專利名稱：耐壓靜態(tài)和動態(tài)推出器軸密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及軸密封裝置領(lǐng)域，特別是涉及靜態(tài)和動態(tài)軸密封結(jié)構(gòu)，更特別是涉及推出器(expeller)軸密封，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，它有效靜態(tài)密封，而當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時以及在靜態(tài)和動態(tài)操作的過渡過程中，它有效動態(tài)密封，其中，密封結(jié)構(gòu)通過在密封表面處機械接觸而改變形狀以便靜態(tài)密封，且在軸旋轉(zhuǎn)時沒有摩擦，因此，在靜態(tài)和動態(tài)工作過程中，該密封結(jié)構(gòu)即使在周圍介質(zhì)中在密封結(jié)構(gòu)的兩側(cè)之間有壓力差時也提供良好的密封效果。
背景技術(shù)：
目前，唇形密封主要用于隔離旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的軸承。密封件和軸承要考慮大量旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障，且在這兩個關(guān)鍵部件的壽命之間有緊密關(guān)系。該密封件的故障可能使得軸承失效，而較差軸承狀態(tài)可能減小密封件壽命。進(jìn)入軸承殼體的雨、泄漏產(chǎn)品、碎屑和沖洗水將污染軸承潤滑劑，并對軸承的產(chǎn)品使用壽命有較壞影響。非常少量的水或其它污染物可能明顯縮短軸承壽命。
輔助機械設(shè)備軸密封裝置(有時稱為軸承隔離件或密封環(huán))用于將在不利用途中工作的設(shè)備，其中，設(shè)備暴露于潛在污染物例如灰塵中。因此，彈性的軸密封件在這樣的不利環(huán)境中快速磨損和失效。灰塵和其它外部污染物不能通過發(fā)生故障的標(biāo)準(zhǔn)密封裝置而從密封殼體內(nèi)部排出。不能防止?jié)櫥突蚱渌黧w經(jīng)過磨損的唇形密封件從傳動裝置向外泄漏。當(dāng)在密封裝置的兩側(cè)在密封裝置周圍介質(zhì)(例如液體、氣體或灰塵)中存在壓力差時，將不能防止污染物進(jìn)入和潤滑流體流出。在靜態(tài)和動態(tài)用途中，壓力差將有助于使已知密封件泄漏，并使得污染物越過密封件屏障來輸送。
用于靜態(tài)和動態(tài)軸密封組件的一個實例在US-A-5,221,095中公開，其中，實心、周邊可拉伸的環(huán)形密封部件安裝在轉(zhuǎn)子凹面上，并當(dāng)轉(zhuǎn)子和密封部件靜止時與定子凸面嚙合。當(dāng)轉(zhuǎn)子和密封部件以工作速度運動時，可變形密封部件由于離心力而沿徑向方向進(jìn)行周邊拉伸，從而脫開與定子的嚙合，從而消除了密封部件的摩擦力。
不過，盡管密封組件將防止雨、泄漏產(chǎn)品、碎屑和沖洗水進(jìn)入軸承殼體，不過當(dāng)軸密封組件上面存在壓力差時，所述密封組件將不能密封。壓力差可以由于例如在軸承側(cè)的泵效應(yīng)或在外側(cè)的超壓而引起。例如，在密封組件外側(cè)的該超壓例如由清潔設(shè)備(例如高壓洗滌器具)引起，或者當(dāng)殼體位于水下時，增加的外部壓力由在殼體上面的水容積引起。壓力差也可以由溫度變化而產(chǎn)生，例如通過在白天受到太陽加熱和在晚上冷卻而引起，或者通過在殼體內(nèi)部產(chǎn)生的熱量而引起，例如通過驅(qū)動裝置的摩擦或功率耗散。當(dāng)加熱時，在殼體內(nèi)部的流體膨脹，并導(dǎo)致壓力增大，且反之亦然。這樣的壓力差使得已知的密封部件被升離且松脫與相鄰密封表面的機械接觸，這導(dǎo)致密封損失，從而讓污染物通向例如軸承，并因此縮短包括密封軸的設(shè)備的產(chǎn)品壽命。
而且，當(dāng)彈性密封部件必須逆著它的壓縮彈性而定位在密封組件中時，在US-5,221,095中所述的密封組件將很難裝配。
在CH-369329中公開了另一軸密封組件，其中，O形環(huán)彈性密封軸。O形環(huán)位于轉(zhuǎn)子凹口內(nèi)，該轉(zhuǎn)子凹口有同軸壁，該壁相對于徑向定向的定子成一定傾斜角度。這樣，O形環(huán)通過它的彈性而壓靠在徑向定子表面上，并獲得密封效果。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，O形環(huán)由于受到離心力而引起周邊膨脹。通過一個傾斜周邊壁，O形環(huán)進(jìn)一步軸向和徑向運動離開定子。因此，通過軸的旋轉(zhuǎn)而消除O形環(huán)的接觸摩擦。這種軸密封組件比前面在US-A-5,221,095中所述的組件更容易裝配。不過，該軸密封組件同樣有這樣的缺點，即當(dāng)在軸密封組件兩側(cè)的周圍介質(zhì)中存在壓力差時，密封組件并不密封。
