主轴的气动密封结构及采用气动密封的离心机制造技术

技术编号：40335248 阅读：7 留言：0更新日期：2024-02-09 14:25

本发明专利技术公开了一种主轴的气动密封结构及采用气动密封的离心机，主轴上套设有密封组件，密封组件包括动环与静环，动环固定到主轴上，静环通过弹簧的预紧力压紧到动环的端面上；动环与静环的密封面之间具有可充气的开放区域，所述开放区域的径向长度小于密封面的径向厚度；使用时，往所述开放区域内通入气体，动环与静环相对旋转时，在动环与静环的密封面之间形成的气膜构成气动密封层、将二者原来接触的密封面撑开。本发明专利技术在将动环与静环的密封面进行分离的同时，还实现了对主轴有效、可靠的密封，防止了外部的异物或者动环与静环的密封面由于摩擦产生异物进入到分离设备内部，也防止了分离设备内部的分离物料外泄，提高了密封可靠性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离心机主轴密封，尤其是一种主轴的气动密封结构及采用气动密封的离心机。

技术介绍

1、离心机是一种利用离心力来实现固、液分离的机械设备，广泛应用于食品、医药、化工等领域，离心机的转速普遍较高。

2、在食品、医药领域，由于卫生级要求很高，因此要求离心机的分离腔为无菌环境，不允许有外部异物进入分离设备内部，也不允许密封部位由于摩擦产生的异物进入分离设备内部。而在一些化工领域，对使用的离心机则有防爆要求，不允许分离的易燃易爆物料外泄。因此，离心机的密封性能就尤为重要。

3、离心机密封，其中最为关键的是主轴密封。目前大多数离心机的主轴密封方式通常采用的是非接触式的迷宫型密封或接触式的唇形密封圈密封。迷宫型密封是指通过主轴与固定件之间的曲折间隙实现密封，异物有可能会从曲折间隙进入到分离设备内部，分离设备内部的分离物料也有可能从曲折间隙外泄，密封可靠性不够高。唇形密封圈密封是指通过密封圈的唇口紧贴到主轴上实现密封，密封圈与主轴接触摩擦产生的异物也可能会进入到分离设备内部；而且，唇形密封圈密封与接触摩擦也容易磨损，影响密封性，寿命较短，需要频繁更换，维护成本高，也影响工作效率。动环和静环由于是紧贴着旋转工作，会产生发热现象，接触摩擦产生的异物也会进入到分离设备内部。如果采用双端面机械密封，中间充有冷却介质，虽然能够降低密封面的发热温度，然而冷却介质与动环和静环的摩擦产生的异物也会进入到分离设备内部。

4、主轴上通常还设置有机械密封结构，机械密封结构包括相对旋转配合的动环与静环，动环跟随主轴一起旋

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有离心机主轴密封方式存在的缺点，提供一种结构合理的主轴的气动密封结构及采用气动密封的离心机，在主轴的密封组件上设置气动密封结构，提高密封可靠性，防止异物进入分离设备内部或分离设备内部的分离物料外泄，降低维护成本，保证工作效率；防止动环和静环损坏。

2、本专利技术所采用的技术方案如下：

3、一种主轴的气动密封结构，主轴上套设有密封组件，密封组件包括动环与静环，动环固定到主轴上，静环通过弹簧的预紧力压紧到动环的端面上；

4、动环与静环的密封面之间具有可充气的开放区域，所述开放区域的径向长度小于密封面的径向厚度；使用时，往所述开放区域内通入气体，动环与静环相对旋转时，在动环与静环的密封面之间形成的气膜构成气动密封层、将二者原来接触的密封面撑开。

5、作为上述技术方案的进一步改进：

6、动环上开设充气通道，充气通道在动环与静环的密封面之间形成有开放区域，充气通道的根部与动环内周面之间相距有距离。

7、动环的充气通道为开设在动环端面的若干动压槽，动压槽面向静环密封面的侧面为开放面、构成开放区域，动压槽的顶侧开放面连通进气腔；动压槽可以为矩形槽或弧形槽；动压槽沿径向线开设，或动压槽朝向旋转方向向前倾斜；动压槽的深度d1为3μｍ～12μｍ，动压槽的径向长度l1与动环端面径向厚度t的比值为：l1/t=0.4～0.6。

8、动环的充气通道包括环槽、横孔及竖孔；环槽开设在动环端面，环槽面向静环密封面的侧面为开放面、构成开放区域；横孔连通环槽与横孔，竖孔为盲孔、开设在动环内；竖孔沿径向线开设，或竖孔朝向旋转方向向前倾斜；动环的端面上还开设有若干长槽，长槽连通环槽；长槽为长圆形槽，长槽沿径向线开设，或长槽朝向旋转方向向前倾斜；环槽的深度d2为3μｍ～12μｍ，长槽的长度l3与动环端面径向厚度t的比值为：l3/t=0.4～0.6。

