一种同轴双叶片气体隔离密封装置
技术领域
本发明涉及气体密封领域，具体是一种同轴双叶片气体隔离密封装置。
背景技术
在很多机器上需要用到密封，例如搅拌不能接触空气介质或挥发出的气体不能大量排放大气的搅拌釜，或者鼓送一些微害作用气体的风机等。
这些装置需要将装置内的介质气体与外部大气隔离开，因为是动设备，做功需要用到旋转轴，而旋转轴的旋转动力一般来源于装置外的一个电机或传动装置，在机器的端部势必涉及旋转动密封，而直接使用一密封圈抱住主轴，因为是动静相异部件相接触，所以会有较大摩擦，损耗功率尚能接收，但摩擦产生的大量热量无法及时散发，局部温升很大，不仅影响密封间隙，还会导致磨损发生，维修频繁，也有使用液封的，让一个旋转环插入一个油腔内，旋转的同时保持与油液的接触，从而让液体隔离两侧气体，但这种方式仍然具有较大的摩擦与发热量，油液需要流动起来并增设换热器，而主轴上的功率损耗也较大，做功效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同轴双叶片气体隔离密封装置，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种同轴双叶片气体隔离密封装置，包括主轴、密封轮、密封盖和壳体，密封盖设置在壳体端部，主轴穿过密封盖连接外部旋转驱动，主轴上套设密封轮，密封轮位于密封盖盖内，密封轮包括轮体、外环叶片和内环叶片，外环叶片和内环叶片均设置在轮体朝向密封盖的一侧端面上，外环叶片和内环叶片成环状分布并均以主轴为中心，外环叶片和内环叶片经主轴带动旋转后，外环叶片离心泵气，内环叶片向心泵气，轮体与主轴的接触面上设置O型圈。
本密封装置使用在例如有密封需求的搅拌釜上，或运送非常规的气体的风机上，将装置内的介质气体与外部大气隔离开，主轴直接使用设备的动力轴，壳体也是原先机器的一部分，只需要进行微小改造即可，改造时在壳体端部加工出定位止口，让密封盖准确安装到壳体就行，在密封盖与壳体的接触面上设置密封圈进行静密封。
密封轮设置在主轴上并跟随主轴旋转，以旋转动力作为密封动力，外环叶片和内环叶片分别往两侧鼓送气体，外环叶片往机器腔内鼓送，而内环叶片往大气侧鼓送，通过双叶片双方向的鼓送，让两部分气体在叶片的中间位置上进行隔离，外环叶片是离心泵气的，与离心风机的叶片形式类似，而内环叶片上需要气体进行向心流动，所以需要进行特别设计，将较大半径处的叶片通道变窄，让较小半径处的叶片通道较宽，使得气体离心运动后会被挤压反弹，并且叶片迎风面上往向心导向，在最小半径处叶片与内圆相切，这样双重作用下气体进行向心流动，外环叶片和内环叶片分别往两个方向鼓送气体，在交界处产生隔离带，从而达到动密封作用。当然，本动密封的密封力并不是很大，通过设置不同大小的密封轮可以获得不同的密封力，但并不能无限增大，所以，本装置的应用场合是常压或微压的密闭搅拌釜或风机。
进一步的，外环叶片的叶片高度渐变，外环叶片的叶片高度靠近内环叶片的一侧低于远离内环叶片的一侧，内环叶片的叶片高度渐变，内环叶片的叶片高度靠近外环叶片的一侧低于远离外环叶片的一侧；外环叶片和内环叶片的叶片上沿还倾斜设置，外环叶片和内环叶片的叶片上沿均凹向相互之间的位置，密封盖朝向密封轮的内表端面上设置斜面，斜面与外环叶片和内环叶片的叶片上沿倾斜程度相匹配。