因此，本發(fā)明要解決的問題是提供一種新的軸密封組件，該軸密封組件對于密封組件兩側(cè)的介質(zhì)中的壓力差并不敏感，從而在靜態(tài)和動態(tài)工作模式中都保證防止污染物的進(jìn)入和潤滑劑的流出。
本發(fā)明要解決的另一問題是提供一種上述類型的機械密封件，其中，當(dāng)軸靜止時，實心密封部件與密封定子和密封轉(zhuǎn)子嚙合，且當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，密封部件膨脹離開定子。
本發(fā)明要解決的還一問題是提供一種上述類型的密封件，它很容易裝配、制造和具有較長產(chǎn)品壽命。
本發(fā)明要解決的還一問題是提供一種用于旋轉(zhuǎn)軸的密封，該旋轉(zhuǎn)軸具有最大約為3m的較大直徑，例如大約1m。需要有效靜態(tài)和動態(tài)密封的、具有這樣的較大直徑的軸例如用于水力發(fā)電站中的水驅(qū)動渦輪，或者用于船舶的推進(jìn)器軸密封。
而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的其它問題，這些問題并沒有在本申請中明確說明，但是它們也將由本發(fā)明解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供如附加權(quán)利要求所述的軸密封組件而克服了本領(lǐng)域的上述缺陷，并至少解決了單個上述問題或者上述問題的任意組合。
本發(fā)明的總體方案是提供了用于(優(yōu)選是軸向軸承的)靜態(tài)和動態(tài)密封的軸密封組件。組件包括至少一個第一彈性密封部件、位于中心的可轉(zhuǎn)動軸、安裝在所述軸上的轉(zhuǎn)子以及安裝在殼體上的定子。第一密封部件布置成這樣，即施加在軸向密封組件上的壓力差不會在靜態(tài)密封時降低所述密封部件的密封性能。密封部件位于轉(zhuǎn)子的環(huán)形凹口內(nèi)，且組件有以下工作模式靜態(tài)工作模式，其中，中心軸處于靜止，因此整個密封組件處于靜止；動態(tài)工作模式，其中，軸以工作速度旋轉(zhuǎn)；以及當(dāng)軸從靜止加速或者相反時在兩種前述工作模式之間過渡。在靜態(tài)工作模式中，當(dāng)在兩側(cè)的介質(zhì)中存在壓力差時，彈性密封部件使得組件的一側(cè)與它的另一側(cè)有效密封，其中，密封效果由壓力差支持，即例如該壓力將密封部件推入它的密封表面。在動態(tài)工作模式中，密封通過由推出器部件的渦輪效應(yīng)引起的壓力差來實現(xiàn)。當(dāng)從靜態(tài)向動態(tài)工作過渡時，靜態(tài)密封部件將通過離心力和低壓(該低壓由于推出器將彈性密封部件從密封表面吸住而產(chǎn)生)而軸向和徑向離心運動離開它的靜態(tài)密封位置并進(jìn)入不與定子接觸的另一位置。因此，在軸旋轉(zhuǎn)過程中消除了在密封部件和定子之間的摩擦。在從靜止向軸旋轉(zhuǎn)過渡的過程中，該密封并不會泄漏。這通過合適構(gòu)造軸密封組件的元件來實現(xiàn)。例如，它保證推出器的泵效應(yīng)確實提供與周圍介質(zhì)壓力相關(guān)的足夠高壓力，從而在任何時候都保證密封。
本發(fā)明有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的多個優(yōu)點。即，本發(fā)明的優(yōu)點是它提供了容易裝配和制造的密封組件，該密封組件有效保證在彼此密封的兩側(cè)之間存在壓力差的情況下進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)密封，且即使在較大軸直徑時也不會降低密封性能。


通過下面對本發(fā)明實施例的說明并參考附圖，將清楚本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點，附圖中圖1是用于軸的靜態(tài)和動態(tài)密封的軸密封組件實施例的局部剖透視圖；圖2是表示在殼體中的、圖1的軸密封組件的正視平面圖；圖3是沿圖2所示的線A-A的剖視圖，表示裝入殼體中的、圖1的軸密封組件以及軸；圖4是圖1的實施例的放大剖視圖，表示軸密封組件的靜態(tài)和動態(tài)密封；圖5是表示如圖1所示實施例的摩擦耦合部件的平面圖；圖6是表示圖5的摩擦耦合的透視圖；圖7是表示圖5和6的軸、轉(zhuǎn)子和摩擦耦合元件的剖視圖，它們置于軸和轉(zhuǎn)子之間，其中，摩擦耦合元件處于靜止；圖8是類似于圖7的剖視圖，其中，摩擦耦合元件被夾住；圖9是表示圖5的摩擦耦合元件處于它的裝配和楔牢位置時的平面圖；圖10是表示在密封組件中用于流體分配的流體槽道的剖視圖；以及圖11是表示軸承箱的示意剖視圖，該軸承箱有兩個如圖1實施例的軸密封件以及一個作為潤滑油彌霧器(oil mister)的軸密封件。
