專利名稱：軋鋼機油膜軸承頸部密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及柔韌而有彈性的彈性體密封件，尤其涉及一種對用于作為軸頸以在軋鋼機油膜軸承中旋轉(zhuǎn)的輥頸錐形部分的改進。
背景技術(shù)：
圖1示出了在美國專利4586720(Simmons等人)中所描述類型的已有技術(shù)的頸部密封件10。該密封件由一種柔韌彈性體模制而成并具有環(huán)形密封體12，該密封體在內(nèi)部由埋在其中的螺旋彈簧14和鋼絲繩16加固。該密封體具有相反的水側(cè)和油側(cè)突出部18、20，圓柱形的外表面21的邊界由毗鄰另一個通常被稱為“拋油環(huán)”的第二油側(cè)法蘭24的油側(cè)法蘭22限定，而水側(cè)法蘭26則限定表面21的相反端。
法蘭22和26分別具有呈角度設(shè)置的外圍突出部28、30。突出部28從法蘭22沿拋油環(huán)法蘭24的方向突出，該拋油環(huán)法蘭沿同樣的方向相對于法蘭22呈角度地突出從而在它們之間形成向周圍環(huán)境開口的空間“S”。
如圖2所示，密封件10適用于安裝在軋鋼機輥頸36的錐形部分34上，而輥頸可旋轉(zhuǎn)地支承于一油膜軸承中。該軸承包括套管38，該套管通過傳統(tǒng)的裝置(未示出)固定于輥頸，從而在輥頸中旋轉(zhuǎn)。套管38具有外圓柱形軸承表面，該表面作為軸頸以在固定的襯套40的內(nèi)軸承表面中旋轉(zhuǎn)。該襯套裝在軸承座42中。
套管與輥頸一同旋轉(zhuǎn)，而襯套保持靜止。不斷地將高粘度潤滑油輸入套管38和襯套40的軸承表面之間。軸承座的環(huán)形延伸部分44形成貯池46，從軸承表面之間流出的潤滑油不斷地收集在該貯池中。通過一根合適的管子連接(未示出)將潤滑油從貯池中抽出，從而在循環(huán)回軸承表面之前將其冷卻和過濾。
當(dāng)輥子在“潮濕”的環(huán)境下工作時，水持續(xù)地漫過輥身48并向下經(jīng)過其底面50。盡管會有將水甩離輥子的離心力，但總有一些水會在軸承的方向上沿輥頸行進。設(shè)置用52總的表示的密封組件以及形成其一個元件的柔性密封件10的目的是防止水流入軸承中并污染軸承潤滑油，同時避免潤滑油從軸承漏失。
除了柔性密封件10，密封組件52還包括剛性環(huán)形密封端板54，該端板安裝并相對固定于軸承座42的環(huán)形延伸部分44。該密封端板具有徑向向內(nèi)延伸的剛性環(huán)形法蘭或“閘板”56，該閘板垂直于軸承的軸線。閘板的內(nèi)邊緣沿徑向與柔性密封體的圓柱形外表面21間隔開。該密封端板還包括凸肩58，該凸肩沿反向于閘板56基部的方向延伸。每個凸肩58具有平行于軸承軸線的圓柱形的凸肩表面60。圓柱形凸肩表面60環(huán)繞柔性密封法蘭22、26，并被布置成由其各自的柔性突出部28、30滑動接觸。
密封組件52還包括一內(nèi)密封環(huán)62，并帶有彈性按鈕64與輥子的端面50接合。內(nèi)密封環(huán)的內(nèi)邊緣在突出部分18和法蘭26的連接點處與柔性密封體12接觸。
在軋鋼操作中，上述裝置將以以下方式工作內(nèi)密封環(huán)62、柔性頸部密封件10和套管38將同輥頸一起旋轉(zhuǎn)。密封端板54、軸承座42和襯套40將保持靜止。潤滑油將不斷地從套管38和襯套40的軸承表面之間流出。大多數(shù)的這種潤滑油將通過拋油環(huán)24回到頸部密封件上并將由此被導(dǎo)向貯池46。經(jīng)過拋油環(huán)24的潤滑油將通過旋轉(zhuǎn)的油側(cè)法蘭22返回，并由與凸肩表面密封接合的柔性突出部28來阻止該潤滑油從法蘭和凸肩表面60之間的逃逸出。同樣，施加到輥子上的水的主要部分將通過旋轉(zhuǎn)的內(nèi)密封環(huán)62返回。任何經(jīng)過內(nèi)密封環(huán)的水將通過頸部密封件上旋轉(zhuǎn)的水側(cè)法蘭26返回，并由柔性突出部30來阻止水通過該法蘭及其周邊凸肩之間。
經(jīng)驗顯示，關(guān)于上述已有技術(shù)頸部密封件10有許多缺點。這些包括