外环叶片和内环叶片的叶片高度渐变，并且相互远离的一侧较高，相互靠近的一侧较低，这样在流道上再次构成渐变面积的通道，各自叶片的出口端通道面积大，靠近隔离带的一端通道面积小，使得气体更难到达隔离带，增强密封效果；而斜面和叶片上沿倾斜的设置则是为了降低内外环叶片的加工难度，如果叶片上沿为同一平面的，那么为了达到叶片高度渐变的目的，就需要铣出深度渐变的叶片隔槽，同时叶片是曲形叶片，这在铣削加工时难度非常大，而先加工出相同叶片高度的内外环叶片，然后通过车床车出一个斜面来获得高度渐变的叶片则是加工难度大大降低。
进一步的，主轴竖直布置，密封轮还包括隔离腔和注液孔，隔离腔设置在轮体朝向密封盖的一侧，隔离腔包括插槽和容腔，插槽上端位于轮体上端面、位于外环叶片和内环叶片之间，容腔位于轮体内部，容腔在水平面上位于插槽外环并通过底部的一条通道进行连通，轮体的侧面沿径向设置注液孔，注液孔连接容腔，注液孔为螺纹孔，隔离腔内注有密封液，密封盖还包括设置在朝向密封轮的端面上的凸环，凸环插入插槽内，静止状态下密封液淹没凸环底部；密封盖侧面设置工装孔，工装孔轴线与注液孔轴线位于同一平面内，工装孔大于注液孔，注液孔使用第一螺塞封堵，工装孔使用第二螺塞封堵。
内外环叶片的动密封只能在主轴旋转时进行密封，当机器停机、主轴停转时，密封力消失，如果停机时仍然需要内外密封，就需要辅助的静密封，可以是停机后使用密封环塞满主轴穿过密封盖的间隙上，但这种方式一来不能及时，二来需要手工操作，麻烦。所以本装置进一步设置了密封液去进行停机时的密封，密封盖内表面上的凸环在停机时被密封液淹没，从而机器内的气体和大气通过凸环隔离了开来，无法接触。插槽和容腔内都注有一些密封液并且是连通状态，在机器运行时、主轴旋转，密封液由于离心力被甩往容腔，从而在插槽内的液位下降，密封液与凸环断开接触，以便主轴旋转顺畅，如果在主轴旋转时，密封液仍然与凸环接触，那么会构成液-固动静接触，旋转阻力较大，仍然有较大摩擦并产生热量，所以容腔的设置就是为了让这一道静密封在机器运行时及时脱开。
注液孔是外界注入密封液的通道，当装置都装配完毕后，注液管依次穿过工装孔、注液孔往容腔内添加密封液，第一螺塞和第二螺塞分别注液孔和工装孔，为了工具的伸入抽出，所以工装孔大于注液孔。
作为优化，注液孔水平设置，注液孔连接容腔的底部。注液孔连接容腔的底部方便外界在添加密封液时得知容腔内密封液的液位，不能加多、也不能不能加少，机器运行时密封液脱开凸环、停机时密封液没过凸环底部是密封液量的需求，而注液孔连接容腔的底部后，注液管就需要使用螺纹头了，而且在取出时需要略微反向倾斜机器，以便抽出注液管时密封液不会从注液孔流出。
作为优化，密封轮和主轴传动连接。密封轮仅仅依靠两侧的轴向顶紧定位也能从主轴上获得旋转动力，但是可能产生滑移或传动不可靠，而内外环叶片的动力密封需要较大的转速，所以密封轮与主轴传动连接可以确保旋转传递到密封轮上。
作为优化，密封轮和主轴通过键传动，轮体中心孔内设置键槽，键槽为半通槽，键槽的开口端位于轮体下端面，键槽的上端加工退刀槽，轮体中心孔内还设置O型圈槽，O型圈位于O型圈槽内，O型圈槽位于键槽的上方。
键传动是一种设置方便的传动形式，而由于密封轮和主轴之间还需要设置O型圈，键槽不能是全通槽，不然O型圈就无法密封住键槽处的间隙了，所以键槽只能是半槽形式，又因为密封轮的装配过程是从上往下的套上主轴的，所示键槽要朝下，半通槽在孔内的端部不好处理，所以在端部加工一道退刀槽满足加工工艺。
作为优化，密封轮在主轴上通过轴套形式定位，通过螺纹锁紧：密封装置还包括第一轴套和第二轴套，第一轴套和第二轴套均套设在主轴上，第一轴套和第二轴套分别抵靠密封轮的两端，靠近旋转驱动的轴套通过旋合在主轴上的圆螺母压紧。密封轮需要在主轴上进行轴向定位，可以是轴肩加挡圈等形式定位，也可以是轴套形式，主轴上有若干做功件，密封轮是其中之一，风机中往下可以是叶轮，搅拌釜中往下可以是搅拌轮等部件，在主轴上的做功部件之间加入轴套进行定位，一来装配方便，二来定位精确，主轴上所有从动件两侧被压紧后，各个部件不会发生晃动。