具體實施例方式
圖1至4中表示了本發(fā)明的示例實施例，以便舉例說明本發(fā)明。不過，本發(fā)明并不局限于該特定實施例，本發(fā)明只由附加的權(quán)利要求來限定。
圖1表示了用于軸的靜態(tài)和動態(tài)密封的軸向軸密封組件100的實施例。該軸向軸密封組件包括定子部件1；密封部件2，該密封部件2抵靠周圍殼體而密封定子部件；第一推出器轉(zhuǎn)子部件3，該第一推出器轉(zhuǎn)子部件3包括推出器凸起4和處于該推出器凸起4之間的推出器凹口5；第二推出器轉(zhuǎn)子部件6，該第二推出器轉(zhuǎn)子部件6有環(huán)形凹口7，該環(huán)形凹口7裝入環(huán)形密封部件8；摩擦耦合部件9，該摩擦耦合部件9朝著中心軸旋轉(zhuǎn)鎖定軸向密封組件；密封部件11，該密封部件11沿縱向方向沿軸密封；以及中心內(nèi)部區(qū)域12，用于接收可轉(zhuǎn)動軸，該可轉(zhuǎn)動軸安裝在殼體內(nèi)的至少一個軸承中。兩個推出器轉(zhuǎn)子部件3、6通過壓配合而裝配。轉(zhuǎn)子和定子并不彼此物理嚙合，且在定子和轉(zhuǎn)子之間的狹槽保持打開。該狹槽是從密封組件的一側(cè)至另一側(cè)的通道。為了密封該通道，在靜止時利用密封部件8，而在軸運動時利用離心泵效應(yīng)。
在動態(tài)工作時，如下面更詳細(xì)所述，推出器轉(zhuǎn)子部件3、6通過軸和推出器轉(zhuǎn)子部件3、6的旋轉(zhuǎn)而在狹槽通道中產(chǎn)生壓力差。該壓力差通過離心力而產(chǎn)生，該離心力將狹槽內(nèi)的任意松弛材料或介質(zhì)(例如松弛顆粒、液體、氣體、灰塵等)推出狹槽外。這由推出器轉(zhuǎn)子部件結(jié)合翅片形推出器凸起和凹口的旋轉(zhuǎn)運動而引起，因此，進(jìn)入狹槽的任意材料都受到由離心力引起的推出器泵送壓力，該泵送壓力使材料向后運動并將它推出該狹槽。包括推出器凸起4和在該推出器凸起4之間的推出器凹口5的推出器轉(zhuǎn)子翅片3、6為合適形狀，以便使得產(chǎn)生的壓力足以抵抗在密封組件100的工作過程中將可能在組件100的兩側(cè)出現(xiàn)的最高壓力差。通過合適形成翅片，壓力將平衡，即由于旋轉(zhuǎn)翅片的渦輪效應(yīng)而產(chǎn)生的壓力將與由“泵送回”而產(chǎn)生的、在密封組件外側(cè)的壓力平衡，從而保證在所有工作條件下都有效密封。
組件有以下工作模式靜態(tài)工作模式，其中，中心軸處于靜止，因此整個密封組件100處于靜止；動態(tài)工作模式，其中，軸以工作速度旋轉(zhuǎn)；以及當(dāng)軸從靜止開始加速或者相反時在兩種前述工作模式之間過渡。在靜態(tài)工作模式中，密封組件8使組件100的一側(cè)與它的另一側(cè)有效密封。在動態(tài)工作模式中，通過由于推出器部件的渦輪效應(yīng)而引起的壓力差來實現(xiàn)密封。靜態(tài)密封部件將軸向和徑向離心運動離開它的靜態(tài)密封位置并進(jìn)入不與定子接觸的另一位置。因此，在軸旋轉(zhuǎn)過程中消除了在密封部件和定子之間的摩擦。
在動態(tài)工作模式中，當(dāng)軸和推出器轉(zhuǎn)子部件3、6旋轉(zhuǎn)時，進(jìn)入由靜態(tài)密封部件8打開的通道內(nèi)的任意材料都將由于推出器的離心泵效應(yīng)而立即被推出，如上所述。因此，在靜態(tài)密封期間進(jìn)入狹槽內(nèi)和已經(jīng)積累在狹槽通道內(nèi)(例如在推出器凹槽內(nèi))的材料、污染物等都將在從靜態(tài)至動態(tài)密封工作的過渡期間被推出。在動態(tài)密封工作過程中進(jìn)入狹槽的任意材料都將立即被推出。材料進(jìn)入狹槽的距離越長，用于在組件的各側(cè)將材料推回至相同狹槽外和組件100外的離心力越大。
在圖2的正視平面圖中，圖1的軸向密封組件100的組件200表示為布置在殼體30中。圖2中所示的軸向密封組件200部分是殼體30，該殼體30與推出器部件6和中心軸10局部交疊。
