一种螺旋密封结构及压缩机

1.本发明涉及螺旋密封技术领域，尤其涉及一种螺旋密封结构及压缩机。


背景技术：

2.螺旋密封是通过使用螺旋结构来阻止流体机械中液体泄漏的非接触式动密封，又叫螺纹密封。通常是在密封部位的旋转轴上加工出螺纹，工作时泄漏的液体充满螺纹和壳体所包含的空间，形成“液体螺母”。轴上螺纹的方向使“液体螺母”在轴旋转时产生轴向运动，促使液体不断地返回高压端，当“液体螺母”轴向运动产生的压力与高压端的压力平衡时，就能阻止液体泄漏，从而实现螺旋密封的功能。螺旋密封基本适用于任何温度，但不适用于液体粘度较小、压差较大和转速过大的场合。因此，如何扩大螺旋密封的使用范围是亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，本技术提供了一种螺旋密封结构，以解决现有技术中的螺旋密封只适用于液体粘度较大、压差较小和中等转速的场合，导致其使用范围较小的技术问题。
4.本发明提供如下技术方案：
5.一种螺旋密封结构，包括：
6.壳体，所述壳体内限定形成有连通的第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔用于容纳液体，且所述壳体上开设有与所述第二容纳腔相连通的通孔；
7.轴组件，所述轴组件包括转轴和轴套，所述转轴依次穿设于所述通孔、所述第二容纳腔，且至少有部分所述转轴位于所述第一容纳腔，所述轴套固定套设于所述转轴上，且位于所述第二容纳腔内所述轴套沿其轴向相间隔地设置有多个螺旋齿，相邻两个所述螺旋齿之间形成有螺旋槽，所述螺旋齿沿其周向开设第一凹槽，所述轴套上靠近所述第一容纳腔的端面开设有第二凹槽。
8.在本技术的一些实施例中，所述第二容纳腔的腔壁开设有第三凹槽，所述第三凹槽与所述第一凹槽相对应设置。
9.在本技术的一些实施例中，所述转轴的一端设置有轴肩，所述轴肩的端面与所述轴套的端面相抵接，所述轴肩开设有多个第四凹槽，多个所述第四凹槽沿所述轴肩的周向间隔设置。
10.在本技术的一些实施例中，所述螺旋槽的螺旋线与所述转轴的轴线的夹角为30-60度。
11.在本技术的一些实施例中，所述螺旋齿的外径小于所述第二容纳腔的内径，所述轴套的端面与所述壳体的端面平齐。
12.在本技术的一些实施例中，所述第一凹槽和所述第三凹槽的截面形状为w形或u形，所述第二凹槽和所述第四凹槽的横截面形状为正六边形、圆形、梯形或菱形。
13.在本技术的一些实施例中，所述螺旋密封结构还包括挡圈，所述挡圈位于所述转轴远离所述第一容纳腔的一端，且与所述壳体的端面相抵接。
14.在本技术的一些实施例中，所述螺旋密封结构还包括紧固件，所述挡圈与所述壳体形成沉头孔，所述紧固件穿设于所述沉头孔，以使所述挡圈与所述壳体固定连接。
15.在本技术的一些实施例中，所述螺旋密封结构还包括密封圈，所述密封圈套设于所述转轴上，且位于所述轴套与所述挡圈之间。
16.本技术还提供一种压缩机，包括如上所述的螺旋密封结构。
17.本发明的实施例具有如下优点：
18.本技术提出一种螺旋密封结构，通过在轴套上分别设置第一凹槽和第二凹槽，以干扰液体往泄露的方向流动，消耗了液体的流动能量，并配合轴套上螺旋槽和螺旋齿的转动，以防止第一容纳腔内的液体经第二容纳腔和通孔向外界泄露。其中，第一凹槽增加了液体与轴套周向面的接触面积，起到扰流、节流和涡流的作用，第二凹槽增加了液体与轴套端面的接触面积，减小了轴套端面的压强，提高了轴套的承受压力，起到扰流、节流和涡流的作用，从而消耗了液体的流动能量。通过设置第一凹槽和第二凹槽，消耗了第一容纳腔内的液体经第二容纳腔和通孔向外界泄露的流动能量，减少了液体泄露，提高了螺旋密封的密封效果，使得螺旋密封在压差、液体粘度及转速均中等的场合下也能使用，且具有良好的密封效果，扩大了螺旋密封的使用范围，避免了现有技术中的螺旋密封只适用于液体粘度较大、压差较小和中等转速的场合，导致其使用范围较小的技术问题。