作为优化，工装孔和注液孔分别有两个，两个工装孔以主轴为轴线中心对称，两个注液孔以主轴为轴线中心对称。工装孔和注液孔分别有两个一来可以保证密封轮的旋转动平衡，二来可以清理隔离腔内的一些杂质灰尘，因为机器停机时，大气中的一些灰尘可能顺着间隙掉落到内环叶片上继而落入隔离腔内，慢慢积累也能积累较多，直至因为密封效果，而外界可以定期连接两个注液孔，以低速水流冲洗隔离腔，带走灰尘杂物。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在一个密封轮上设置不同形状、不同位置的叶片，在机器运行时，让密封轮处的气体分别往两个方向流动，外环处气体离心流动，内环处气体向心运动，在内外环叶片边界上造成隔离带，达到动密封效果，运行时，隔离腔内的密封液被离心甩动，与静止的凸环脱开，避免对主轴旋转造成阻碍；机器停机时，密封液在隔离腔内自然“躺平”，淹没凸环下沿，隔离开机器内外的气体，成形可靠的停机密封；内外环叶片高度渐变，相互远离的一侧叶片高，相互靠近的一侧叶片低，从而通往隔离带的叶片通道不仅在径向上逐渐减小，而且通道厚度上也逐渐减小，增强隔离作用，提升密封效果；双注液孔和工装孔方便外界清理隔离腔。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的安装结构示意图；
图2为本发明密封轮的轴面图；
图3为本发明密封轮的俯视图，图中的灰色区域为气体流道区域；
图4为静止状态下图1中的视图A；
图5为图4中的视图D；
图6为图1中的视图B；
图7为图1中的视图C；
图8为运行状态下图1中的视图A。
图中：1-主轴、2-密封轮、21-轮体、22-外环叶片、23-内环叶片、24-隔离腔、241-隔离槽、242-容腔、25-注液孔、26-键槽、27-退刀槽、28-O型圈槽、3-密封盖、31-斜面、32-凸环、33-工装孔、4-壳体、51-第一轴套、52-第二轴套、6-密封液、91-O型圈、92-第一螺塞、93-第二螺塞、94-圆螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种同轴双叶片气体隔离密封装置，包括主轴1、密封轮2、密封盖3和壳体4，密封盖3设置在壳体4端部，主轴1穿过密封盖3连接外部旋转驱动，主轴1上套设密封轮2，密封轮2位于密封盖3盖内，如图2、3所示，密封轮2包括轮体21、外环叶片22和内环叶片23，外环叶片22和内环叶片23均设置在轮体21朝向密封盖3的一侧端面上，外环叶片22和内环叶片23成环状分布并均以主轴1为中心，外环叶片22和内环叶片23经主轴1带动旋转后，外环叶片22离心泵气，内环叶片23向心泵气，如图4、6所示，轮体21与主轴1的接触面上设置O型圈91。
本密封装置使用在例如有密封需求的搅拌釜上，或运送非常规的气体的风机上，将装置内的介质气体与外部大气隔离开，因为是动设备，在端部势必涉及动密封，而直接使用一密封圈抱住主轴1，因为是动静相异部件相接触，所以会有较大摩擦，损耗功率尚能接收，但摩擦产生的大量热量无法及时散发，局部温升很大，不仅影响密封间隙，还会导致磨损发生，维修频繁，主轴1直接使用设备的动力轴，壳体4也是原先机器的一部分，只需要进行微小改造即可，改造时在壳体4端部加工出定位止口，让密封盖3准确安装到壳体4就行，在密封盖3与壳体4的接触面上设置密封圈进行静密封。
