压力跟随和配合跟随的密封结构及其电机－泵系统
专利汇可以提供压力跟随和配合跟随的密封结构及其电机－泵系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 是一种密封结构及其 电机 － 泵 系统。密封体12内腔E和压 力 跟随器(比如说是一个橡皮囊)9中都充满液体,通过管道11将密封体12内腔E与置于外部泵空间A的压力跟随器9连通,所以密封体12内腔E与压力跟随器9所处的外部空间A压力相等,从而实现无压差密封,使密封体的壁不受压力。同时,采用垂直于 转轴 的平面密封结构,旋转珐琅8可轴向移动地套在轴14上,用键配合随轴14旋转,在 弹簧 6的压力作用下,紧贴静珐琅12实现密封。，下面是压力跟随和配合跟随的密封结构及其电机－泵系统专利的具体信息内容。
1.一种密封结构及其电机-泵系统。其特征是压力跟随和配合跟随的结构以及采用这种结构做成的充液的特种电机和泵系统，其特征以图1为例进行说明，密封体12内腔E和压力跟随器(比如说是一个橡皮囊)9中都充满液体，通过管道11将密封体12内腔E与置于外部空间A(泵体4也处在空间A，其压力不断变化)的压力跟随器9连通，这就是压力跟随器的结构。(因为密封体12内腔E与压力跟随器9连通而压力完全相等，又因为压力跟随器9与它所处的外部空间A压力相等，)所以密封体12内腔E与压力跟随器9所处的泵体4外部空间A压力相等，从而实现无压差密封，使密封体的壁不受压力，这就是压力跟随原理。这对静密封而言对其密封层的强度和密封性的要求大大降低；对动密封而言，没有压差将使渗漏大大减小。对泵的密封结构而言，其转动轴14在D处的动密封(简称轴封)是最困难的，本发明提出垂直于转轴的平面密封，旋转珐琅8可轴向移动地套在轴14上，用键配合随轴14旋转，密封圈7在珐琅8和转轴14之间实现静密封，空间A和空间E之间的泄漏仅仅发生在相对运动的两个平面(珐琅8和密封体珐琅12的接触面B、C)之间，这是动密封，在弹簧压力、磁引力或其它压力的作用下，使固定于密封体上的静珐琅平面C和固定于转轴上的旋转珐琅平面B紧密相贴，图1中，在弹簧6的压力作用下，珐琅8的旋转平面B与密封体12上的轴封静珐琅平面C紧密接触，两平面之间保证磨擦系数不大且接触压力适中(即磨擦力不大)，但是配合的间隙却很小(即密封效果好)，而且因为弹簧6的垂直于平面B的压力始终保持两平面的良好接触，并且即算两平面有磨损也会在压力的作用下不增加间隙，使两平面的配合处于一种自我调节的状态下，这就是配合跟随原理。弹簧6的支撑珐琅5固定于轴14随轴转动。密封圈7防止轴向泄漏，粗略看来密封圈7与传统的轴封是一回事，但是事实上密封圈7是静密封而传统的轴封是动密封，所以密封圈7不会有磨损，而且静密封更可靠。为了进一步加强密封效果，可以通过图2、图3和图4中的隔离层12与外围密封层对定子线圈16实现静密封。还可以增加一级或多级隔离舱。
2.根据权利要求1所述密封结构及其电机-泵系统，其进一步的特征是它的压力跟随器的壁是柔性的和耐腐的，其外形可以任意设计(通常是一个橡皮囊，也可以用薄的金属和塑料制成，在说明书附图中，它的形状象小救生圈)，放置于密封体的外面，通过管道传递外部空间与内腔的液压，使密封体内外压力相等。对于压力跟随器而言，它也可以用于传统方法的轴封和静密封的密封体内充液的密封装置。图2、图3、图4中定子的静密封空间C通过管道6与压力跟随器5连通，转子的密封空间D通过管道10与压力跟随器7连通，隔离舱的密封空间B通过管道4与压力跟随器3连通，压力跟随器3、5、7置于泵空间A中，使得密封空间B、C、D的压力与泵空间A相等。图2中还有一个小型压力跟随器29，当珐琅27和32实现密封后，两珐琅所夹的空间E需要通过29实现压力跟随。