1)在密封突出部28、30和密封端板之間的廣泛接觸輪廓不允許在動界面處建立流體動力流體膜。這導(dǎo)致潤滑狀態(tài)差且磨損率高。
2)單薄的柔性密封突出部幾乎無法承受研磨磨損。
3)單薄的柔性密封突出部易受高溫塑形，從而降低密封接觸應(yīng)力并限制了突出部對輥子移位的響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在對油側(cè)和水側(cè)法蘭及其各自的突出部的設(shè)計理念從本質(zhì)上不同于傳統(tǒng)的輥頸密封件。將向元件的外徑延伸的這些突出部設(shè)計成與結(jié)合在法蘭中的節(jié)點協(xié)同動作，從而在密封突出部和密封端板的表面之間建立一流體動力流體膜，籍此而在任何可能的徑向輥子偏移的情況下它們都相接觸。流體膜可提供對介質(zhì)從流體側(cè)向空氣側(cè)流動的動力屏障，有效地將介質(zhì)不斷地抽回流體側(cè)。


現(xiàn)在將接合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，在這些附圖中圖1是一傳統(tǒng)的密封件的截面圖；圖2是結(jié)合有圖1所示密封件的一油膜軸承的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一密封件的截面圖；圖4是示出了安裝在一油膜軸承組件中圖3所示密封件的局部截面圖。
具體實施例方式
參見圖3，根據(jù)本發(fā)明的密封件64仍是由一種柔韌有彈性的彈性體模制而成，并具有帶有相反突出的水側(cè)和油側(cè)突出部68、70以及圓柱形外表面72。表面72在至少一端處由油側(cè)法蘭74’限定邊界，且較佳地在相反側(cè)由水側(cè)法蘭74”限定邊界。法蘭74’、74”各自具有諸第一側(cè)74a，第一側(cè)74a在使用中暴露于液體(油或水)；以及諸第二側(cè)74b，第二側(cè)74b互相面對且在使用中暴露于法蘭74’、74”之間軸向間隙中的空氣中。第一和第二法蘭側(cè)部分別在成斜角的第一和第二面74c、74d處終止，第一和第二面74c、74d在諸外部邊緣74e處會聚以形成密封突出部75。當(dāng)密封件處于未受壓的狀態(tài)、即沒有軸向安裝在輥頸上或沿徑向受密封端板的限制時，外部邊緣74e位于平行于表面72并與之間隔開徑向距離R1的參考平面“P”上。在未受壓的狀態(tài)下，成斜角的面74c、74d分別與參考平面P形成接觸角α1、β1。
法蘭74’、74”還設(shè)置有節(jié)點76，較佳地構(gòu)造成在第一側(cè)74a上的槽。節(jié)點76與參考平面P徑向間隔開距離R2。
如圖4所示，當(dāng)密封件64安裝在軸承組件中時，法蘭74’、74”由密封端板54的凸肩表面60沿徑向限制邊界。這會使法蘭繞節(jié)點76偏斜，從而再形成面74c、74d和凸肩表面60之間改變了的接觸角α2、β2。
為了保證當(dāng)密封件安裝在軸承組件中并起作用時密封突出部75和凸肩表面60之間保持流體動力流體膜，可確定接觸角α2必須大約為35°到60°，而接觸角β2必須大約為12°到35°。
為了達(dá)到這個目標(biāo)，當(dāng)密封件處于圖3所示未受壓狀態(tài)時，需要在徑向距離R2和接觸角α1、β1之間保持嚴(yán)格的配合關(guān)系。更具體地來說，可確定α1必須大約為15°到30°，接觸角β1必須大約為40°到60°，而R2應(yīng)該為R1的大約0.4到0.7倍。
通過將這些特征結(jié)合到頸部密封中，可實現(xiàn)以下的優(yōu)點1)密封效率由于在密封突出部75的邊緣74e和密封端板之間形成并保持流體動力流體膜而得到提高。
2)通過改進密封邊緣處的潤滑狀況，密封突出部的磨損減少。
3)密封件的壽命通過堅固的突出部幾何形狀而得到延長。
4)節(jié)點76的位置和彈性將減少突出部塑形的風(fēng)險并減少在偏置容納輥子時的相關(guān)損失。
