。
9.在一些优选形式中，所述第二环形部还限定连接面，所述连接面设置在所述动密
封面与所述凹陷面之间。
10.在一些优选形式中，所述连接面配置为与所述旋转轴形成间隙配合。
11.在一些优选形式中，所述环形本体还包括：从所述动密封面外侧向外延伸出的翻边结构，使得当所述动密封面与所述旋转轴封的本体形成所述动密封配合时所述翻边结构朝向旋转轴封侧延伸。
12.在一些优选形式中，所述第二环形部具有柔性材料。
13.本发明的第三方面提出了一种具有旋转轴的设备，所述设备包括根据前述第二方面所述的密封组件。
14.本发明的第四方面提出了一种具有旋转轴的设备，所述设备包括：旋转轴封，所述旋转轴封的本体穿过所述旋转轴并且包括与所述旋转轴形成动密封配合的密封部；密封件，所述密封件包括：环形本体，所述环形本体穿过所述旋转轴，其中，所述环形本体限定与所述旋转轴形成静密封配合的静密封面，并限定与所述旋转轴封的本体的邻近所述密封部的部分形成动密封配合的动密封面。
15.进一步根据前述第四方面，如以上所概述的设备还可以包括以下优选形式中的一个或多个优选形式。
16.在一些优选形式中，所述环形本体具有柔性材料。
17.在一些优选形式中，所述环形本体还限定连接所述静密封面与所述动密封面的连接面，其中，所述连接面具有弯曲的轮廓。
18.与现有技术相比，根据本发明的密封结构可以有效地防止外部污染物对旋转轴封和旋转轴的磨损，有效地延长旋转轴封和旋转轴的使用寿命，容易集成到具有旋转轴且旋转轴上有动密封的设备上，易于更换和维护，并且具有较低的成本。
附图说明
19.参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的特征。
20.图1示出了现有技术中包括用于旋转轴的密封结构的设备的示意图。
21.图2示出了图1的设备的密封结构的局部放大图。
22.图3示出了根据本发明实施例的包括用于旋转轴的密封结构的设备的示意图。
23.图4示出了图3的设备的密封结构的局部放大图。
24.图5示出了根据本发明实施例的包括用于旋转轴的密封结构的设备的示意图。
25.图6示出了图5的设备的密封结构的局部放大图。
26.图7示出了采用根据本发明实施例的用于旋转轴的密封结构的示例性设备。
具体实施方式
27.在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本
发明的范围由所附的权利要求所限定。
28.首先对说明书中所涉及到的术语进行说明。在本文中，旋转轴封也可称为旋转油封，是一种不同于机械密封的用于旋转轴的密封结构。旋转轴封的目的是：充当物理屏障，将例如润滑油的流体保留在一定的位置；即使在一定压强下(例如高压下)也要防止流体泄漏到外部。
29.如前所述，当旋转轴封安装于旋转轴上时，旋转轴与旋转轴封贴合处(例如在密封唇附近处)在转轴旋转过程中可能有外部污染物(例如，灰尘、其他杂质等)进入，加剧旋转轴和旋转轴封的磨损，从而导致旋转轴封失效。
30.通常，现有技术采用两个或更多个旋转轴封来解决上述问题。图1示出了现有技术中包括用于旋转轴的密封结构的设备100的示意图，并且图2示出了图1的密封结构的局部放大图200。
31.参考图1，设备100包括旋转轴101和多个旋转轴封102(图示，两个)。旋转轴101围绕轴线旋转，旋转轴封102穿过旋转轴101且与旋转轴101共轴线。该多个旋转轴封102构成用于旋转轴的密封结构。
32.参考图2，旋转轴封102包括本体，本体配置为穿过旋转轴101，并且本体包括密封部201(例如密封唇)。密封部201与旋转轴101形成动密封配合(例如，过盈的动配合)，即，旋转轴封102不跟随旋转轴101同步旋转。该本体包括与密封部201邻近的部分202。由于动态密封，在旋转过程中，旋转轴101和旋转轴封102的相对运动会产生磨损，旋转轴101和旋转轴封102尤其是其密封部201之间会有磨损。在一些情况下，例如随着轴的运转速度的变化和工作环境温度的变化，旋转轴101和旋转轴封102尤其是其密封部201之间发生干摩擦，从而产生磨损。当外部污染物(例如灰尘或其他杂质等)沿例如曲线206所指示的路径进入到该部分202时，会加剧旋转轴101和旋转轴封102尤其是其密封部201的磨损，从而导致旋转轴封102失效。通过串行地设置与旋转轴101配合的多个旋转轴封102，使得可以在一个旋转轴封因外部污染物失效的情况下，利用其他的旋转轴封102来防止外部污染物破坏对旋转轴101的密封。