3.根据权利要求1所述密封结构及其电机-泵系统，其进一步的特征是它的配合跟随结构有多种组合，图1只是其中一种，还有以下许多种：从轴向受力和移动的结构来看，有压迫旋转珐琅移动(图2中23、27、32，图3中28，图4中32；它们通过键配合随转轴11转动，轴向可以小距离位移)和压迫静珐琅移动(图3中23，图4中25，它们在旋转方向上被定位而不能旋转，但是在轴向可以作小距离位移)两种；从密封方向来看，有旋转珐琅从密封体内向外压(图2中27，图3中22，图4中22)和从密封体外向密封体内压(图2中23、32，图3中28，图4中32)两类；从密封面的形状来看，以上虽然仅仅提到平面，但是这种配合跟随的轴密封面从广义而言不仅仅只能是平面，每个密封面都可以是各种曲面(如图2中30，图3中22)；平行于转轴的弹簧力使轴封的旋转珐琅和静珐琅轴封面在结合处(图2中22、35、30，图3中22、27，图4中23、30)始终维持良好的配合；另外，还可以用图1中弹簧1压迫转轴14轴向移动的方法使固定于转轴的动珐琅平面B与静珐琅平面C紧贴。图4中，如果将珐琅32做成固定于转轴11上部件，连接珐琅29的构件28的刚度不是很大，可以在弹簧26的压力下向上位移，就可以使珐琅29和32互相紧贴而密封。
4.根据权利要求1所述密封结构及其电机-泵系统，其进一步的特征是其压紧密封面的力可以采用弹簧，还可以采用磁力，在密封体内外有压力差时，还可以利用内外压力差。图4中的珐琅29或32是永磁材料构件。附图上所画的弹簧表示是单根大口径的弹簧或多根小口径的弹簧。
5.根据权利要求1所述密封结构及其电机-泵系统，其进一步的特征是它的珐琅的密封结构，在配合跟随的两个相配合的珐琅中，有一个是在轴向固定的，另一个是在轴向可移动的，我们定义可轴向移动的珐琅为间隙调整珐琅，当间隙调整珐琅装在转轴上时(图1中8，图2中23、27、32，图3中28，图4中32)，它与转轴11之间有很小的配合间隙，同样，当间隙调整珐琅装在密封体上时(图3中23，图4中25)，它与它的定位机座(图3中21，图4中21)的密封采用很小的配合间隙，使它们即能相对轴向滑动，又有较好的密封；为了进一步加强间隙调整珐琅在轴向滑动面的密封，还可以加密封圈(图1中7，图2中24、26、31，图3中24、29、，图4中24、31)；如果将密封圈轴向加长，在整个滑动部位都换成软的密封套，那么，密封套不但起密封作用，还起软连接的作用，软连接有助于密封面消除跳动。
6.根据权利要求1所述密封结构及其电机-泵系统，其进一步的特征是它的定子静密封结构，在定子内圆表明采用隔离层结构。定子的密封层是静密封。图2、图3、图4中，定子密封层由隔离层12、上端盖9、下端盖18和机壳15构成，其中隔离层是定子内圆的表面部分，它是关键部分之一。用不锈钢作为这一部分包在定子齿外是一种方法，但是这会使涡流增大且气隙增大引起空载电流增加。为了不损害电机的性能，密封层在位于定子铁芯内圆表面的这一部分(图2中的粗黑线12对应铁芯的一段)，拔掉在齿间的槽楔，在原槽楔处填满树脂材料(树脂材料中添加磁性粉末就成了磁性槽泥)，树脂材料与铁芯的齿部共同组成隔离层，然后用压力浸渍涂料将缝隙填满。某些压缩机的电机定子铁芯没有机壳，这就需要结合隔离层专门给定子做一个密封层，实现定子的静密封。