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1示出了本技术一些实施例中螺旋密封结构的一剖视示意图；
22.图2示出了本技术一些实施例中螺旋密封结构的另一剖视示意图；
23.图3示出了本技术一些实施例中轴组件的放大剖视示意图；
24.图4示出了本技术一些实施例中轴组件的正视示意图；
25.图5示出了本技术一些实施例中轴组件的侧视示意图。
26.主要元件符号说明：
27.100-螺旋密封结构；10-壳体；101-第一容纳腔；102-第二容纳腔；1021-第三凹槽；103-通孔；20-轴组件；201-转轴；2011-轴肩；2012-第四凹槽；202-轴套；2021-螺旋槽；2022-螺旋齿；2023-第一凹槽；2024-第二凹槽；30-挡圈；301-沉头孔；40-密封圈；50-液体。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
33.如图1至图5所示，本技术的实施例提供了一种螺旋密封结构100，主要用于压缩机中，该螺旋密封结构100包括壳体10和轴组件20。
34.其中，所述壳体10内限定形成有连通的第一容纳腔101和第二容纳腔102，所述第一容纳腔101用于容纳液体50，且所述壳体10上开设有与所述第二容纳腔102相连通的通孔103。所述轴组件20包括转轴201和轴套202，所述转轴201依次穿设于所述通孔103、所述第二容纳腔102，且至少有部分所述转轴201位于所述第一容纳腔101，所述轴套202固定套设于所述转轴201上，且位于所述第二容纳腔102内所述轴套202沿其轴向相间隔地设置有多个螺旋齿2022，相邻两个所述螺旋齿2022之间形成有螺旋槽2021，所述螺旋齿2022沿其周向开设第一凹槽2023，所述轴套202上靠近所述第一容纳腔101的端面开设有第二凹槽2024。
35.本技术实施例提供的螺旋密封结构100，壳体10内设置有相互连通的第一容纳腔101和第二容纳腔102，第一容纳腔101用于容纳液体50，壳体10上开设有与第二容纳腔102连通的通孔103。其中，第二容纳腔102通过通孔103分别与第一容纳腔101和外界连通。轴组件20依次穿设于通孔103和第二容纳腔102，且至少有部分转轴201位于第一容纳腔101，以使其置于第一容纳腔101和第二容纳腔102内，并能够沿其轴线转动。轴组件20由轴套202和转轴201组成，轴套202固定套设于转轴201上，与转轴201过盈配合或键连接，实现稳固连接，以使转轴201能够带动轴套202同步转动。
36.具体的，轴套202位于第二容纳腔102内，且轴套202沿其轴向相间隔地设置有多个螺旋齿2022，相邻两个螺旋齿2022之间形成有螺旋槽2021，螺旋齿2022和螺旋槽2021的旋向可以为左旋或右旋。当旋向为左旋时，转轴201和轴套202需逆时针旋转，当旋向为右旋
时，转轴201和轴套202需顺时针旋转，以使其旋向朝向第一容纳腔101。轴套202上的螺旋齿2022和螺旋槽2021旋转相当于形成螺杆泵，利用螺杆泵的原理，能够产生泵送作用，对充满于第二容纳腔102与轴套202形成的空间内的泄露液体50产生朝向第一容纳腔101的轴向推力，以驱使液体50产生与液体50泄露方向相反的轴向运动，将泄露的液体50驱赶回第一容纳腔101，从而阻止第一容纳腔101内的液体50经第二容纳腔102和通孔103向外界泄露。当泵送作用产生的泵送流量与液体50泄露的流量相等时，就能阻止液体50泄露，从而实现对液体50的密封。当然，泵送作用产生的泵送流量大于液体50泄露的流量时，更加能阻止液体50泄露，密封效果更佳。需要说明的是，液体50泄露的缘由是第一容纳腔101内的压力大于外界的压力，使得液体50从第一容纳腔101内的高压端经泄露间隙向外界的低压端泄露。因此，当螺旋槽2021和螺旋齿2022旋转产生的泵送压力等于第一容纳腔101内的压力时，使得内外压力平衡，从而实现阻止液体50泄露。当然，螺旋槽2021和螺旋齿2022旋转产生的泵送压力大于第一容纳腔101内的压力时，更加能实现阻止液体50泄露，密封效果更佳。