圖3是沿圖2中的線A-A的剖視圖，表示了裝于殼體30內(nèi)的、圖1的軸向密封組件100以及軸10。而且，還表示了在第一推出器轉(zhuǎn)子部件3中的凹口31，該凹口裝入另一環(huán)形密封部件32。
圖4是圖1的實施例的放大剖視圖，表示了軸向密封組件的靜態(tài)和動態(tài)密封。箭頭41表示動態(tài)密封工作模式，其中，環(huán)形密封部件32通過組件在軸10的工作速度下旋轉(zhuǎn)時的離心力而拉入凹口31的徑向外側(cè)位置，并脫開與定子1的接觸。箭頭40表示靜態(tài)密封工作模式，其中，環(huán)形密封部件8表示為處于凹口7的徑向內(nèi)側(cè)位置。密封部件8通過密封部件8的彈性力而拉入該位置。凹口7包括第一徑向傾斜的凹口表面42，該第一徑向傾斜的凹口表面42橋接第二軸向的、徑向內(nèi)側(cè)位置的凹口表面43和第三軸向傾斜的、徑向外側(cè)位置的凹口表面44。表面42從它的軸向內(nèi)側(cè)端朝著軸向外側(cè)端而徑向傾斜遠(yuǎn)離定子1的徑向表面45，如圖4所示。
密封部件8并不只通過它的彈性力來密封，而且，在外部(圖4中的左側(cè))和內(nèi)部(圖4中的右側(cè))之間的壓力差也影響密封部件8的密封效果。在靜態(tài)工作模式中獲得更好的密封效果，因為壓力將密封部件8軸向向下按壓，因此朝著轉(zhuǎn)子部件6的環(huán)形凹口7的內(nèi)側(cè)軸向表面43和徑向傾斜的凹口表面42的底部來按壓，且壓靠在定子1的、相鄰對著凹口7的徑向表面45上。
當(dāng)更高壓力施加在內(nèi)側(cè)時，各相同情況對于密封部件32也適用。
轉(zhuǎn)子6中的凹口7形成為這樣，即在靜態(tài)工作模式中在密封組件上的壓力差提高了密封部件8的密封性能。這是因為密封部件8由壓力支承，即壓力將密封部件主動按壓至密封接觸表面內(nèi)。還在密封部件8和定子1之間沿定子1的徑向延伸表面產(chǎn)生物理密封接合。
在從靜態(tài)向動態(tài)密封過渡的過程中，密封部件8從徑向內(nèi)側(cè)的靜止位置(如箭頭40所示)朝著徑向外側(cè)位置(如箭頭41所示)運動。該運動由離心力和壓力差引起，該壓力差由于旋轉(zhuǎn)的推出器產(chǎn)生的泵效應(yīng)而引起，該壓力差將密封部件8徑向向外吸。
因此，將保證軸10處于靜止時密封部件8有效靜態(tài)密封。而且，當(dāng)軸以工作速度旋轉(zhuǎn)時，由于推出器輪3和6引起的壓力差，密封組件有效動態(tài)密封。在動態(tài)工作模式中消除了摩擦，因為密封部件將脫開與定子的接觸，如上所述。而且，在密封結(jié)構(gòu)上有壓力差時，靜態(tài)和動態(tài)密封也有效。
在所述實施例中，轉(zhuǎn)子部件6中的環(huán)形凹口7的徑向傾斜的凹口表面42的傾斜角大約在10°和20°之間，優(yōu)選是大約12°。不過，在不脫離由附加權(quán)利要求確定的本發(fā)明范圍的情況下，也可以采用超過20°的傾斜角。
環(huán)形密封部件8的截面形狀可以為圓形，即環(huán)形密封部件8優(yōu)選為具有圓形截面的環(huán)狀O形環(huán)。不過，環(huán)形密封部件也可以有不同的形式和形狀，例如如圖所示，即具有圓角拐角的基本矩形或卵形。
密封部件8的材料選擇為這樣，即密封部件8有抵靠密封表面的足夠密封效果，且它可充分彈性變形，以便從靜態(tài)位置運動至動態(tài)位置以及返回，且在從靜態(tài)至動態(tài)位置過渡的過程中(即在軸10起動的過程中)，當(dāng)密封部件8仍然與定子靜態(tài)密封表面接觸時，摩擦力很低。用于密封部件8的合適材料例如為橡膠、Viton、FKM、FFKM、EPDM等。用于密封組件100的其余元件的合適材料例如為金屬材料(如青銅或不銹鋼)和彈性體材料(特別是對于較大軸的直徑)以及聚合物材料(如丙烯酸塑料、PU或PA)。
當(dāng)軸直徑較大且因此軸密封組件相應(yīng)較大時，密封組件100的元件可以制造為連續(xù)伸長的元件，該元件環(huán)繞軸預(yù)先裝配和配合成一個單元，如圖1所示。也可選擇，密封組件100的元件可以制造為局部裝配好的或者單獨的部分，它們將在軸上裝配就位。轉(zhuǎn)子、定子和密封部件可以通過擠出來制造，并通過使凸出部分與環(huán)形元件一起密封就位而裝配就位。這樣的優(yōu)點是，用于較大直徑軸的密封組件將以較低成本很容易地制造和裝配在軸上，并使密封組件有效密封。
圖1至4中所示的實施例有在各轉(zhuǎn)子3、6中的、裝入密封部件8、32的凹口7、31。這樣，以兩種方式(即殼體外側(cè)或內(nèi)側(cè)超壓)利用壓力差來密封。不過，對于特定用途，能保證在一個壓力差方向下密封就足夠了。這時，可以省略一個凹口和密封部件。
