CN101156008B - 轴封及具有该轴封的真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轴封，所述轴封特别适用于诸如螺旋泵的真空泵。所述轴封包括：内部密封环(18)，其能与轴(10)连接；以及外部密封环(20)，其包围所述内部密封环(18)。在所述外部密封环(20)中设置有周向凹槽(30)，密封气体适于经由供应通道(22)供应至所述周向凹槽(30)中。此外，密封气体盘(34)与所述轴(10)可连接，所述密封气体盘(34)包括向所述凹槽(30)延伸的凸起(32)。由此密封气体室(28)限定在所述凹槽(30)中。所述密封气体室(28)经由室间隙(36)连接至位于所述内部密封环(18)和所述外部密封环(20)之间的密封间隙(40)，密封气体适于流动通过所述室间隙(36)。邻接所述密封间隙(40)设置有由所述内部密封环(18)和所述外部密封环(20)限定的分离室(42)，所述分离室(42)与排出通道(44)连接以用于排出所述密封气体。

Description

轴封及具有该轴封的真空泵
技术领域
本发明涉及一种轴封，所述轴封特别适用于诸如螺旋泵的真空泵。
背景技术
用于螺旋泵的轴封如在DE 10207929中描述。螺旋泵通常包括两个转子轴，所述两个转子轴与转子在相应的转子部分中连接。此外，轴与轴承连接，所述轴承通常使用油进行润滑。在轴承和转子部分之间设置有轴封。特别是当产生真空时，由于必须防止油或其它润滑剂从轴承一侧向转子一侧流动，因此提高了对密封件的需要。DE 10207929提出了设置在轴承一侧上的油封以及设置在转子一侧的气封的组合。在此，气封被构造为组合有多个活塞环的迷宫式密封件。在气封和油封之间限定有径向延伸的分离室，所述分离室经由分离室通风通道与外界相连。通风通道使分离室被设定为需要的气压，优选地设定为环境压力。由此，可以对穿过气封降低的压力差以及穿过油封降低的压力差进行调节。对应的压力调节可以防止油从轴承一侧经过油封及经过气封流动至螺旋泵的吸入室。
在这种轴封中，腐蚀性介质、特别是湿气会接触活塞环并引起轴封损坏甚至失效。此外，毒性或爆炸性气体会从分离室逸出。
此外，将密封气体供应至轴封是普通的操作。在此，密封气体供应至轴封，从而防止润滑剂、特别是油进入螺旋泵的干燥区域和/或吸入室中。这是通过将密封气体供应至两个活塞环组或两个迷宫式密封件之间。供应密封气体导致齿轮室中的压力升高，在所述齿轮室中设置有润滑轴承的润滑剂。当对齿轮室通风时，油雾会从齿轮室逸出。因而，油逸出至外界。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴封，保护所述轴封的构件免受腐蚀性介质、灰尘等的损坏。
根据本发明的轴封，所述轴封特别适用于真空泵并优选地适用于螺旋泵，包括特别地与转子轴可连接的内部密封环。内部密封环至少部分地由外部密封环包围，其中所述外部密封环优选地是保持在壳体中的固定环。根据本发明，设置有密封气体室，所述密封气体室至少部分地由所述密封环限定，并且所述密封气体室经由优选地设置在所述固定的外部密封环中的供应通道供应密封气体。所述密封气体室与设置在所述内部密封环和所述外部密封环之间的密封间隙连接；并且所述密封气体室与出口间隙连接，从而密封气体可以从所述密封气体室逸出并进入密封间隙和出口间隙中。所述出口间隙优选地与所述吸入室连接。由此，所述密封间隙和所述出口间隙优选地与密封件的相应侧流体联通。  
密封气体通过密封间隙并通过出口间隙的逸出确保了腐蚀性介质或灰尘壳体等不能接近诸如活塞环的密封件的敏感部。
优选地，密封间隙和出口间隙的横截面的尺寸形成为使在所述密封间隙中的流动阻力大于在所述出口间隙中的流动阻力。因而，大量的密封气体流向吸入室和/或远离齿轮的一侧，并由此可以进一步确保腐蚀性介质等不能进入密封件。很少部分的密封气体经过密封间隙流动至邻接的分离室中，在所述密封间隙中优选地设置有活塞环。
