CN101637706B - 带有旋转轴及相应密封单元的流体混合器 - Google Patents

Abstract

一种流体混合器，其包括：罐体，用于容纳待混合流体；旋转轴(1)穿过罐体壁(2)上的孔(22)，从而产生一个通道(23)；流体通过该通道从所述罐体进入流向所述罐体外的腔室(24)，所述旋转轴(1)在所述腔室(24)内转动；和密封单元，该密封单元被设计用于防止流体向所述腔室(24)外部渗漏。所述密封单元包括安装在所述旋转轴上的第一密封环(6A)和安装在固定于所述罐体壁(2)的支撑法兰(4)上的第二密封环(6B)，这样，所述第一密封环(6A)与所述第二密封环(6B)紧密的滑动接触从而阻止流体泄露到所述腔室(24)外部的通道。

Description

带有旋转轴及相应密封单元的流体混合器

技术领域

用于工业发明的本专利涉及一种带有旋转轴及设计用于防止混合流体泄漏的相应的密封单元的流体混合器。本发明通常涉及各种具有粘性性质，易于凝固的流体的混合器，特别涉及混凝土、灰泥、水泥或者相似材料的混合器。

背景技术

这种类型的混合器通常具有一个水平的伸展端并形成一个通过具有刀片的双轴进行流体混合的罐体，刀片在罐体内旋转从而促使产品的基本成分之间可以充分混合，刀片多方向运动从而防止产品凝结。所述系统的每个旋转轴都需要一个双向密封系统。

产品的完善保存避免环境污染，这在今天是非常重要的，并且防止在罐体内处理的产品损失流体部分，从而流体质量损失。

附图1表示现有技术的密封单元，与以O.M.G名义申请的专利EP1033165中所示的密封单元相似。所述图形表示一个带有水平轴的旋转轴，该旋转轴穿过容纳待搅拌产品的罐体的壁2。罐体的壁2由位于罐体外部的支撑壁20和位于罐体内部的涂层壁21。

为了插入轴1，涂层壁21具有一个直径大于轴1外径的孔22。由于上面的原因，轴1的外表面和孔22的周边之间形成环形空间，从而限定出一个入口通道23，通道内混合产品根据箭头F指示的方向穿过。封闭单元的作用为防止进入入口通道23的产品渗漏。

金属连接器3通过圆锥形耦合器30以及螺丝31与轴1耦合，螺丝以固定扭矩紧固从而将连接器3连接到轴1上。

连接器3旋转地安装在位于罐体的支撑壁20的支撑法兰4上。通过这种方式与轴1连接的连接器3旋转，并被旋转地支撑于支撑法兰4中。支撑法兰4内具有一个通道40，从而在连接器3的转动表面和支撑法兰4的内表面之间导入润滑油。具有滑脂罐体的定量给料泵在系统中提供周期性的滑脂剂量，该滑脂罐体装备序列分配器和相应的滑脂输送管道。

通过一个位于入口通道23下游固定在支撑法兰4上的O型环9使得流体密封。O型环9由一个弹性元件(通常由聚亚安酯橡胶制成)组成，弹性元件在连接器3的圆锥部分变形和滑动，防止穿过入口通道23的流体渗漏。