37.轴套202上还设置有第一凹槽2023和第二凹槽2024，第一凹槽2023和第二凹槽2024用于使液体50产生涡流、扰流、节流和紊流效应，以干扰液体50往泄露的方向流动，作为膨胀室，以消耗液体50往泄露方向流动的能量，减少了泄露，提高了密封效果。并配合轴套202上螺旋槽2021和螺旋齿2022的转动，以防止第一容纳腔101内的液体50经第二容纳腔102和通孔103向外界泄露。其中，第一凹槽2023设置于螺旋齿2022的周向面，第二凹槽2024设置于轴套202的端面。第一凹槽2023增加了液体50与轴套202周向面的接触面积，起到扰流、节流和涡流的作用，第二凹槽2024增加了液体50与轴套202端面的接触面积，减小了轴套202端面的压强，提高了轴套202的承受压力，起到扰流、节流和涡流的作用，从而消耗了液体50的流动能量。通过设置第一凹槽2023和第二凹槽2024，消耗了第一容纳腔101内的液体50经第二容纳腔102向外界泄露的流动能量，减少了液体50的泄露，提高了螺旋密封的密封效果，使得螺旋密封在压差、液体50粘度及转速均中等的场合下也能使用，且具有良好的密封效果，扩大了螺旋密封的使用范围，避免了现有技术中的螺旋密封只适用于液体50粘度较大、压差较小和中等转速的场合，导致其使用范围较小的技术问题。
38.如图1和图2所示，在本技术的一个实施例中，可选的，所述第二容纳腔102的腔壁开设有第三凹槽1021，所述第三凹槽1021与所述第一凹槽2023相对应设置。
39.在本实施例中，第二容纳腔102的腔壁设置有与第一凹槽2023相对应的第三凹槽1021。其中，第三凹槽1021增大了液体50与第二容纳腔102的腔壁的接触面积，相当于增大了膨胀室的容积，结合第一凹槽2023，进一步消耗了液体50往泄露方向流动的能量，从而进一步增强了扰流、节流和涡流效应，减少了液体50的泄露，提高了密封效果。
40.如图1、图2和图3所示，在本技术的上述实施例中，可选的，所述转轴201的一端设置有轴肩2011，所述轴肩2011的端面与所述轴套202的端面相抵接，所述轴肩2011开设有多个第四凹槽2012，多个所述第四凹槽2012沿所述轴肩2011的周向间隔设置。
41.在本实施例中，转轴201的一端设置有轴肩2011，轴套202的端面与所述轴肩2011的端面相抵接，以避免轴套202在旋转过程中相对转轴201发生轴向移动，起到限位作用，使得轴套202与转轴201稳固连接。轴肩2011的周向设置有第四凹槽2012。其中，第四凹槽2012增大了轴肩2011的周向面与液体50的接触面积，增强了对液体50的扰流、涡流和节流作用。第四凹槽2012可以设置有多个，多个第四凹槽2012沿轴肩2011的周向间隔设置，通过增加
第四凹槽2012的数量，以进一步增强扰流、涡流和节流效应，从而进一步减少液体50泄露，提高密封效果，使得螺旋密封在压差、液体50粘度及转速均中等的场合下也能使用，且具有良好的密封效果，扩大了螺旋密封的使用范围。
42.在本技术的一个实施例中，可选的，所述螺旋槽2021的螺旋线与所述转轴201的轴线的夹角为30-60度。