那些熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員從以上描述可以理解，可以對所揭示的實施例進行各種變化和修改而不會背離所附權(quán)利要求的精神實質(zhì)和范圍。僅僅舉例來說，對于不向輥子施加冷水的所謂“干”軸承裝置，可以對密封件只施加一個油側(cè)法蘭。法蘭的節(jié)點的構(gòu)造可不同，軸承體的其它特征也如此。
權(quán)利要求
1.一種用在一軋鋼機中一輥頸的錐形部分上的密封件，所述密封件包括一柔性環(huán)形密封體，該柔性環(huán)形密封體具有一圓柱形外表面，該外表面在其至少一端處由一徑向向外延伸的法蘭限定邊界，所述法蘭具有第一和第二側(cè)，該第一和第二側(cè)分別在成斜角的、會聚于一外部邊緣的第一和第二面處終止；在所述法蘭中的一節(jié)點，所述節(jié)點與平行于所述圓柱形外表面并包括所述外部邊緣的一參考平面之間的徑向距離大約為所述參考平面與所述徑向外表面之間的徑向距離的0.4到0.7倍。
2.如權(quán)利要求1所述的密封件，其特征在于，所述圓柱形外表面由所述法蘭的第二側(cè)限定邊界；以及，所述節(jié)點被構(gòu)造成在所述法蘭的第一側(cè)中的槽。
3.如權(quán)利要求1或2所述的密封件，其特征在于，所述第一面相對于所述參考平面形成大約15°到30°的一角度。
4.如權(quán)利要求3所述的密封件，其特征在于，所述第二面相對于所述參考平面形成大約40°到60°的一角度。
5.一種用在一軋鋼機中一輥頸的錐形部分上的密封件，所述密封件包括一柔性環(huán)形密封體，該柔性環(huán)形密封體具有一圓柱形外表面，該外表面在其相反的兩端處由徑向向外延伸的諸法蘭限定邊界，所述諸法蘭具有互相相背的諸第一側(cè)和互相面對的諸第二側(cè)，所述諸第一和第二側(cè)分別在成角度的、會聚于諸外部邊緣的諸第一和第二面處終止；在所述諸法蘭中的諸槽，所述諸槽與平行于所述圓柱形外表面并包括所述諸外部邊緣的一參考平面之間的徑向距離大約為所述參考平面與所述徑向外表面之間的徑向距離的0.4到0.7倍。
6.如權(quán)利要求5所述的密封件，其特征在于，所述諸第一面與所述參考平面形成大約15°到30°的角度。
7.如權(quán)利要求6所述的密封件，其特征在于，所述諸第二面與所述參考平面形成大約40°到60°的角度。
8.一種用在一軋鋼機中一輥頸的錐形部分上的密封件，所述密封件包括一柔性環(huán)形密封體，該柔性環(huán)形密封體具有一圓柱形外表面，該外表面在其相反的兩端處由徑向向外延伸的諸法蘭限定邊界，所述諸法蘭具有互相相背的諸第一側(cè)和互相面對的諸第二側(cè)，所述諸第一和第二側(cè)分別在成角度的、會聚于諸外部邊緣的諸第一和第二面處終止；在所述諸法蘭中的諸槽，所述諸槽與平行于所述圓柱形外表面并包括所述諸外部邊緣的一參考平面之間的徑向距離大約為所述參考平面與所述徑向外表面之間的徑向距離的0.4到0.7倍，所述諸第一面與所述參考平面形成大約15°到30°的角度，而所述諸第二面與所述參考平面形成大約40°到60°的角度。
全文摘要
一種用在一軋鋼機中一輥頸的錐形部分上的密封件(64)包括一柔性和具有彈性的環(huán)形密封體(66)，該柔性環(huán)形密封體具有一圓柱形外表面(72)，該外表面在至少一端處由一徑向向外延伸的法蘭(75)限定邊界。該法蘭具有第一和第二側(cè)(74a、74b)，該第一和第二側(cè)分別在成斜角的、會聚于一外部密封邊緣(74e)的第一和第二面(74c、74d)處終止。在法蘭(75)中設(shè)置有一節(jié)點(76)。節(jié)點(76)與平行于所述圓柱形外表面(72)并包括外部密封邊緣(74e)的一參考平面之間的徑向距離R
文檔編號F16J15/32GK1863610SQ200480029111
公開日2006年11月15日 申請日期2004年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月7日
發(fā)明者J·阿穆爾, D·E·斯科特, T·普塞 申請人:摩根建設(shè)公司