然而，该密封系统也存在大量的缺点，使得功能削弱，这是由于润滑油的管理过程：

a)消耗罐体中的滑脂，连续操作经过若干时间后而没有润滑油，会损害密封系统；

b)分配器的错误操作，滑脂部分或不正确地分配，随着时间会造成密封系统的损坏；

c)由于各种原因造成的长时间机器处于停止状态，储存在管道内的滑脂会硬化，从而减少或者阻塞滑脂的流入，结果造成密封系统的错误润滑以及损坏；

d)不考虑O型环9的存在，泵入的滑脂部分被灌注到罐体内并与产品相混合，密封边缘磨损的减少需要大量能够完成与产品混合并改变它的特性的润滑(滑脂)。

发明内容

本发明通过提供一个带有旋转轴的流体混合器以减少现有技术的缺陷，该混合器带有密封单元，具有高效、可靠性高、维护量最小的特性。

本发明的另一个目的为提供带有密封组件的流体混合器，该密封组件具有安装和管理简单易行的特性。

这些目的本发明均可实现，发明的特征记载在下面的技术方案中。

优选的实施方案在后面的技术方案中公开。

根据本发明的流量混合器，其包括：

罐体，用于容纳将要混合的流体；

旋转轴，该旋转轴穿过罐体壁上的钻孔，从而在该旋转轴的外表面和罐体壁上的孔圆周之间形成一个通道，从罐体流向罐体外的一个腔室的流体进入其中，旋转轴在其中旋转，以及

密封单元，防止流体泄漏到腔室外部。

密封单元包括安装在旋转轴上的第一密封环和安装在固定于罐体壁的支撑法兰上的第二密封环，这种连接方式使得第一密封环以与第二密封环紧密接触的方式滑动，防止腔室外的流体通过。

由于润滑系统的消除，本发明的混合器优点明显。

有利地，采用这种方式布置密封单元可以使含有入口管道下游流体的腔室流率/表面率最大化，避免腔室内的流体固化。

附图说明

本发明的其他特征通过如下详细地说明将更明显，说明仅仅是例证性的，不局限于实施例，附图可以进行说明，其中：

图1表示根据现有技术的带有密封单元流体混合器部分的轴向横截面视图；

图2表示根据本发明第一实施例的带有密封单元流体混合器部分的轴向横截面视图；

图3表示图2虚线椭圆Z包含部分的放大细节图，其表示流体的流入通道以及相应含有流体的腔室；

图4表示部分截断的横截面轴向视图，其表示图3所示流体混合器的改进；以及

图5表示附图4的放大细节图，说明含有来自流入通道流体的腔室容量。

具体实施方式

为了减少润滑管理问题，申请人试图实现一个如图2所示的密封单元，与图1所示的相同或者相应的部件采用相同的附图标记，省略它们的详细描述。

套筒5通过固定销51与轴1连接。沿轴向滑动的环形滑片7安装在套筒5上。滑片7设有第一密封环6A。

第一密封环6A沿着与轴1的旋转轴方向平行的方向朝向第二密封环6B移动，第二密封环6B设置在通过螺丝43安装在固定在支撑法兰4上的固定支撑42上。弹簧元件8安装在连接于套筒5的环形反向元件70和带有第一密封环6A的滑片7之间。弹簧元件8沿着套筒5的圆周均匀的分布从而保证滑片7统一推动。采用这种方式，第一密封环6A沿轴向方向朝向第二密封环6B移动。第一密封环6A和轴1转动，轴1在第二密封圈6B上滑动，第二密封圈6B保持固定。弹簧元件8的推力确保密封环6A，6B轨道之间的连续滑动接触，从而使得从罐体的入口通道23进入并流向密封环6A，6B的流体得以密封。

必须注意的是密封环6A，6B无需滑脂的润滑，从而减少了和润滑管理相关的问题。

如图2和3所示，根据现有技术，对固定支撑42和套筒5的几何形状及设置进行设计，从而尽可能阻止流体远离密封环6A，6B滑动表面。实际上，腔室24由罐体外的入口通道23下游限定，当入口通道与密封环6A，6B接触后填充满流体。为了将流体和密封环6A，6B的接触减到最小，腔室24的尺寸已经尽可能的减小。

另外，通过提供在支撑法兰4内的用于密封环6A，6B的冷却液的管道44来确保对密封环6A，6B之间的摩擦产生的热量进行的必要的有效冷却(图2)。

如图3所示，轴1和罐体涂层壁21的孔22之间形成的入口管道23，连接具有轴向横截面为一个“L”形的第一部分24A的流体腔室24，其在壁21、连接器5和固定支撑42之间形成。腔室24A的第一部分连接到：