43.在本实施例中，螺旋槽2021的螺旋线与转轴201的轴线的夹角在30度到60度之间。具体的，螺旋线与轴线的夹角大小对螺旋槽2021旋转产生的泵送能力大小有显著影响，为兼具合适的泵送能力及螺旋槽2021、螺旋齿2022的加工，螺旋线与轴线的夹角可以选择为30度到60度之间的任意值。示例性的，当夹角为30度时，螺旋槽2021的螺旋线更倾向、更靠近轴线，增大了轴向分力，减小了径向分力，使得轴向推力更大，从而增强了轴向泵送作用，此时螺旋槽2021旋转产生泵送能力最大。当夹角为60度时，螺旋槽2021的螺旋线远离轴线，减大了轴向分力，增大了径向分力，使得轴向推力减小，从而降低了轴向泵送作用，此时螺旋槽2021旋转产生泵送能力最小。当夹角为45度时，此时螺旋槽2021转动产生的泵送能力小于夹角为30度时的泵送能力，且大于60度时的泵送能力。当然，在可加工及壳体10厚度较厚的前提下，螺旋线与轴线的夹角可以取大于0度且小于90度之间的任意值。螺距的选择可根据液体50的泄露量、粘度、转轴201的转速及内外压力差来确定。
44.如图1、图2和图4所示，在本技术的一个实施例中，可选的，所述螺旋齿2022的外径小于所述第二容纳腔102的内径，所述轴套202的端面与所述壳体10的端面平齐。
45.在本实施例中，螺旋齿2022的外径小于第二容纳腔102的内径。具体的，螺旋齿2022的外径略小于第二容纳腔102的内径，以使轴组件20能够在第二容纳腔102内转动，且使得轴套202与第二容纳腔102的腔壁形成较小的泄露间隙，以供第一容纳腔101内的液体50经该间隙泄露至第二容纳腔102内。需要说明的是，该泄露间隙不能过大，若泄露间隙过大，则导致液体50仅附于第二容纳腔102的腔壁而与轴套202上的螺旋槽2021分离，使得螺旋槽2021转动时无法对泄露的液体50产生涡流和泵送作用，无法驱使泄露的液体50返回第一容纳腔101，使得螺旋密封失效。该泄露间隙也不能过小，若泄露间隙过小，轴组件20转动时容易与第二容纳腔102的腔壁发生碰撞导致其磨损，减少其使用寿命。轴套202的端面与壳体10的端面平齐，使得轴套202完全位于第二容纳腔102内。
46.如图1、图2和图5所示，在本技术的上述实施例中，可选的，所述第一凹槽2023和所述第三凹槽1021的截面形状为w形或u形，所述第二凹槽2024和所述第四凹槽2012的横截面形状为正六边形、圆形、梯形或菱形。
47.在本实施例中，通过将第一凹槽2023和第三凹槽1021的截面形状设置为w形或u形，使得第一凹槽2023和第三凹槽1021与液体50的接触面积较大，从而增强扰流、节流和涡流作用，减少液体50泄露，提高密封效果。当然，第一凹槽2023和第三凹槽1021的截面形状还可以为v形或其它类型的形状。第二凹槽2024和第四凹槽2012的横截面形状可以为正六边形、圆形、梯形或菱形，以使其与液体50的接触面积较大，增强节流、扰流和涡流效应，从而减少液体50泄露，提高密封效果。当然，第一凹槽2023和第三凹槽1021的横截面还可以为其它类型的形状。
48.如图5所示，在本技术的上述实施例中，可选的，所述第二凹槽2024设置有多个，多个所述第二凹槽2024沿所述轴套202的周向间隔设置。
49.在本实施例中，第二凹槽2024设置有多个，多个第二凹槽2024沿轴套202的周向间隔设置。其中，第二凹槽2024的数量设置有多个，以增大其与液体50的接触面积，从而增强扰流、节流和涡流作用，减少液体50泄露，提高密封效果，进一步扩大螺旋密封的使用范围。
50.如图1和图2所示，在本技术的一个实施例中，可选的，所述螺旋密封结构100还包括挡圈30，所述挡圈30位于所述转轴201远离所述第一容纳腔101的一端，且与所述壳体10的端面相抵接。
51.在本实施例中，挡圈30位于转轴201远离第一容纳腔101的一端，且与壳体10的端面相抵接。具体的，挡圈30设置有内径略大于转轴201外径的孔以供转轴201穿设，挡圈30与壳体10的端面相抵接，且与轴套202的端面相抵接，用于对轴套202的限位，避免轴套202相对转轴201发生轴向移动，实现轴套202与转轴201的稳固连接，轴套202与转轴201可以为过盈配合或通过键实现稳固连接，以使轴套202与转轴201同步转动。