圖1至4的實施例優(yōu)選是裝配成完整的筒(cartridge)，該筒準(zhǔn)備裝入用于軸密封裝置的空間內(nèi)。
下面參考圖5和6并結(jié)合前述附圖。通過使密封組件滑動至軸10上面而使得密封組件100與軸10裝配。密封部件11密封密封組件的兩側(cè)，即在軸10和推出器密封組件100之間的間隙。與前述相關(guān)的問題是，由于兩個部分的彼此相對慣性，密封組件相對于軸運動。這意味著密封部件11進(jìn)行摩擦運動，且在多個起動-停止循環(huán)后將磨損。該問題通過使用摩擦耦合部件9來解決，該摩擦耦合部件9與密封部件11平行地插入槽內(nèi)，如圖所示。通過摩擦耦合部件解決的另一問題是在軸10和轉(zhuǎn)子部件3、6之間可以傳遞大得多的扭矩。因此，與只有O形環(huán)密封件11的情況相比，可以從軸10向轉(zhuǎn)子部件3、6傳遞大得多的扭矩。
圖5和6中更詳細(xì)地表示了本實施例的摩擦耦合部件9。根據(jù)該實施例，摩擦耦合部件是在兩側(cè)具有凸起50、52和凹口51、53的環(huán)帶狀扁平環(huán)。沿軸10的兩個旋轉(zhuǎn)方向，摩擦耦合環(huán)9都用作制動元件，從而制動和停止組件100相對于軸的運動。摩擦耦合工作所依據(jù)的原理是凸起51、52將由于在轉(zhuǎn)子3、6和軸10之間的較小相對運動而傾斜。當(dāng)摩擦耦合部件9由彈性材料例如硬橡膠制造時，該傾斜運動將在摩擦耦合部件9的相鄰?fù)蛊?0、52處壓縮摩擦耦合部件的彈性材料，且由于在摩擦耦合部件與軸和轉(zhuǎn)子部件的接觸表面處的增大摩擦力和增大局部接觸壓力，相對運動將慢下來并停止。也可選擇，摩擦耦合部件9由幾乎不可壓縮的材料制成，例如金屬，優(yōu)選是不銹鋼。這時，由于材料的選擇和更快實現(xiàn)耦合效果，因此獲得甚至很硬和更及時的制動效果。因此，不管摩擦耦合部件的材料如何，在目前所述的“制動”位置處獲得軸10和密封組件100轉(zhuǎn)子的更緊密連接。放松該耦合連接的唯一方法是使軸沿相反方向旋轉(zhuǎn)，從而使傾斜反向。不過，即使在該方向，也將沿另一方向產(chǎn)生傾斜，且摩擦耦合部件9將阻礙和停止相對運動。當(dāng)摩擦耦合部件9由金屬制成時，彈性的彈簧效應(yīng)可以支持上述耦合處理。彈簧效應(yīng)可以通過合適選擇部件9的材料和形狀而形成于摩擦耦合元件中，因此，彈簧效應(yīng)的方向逆著軸和轉(zhuǎn)子部件之間的相對運動方向。
從軸作用在轉(zhuǎn)子或者沿相反方向作用的扭矩例如可以通過增大推出器翅片的泵效應(yīng)而增加，以便承受上述壓力差，或者扭矩通過如下面所述集成于密封組件100上的潤滑油彌霧器的額外泵效應(yīng)而增加。作用在轉(zhuǎn)子部件上的扭矩越高，摩擦耦合元件將越硬地按壓在一起，且在摩擦耦合上的楔合效應(yīng)越高。因此，扭矩更有效地從軸傳遞給轉(zhuǎn)子，而不會使軸向密封部件退化，且提高了密封部件11的產(chǎn)品壽命，并因此提高了整個密封裝置100的壽命。不過，摩擦耦合允許某些運動，這些運動例如可以是轉(zhuǎn)子所希望的，以便動態(tài)調(diào)節(jié)定子的位置。
在圖7和圖8中表示了上述摩擦耦合的功能。摩擦耦合部件9表示為置于軸部件10和轉(zhuǎn)子部件6之間，其中，摩擦耦合元件處于靜止，即在軸部件10和轉(zhuǎn)子部件6之間沒有扭矩差。在圖8中，如上所述，摩擦耦合元件9由于在軸部件10和轉(zhuǎn)子部件6之間的扭矩差而被夾住。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，圖中所示的摩擦耦合部件9的形狀只是用于獲得上述效果的幾種形狀中的一種。例如，圖7和8中所示的摩擦耦合部件與圖5和6中所示的摩擦耦合部件不同，但是如上所述執(zhí)行相同功能。
圖9和圖10表示了軸密封組件的另一實施例200，其中，徑向向內(nèi)延伸的孔91位于定子1的底部?？着c密封組件100的內(nèi)部以及殼體30的內(nèi)部連通。在靜止工作模式中，密封部件8作為止回閥，在動態(tài)工作模式中打開。圖9和圖10表示動態(tài)工作模式，其中，流體槽道91打開以便流體連通。在所示實施例中，槽道91與流體連接器90連接，該流體連接器90例如通向流體儲罐(未示出)。也可選擇，流體槽道91與殼體內(nèi)部直接連通，軸承位于該殼體內(nèi)部內(nèi)。它可以是這樣的情況，即當(dāng)軸密封組件200置于殼體內(nèi)部時，例如在兩側(cè)的兩個滾珠軸承由軸密封組件100密封，如圖11中所示。