[发明专利]自平衡组合式高压旋转密封环

说明书

本发明涉及一种用于旋转轴的密封装置，特别是一种用于高转速旋转轴的自平衡组合式高压旋转密封环。

在现代机械工业中，密封元件是应用最广的基础元件之一，对于旋转密封而言，由于其特殊的应用场合，它应具有较小的摩擦系数、较长的使用寿命，以及应能满足在高压高转速的条件下正常工件而不泄漏。现有技术中的旋转密封主要有以下几种：

(1)填塞型密封。如整环填料密封和盘根填料密封。压力适用范围：1.3×10³Pa-3.5×10⁷Pa；线速度小于20m/s，缺点是：压力高时线速度低；摩擦力大；停车时有泄漏。

(2)挤压型密封。如O型，D、X、Δ型密封等，其在3.5×10⁷Pa压力下，旋转线速度小于0.05m/s；在0.7×10⁶Pa压力下，旋转线速度可达3m/s。

(3)分剖型密封。如开口环和分辨环。其耐压和旋转线速度都可以很高(1.5×10⁷Pa-2.2×10⁸Pa；3m/s-100m/s)，但其属于泄漏型密封。也就是说它在旋转状态和停车状态都有泄漏，既污染了环境，也降低了效率。

(4)挠曲型密封。如唇形密封中V型、U型、Y型等油封。这类旋转密封广泛应用于各类旋转机械中。其密封压力最高可达10×10⁷Pa，但最大的缺点是旋转线速度低，如U型密封只有30-35mm/s的线速度。当油封在旋转线速度4-15m/s范围内工作时，耐压只有3-0.7×10⁵Pa。

图1a、1b和1c分别示出了三种不同的唇形密封的结构，在图1a中，密封环主要是由橡胶碗部分21和弹簧环22两大部件组成，其密封机理是由橡胶碗部分21的唇端25自身的过盈配合压力与弹簧圈22的环抱力加上工作介质压力P之和形成油封唇端与旋转轴表面的接触压力，并由这一压力来控制油膜厚度，从而达到密封的目的。但是，由于现有密封环上的腰部24比较单薄且对介质压力P有一个较宽的环形作用面积，而且材料大都采用弹性橡胶，因而当工作介质压力P升高时，使之产生弯曲变形，严重地破坏了密封机理，由于磨损或撕裂造密封失效而产生泄漏。为了提高使用压力现有的密封采用了加强腰部24的措施见图1b和1c中的金属骨架23和23′。尽管如此其工作压力也不过由图1a中所示型式的3.5×10⁵Pa提高到图1b中所示型式的7×10⁵Pa，最后只能提高图1c所示型式的3.5×10⁶Pa。

本发明的一个目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种能在高转速下正常工作的自平衡组合式高压旋转密封环。

本发明的另一个目的是提供一种摩擦系数小，使用寿命长且无泄漏的自平衡组合式高压旋转密封环。

本发明的又一个目的是提供一种适用温度范围广、结构合理、加工方便而且成本较低的自平衡组合式高压旋转密封环。

本发明的技术解决方案如下：一种自平衡组合式高压旋转密封环，包括一密封碗和一装在密封碗内的O形圈，其特征在于：所述密封碗具有一唇形开口，密封碗的横截面具有一第一边、第二边、第三边、第四边、背压边、密封边、倒角边和唇形开口，所述的第二边与静止部件相接，第一边和第三边均与第二边成直角，所述的密封边与旋转轴形成滑动接触，背压边将第三边和密封边连接起来，且背压边与旋转轴轴向表面成一较小的角度A，  所述的较小的角度A在0°＜A≤15°的范围内，所述的唇形开口位于第一边和第四边之间，倒角边将第四边和密封边连接起来且倒角边与旋转轴轴向表面成一较大的角度B，所述的较大的角度B在20°≤B≤80°的范围内。所述唇形开口内的密封碗的中间设有一圆形腔，该圆形腔的垂直于旋转轴表面的中心线位于密封边的范围内，所述的O形圈为过盈装配在唇形开口的圆形开口的圆形腔内。所述的角度A近似等于5°，角度B近似等于45°。所述的密封碗由充填聚四氟乙稀制造，所述O形圈由橡胶材料制造。所述的O形圈是由丁腈橡胶或硅橡胶或聚氨酯制造。所述的用于制造密封碗的充填聚四氟乙稀的充填材料为二硫化钼和铜粉。所述的充填材料二硫化钼在0.1％-3％(wt)的范围内，铜粉在35％-65％范围内。