-形成于连接器5和第二密封环6B之间的腔室的第二部分24B，以及

-形成于连接器5和第一密封环6A之间的腔室的第三部分24C。

必须注意的是，由于低的流量/湿表面比率，进入腔室24的流体很容易凝固，产生如下问题：

(a)由于腔室的第一部分24A中的材料固化，套筒5和固定支撑42粘结，

(b)由于腔室的第二部分24B中的材料固化，套筒5和第二密封环6B粘结，以及

(c)由于腔室的第三部分24C材料固化，套筒5和第一密封环6A粘结。

当长期停运后混合器重新启动，固化流体很容易在腔室的第一部分和第二部分24A，24B中破碎，腔室位于套筒5和固定支撑42之间，固定支撑42带有第二密封环6B。事实上，套筒5绕着固定支撑42旋转。

然而，套筒5和第一密封环6A之间的腔室第三部分24C内固化流体并没有被去除，因为套筒5和第一密封环6A均和轴1一起转动。正由于此，腔室第三部分24C内的固化流体阻止由弹簧元件8进行的滑片7轴向弹性运动，密封环6A，6B的滑轨之间的接触不能确保从而削弱密封效果。

一旦腔室的第三部分24C的材料固化，有必要打开封闭单元，通过移除放置在空间24C的材料卸除封闭单元，考虑到环境问题还要清洗封闭单元。

由于必要的清洗和密封功能的维修，会周期性的遇到由密封单元的存在减少的不便(也就是混合过程中的流体损失)。因为频繁的停滞和混凝的短暂干燥时间，这个问题会持续发生。

申请人已经发现所述的故障由腔室24的小尺寸决定。实际上，腔室24(可以被视为一个圆柱形腔室，为了简化考虑)表面之间的距离越短，更大的与流体接触的暴露表面会与储存在腔室24内的流体容积有关系。

如果我们考虑固体，固体的尺寸越小，含有固体的表面之间的比率越大，固体的尺寸也将越大，从而有利于增加和腔室内流体量体积力相关的表面力。

由于上述原因，小环形区域内的流体的干燥趋势比流体容积倾向增加情况下的趋势要高。干燥趋势与流体的基础表面成比例，与通过接触表面的热交换相关。流体交换产生的热量与体积(与腔室24内流体的质量)成比例；热交换能力与腔室24的表面成比例。如果腔室24的尺寸越小其表面率/容积率倾向于增加，那么流体的干燥趋势倾向于增加(相对于内部产生的热交换，通过表面的热交换增加)，其相同表面的流体粘着性也增加。

由于上述原因，申请人得出结论，密封环6A，6B上游腔室24内流体的体积必须充分大以避免流体的干燥趋势以及对表面的粘着趋势。

为了取得上述结果，申请人改进了图2所示的密封单元，并且设计了改进的密封单元如图4和5所示。

根据改进的密封单元设计，旋转轴1具有带环口10的套筒，环口10设置在一个距罐体壁21适当距离的位置。套筒环口10与具有第一密封环6A的连接器5相配合安装。

环形滑片7安装在固定于罐体支撑壁20上的法兰4内并在其内部轴向滑动。滑片7具有第二密封环6B，第二密封环6B朝向第一密封环6A移动。滑片7通过弹簧元件8被推向第一密封环6A，弹簧元件8安装在滑片7和固定法兰4上的反向元件70之间。

必须注意的是第一密封环6A安装在连接器47的端部，距罐体的涂层壁21有一段距离。第二密封环6B安装在滑片7的端部，接近罐体的涂层壁21。

沿滑片7圆周方向弹性力的分布为下列参数的另一个重要因素：

a)弹性力必须足够高以便在密封环6A，6B的滑轨之间产生有效的压力来确保流体的密封；

b)弹性力必须沿着滑片7的圆周平均分配，从而确保即使密封环6A，6B的轴与容纳密封支撑法兰的孔轴之间不重合仍然能够连续一致接触；通过在滑片7的圆周提供一系列的弹簧元件8以确保弹性推力的放大以及相同的弹性力在滑片7的整个圆周范围内平均的分配，从而这一问题得以解决。