密封轮2设置在主轴1上并跟随主轴1旋转，以旋转动力作为密封动力，如图1、3所示，外环叶片22和内环叶片23分别往两侧鼓送气体，外环叶片22往机器腔内鼓送，而内环叶片23往大气侧鼓送，通过双叶片双方向的鼓送，让两部分气体在叶片的中间位置上进行隔离，外环叶片22是离心泵气的，与离心风机的叶片形式类似，而内环叶片23上需要气体进行向心流动，所以需要进行特别设计，将较大半径处的叶片通道变窄，让较小半径处的叶片通道较宽，使得气体离心运动后会被挤压反弹，并且叶片迎风面上往向心导向，如图3所示，在最小半径处叶片与内圆相切，这样双重作用下气体进行向心流动，外环叶片22和内环叶片23分别往两个方向鼓送气体，在交界处产生隔离带，从而达到动密封作用。当然，本动密封的密封力并不是很大，通过设置不同大小的密封轮可以获得不同的密封力，但并不能无限增大，所以，本装置的应用场合是常压或微压的密闭搅拌釜或风机。
如图2、4所示，外环叶片22的叶片高度渐变，外环叶片22的叶片高度靠近内环叶片23的一侧低于远离内环叶片23的一侧，内环叶片23的叶片高度渐变，内环叶片23的叶片高度靠近外环叶片22的一侧低于远离外环叶片22的一侧；外环叶片22和内环叶片23的叶片上沿还倾斜设置，外环叶片22和内环叶片23的叶片上沿均凹向相互之间的位置，密封盖3朝向密封轮2的内表端面上设置斜面31，斜面31与外环叶片22和内环叶片23的叶片上沿倾斜程度相匹配，斜面31与叶片上沿的间隙为0.1~0.3mm。
外环叶片22和内环叶片23的叶片高度渐变，并且相互远离的一侧较高，相互靠近的一侧较低，这样在流道上再次构成渐变面积的通道，各自叶片的出口端通道面积大，靠近隔离带的一端通道面积小，使得气体更难到达隔离带，增强密封效果；而斜面31和叶片上沿倾斜的设置则是为了降低内外环叶片的加工难度，如果叶片上沿为同一平面的，那么为了达到叶片高度渐变的目的，就需要铣出深度渐变的叶片隔槽，同时叶片是曲形叶片，这在铣削加工时难度非常大，而先加工出相同叶片高度的内外环叶片，然后通过车床车出一个斜面来获得高度渐变的叶片则是加工难度大大降低。
如图1、4、5所示，主轴1竖直布置，密封轮2还包括隔离腔24和注液孔25，隔离腔24设置在轮体21朝向密封盖3的一侧，隔离腔24包括插槽241和容腔242，插槽241上端位于轮体21上端面、位于外环叶片22和内环叶片23之间，容腔242位于轮体21内部，容腔242在水平面上位于插槽241外环并通过底部的一条通道进行连通，轮体21的侧面沿径向设置注液孔25，注液孔25连接容腔242，注液孔25为螺纹孔，隔离腔24内注有密封液6，密封盖3还包括设置在朝向密封轮2的端面上的凸环32，凸环32插入插槽241内，静止状态下密封液6淹没凸环32底部；如图7所示，密封盖3侧面设置工装孔33，工装孔33轴线与注液孔25轴线位于同一平面内，工装孔33大于注液孔25，注液孔25使用第一螺塞92封堵，工装孔33使用第二螺塞93封堵。
内外环叶片的动密封只能在主轴1旋转时进行密封，当机器停机、主轴1停转时，密封力消失，如果停机时仍然需要内外密封，就需要辅助的静密封，可以是停机后使用密封环塞满主轴1穿过密封盖3的间隙上，但这种方式一来不能及时，二来需要手工操作，麻烦。所以本装置进一步设置了密封液6去进行停机时的密封，密封盖3内表面上的凸环32在停机时被密封液6淹没，从而机器内的气体和大气通过凸环32隔离了开来，无法接触。插槽241和容腔242内都注有一些密封液6并且是连通状态，在机器运行时、主轴1旋转，密封液6由于离心力被甩往容腔242，从而在插槽241内的液位下降，密封液6与凸环32断开接触，以便主轴1旋转顺畅，如果在主轴1旋转时，密封液6仍然与凸环32接触，那么会构成液-固动静接触，旋转阻力较大，仍然有较大摩擦并产生热量，所以容腔242的设置就是为了让这一道静密封在机器运行时及时脱开。