在外部和/或内部密封环中优选地设置有周向凹槽。为了在所述凹槽中限定密封气体室优选地设置有与所述轴可连接的密封气体盘。优选地，所述密封气体盘包括延伸至凹槽的凸起，其中对特别是环形的凸起的尺寸进行选择，使得在装配状态中所述凸起并不完全延伸至凹槽中以用于限定密封气体室。经由优选地设置在所述外部密封环中的供应通道供应的密封气体可以通过室间隙从密封气体室逸出。室间隙由密封气体盘的设置和构造限定。优选地，室间隙设置在凹槽和延伸至凹槽内的凸起之间。密封气体适于从室间隙流动至密封间隙中，所述密封间隙设置在所述内部密封环和所述外部密封环之间。优选地，活塞环和/或设置用于密封的迷宫式密封件设置在密封间隙的区域中。密封气体通过密封间隙流动至邻接密封间隙设置的分离室中，所述分离室优选地由内部密封环和外部密封环限定。分离室与排出通道连接以用于排出密封气体，其中排出通道优选地与外界相连。
根据本发明，邻接包括排出通道的分离室设置的密封间隙确保腐蚀性介质或灰尘颗粒等不能进入密封间隙中。由此能够保护优选地设置在密封间隙中的活塞环免受损坏。
优选地，密封气体室包括出口间隙，所述出口间隙与室间隙连接，或者所述出口间隙与室间隙无关。出口间隙与吸入室连接。由此防止爆炸性或毒性气体从吸入室逸出并通过密封间隙和/或气体密封件逸出至外界。从而可以确保少量的密封气体通过出口间隙不断地流动至吸入室。
设置包括排出通道的分离室特别提供了以下优点，即密封气体不会进入齿轮箱中。由此不需要对齿轮箱进行通风，而通风可能会带走油。此外，流动经过排出通道的密封气体阻止腐蚀性介质或颗粒。
为了确保来自齿轮室或来自经润滑的轴承的润滑剂、特别是油没有进入分离室中，至少一个离心室优选地设置在分离室和齿轮室和/或轴承之间。所述离心室优选地为基本上径向构造的腔室，其中对润滑剂进行离心。离心室优选地与齿轮室连接以用于收回润滑剂。在特别优选的方面，至少一个离心室也由内部密封环和外部密封环限定。在此，尽可能小的间隙设置在两个密封环之间。
优选地，节流阀设置在与供应通道连接的密封气体室中，所述节流阀以超临界方式操作。由此可以确保持续的密封气体质量流与吸入室中存在的压力供应至密封气体室。由于出口间隙的流动阻力显著低于密封间隙的流动阻力，因此即使在此存在的压力大于分离室的压力，大部分的密封气体也将流动至吸入室中。
超临界节流阀和所选择的流动阻力使分离室中的压力调节至吸入室中的压力并超过后者。为此，密封气体优选地经由压力控制器额外进行供应。优选地，过滤器设置在喷嘴的上游以用于防止喷嘴出现污垢。
根据本发明的轴封的特别的优点在于供应密封气体是可选择的特征。根据轴封所要满足的需要，可以省略供应保护性气体。即使不供应保护性气体，所述轴封也能够给出良好的密封特性。
此外，本发明涉及一种真空泵，特别是螺旋泵，所述真空泵包括至少一个转子轴。所述转子轴与转子和轴承连接。在所述转子和所述轴承之间设置有轴封，其中所述转子优选地设置在吸入室中，所述轴承通常设置在齿轮箱中并由油润滑。根据本发明，所述轴封如上所述进行构造。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明的实施方式，在附图中：
图1示出了螺旋泵转子轴的第一实施方式在轴封区域中的示意性截面图，
图2示出了轴封的第二实施方式在密封气体室的区域中的部分截面图，
图3示出了螺旋泵转子轴的另一个实施方式在轴封区域中的示意性截面图，
图4示出了轴封的另一个实施方式在密封气体室的区域中的部分截面图，以及
图5示出了轴封的第二实施方式在密封气体室的区域中的部分截面图。
具体实施方式
转子轴10在吸入室12一侧或干燥一侧上与转子14连接，为了简化图示，其中仅示出了构造为螺旋形转子的转子的一个转子叶片。此外，转子轴10与轴承16连接，在所示的实施方式中所述轴承16为球轴承。轴承16例如通过油进行润滑。在转子14和轴承16之间设置有根据本发明的轴封。
在第一实施方式(图1)中，轴封包括内部密封环18，所述内部密封环18与转子轴10永久连接。内部密封环18由外部密封环20包围，所述外部密封环例如永久设置在未示出的壳体中。在外部密封环20中设置有供应通道22，所述供应通道22与设置在壳体24中的通道26连接。经由通道26和供应通道22，密封气体可被供应至密封气体室28。
在所示出的实施方式(图1)中，密封气体室由设置在外部密封环20中的周向凹槽30限定，其中与转子轴10永久连接的密封气体盘34的凸起32延伸至凹槽30中。圆环形凸起32的外部尺寸略小于凹槽30的尺寸，从而在凸起32和凹槽30之间室间隙36限定在内侧，而出口间隙38限定在外侧。
密封气体能够通过所述两个间隙36、38从密封气体室28逸出。
密封气体通过出口间隙38进入吸入室12中。