9、密封组件还包括轴套与端盖，轴套固定套设到主轴上，动环与静环套设在轴套上，端盖设置在轴套外侧，动环位于轴套台阶与端盖之间，轴套台阶与端盖对动环进行轴向定位；动环与轴套之间为间隙配合，动环与轴套之间设置有径向定位结构；轴套与主轴之间、动环与轴套之间、静环与压盖之间分别设置密封件。

10、动环的内周面为圆柱面，动环内周面与轴套外周面之间的间隙值为0.1mm～0.25mm；或动环的内周面为朝向轴套凸出的球面，动环与轴套之间的最小间隙值为0.1mm～0.25mm。

11、所述径向定位结构包括设置在动环与轴套之间的定位件，定位件一部分插入轴套内、另一部分插入动环的定位槽内，定位件插入定位槽的部位上套设有弹性套，弹性套与定位槽之间为间隙配合；定位件为定位销或者定位键，弹性套为四氟材质或具有一定弹性和强度的材料。

12、密封组件的静环与主轴之间设有排气腔，排气腔位于静环与轴套及端盖之间；动环的两侧分别设置一个静环，两静环分别通过弹簧的预紧力贴紧在动环的两侧端面上，所述动环两侧端面分别设置充气通道的开放区域。

13、一种采用气动密封的离心机，机身内设置转鼓与主轴，转鼓连接在主轴上，主轴上设置气动密封结构，密封组件外套设压盖，在压盖与密封组件之间形成有进气腔，动环的充气通道连通进气腔，压盖上开设有第二进气通道，第二进气通道连通进气腔；主轴上还套设有轴承，轴承外套设轴承座，压盖固定连接到轴承座上；轴承座上开设有连通外部的第一进气通道，第一进气通道连通压盖的第二进气通道。

14、作为上述技术方案的进一步改进：

15、压盖上开设有排气通道，排气通道连通排气腔；轴承座上开设有第一排气通道，第一排气通道连通压盖的排气通道。

16、本专利技术的有益效果如下：

17、本专利技术在密封组件的动环与静环的密封面之间开设充气通道，充气通道内可以注入一定压力的干燥、洁净的空气或惰性气体，在动环与静环相对旋转时，在二者的密封面之间形成一层具有刚度和开启力的气膜，气膜产生的气压动力将动环与静环的密封面撑开、并填充在二者的密封面之间形成气动密封层，在将动环与静环的密封面进行分离的同时，还实现了对主轴有效、可靠的密封，防止了外部的异物或者动环与静环的密封面由于摩擦产生异物进入到分离设备内部，也防止了分离设备内部的分离物料外泄，提高了密封可靠性。在动环随主轴高速旋转时，由于动环与静环的密封面不接触，也防止了二者的密封面由于接触摩擦而磨损，提高了密封可靠性，延长了动环、静环的使用寿命，降低了更换频率，降低了维护成本，保证了工作效率；而且，在高速旋转时，由于动环与静环的密封面不接触摩擦，因此也不会产生发热现象，节省了冷却介质的使用，也避免了冷却介质与动环和静环摩擦产生异物进入到分离设备内部。

18、本专利技术的充气通道开设在高速旋转的动环上，在动环一开始转动，就会对充气通道内的气体产生挤压作用，使气体快速形成气膜，相对于将充气通道开设在固定不动的静环上，充气通道开设在动环上，气膜形成的速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种主轴的气动密封结构，主轴（3）上套设有密封组件（5），其特征在于：密封组件（5）包括动环（52）与静环（54），动环（52）固定到主轴（3）上，静环（54）通过弹簧（55）的预紧力压紧到动环（52）的端面上；

2.按照权利要求1所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：动环（52）上开设充气通道（521），充气通道（521）在动环（52）与静环（54）的密封面之间形成有开放区域，充气通道（521）的根部与动环（52）内周面之间相距有距离。

3.按照权利要求2所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：动环（52）的充气通道（521）为开设在动环（52）端面的若干动压槽（5211），动压槽（5211）面向静环（54）密封面的侧面为开放面、构成开放区域，动压槽（5211）的顶侧开放面连通进气腔（8）；动压槽（5211）可以为矩形槽或弧形槽；动压槽（5211）沿径向线开设，或动压槽（5211）朝向旋转方向向前倾斜；动压槽（5211）的深度D1为3μｍ～12μｍ，动压槽（5211）的径向长度L1与动环（52）端面径向厚度T的比值为：L1/T=0.4～0.6。