注液孔25是外界注入密封液6的通道，当装置都装配完毕后，注液管依次穿过工装孔33、注液孔25往容腔242内添加密封液6，第一螺塞92和第二螺塞93分别注液孔25和工装孔33，为了工具的伸入抽出，所以工装孔33大于注液孔25。
如图2、5所示，注液孔25水平设置，注液孔25连接容腔242的底部。注液孔25连接容腔242的底部方便外界在添加密封液6时得知容腔242内密封液6的液位，不能加多、也不能不能加少，机器运行时密封液6脱开凸环32、停机时密封液6没过凸环32底部是密封液6量的需求，而注液孔25连接容腔242的底部后，注液管就需要使用螺纹头了，而且在取出时需要略微反向倾斜机器，以便抽出注液管时密封液6不会从注液孔25流出。
密封轮2和主轴1传动连接。密封轮2仅仅依靠两侧的轴向顶紧定位也能从主轴1上获得旋转动力，但是可能产生滑移或传动不可靠，而内外环叶片的动力密封需要较大的转速，所以密封轮2与主轴1传动连接可以确保旋转传递到密封轮2上。
如图1、2所示，密封轮2和主轴1通过键传动，轮体21中心孔内设置键槽26，键槽26为半通槽，键槽26的开口端位于轮体21下端面，键槽26的上端加工退刀槽27，轮体21中心孔内还设置O型圈槽28，O型圈91位于O型圈槽28内，O型圈槽28位于键槽26的上方。
键传动是一种设置方便的传动形式，而由于密封轮2和主轴1之间还需要设置O型圈91，键槽26不能是全通槽，不然O型圈91就无法密封住键槽处的间隙了，所以键槽26只能是半槽形式，如图2所示，又因为密封轮2的装配过程是从上往下的套上主轴1的，所示键槽26要朝下，半通槽在孔内的端部不好处理，所以在端部加工一道退刀槽27满足加工工艺。
如图1、6所示，密封轮2在主轴1上通过轴套形式定位，通过螺纹锁紧：密封装置还包括第一轴套51和第二轴套52，第一轴套51和第二轴套52均套设在主轴1上，第一轴套51和第二轴套52分别抵靠密封轮2的两端，靠近旋转驱动的轴套通过旋合在主轴1上的圆螺母94压紧。密封轮2需要在主轴1上进行轴向定位，可以是轴肩加挡圈等形式定位，也可以是轴套形式，主轴1上有若干做功件，密封轮2是其中之一，风机中往下可以是叶轮，搅拌釜中往下可以是搅拌轮等部件，在主轴1上的做功部件之间加入轴套进行定位，一来装配方便，二来定位精确，主轴1上所有从动件两侧被压紧后，各个部件不会发生晃动。
如图1所示，工装孔33和注液孔25分别有两个，两个工装孔33以主轴1为轴线中心对称，两个注液孔25以主轴1为轴线中心对称。工装孔33和注液孔25分别有两个一来可以保证密封轮2的旋转动平衡，二来可以清理隔离腔24内的一些杂质灰尘，因为机器停机时，大气中的一些灰尘可能顺着间隙掉落到内环叶片23上继而落入隔离腔24内，慢慢积累也能积累较多，直至因为密封效果，而外界可以定期连接两个注液孔25，以低速水流冲洗隔离腔24，带走灰尘杂物。
本装置的主要使用原理是：机器启动后，主轴1旋转，密封轮2跟随旋转，之后外环叶片22往机器内鼓送气体，内环叶片23往外部大气鼓送气体，在内外环叶片的中间部位造成隔离带使得两边气体均无法到达，实现运行时的动密封。机器停机时，密封轮2停转，隔离腔24内密封液6淹没凸环32下沿，机器内外气体无法接触，实现停机时的静密封。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