7.根据权利要求1所述密封结构及其电机-泵系统，其进一步的特征是它的定子静密封结构，在定子内圆表明采用磁性套筒结构。图2、图3、图4中12对应定子铁芯的一段采用磁性套筒，它既具有密封的功能也具有降低齿谐波损耗的功能，它分为三种结构。整筒式磁性套筒。采用很薄的硅钢片焊成的圆筒，其外径等于定子铁芯的内径。薄圆环叠层式磁性套筒。薄圆环单层式磁性套筒(图5)的外径等于定子铁芯的内径，它是由一些薄的硅钢片长条焊制而成的圆环组成，相当于将一个薄圆筒切成许多小段以减小涡流损耗，装入定子铁芯内圆表面，就成了薄圆环单层式磁性套筒，将环与环之间的缝隙用胶填满，使之不渗漏作为密封层的一部分，但是因为每两个相邻的圆环之间都有一条缝隙，有可能泄漏，为了密封可靠，采用薄圆环叠层式磁性套筒较好，再装入一组同样宽的圆环，其外径等于前一个磁性套筒的内径，两组磁性套筒的接缝相互错开，就组成了叠层式磁性套筒，这样就得到了很好的密封效果。薄长条螺旋叠层式磁性套筒。薄长条螺旋叠层式磁性套筒(图6)的外径等于定子铁芯的内径，它是由一根薄且窄的硅钢片长条绕制而成的螺旋式磁性套筒，装入定子铁芯内圆表面，就成了薄长条螺旋单层式磁性套筒。将相邻的环与环之间的缝隙用胶填满，使之不渗漏作为密封层的一部分，但是因为每两个相邻的环之间都有一条缝隙，有可能泄漏，为了密封可靠，采用薄长条螺旋叠层式磁性套筒较好，即再装入一组同样的薄长条螺旋单层式磁性套筒，其外径等于前一个磁性套筒的内径，两组磁性套筒的接缝相互错开，就组成了叠层式磁性套筒，这样就得到了很好的密封效果。
8.根据权利要求1、2、3所述密封结构及其电机-泵系统，其进一步的特征是它的密封结构的多种组合，定子的静密封、定子和转子整体的密封、加密封隔离舱等几种密封方法可以单独采用或组合采用，每个密封体都配置一个压力跟随器。定子的静密封有通过隔离层、机壳、端盖形成密封层的方法；而某些压缩机的电机定子铁芯没有机壳，这就需要结合隔离层给定子做一个密封层，实现定子的静密封。
9.根据权利要求1、3、8所述密封结构，其进一步的特征是它的密封结构做成的防爆电机，电机中被油浸满，它的火花被湮没，与外界隔开，起到防爆作用。密封结构可以是权利要求3所述的多种形式，每个密封体都配置一个压力跟随器。
10.根据权利要求1、3所述密封结构，其进一步的特征是其权利要求3中的密封结构可以用于需要转轴的轴封处进行防漏液(如轮船推进器的转轴)的密封和机械防尘密封。
压力跟随和配合跟随的密封结构及其电机-泵系统
本发明是关于电机在潜水、潜油、潜卤、(以下简称潜液)，以及防腐、防爆、方面的密封结构的改进。
以潜水电机为例，它要解决两个关键问题：一、定子绕组的绝缘问题，二、阻止泥沙进入电机的问题。现在的潜水电机有充油、充水和干式三种，充油式电机是定子和转子置于密封体内并充油，使电机内部与外部液体隔离，但是轴封仅仅是一个动密封，很容易泄漏，当电机密封体内进的水到一定数量时，电机的绝缘性能下降以至不能工作；对充水式的而言，电机定子线圈须采用特殊的管套线，线圈绝缘不成问题，但是相对于同容量的电机需要增大体积和成本，另外，由于密封体“呼吸”的原因，会有很多带泥沙的水进入电机密封体内，产生电腐蚀和磨损轴承。同样，防腐、防爆电机也是存在密封困难的问题。干式的应用较少，暂不讨论。
很多人尝式过对定子线圈实行静密封，这样就可以有可靠的绝缘，同时又不需采用充水式的那种管套线，但是由于密封体的金属与填料之间的膨涨系数的不同，加上密封体内外的压差，使得对定子线圈实行静密封很难实现，或者使电机性能下降。
