CN100391634C - 轧钢机油膜轴承颈部密封件 - Google Patents

Abstract

一种用在一轧钢机中一辊颈的锥形部分上的密封件(64)包括：一柔性和具有弹性的环形密封体(66)，该柔性环形密封体具有一圆柱形外表面(72)，该外表面在至少一端处由一径向向外延伸的法兰(75)限定边界。该法兰具有第一和第二侧(74a、74b)，该第一和第二侧分别在成斜角的、会聚于一外部密封边缘(74e)的第一和第二面(74c、74d)处终止。在法兰(75)中设置有一节点(76)。节点(76)与平行于所述圆柱形外表面(72)并包括外部密封边缘(74e)的一参考平面之间的径向距离R₂大约为参考平面与径向外表面(72)之间的径向距离R₁的0.4到0.7倍。

Description

轧钢机油膜轴承颈部密封件

相关申请的交叉参照

本申请要求2003年10月7日提交的临时申请60/509214的优先权。

技术领域

本发明总的涉及柔韧而有弹性的弹性体密封件，尤其涉及一种对用于作为轴颈以在轧钢机油膜轴承中旋转的辊颈锥形部分的改进。

背景技术

图1示出了在美国专利4586720(Simmons等人)中所描述类型的已有技术的颈部密封件10。该密封件由一种柔韧弹性体模制而成并具有环形密封体12，该密封体在内部由埋在其中的螺旋弹簧14和钢丝绳16加固。该密封体具有相反的水侧和油侧突出部18、20，圆柱形的外表面21的边界由毗邻另一个通常被称为“抛油环”的第二油侧法兰24的油侧法兰22限定，而水侧法兰26则限定表面21的相反端。

法兰22和26分别具有呈角度设置的外围突出部28、30。突出部28从法兰22沿抛油环法兰24的方向突出，该抛油环法兰沿同样的方向相对于法兰22呈角度地突出从而在它们之间形成向周围环境开口的空间“S”。

如图2所示，密封件10适用于安装在轧钢机辊颈36的锥形部分34上，而辊颈可旋转地支承于一油膜轴承中。该轴承包括套管38，该套管通过传统的装置(未示出)固定于辊颈，从而在辊颈中旋转。套管38具有外圆柱形轴承表面，该表面作为轴颈以在固定的衬套40的内轴承表面中旋转。该衬套装在轴承座42中。

套管与辊颈一同旋转，而衬套保持静止。不断地将高粘度润滑油输入套管38和衬套40的轴承表面之间。轴承座的环形延伸部分44形成贮池46，从轴承表面之间流出的润滑油不断地收集在该贮池中。通过一根合适的管子连接(未示出)将润滑油从贮池中抽出，从而在循环回轴承表面之前将其冷却和过滤。

当辊子在“潮湿”的环境下工作时，水持续地漫过辊身48并向下经过其底面50。尽管会有将水甩离辊子的离心力，但总有一些水会在轴承的方向上沿辊颈行进。设置用52总的表示的密封组件以及形成其一个元件的柔性密封件10的目的是防止水流入轴承中并污染轴承润滑油，同时避免润滑油从轴承漏失。

除了柔性密封件10，密封组件52还包括刚性环形密封端板54，该端板安装并相对固定于轴承座42的环形延伸部分44。该密封端板具有径向向内延伸的刚性环形法兰或“闸板”56，该闸板垂直于轴承的轴线。闸板的内边缘沿径向与柔性密封体的圆柱形外表面21间隔开。该密封端板还包括凸肩58，该凸肩沿反向于闸板56基部的方向延伸。每个凸肩58具有平行于轴承轴线的圆柱形的凸肩表面60。圆柱形凸肩表面60环绕柔性密封法兰22、26，并被布置成由其各自的柔性突出部28、30滑动接触。

密封组件52还包括一内密封环62，并带有弹性按钮64与辊子的端面50接合。内密封环的内边缘在突出部分18和法兰26的连接点处与柔性密封体12接触。

在轧钢操作中，上述装置将以以下方式工作：内密封环62、柔性颈部密封件10和套管38将同辊颈一起旋转。密封端板54、轴承座42和衬套40将保持静止。润滑油将不断地从套管38和衬套40的轴承表面之间流出。大多数的这种润滑油将通过抛油环24回到颈部密封件上并将由此被导向贮池46。经过抛油环24的润滑油将通过旋转的油侧法兰22返回，并由与凸肩表面密封接合的柔性突出部28来阻止该润滑油从法兰和凸肩表面60之间的逃逸出。同样，施加到辊子上的水的主要部分将通过旋转的内密封环62返回。任何经过内密封环的水将通过颈部密封件上旋转的水侧法兰26返回，并由柔性突出部30来阻止水通过该法兰及其周边凸肩之间。

经验显示，关于上述已有技术颈部密封件10有许多缺点。这些包括：

1)在密封突出部28、30和密封端板之间的广泛接触轮廓不允许在动界面处建立流体动力流体膜。这导致润滑状态差且磨损率高。

2)单薄的柔性密封突出部几乎无法承受研磨磨损。

3)单薄的柔性密封突出部易受高温塑形，从而降低密封接触应力并限制了突出部对辊子移位的响应。

发明内容

本发明在对油侧和水侧法兰及其各自的突出部的设计理念从本质上不同于传统的辊颈密封件。将向元件的外径延伸的这些突出部设计成与结合在法兰中的节点协同动作，从而在密封突出部和密封端板的表面之间建立一流体动力流体膜，籍此而在任何可能的径向辊子偏移的情况下它们都相接触。流体膜可提供对介质从流体侧向空气侧流动的动力屏障，有效地将介质不断地抽回流体侧。