這時，例如重新冷凝的潤滑油霧通過流體槽道91而重新循環(huán)，從而減小了流體消耗量。這里，甚至過濾器可以裝入槽道內(nèi)，以便清潔該重新循環(huán)的液體。在動態(tài)工作過程中，流體通過孔91吸向密封組件200的內(nèi)部，并從該密封組件200向外推出。這將結(jié)合圖10和圖11詳細(xì)說明，其中，箭頭92至96表示在示例實施例中的流體通路。圖11中的箭頭將部分表示軸承箱115外側(cè)的外部壓力，部分表示從組件200的推出器部件中推出的潤滑油114，且部分表示通過槽道91流入組件200內(nèi)部的潤滑油流(潤滑油從該組件內(nèi)部通過組件200中的狹槽而推出，該狹槽與上面結(jié)合圖1至4所述的狹槽類似)。因此，具有軸承滾珠112、113的軸承110、111在軸10旋轉(zhuǎn)時通過產(chǎn)生的潤滑油霧而有效潤滑。而且，組件在軸旋轉(zhuǎn)時(如圖11所示)有效密封軸承箱115外部的壓力，且在靜止時通過在組件100中的靜態(tài)密封部件而與軸密封。
這樣，保證有效產(chǎn)生潤滑油霧，同時不需要昂貴的壓縮機系統(tǒng)來產(chǎn)生使流體壓過槽道和推出器噴嘴所需的壓力。該所需壓力由集成的推出器轉(zhuǎn)子部件3、6通過旋轉(zhuǎn)而供給。
流體可以是清除可能積累在推出器輪3、6的槽5內(nèi)的任意材料的清潔液體。也可選擇，流體可以是潤滑液體例如潤滑油，該潤滑液體用于潤滑一個或多個軸承。這時，潤滑油通過離心力而轉(zhuǎn)變成潤滑油霧，該離心力將較小潤滑油液滴從推出器輪3、6拋向密封組件100的外部。當(dāng)密封組件用于殼體內(nèi)部，且該殼體內(nèi)部有在密封組件兩側(cè)的軸承時，組件用于將潤滑流體傳至軸承，從而提高軸承的產(chǎn)品壽命。液體可以來自單獨容器(例如用于清潔流體)，或者它來自組件100底部的流體池。通過使用孔，當(dāng)推出器輪底部浸沒在流體池時，傳遞將比只通過離心力時更高效地進(jìn)行，以便將流體扔出。
對于流體槽道的所示實施例，也可選擇，將液體分配至軸密封組件100的兩側(cè)，流體槽道91可以布置成這樣，即流體只分配至在軸密封件一側(cè)的轉(zhuǎn)子部件。因此，流體將只分配至該側(cè)。
密封組件100和它的部件的制造將通過已知方法來實現(xiàn)。這些部件將快速和容易地裝配。
對于圖中所示的實施例，也可選擇，軸密封件可以直接與軸的軸承集成。這時，轉(zhuǎn)子與內(nèi)部軸承環(huán)(例如滾珠軸承)聯(lián)接，該內(nèi)部軸承環(huán)與可旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)接。推出器轉(zhuǎn)子部件直接與內(nèi)部軸承環(huán)連接，定子部件直接與外部軸承殼體連接。這樣，獲得非常緊湊的方法。
在還一可選實施例中，軸密封組件只包括一個轉(zhuǎn)子部件，該轉(zhuǎn)子部件有在凹口中的密封部件，如前所述。這時，組件有效密封沿一個方向的壓力差，這足以用于某些用途。
還有，表示為不同結(jié)構(gòu)元件的轉(zhuǎn)子部件6、3可以相同，并通過例如在軸向接觸表面處膠接而彼此粘附。
本發(fā)明的上述軸密封件的用途和使用為多種多樣，且示例的領(lǐng)域包括例如泵，例如在近海油氣行業(yè)、采礦業(yè)、紙漿和紙張行業(yè)、潛水泵、水力發(fā)電廠中的水驅(qū)動渦輪、船舶的螺旋槳軸密封等中。上面已經(jīng)參考特定實施例介紹了本發(fā)明。不過，與上述不同的其它實施例同樣可能處在附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)，例如轉(zhuǎn)子或定子的不同形狀、用于密封部件的、與上述不同的其它彈性材料等。
而且，當(dāng)用于本說明書中時，術(shù)語“包括”并不排斥其它元件或步驟，術(shù)語“一個”并不排斥多個，且單個處理器或其它單元可以執(zhí)行在權(quán)利要求中所述的幾個單元或電路的功能。
權(quán)利要求