本发明就是针对上述的动密封和静密封存在的密封困难的问题，提出了新的密封结构和随时保持电机密封体内外无压差的结构。对轴封提出配合跟随的结构。
本发明是一种密封结构及其电机-泵系统。其特征是压力跟随和配合跟随的结构以及采用这种结构做成的充液的特种电机和泵系统，以图1为例进行说明，密封体12内腔E和压力跟随器(比如说是一个橡皮囊)9中都充满液体，通过管道11将密封体12内腔E与置于外部空间A(泵体4也处在空间A，其压力不断变化)的压力跟随器9连通，这就是压力跟随器的结构。(因为密封体12内腔E与压力跟随器9连通而压力完全相等，又因为压力跟随器9与它所处的外部空间A压力相等，)所以密封体12内腔E与压力跟随器9所处的泵体4外部空间A压力相等，从而实现无压差密封，使密封体的壁不受压力，这就是压力跟随原理。这对静密封而言对其密封层的强度和密封性的要求大大降低；对动密封而言，没有压差将使渗漏大大减小。
对泵的密封结构而言，其转动轴14在D处的动密封(简称轴封)是最困难的，本发明提出垂直于转轴的平面密封结构，旋转珐琅8可轴向移动地套在轴14上，用键配合随轴14旋转，(以下称为可轴向移动旋转珐琅)，密封圈7在珐琅8和转轴14之间实现静密封，空间A和空间E之间的泄漏仅仅发生在相对运动的两个平面(珐琅8和密封体珐琅12的接触面B、C)之间，这是动密封，在弹簧压力、磁引力或其它压力的作用下，使固定于密封体上的静珐琅12的平面C和固定于转轴上的旋转珐琅8的平面B紧密相贴，图1中，在弹簧6的压力作用下，珐琅8的旋转平面B与密封体12上的轴封静珐琅平面C紧密接触，两平面之间保证磨擦系数不大且接触压力适中(即磨擦力不大)，但是配合的间隙却很小(即密封效果好)，而且因为弹簧6的垂直于平面B的压力始终保持两平面的良好接触，并且即算两平面有磨损也会在压力的作用下不增加间隙，使两平面的配合处于一种自我调节的状态下，这就是配合跟随原理。弹簧6的支撑珐琅5固定于轴14随轴转动。密封圈7防止轴向泄漏，粗略看来密封圈7与传统的轴封是一回事，但是事实上密封圈7是静密封而传统的轴封是动密封，所以密封圈7不会有磨损，而且静密封更可靠。
为了进一步加强密封效果，可以通过图2、图3和图4中的隔离层12与外围密封层对定子线圈16实现静密封。还可以增加一级或多级隔离舱。
压力跟随器是本发明的关键，压力跟随器的壁是柔性的和耐腐的，其外形可以任意设计(通常是一个橡皮囊，也可以用薄的金属和塑料制成，在说明书附图中，它的形状象小救生圈)，放置于密封体的外面，通过管道传递外部空间与内腔的液压，使密封体内外压力相等。对于压力跟随器而言，它也可以用于传统方法的轴封和静密封的密封体内充液的密封装置。图2、图3、图4中定子的静密封空间C通过管道6与压力跟随器5连通，转子的密封空间D通过管道10与压力跟随器7连通，隔离舱的密封空间B通过管道4与压力跟随器3连通，压力跟随器3、5、7置于泵空间A中，使得密封空间B、C、D的压力与泵空间A相等。图2中还有一个小型压力跟随器29，当珐琅27和32实现密封后，两珐琅所夹的空间E需要通过29实现压力跟随。