室间隙36与密封间隙40连接，从而密封气体通过室间隙36从密封气体室28流出并进入密封间隙40中，并通过密封间隙40流动至分离室42中。密封气体通过排出通道44从分离室42流动至外界或流动至收集室中。
分离室42由设置在外部密封环20中的外部径向凹槽46和设置在内部密封环18中的内部径向凹槽48限定，其中所述外部径向凹槽46和内部径向凹槽48彼此相对地设置。
在所示出的实施方式中，三个密封件50——活塞环——设置在密封间隙40中。密封件50设置在内部密封环18的相应凹槽中，并且其相对侧抵靠外部密封环。由此，通过密封间隙40逸出的密封气体量与通过出口间隙38逸出至吸入室12中的密封气体量相比非常小。优选地，大约80％的密封气体通过出口间隙38逸出。
在面向轴承16的轴封一侧上两个离心室52设置在外部密封环20中。离心室52由基本上径向延伸的环形凹槽限定在外部密封环20中。离心室起离心或接收从轴承16流向转子14的润滑剂、特别是润滑油的作用。离心室52经未示出的横向钻孔与齿轮箱连接以用于引回润滑剂。
密封气体室的另一个实施方式在图2中示出，其中相同或类似部件以相同的附图标记表示。在该实施方式中，密封气体盘34不包括向凹槽30延伸的凸起。相反，密封气体盘34包括两个旋转对称的凸起54、56，其中凸起54相比凸起56以与轴线58更大的距离设置。在两个凸起54、56之间设置有密封气体室28，其中在密封气体盘34中限定有相对凹槽30设置的凹槽60，所述凹槽60用于增大密封气体室28。
两个凸起54、56分别延伸至设置在外部密封环20中的两个圆环形凹槽62和64中。环形凸起54、56的外部尺寸略小于凹槽62、64的宽度。由此出口间隙38限定于凸起54和凹槽62之间，而室间隙36限定于凹槽64和凸起56之间。
在另一个实施方式(图3)中相同或类似的部件以相同的附图标记表示。
所述实施方式(图3)与以上描述的实施方式主要不同在于，与密封气体盘34具有相同作用的密封气体盘66是由两部分构成的构造。在此，密封气体盘66的内部密封气体环68与转子轴10永久连接。外部密封气体环70与外部密封环20永久连接。外部密封气体环70包括头状凸起72，所述头状凸起72相对轴线58旋转对称，所述凸起72延伸至内部密封气体环中的对应构造的凹口74中，所述凹口74同样相对轴线58旋转对称。由此同样是环形构造的第二密封气体室76设置在密封气体盘66中两个密封气体环68、70之间。第二密封气体室76将经过出口间隙38的密封气体供应至第二环形间隙80，经由所述第二环形间隙80密封气体均匀地在周围分散、流动至吸入室12中而阻止颗粒、冷凝物和腐蚀性或毒性气体进入。由于密封气体通过第二环形间隙80沿转子14的主供应方向供应至吸入室12，因此第二环形间隙80的开口保持在密封气体盘66的风影区(windshadow)中。在没有密封气体的操作中，这样将显著地降低来自所供应的气体流的颗粒或冷凝物进入第二环形间隙80中的危险。第二环形间隙80相比环形的出口间隙38具有更大的环形表面，从而出口间隙38在密封气体室28的出口一侧限定有确定性的节流阀。密封气体室28经由分布凹槽78与环形的室间隙36和出口间隙38连接，其中环形间隙36在外部密封环20和内部密封环18之间非常短，并且密封气体室28将气体直接供应至密封间隙40，所述密封间隙40由密封件50限定，从而非常少量的密封气体经过密封间隙。
图4和图5示出了另外两个实施方式的部分截面图，其中类似或对应的部件以相同的附图标记表示。
如两个附图所示出的，未设置有密封气体。根据图4，密封气体室28由两个密封环18、20限定，其中对应的凹槽设置在内部密封环18中。
在图5示出的实施方式中，密封气体室28由内部密封环18、外部密封环20和转子14限定。

Claims (24)

1.一种用于真空泵的轴封，包括：
内部密封环(18)，其与转子轴(10)可连接；
固定的外部密封环(20)，其至少部分地包围所述内部密封环(18)；
密封气体室(28)，其至少部分地由所述内部密封环(18)和所述外部密封环(20)限定，密封气体经由供应通道(22)能够引入所述密封气体室(28)；
密封间隙(40)，其与所述密封气体室(28)连接，并设置在所述内部密封环(18)和所述外部密封环(20)之间；
出口间隙(38)，其与所述密封气体室(28)连接；