52.如图1和图2所示，在本技术的上述实施例中，可选的，所述螺旋密封结构100还包括紧固件，所述挡圈30与所述壳体10形成沉头孔301，所述紧固件穿设于所述沉头孔301，以使所述挡圈30与所述壳体10固定连接。
53.在本实施例中，挡圈30与壳体10形成用于供紧固件穿设的沉头孔301，以使挡圈30与壳体10固定连接。其中，沉头孔301至少设置有两个，两个沉头孔301沿挡圈30的周向间隔设置，紧固件依次穿设于沉头孔301，使得挡圈30与壳体10稳固连接。具体的，紧固件可以为螺丝，以实现可拆卸连接。
54.如图1和图2所示，在本技术的上述实施例中，可选的，所述螺旋密封结构100还包括密封圈40，所述密封圈40套设于所述转轴201上，且位于所述轴套202与所述挡圈30之间。
55.在本实施例中，密封圈40套设于转轴201上，位于轴套202与挡圈30之间。具体的，密封圈40一端的端面与轴套202和壳体10的端面相抵接，另一端的端面与挡圈30的端面相抵接，当转轴201停止旋转时，螺旋动密封/非接触密封失效，此时通过该密封圈40实现静密封/接触密封，使得液体50不泄露。
56.在本技术的一个实施例中，可选的，所述第二容纳腔102的腔壁表面涂覆有石墨。
57.在本实施例中，理论上讲，螺旋齿2022与第二容纳腔102的泄露间隙越小，对密封效果越有利。因为如果间隙大，则液体50可能仅附着于第二容纳腔102的腔壁而与轴套202外表面分离，则轴组件20起不到推赶介质的作用，使密封失效。而间隙太小，又可能造成轴组件20与第二容纳腔102相互摩擦和碰撞，造成部件的磨损，因此可在第二容纳腔102的腔壁表面涂覆一层石墨，以对螺旋密封动结构进行保护，从而提高螺旋密封结构100的使用寿命。
58.在本技术的一个实施例中，可选的，所述螺旋密封结构还包括驱动装置，所述驱动装置的输出端与所述转轴201连接，以驱动所述转轴201转动。
59.在本实施例中，转轴201远离第一容纳腔101的一端与驱动装置的输出端连接，驱动装置转动以驱动转轴201同步转动。具体的，转轴201与驱动装置的输出端的通过联轴器连接。
60.本技术实施例还提供一种压缩机，包括以上实施例中的螺旋密封结构100。
61.该压缩机具有上述任一实施例中的螺旋密封结构100，因此具有螺旋密封结构100的全部有益效果，在此就不一一赘述。
62.综上所述，本技术提供的螺旋密封结构，通过在轴套上分别设置第一凹槽和第二凹槽，以干扰液体往泄露的方向流动，消耗了液体的流动能量，并配合轴套上螺旋槽和螺旋齿的转动，以防止第一容纳腔内的液体经第二容纳腔和通孔向外界泄露。其中，第一凹槽增加了液体与轴套周向面的接触面积，起到扰流、节流和涡流的作用，第二凹槽增加了液体与轴套端面的接触面积，减小了轴套端面的压强，提高了轴套的承受压力，起到扰流、节流和涡流的作用，从而消耗了液体的流动能量。通过设置第一凹槽和第二凹槽，消耗了第一容纳腔内的液体经第二容纳腔和通孔向外界泄露的流动能量，减少了液体泄露，提高了螺旋密封的密封效果，使得螺旋密封在压差、液体粘度及转速均中等的场合下也能使用，且具有良好的密封效果，扩大了螺旋密封的使用范围，避免了现有技术中的螺旋密封只适用于液体粘度较大、压差较小和中等转速的场合，导致其使用范围较小的技术问题。
63.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
64.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
65.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。