配合跟随是一种新型密封结构，配合跟随结构有多种组合，图1只是其中一种，还有以下许多种：从轴向受力和移动的结构来看，有压迫旋转珐琅移动(图2中23、27、32，图3中28，图4中32；它们通过键配合随转轴11转动，轴向可以小距离位移)和压迫静珐琅移动(图3中23，图4中25，它们在旋转方向上被定位而不能旋转，但是在轴向可以作小距离位移)两种；从密封方向来看，有旋转珐琅从密封体内向外压(图2中27，图3中22，图4中22)和从密封体外向密封体内压(图2中23、32，图3中28，图4中32)两类；从密封面的形状来看，以上虽然仅仅提到平面，但是这种配合跟随的轴密封面从广义而言不仅仅只能是平面，每个密封面都可以是各种曲面(如图2中30，图3中22)；平行于转轴的弹簧力使轴封的旋转珐琅和静珐琅轴封面在结合处(图2中22、35、30，图3中22、27，图4中23、30)始终维持良好的配合；另外，还可以用图1中弹簧1压迫转轴14轴向移动的方法使固定于转轴的动珐琅平面B与静珐琅平面C紧贴。图4中，如果将珐琅32做成固定于转轴11上部件，连接珐琅29的构件28的刚度不是很大，可以在弹簧26的压力下向上位移，就可以使珐琅29和32互相紧贴而密封。
本发明进一步的特征是其压紧密封面的力可以采用弹簧，还可以采用磁力，在密封体内外有压力差时，还可以利用内外压力差。图4中的珐琅29或32是永磁材料构件。附图上所画的弹簧表示是单根大口径的弹簧或多根小口径的弹簧。
珐琅本身也有密封结构的问题，在配合跟随的两个相配合的珐琅中，有一个是在轴向固定的，另一个是在轴向可移动的，定义可轴向移动的珐琅为间隙调整珐琅，当间隙调整珐琅装在转轴上时(图1中8，图2中23、27、32，图3中28，图4中32)，它与转轴11之间有很小的配合间隙，同样，当间隙调整珐琅装在密封体上时(图3中23，图4中25)，与它的定位机座(图3中21，图4中21)的密封采用很小的配合间隙，使它们即能相对轴向滑动，又有较好的密封；为了进一步加强间隙调整珐琅在轴向滑动面的密封，还可以加密封圈(图1中7，图2中24、26、31，图3中24、29、，图4中24、31)；如果将密封圈轴向加长，在整个滑动部位都换成软的密封套，那么，密封套不但起密封作用，还起软连接的作用，软连接有助于密封面消除跳动。
本发明的定子静密封结构，在定子内圆表明采用隔离层结构。定子的密封层是静密封。图2、图3、图4中，定子密封层由隔离层12、上端盖9、下端盖18和机壳15构成，其中隔离层是定子内圆的表面部分，它是关键部分之一。用不锈钢作为这一部分包在定子齿外是一种方法，但是这会使涡流增大且气隙增大引起空载电流增加。为了不损害电机的性能，密封层在位于定子铁芯内圆表面的这一部分(图2中的粗黑线12对应铁芯的一段)，拔掉在齿间的槽楔，在原槽楔处填满树脂材料(树脂材料中添加磁性粉末就成了磁性槽泥)，树脂材料与铁芯的齿部共同组成隔离层，然后用压力浸渍涂料将缝隙填满。某些压缩机的电机定子铁芯没有机壳，这就需要结合隔离层专门给定子做一个密封层，实现定子的静密封。
定子静密封在定子内圆表明采用磁性套筒结构。图2、图3、图4中隔离层12对应定子铁芯的一段采用磁性套筒，它既具有密封的功能也具有降低齿谐波损耗的功能，它分为三种结构：整筒式磁性套筒。采用很薄的硅钢片焊成的圆筒，其外径等于定子铁芯的内径。
薄圆环叠层式磁性套筒。薄圆环单层式磁性套筒(图5)的外径等于定子铁芯的内径，它是由一些薄的硅钢片长条焊制而成的圆环组成，相当于将一个薄圆筒切成许多小段以减小涡流损耗，装入定子铁芯内圆表面，就成了薄圆环单层式磁性套筒，将环与环之间的缝隙用胶填满，使之不渗漏作为密封层的一部分，但是因为每两个相邻的圆环之间都有一条缝隙，有可能泄漏，为了密封可靠，采用薄圆环叠层式磁性套筒较好，再装入一组同样宽的圆环，其外径等于前一个磁性套筒的内径，两组磁性套筒的接缝相互错开，就组成了叠层式磁性套筒，这样就得到了很好的密封效果。