4.按照权利要求2所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：动环（52）的充气通道（521）包括环槽（5212）、横孔（5213）及竖孔（5214）；环槽（5212）开设在动环（52）端面，环槽（5212）面向静环（54）密封面的侧面为开放面、构成开放区域；横孔（5213）连通环槽（5212）与横孔（5213），竖孔（5214）为盲孔、开设在动环（52）内；竖孔（5214）沿径向线开设，或竖孔（5214）朝向旋转方向向前倾斜；动环（52）的端面上还开设有若干长槽（5215），长槽（5215）连通环槽（5212）；长槽（5215）为长圆形槽，长槽（5215）沿径向线开设，或长槽（5215）朝向旋转方向向前倾斜；环槽（5212）的深度D2为3μｍ～12μｍ，长槽（5215）的长度L3与动环（52）端面径向厚度T的比值为：L3/T=0.4～0.6。

5.按照权利要求1所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：密封组件（5）还包括轴套（51）与端盖（53），轴套（51）固定套设到主轴（3）上，动环（52）与静环（54）套设在轴套（51）上，端盖（53）设置在轴套（51）外侧，动环（52）位于轴套（51）台阶与端盖（53）之间，轴套（51）台阶与端盖（53）对动环（52）进行轴向定位；动环（52）与轴套（51）之间为间隙配合，动环（52）与轴套（51）之间设置有径向定位结构；轴套（51）与主轴（3）之间、动环（52）与轴套（51）之间、静环（54）与压盖（7）之间分别设置密封件（59）。

6.按照权利要求5所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：动环（52）的内周面为圆柱面，动环（52）内周面与轴套（51）外周面之间的间隙值为0.1mm～0.25mm；或动环（52）的内周面为朝向轴套（51）凸出的球面，动环（52）与轴套（51）之间的最小间隙值为0.1mm～0.25mm。

7.按照权利要求5所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：所述径向定位结构包括设置在动环（52）与轴套（51）之间的定位件（57），定位件（57）一部分插入轴套（51）内、另一部分插入动环（52）的定位槽（522）内，定位件（57）插入定位槽（522）的部位上套设有弹性套（58），弹性套（58）与定位槽（522）之间为间隙配合；定位件（57）为定位销或者定位键，弹性套（58）为四氟材质或具有一定弹性和强度的材料。

8.按照权利要求1所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：密封组件（5）的静环（54）与主轴（3）之间设有排气腔（56），排气腔（56）位于静环（54）与轴套（51）及端盖（53）之间；动环（52）的两侧分别设置一个静环（54），两静环（54）分别通过弹簧（55）的预紧力贴紧在动环（52）的两侧端面上，所述动环（52）两侧端面分别设置充气通道（521）的开放区域。

9.一种采用气动密封的离心机，机身（1）内设置转鼓（2）与主轴（3），转鼓（2）连接在主轴（3）上，其特征在于：主轴（3）上设置权利要求1-8任一项所述的主轴的气动密封结构，密封组件（5）外套设压盖（7），在压盖（7）与密封组件（5）之间形成有进气腔（8），动环（52）的充气通道（521）连通进气腔（8），压盖（7）上开设有第二进气通道（73），第二进气通道（73）连通进气腔（8）；主轴（3）上还套设有轴承（4），轴承（4）外套设轴承座（6），压盖（7）固定连接到轴承座（6）上；轴承座（6）上开设有连通外部的第一进气通道（61），第一进气通道（61）连通压盖（7）的...

【技术特征摘要】

3.按照权利要求2所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：动环（52）的充气通道（521）为开设在动环（52）端面的若干动压槽（5211），动压槽（5211）面向静环（54）密封面的侧面为开放面、构成开放区域，动压槽（5211）的顶侧开放面连通进气腔（8）；动压槽（5211）可以为矩形槽或弧形槽；动压槽（5211）沿径向线开设，或动压槽（5211）朝向旋转方向向前倾斜；动压槽（5211）的深度d1为3μｍ～12μｍ，动压槽（5211）的径向长度l1与动环（52）端面径向厚度t的比值为：l1/t=0.4～0.6。

4.按照权利要求2所述的主轴的气动密封结构，其特征在于：动环（52）的充气通道（521）包括环槽（5212）、横孔（5213）及竖孔（5214）；环槽（5212）开设在动环（52）端面，环槽（5212）面向静环（54）密封面的侧面为开放面、构成开放区域；横孔（5213）连通环槽（5212）与横孔（5213），竖孔（5214）为盲孔、开设在动环（52）内；竖孔（5214）沿径向线开设，或竖孔（5214）朝向旋转方向向前倾斜；动环（52）的端面上还开设有若干长槽（5215），长槽（5215）连通环槽（5212）；长槽（5215）为长圆形槽，长槽（5215）沿径向线开设，或长槽（5215）朝向旋转方向向前倾斜；环槽（5212）的深度d2为3μｍ～12μｍ，长槽（5215）的长度l3与动环（52）端面径向厚度t的比值为：l3/t=0.4～0.6。

【专利技术属性】
技术研发人员：牟富君，牟宇慧，是健，张后生，
申请(专利权)人：江苏巨能机械有限公司，
类型：发明
国别省市：

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