33.举例而言，以旋转轴封102为骨架油封作为示例进行说明而非限制，其包括由弹性材料(例如，橡胶、弹性塑料等)构成的本体。本体包括内环203和外环204，内环203限定突起的密封部201(例如密封唇)。密封部201一侧设有润滑油，在边界润滑下，密封部201与旋转轴101的界面之间形成一层稳定的流体动压油膜。这种油膜通常具有一定的压力，可以防止润滑油向外流动。本体还可以包括嵌入在内环203中的弹簧以增强轴封102的自紧力。本体还可以包括嵌入在本体的外环204和连接外环204与内环203的部分中的金属骨架，金属骨架可用于增加旋转轴封102的机械强度并便于在安装中对旋转轴封102进行定位。本体还可以包括防尘部205(例如防尘唇)，以防止灰尘或杂质从上部进入密封部201一侧。然而，防尘部205不能防止从灰尘或杂质从下部进入密封部201一侧。当外部污染物(例如灰尘或其他杂质等)从下部沿例如曲线206所指示的路径进入到与密封部201邻近的部分202时，会加剧旋转轴101和旋转轴封102尤其是其密封部201的磨损，从而导致旋转轴封102失效。
34.然而，不管是采用任何类型和任何数量的多个旋转轴封102，都会导致结构复杂、成本高，且不能有效阻止外部污染物进入，只能有限地推迟外部污染物进入时间，因为时间上的推迟并不随旋转轴封数量的增加而成倍增加。
35.针对现有技术中旋转轴封因外部污染物进入旋转轴与旋转轴封贴合处而导致旋转轴封过早磨损失效的问题，本发明提出了用于与旋转轴封一起使用的密封装置、用于旋转轴的密封组件、具有旋转轴的设备。
36.图3示出了根据本发明实施例的包括用于旋转轴的密封结构的设备300的示意图。设备300包括旋转轴301、至少一个旋转轴封302(图示，一个)以及用于与旋转轴封302一起使用的密封装置(或密封件)303。该至少一个旋转轴封302和密封装置303构成用于旋转轴的密封组件(或密封结构)。旋转轴301可以类似于如上参考图1和图2描述的旋转轴101，旋转轴封302可以类似于如上参考图1和图2描述的旋转轴封102，不再详述。
37.图4示出了图3的设备300的密封结构的局部放大图400。密封装置(或密封件)303包括环形本体，配置为穿过旋转轴301，环形本体包括相对的第一环形部401和第二环形部402。第一环形部401限定静密封面403以与旋转轴301形成静密封配合(例如，过盈的静配合)，即，静密封面403紧紧包围旋转轴301且跟随旋转轴301同步旋转(即，密封装置303跟随旋转轴301同步旋转)。第二环形部402限定动密封面404以与一个旋转轴封302的本体的邻近密封部(如密封部201)的部分(如部分202)形成动密封配合，例如，动密封面404抵靠(例如紧贴)旋转轴封302的该部分的表面。由于旋转轴封302不跟随旋转轴301同步旋转，密封装置303跟随旋转轴301同步旋转，因此旋转轴封302与密封装置303形成动密封配合。由于密封装置303与旋转轴301之间为静态密封，不会产生磨损，并且密封装置303与旋转轴封302之间为动态密封，因此与现有技术相比，该密封装置可以有效地防止外部污染物(例如，沿曲线206指示的路径进入旋转轴封302的密封部附近)对旋转轴封和旋转轴的磨损，有效地延长旋转轴封和旋转轴的使用寿命，并且该密封装置容易集成到具有旋转轴且旋转轴上有动密封的设备上，易于更换和维护，并且具有较低的成本。
38.在实施例中，密封装置303的环形本体还包括连接第一环形部401和第二环形部402的过渡部405，过渡部405限定凹陷面406。通过提供凹陷面406，可以在将动态密封面404抵靠旋转轴封302的本体形成动密封配合时有效地缓解在它们的接触面上的形变引起的弹力(当安装密封装置303时，例如，在沿旋转轴301的轴线推动密封装置303(例如通过推动第一环形部401)向旋转轴封302移动的情况下，防止动密封面404在接触旋转轴封302的本体时受力过大)，从而防止该弹力引起旋转轴封302的变形(例如，移位，或密封部的变形)，这种变形可能导致旋转轴封302的失效。
39.在实施例中，第二环形部402还限定连接面407，连接面407设置在动密封面404与凹陷面406之间。在进一步的实施例中，连接面407配置为与旋转轴301形成间隙配合。通过提供连接面406，可以进一步释放动态密封面404在接触旋转轴封302的本体时形变产生的弹力，并且通过连接面与旋转轴301之间的间隙来防止环形本体和旋转轴301之间的磨损。
40.在实施例中，密封装置303的环形本体还包括从动密封面404外侧向外延伸出的翻边结构408，使得当动密封面404与旋转轴封302的本体形成动密封配合时该翻边结构408朝向旋转轴封302侧延伸。通过提供翻边结构408，可以防止外部污染物(例如，灰尘或其他杂质等)进入动密封面404，并进一步防止外部污染物进入旋转轴封302的密封部附近，从而防止对旋转轴封和旋转轴的磨损。此外，该翻边结构408还可以有效地防止设在旋转轴封302一侧的流体(例如润滑油)流出。例如，在旋转轴封302为骨架油封的情况下，翻边结构408可以在旋转轴封302的内环与外环之间延伸并朝向连接内环与外环的部分延伸。