薄长条螺旋叠层式磁性套筒。薄长条螺旋叠层式磁性套筒(图6)的外径等于定子铁芯的内径，它是由一根薄且窄的硅钢片长条绕制而成的螺旋式磁性套筒，装入定子铁芯内圆表面，就成了薄长条螺旋单层式磁性套筒。将相邻的环与环之间的缝隙用胶填满，使之不渗漏作为密封层的一部分，但是因为每两个相邻的环之间都有一条缝隙，有可能泄漏，为了密封可靠，采用薄长条螺旋叠层式磁性套筒较好，即再装入一组同样的薄长条螺旋单层式磁性套筒，其外径等于前一个磁性套筒的内径，两组磁性套筒的接缝相互错开，就组成了叠层式磁性套筒，这样就得到了很好的密封效果。
本发明的密封结构的多种组合，定子的静密封、定子和转子整体的密封、加密封隔离舱等几种密封方法可以单独采用或组合采用，每个密封体都配置一个压力跟随器。定子的静密封有通过隔离层、机壳、端盖形成密封层的方法；而某些压缩机的电机定子铁芯没有机壳，这就需要结合隔离层给定子专门做一个密封层，实现定子的静密封。采用它的密封结构还可以做成的防爆电机，电机中被油浸满，它的火花被湮没，与外界隔开，起到防爆作用。密封结构可以是权利要求3所述的多种形式，每个密封体都配置一个压力跟随器。这种密封结构还可以用于需要转轴的轴封处进行防漏液(如轮船推进器的转轴)的密封和机械防尘密封。
说明书附图解释：图1中，1-弹簧，将8压得贴紧12；2-轴承；3-泵体密封盖；4-泵；5-弹簧支撑珐琅；6-弹簧，将8压得贴紧12的另一种方法；7-密封圈，在珐琅8和转轴14之间起密封作用；8-旋转珐琅，在键的作用下随转轴旋转，但是轴向可以在弹簧6的压力下移动；9-压力跟随器；10-密封垫；11压力跟随器的管道，12-电机密封体和密封的静珐琅；13-定子；14-转轴；15-转子，A-泵空间，B-旋转珐琅的密封面；C-静珐琅的密封面；D-转轴需要密封处；E-密封体空间。
图2、图3、图4的共同部分有：1-泵空间密封盖；2-泵体；3-压力跟随器(与隔离舱配套的)；4-压力跟随器3与隔离舱空间B的连通管道；5-压力跟随器(与定子静密封体配套的)；6-压力跟随器5与定子密封空间C的连通管道；7-压力跟随器(与转子密封层配套的)；10-压力跟随器7与密封空间D的连通管道；8-密封垫；9-电机上端盖；11-转轴；12-隔离层或磁性套筒密封层；13-电机定子；14-电机转子；15-电机机壳；16-定子线圈；17-转子导条；18-电机端盖；19-轴承；20-轴承。
不同的部分有：图2中，21-密封静珐琅；22-密封面；23-可轴向移动旋转珐琅；24-密封圈；25-弹簧；26-密封圈；27-可轴向移动旋转珐琅；28-隔离舱密封体；29-压力跟随器和管道；30-密封曲面；31-密封圈；32-可轴向移动旋转珐琅；33-弹簧；34-弹簧的支撑珐琅。
图3中，21-静珐琅支座；22-可轴向移动静珐琅；23-不可轴向移动旋转珐琅和密封曲面；24-密封圈；25-弹簧；26-隔离舱密封体和静珐琅；27-密封面；28-可轴向移动旋转珐琅；29-密封圈；30-弹簧；31-弹簧的支撑珐琅。
图4中，21-静珐琅支座；22-不可轴向移动旋转珐琅；23-密封面；24-密封圈；25-可轴向移动静珐琅；26-弹簧；27-隔离舱密封体；28-可以产生轴向位移的密封体局部；29-静密封珐琅；30-密封面；31-密封圈；32-可轴向移动旋转珐琅。
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