1.用于中心定位的可旋轉(zhuǎn)運動軸(10)的靜態(tài)和動態(tài)軸向密封的軸密封組件(100)，包括至少一個密封所述軸(10)的第一密封部件(8、32)、安裝在所述軸(10)上的至少一個轉(zhuǎn)子部件(3、6)以及安裝在殼體(30)上的定子部件(1)；其特征在于所述第一密封部件(8、32)布置在所述轉(zhuǎn)子部件(3、6)的凹口(7、31)內(nèi)，并用于在靜態(tài)密封過程中保持所述密封的密封性能，而不會由于沿軸向在軸密封組件(100)兩側(cè)的介質(zhì)之間存在壓力差而降低它的密封性能，所述第一密封部件(8)布置成靜態(tài)密封在定子部件(1)的基本徑向方向的表面上、所述凹口(7、31)的基本徑向方向的表面(42)和所述凹口(7)的基本軸向方向表面(43)，其中，當(dāng)所述軸(10)旋轉(zhuǎn)時通過所述轉(zhuǎn)子部件實現(xiàn)動態(tài)密封；以及靜態(tài)密封部件(8)構(gòu)造成當(dāng)軸(10)旋轉(zhuǎn)時軸向和徑向運動離開它的靜態(tài)密封位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸密封組件(100)，其中所述轉(zhuǎn)子部件(3、6)包括至少一個推出器轉(zhuǎn)子部件(3、6)，該推出器轉(zhuǎn)子部件用于產(chǎn)生補償所述壓力差的、用于動態(tài)密封的壓力，并布置成鄰近所述定子部件(1)，以便當(dāng)所述軸(10)旋轉(zhuǎn)時引起動態(tài)密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸密封組件(100)，其中所述推出器轉(zhuǎn)子部件(3、6)有朝著所述定子定向的相鄰?fù)瞥銎魍蛊?4)和推出器凹口(5)，用于產(chǎn)生所述動態(tài)密封效果。
4.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的軸密封組件(100)，其中所述凹口(7)是在所述轉(zhuǎn)子部件(3、6)中的環(huán)形凹口(7、31)，所述第一密封部件(8)裝入所述轉(zhuǎn)子部件(3、6)的所述環(huán)形凹口(7、31)中，所述凹口(7、31)布置成面對所述定子部件(1)的所述徑向表面(45)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軸密封組件(100)，其中所述環(huán)形凹口(7、31)有第一基本徑向傾斜的環(huán)形凹口表面(42)，該第一基本徑向傾斜的環(huán)形凹口表面(42)橋接第二基本軸向方向的、徑向內(nèi)側(cè)位置的環(huán)形凹口表面(43)和第三基本軸向傾斜定向的、徑向外側(cè)位置的環(huán)形凹口表面(44)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軸密封組件(100)，其中用于靜態(tài)密封的所述密封部件(8)靜態(tài)密封在所述第一基本徑向傾斜的環(huán)形凹口表面(42)、所述第二基本軸向方向的、徑向內(nèi)側(cè)位置的環(huán)形凹口表面(43)和所述基本徑向的定子表面(45)上，這樣，所述壓力差在所述密封表面上產(chǎn)生支持所述密封部件(8)的密封壓力。
7.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的軸密封組件(100)，其中所述密封部件(8)由可彈性變形的材料制成。
8.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的軸密封組件(100)，其中所述軸密封組件(100)布置成密封軸承。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的軸密封組件(100)，其中所述軸密封組件(100)與所述軸承制成一個整體。
10.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的軸密封組件(100)，其中所述轉(zhuǎn)子部件(6)裝備有摩擦耦合部件(9)，該摩擦耦合部件(9)互鎖地布置在所述軸(10)和所述轉(zhuǎn)子部件(6)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸密封組件(100)，其中所述轉(zhuǎn)子部件包括環(huán)形徑向凹口，該環(huán)形徑向凹口基本裝入所述摩擦耦合部件(9)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的軸密封組件(100)，其中所述摩擦耦合部件(9)布置成這樣，使得所述軸(10)和所述轉(zhuǎn)子部件(6)之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動的扭矩使得所述摩擦耦合部件(9)壓縮，并增加軸(10)和轉(zhuǎn)子(6)之間的摩擦，這樣，在相對轉(zhuǎn)動時實現(xiàn)制動。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12所述的軸密封組件(100)，其中所述摩擦耦合部件(9)有鄰近凸起(50、52)和凹口(51、53)的環(huán)形環(huán)的形狀。