41.在实施例中，第二环形部402具有柔性材料。例如，第二环形部402或整个环形本体可以具有柔性材料。通过提供具有柔性材料的第二环形部402，可以在动态密封面404与旋转轴封302的本体之间形成柔性密封，使得可以在对机械的震动及接触面弹力变化的影响下仍可保持稳定的密封作用，同时防止动密封引起的磨损。柔性材料可以是例如橡胶、硅胶、软塑料中的一种，橡胶可以包括但不限于丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶等。
42.根据图3和图4的实施例的密封装置、密封组件和设备，可以有效地防止外部污染物对旋转轴封和旋转轴的磨损，延长旋转轴封和旋转轴的使用寿命，并且密封结构易于安装、更换和维护。
43.图5示出了根据本发明实施例的包括用于旋转轴的密封结构的设备500的示意图。设备500包括旋转轴501、至少一个旋转轴封502(图示，一个)以及用于与旋转轴封502一起使用的密封件503。该至少一个旋转轴封502和密封件503构成用于旋转轴的密封结构。旋转轴501可以类似于如上参考图1和图2描述的旋转轴101，旋转轴封502可以类似于如上参考图1和图2描述的旋转轴封102，不再详述。
44.图6示出了图5的设备500的密封结构的局部放大图600。密封件503包括环形本体，环形本体穿过旋转轴501。密封件503的环形本体限定与旋转轴501形成静密封配合的静密封面601，并限定与旋转轴封502的本体的邻近密封部(如密封部201)的部分(如部分202)形成动密封配合的动密封面602。
45.在实施例中，密封件503的环形本体具有柔性材料。通过提供具有柔性材料的环形本体，可以在动态密封面601与旋转轴封502的本体之间形成柔性密封，使得可以在对机械的震动及接触面弹力变化的影响下仍可保持稳定的密封作用，同时防止动密封引起的磨损。柔性材料可以是例如橡胶、硅胶、软塑料中的一种，橡胶可以包括但不限于丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶等。
46.在实施例中，密封件503的环形本体还限定连接静密封面601和动密封面602的连接面603，该连接面603具有弯曲的轮廓。在一个示例中，静密封面601和动密封面602可以共圆弧面，使得连接面603具有弯曲的轮廓。在另一个示例中，静密封面601和动密封面602可以在多边形面上，使得连接面603具有弯曲的轮廓。通过提供具有弯曲轮廓的连接面603，可以有效地缓解动密封面602在接触旋转轴封502的本体时形变产生的弹力，从而防止该弹力引起旋转轴封502的变形(例如，移位，或密封部的变形)，这种变形可能导致旋转轴封502的失效。
47.根据图5和图6的实施例的设备，可以有效地防止外部污染物对旋转轴封和旋转轴的磨损，延长旋转轴封和旋转轴的使用寿命，并且密封结构易于安装、更换和维护。
48.图7示出了采用根据本发明实施例的用于旋转轴的密封结构的示例性设备700。示例性设备700为潜水水泵，包括电机转轴701、旋转轴封702、密封件703、与电机转轴701耦接的叶轮704、水泵密封外壳705、电机带电部分706(例如定转子、引线、电容等)、o型圈707、电机前端盖708。旋转轴封702和密封件703构成用于旋转轴701的密封结构。电机转轴701可以是如上参考图1-图6描述的旋转轴101、301、501中的任何一个，旋转轴封702可以是如上参考图1-图6描述的旋转轴封102、302、502中的任何一个，密封件703可以是如上参考图3和图4描述的密封装置(或密封件)303或如上参考图5和图6描述的密封件503中的任何一个。
49.通过潜水水泵700的旋转的电机转轴701带动叶轮704旋转，叶轮704旋转带动水流动。潜水水泵700在工作过程中，水泵是完全没入水中的，所以需要保证电机带电部分的密封，如图7所示，电机带电部分706被密封在水泵密封外壳705和电机前端盖708之间。水泵密封外壳705和电机前端盖708之间利用o型圈707和旋转轴封706进行密封，其中，利用o型圈707进行静态密封，利用旋转轴封706进行动态密封。然而，动态密封在电机旋转过程中会有相对运动产生磨损，一旦有外部污染物(例如，灰尘、其他杂质等)进入密封面，会加剧该密封面的磨损。不同于现有技术，通过在旋转轴封702外部增加密封件703，密封件703可以根据前述的实施例与电机转轴701和旋转轴封702配合，从而有效地阻挡外部污染物(例如，灰尘、其他杂质等)进入电机转轴701和旋转轴封702之间，有效地防止旋转轴封702失效，保证了电机带电部分706的密封。
50.因此，虽然参照特定的示例来描述了本发明，这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本发明进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。