分离室(42)，所述分离室(42)邻接所述密封间隙(40)并由所述内部密封环(18)和所述外部密封环(20)限定，所述分离室与排出通道(44)连接以用于排出所述密封气体；以及
至少一个离心室(52)，所述离心室(52)由所述内部密封环(18)和所述外部密封环(20)限定。
2.根据权利要求1所述的轴封，其特征在于，所述出口间隙(38)与吸入室(12)连接。
3.根据权利要求1所述的轴封，其特征在于，所述密封间隙(40)中的流动阻力大于所述出口间隙(38)中的流动阻力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴封，其特征在于，所述密封气体室(28)至少部分地由设置在所述内部密封环(18)和/或所述外部密封环(20)中的凹槽(30)限定。
5.根据权利要求2所述的轴封，其特征在于密封气体盘(34、66)，所述密封气体盘(34、66)与所述转子轴(10)可连接以用于限定所述密封气体室(28)。
6.根据权利要求4所述的轴封，其特征在于密封气体盘(34、66)，所述密封气体盘(34、66)与所述转子轴(10)可连接以用于限定所述密封气体室(28)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的轴封，其特征在于，所述密封气体室(28)由两个不旋转的部件限定。
8.根据权利要求7所述的轴封，其特征在于，所述密封气体室(28)由所述外部密封环(20)和外部密封气体环(70)限定。
9.根据权利要求6所述的轴封，其特征在于，所述密封气体盘(34)包括凸起(32)，所述凸起(32)延伸至所述凹槽(30)中以限定所述密封气体室(28)。
10.根据权利要求1所述的轴封，其特征在于，所述分离室(42)包括设置在所述外部密封环(20)中的外部径向凹槽(46)和/或设置在所述内部密封环(18)中的内部径向凹槽(48)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的轴封，其特征在于设置在所述密封间隙(40)中的密封件(50)。
12.根据权利要求11所述的轴封，其特征在于设置所述密封件(50)为至少一个活塞环。
13.根据权利要求1所述的轴封，其特征在于，所述排出通道(44)与外界相连。
14.根据权利要求4所述的轴封，其特征在于，设置在所述内部密封环(18)和/或外部密封环(20)中的凹槽(30)基本上沿轴线(58)延伸。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的轴封，其特征在于所述离心室(52)设置在所述分离室(42)和齿轮室之间。
16.根据权利要求4所述的轴封，其特征在于，所述出口间隙(38)由设置在所述凹槽(30)中的凸起(32)限定。
17.根据权利要求16所述的轴封，其特征在于，所述出口间隙(38)相对室间隙(36)而设置。
18.根据权利要求16所述的轴封，其特征在于，所述出口间隙(38)设置用于将密封气体排出到吸入室(12)中。
19.根据权利要求5所述的轴封，其特征在于，所述外部密封环(20)和/或所述密封气体盘(66)是由两部分构成的构造以用于限定第二密封气体室(76)。
20.根据权利要求19所述的轴封，其特征在于，所述第二密封气体室(76)为环形。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的轴封，其特征在于，所述供应通道(22)与压力控制器和/或流量控制器连接。
22.根据权利要求19所述的轴封，其特征在于，所述第二密封气体室(76)延伸至第二环形间隙(80)，所述密封气体从所述第二环形间隙(80)流动至所述吸入室(12)中，其中所述密封气体流均匀地分散在周围。
23.根据权利要求22所述的轴封，其特征在于，所述密封气体沿转子(14)的主供应方向流动通过所述第二环形间隙(80)，并且所述第二环形间隙(80)在所述密封气体盘(66)的风影区中朝向所述吸入室(12)打开。
24.一种真空泵，包括转子轴(10)，所述转子轴(10)与转子(14)和轴承(16)连接，其中在所述转子(14)和所述轴承(16)之间设置有根据权利要求1至23中任一项所述的轴封。
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