附图说明

现在将接合附图更详细地描述本发明的其它特征和优点，在这些附图中：

图1是一传统的密封件的截面图；

图2是结合有图1所示密封件的一油膜轴承的截面图；

图3是根据本发明的一密封件的截面图；

图4是示出了安装在一油膜轴承组件中图3所示密封件的局部截面图。

具体实施方式

参见图3，根据本发明的密封件64仍是由一种柔韧有弹性的弹性体模制而成，并具有带有相反突出的水侧和油侧突出部68、70以及圆柱形外表面72。表面72在至少一端处由油侧法兰74’限定边界，且较佳地在相反侧由水侧法兰74”限定边界。法兰74’、74”各自具有：诸第一侧74a，第一侧74a在使用中暴露于液体(油或水)；以及诸第二侧74b，第二侧74b互相面对且在使用中暴露于法兰74’、74”之间轴向间隙中的空气中。第一和第二法兰侧部分别在成斜角的第一和第二面74c、74d处终止，第一和第二面74c、74d在诸外部边缘74e处会聚以形成密封突出部75。当密封件处于未受压的状态、即没有轴向安装在辊颈上或沿径向受密封端板的限制时，外部边缘74e位于平行于表面72并与之间隔开径向距离R₁的参考平面“P”上。在未受压的状态下，成斜角的面74c、74d分别与参考平面P形成接触角α₁、β₁。

法兰74’、74”还设置有节点76，较佳地构造成在第一侧74a上的槽。节点76与参考平面P径向间隔开距离R₂。

如图4所示，当密封件64安装在轴承组件中时，法兰74’、74”由密封端板54的凸肩表面60沿径向限制边界。这会使法兰绕节点76偏斜，从而再形成面74c、74d和凸肩表面60之间改变了的接触角α₂、β₂。

为了保证当密封件安装在轴承组件中并起作用时密封突出部75和凸肩表面60之间保持流体动力流体膜，可确定：接触角α₂必须大约为35°到60°，而接触角β₂必须大约为12°到35°。

为了达到这个目标，当密封件处于图3所示未受压状态时，需要在径向距离R₂和接触角α₁、β₁之间保持严格的配合关系。更具体地来说，可确定：α₁必须大约为15°到30°，接触角β₁必须大约为40°到60°，而R₂应该为R₁的大约0.4到0.7倍。

通过将这些特征结合到颈部密封中，可实现以下的优点：

1)密封效率由于在密封突出部75的边缘74e和密封端板之间形成并保持流体动力流体膜而得到提高。

2)通过改进密封边缘处的润滑状况，密封突出部的磨损减少。

3)密封件的寿命通过坚固的突出部几何形状而得到延长。

4)节点76的位置和弹性将减少突出部塑形的风险并减少在偏置容纳辊子时的相关损失。

那些熟悉本领域技术的人员从以上描述可以理解，可以对所揭示的实施例进行各种变化和修改而不会背离所附权利要求的精神实质和范围。仅仅举例来说，对于不向辊子施加冷水的所谓“干”轴承装置，可以对密封件只施加一个油侧法兰。法兰的节点的构造可不同，轴承体的其它特征也如此。

Claims (7)

1.一种用在一轧钢机中一辊颈的锥形部分上的密封件，所述密封件包括：

一柔性环形密封体，该柔性环形密封体具有一圆柱形外表面，该外表面在其至少一端处由一径向向外延伸的法兰限定边界，所述法兰具有第一和第二侧，该第一和第二侧分别在成斜角的、会聚于一外部边缘的第一和第二面处终止；

在所述法兰中的一节点，所述节点与平行于所述圆柱形外表面并包括所述外部边缘的一参考平面之间的径向距离为所述参考平面与所述径向外表面之间的径向距离的0.4到0.7倍。

2.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述圆柱形外表面由所述法兰的第二侧限定边界；以及，所述节点被构造成在所述法兰的第一侧中的槽。

3.如权利要求1或2所述的密封件，其特征在于，所述第一面相对于所述参考平面形成15°到30°的一角度。

4.如权利要求3所述的密封件，其特征在于，所述第二面相对于所述参考平面形成40°到60°的一角度。

5.一种用在一轧钢机中一辊颈的锥形部分上的密封件，所述密封件包括：

一柔性环形密封体，该柔性环形密封体具有一圆柱形外表面，该外表面在其相反的两端处由径向向外延伸的诸法兰限定边界，所述诸法兰具有互相相背的诸第一侧和互相面对的诸第二侧，所述诸第一和第二侧分别在成角度的、会聚于诸外部边缘的诸第一和第二面处终止；

在所述诸法兰中的诸槽，所述诸槽与平行于所述圆柱形外表面并包括所述诸外部边缘的一参考平面之间的径向距离为所述参考平面与所述径向外表面之间的径向距离的0.4到0.7倍。

6.如权利要求5所述的密封件，其特征在于，所述诸第一面与所述参考平面形成15°到30°的角度。

7.如权利要求6所述的密封件，其特征在于，所述诸第二面与所述参考平面形成40°到60°的角度。

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