14.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的軸密封組件(100)，其中徑向內(nèi)側(cè)的槽道(91)延伸成與所述定子(1)的底部流體連通，所述槽道(91)與密封組件(100)的內(nèi)部和殼體(30)的內(nèi)部流體連通。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的軸密封組件(100)，其中所述槽道(91)用于輸送流體，這樣，在所述軸(10)旋轉(zhuǎn)時實現(xiàn)將所述流體推出離開所述推出器轉(zhuǎn)子部件(3、6)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的軸密封組件(100)，其中所述流體是清潔流體，當(dāng)所述軸(10)旋轉(zhuǎn)時，該清潔流體將在靜態(tài)密封過程中積累在所述推出器凹口(5)中的材料從密封組件(100)中推出。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的軸密封組件(100)，其中所述流體是潤滑劑流體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的軸密封組件(100)，其中所述潤滑劑流體是潤滑油，當(dāng)從密封組件推出時，所述潤滑油轉(zhuǎn)變成潤滑油霧。
19.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的軸密封組件(100)，其中軸的直徑最大為3m。
20.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的軸密封組件(100)，其中所述轉(zhuǎn)子部件(3、6)、定子部件(1)和密封部件(8)由彈性體材料通過擠出制造。
21.一種通過權(quán)利要求1所述的軸密封組件來靜態(tài)和動態(tài)密封軸的方法，其特征在于通過沿軸向方向在所述軸兩側(cè)的介質(zhì)之間存在壓力差來支持所述靜態(tài)密封；將布置在轉(zhuǎn)子部件(3)中的第一密封部件(8)推靠在所述定子部件(1)的基本徑向方向的表面、容納所述密封部件(8)的凹口(7)的基本徑向方向的表面(42)和所述凹口(7)的基本軸向方向的表面(43)上；以及當(dāng)軸(10)旋轉(zhuǎn)時，使靜態(tài)密封部件(8)沿軸向和徑向離心地移離其靜態(tài)密封位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于當(dāng)軸(10)旋轉(zhuǎn)時使得靜態(tài)密封部件(8)沿軸向和徑向離開其靜態(tài)密封位置的所述離心運動將在動態(tài)密封過程中消除在密封部件(8)和定子(1)之間的摩擦。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于通過由轉(zhuǎn)子部件(3、6)的渦輪效應(yīng)引起的動態(tài)轉(zhuǎn)子壓力差來進(jìn)行所述動態(tài)密封；以及利用所述動態(tài)轉(zhuǎn)子壓力差來補償沿軸向方向在所述軸兩側(cè)的介質(zhì)之間存在的所述壓力差；從而在動態(tài)工作過程中保持密封。
全文摘要
一種用于中心定位的可旋轉(zhuǎn)軸(10)的靜態(tài)和動態(tài)軸向密封的軸密封組件(100)。該組件(100)包括至少一個密封所述軸(10)的第一密封部件(8)、安裝在所述軸(10)上的至少一個轉(zhuǎn)子部件(3、6)以及安裝在殼體(30)上的定子部件(1)。第一密封部件(8)布置在所述轉(zhuǎn)子部件(3)的凹口(7)內(nèi)，且當(dāng)在兩側(cè)的介質(zhì)之間存在壓力差時使得組件(100)的一側(cè)與另一側(cè)有效密封。當(dāng)所述軸(10)旋轉(zhuǎn)時，靜態(tài)密封部件(8)軸向和徑向運動離開它的靜態(tài)密封位置，并消除在密封部件(8)和定子(1)之間的摩擦。動態(tài)密封通過由轉(zhuǎn)子部件(3、6)的渦輪效應(yīng)引起的壓力差來實現(xiàn)。
文檔編號F16J15/54GK1806138SQ200480016883
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
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