通过四个预载销钉71以90°的角度对环口10套筒上的元件70分块以挤压弹簧元件8的方式对密封单元进行预装配。在机器上对密封单元进行装配的过程中，一旦单元通过螺母和销钉的方式安装在涂层壁20和轴1上，四个预载销钉71松开，从而将元件70从连接于轴1带环口10的套筒上释放。

固定法兰4的内表面适当成形以便最大化流体腔室24。实际上，从罐体壁21开始，法兰4的内表面具有一个直径更大的圆柱形孔45，该孔连接一个直径逐渐减小的截顶圆锥孔46，末端为一个圆孔，滑片7安装在该圆孔内并在其中轴向滑动。

如附图5所示，流体腔24提供：

-一第一环形体积Va，其被限定于罐体21的壁和轴的带有环口10的套筒以及安装在环口10套筒上的连接器5之间，

-一第二环形体积Vb，其被限定于罐体的壁21、法兰4上直径更大的圆柱孔45以及连接器5之间，

-一第三截顶圆锥环形体积Vc，其被限定于法兰4上的截顶圆锥孔、连接器5以及第一密封环6A之间，

-一第四环形体积Vd，其被限定于法兰上直径更小的圆柱孔47、滑片7的端部以及第二密封环6B之间。

体积Va，Vb，Vc与旋转部分相联系，旋转部分由轴1、带有环口10的套筒、连接器5以及第一密封环6A组成。所以，容纳于体积Va，Vb，Vc内的流体很容易被移走。关键部分为容纳于体积Vd内的流体。

根据接触密封环6A，6B的不同流体体积Va，Vb，Vc，Vd进行了一系列试验，定义如下参数：

A＝法兰4的圆柱孔45长度；

B＝连接器5的外表面和法兰4的圆柱孔45表面之间的距离；

C＝罐体接近罐体壁的连接器5端部与距罐体壁一定距离的第一密封环6A接触表面之间的距离；

Dna＝轴1的标称直径；并且

α＝法兰4的截顶圆锥孔46的锥旋角。

特别的：

A，B，C和α限定了密封环6A，6B上游腔室内的流体体积；

C限定了旋转部分5，6A和流体之间的接触表面，当轴重新启动后，通过该接触表面，传输的扭矩中断并驱动体积Va，Vb，Vc，Vd内固化的流体；

在旋转部分5，6A旋转过程中，角度α保证了两个密封环6A，6B之前的腔室24内流体的完全填充。

根据本发明，由体积Va，Vb，Vc，Vd产生的腔室24必须足够大从而保证容纳在腔室内流体对相同腔室表面的粘着性减少，从而降低干燥程度。通过与距离C成正比的适当的旋转表面尺寸，(当轴1重新启动)，传输的额定转速转矩粉碎固化产品(由于它更低的机械阻抗)，结果启动旋转轴。

启动后，进入入口通道23和腔室24的新流体在腔室24内与干燥的材料混合(当轴启动后干燥材料粉碎)成为成品的一部分。

该方案减少了材料黏着在滑片7上的密封环时所带来的问题，防止由弹簧元件8产生的滑片轴向滑动以及密封环6A，6B的滑轨接触。

根据实验结果，已经确定如下有建设性的限制条件从而防止前述黏着现象的发生。

α>15°

A/Dna>0.1；

B/Dna>0.1；

C/Dna>0.2。

对于本领域专家，本发明可以进行大量的变换以及改形，这些仍然落入本发明公开的技术方案所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种流体混合器，包括：

罐体，用于容纳将被混合的流体；

旋转轴(1)，该旋转轴穿过罐体壁(2)上的孔(22)，从而在该旋转轴(1)的外表面和罐体壁上的孔(22)圆周之间形成一个通道(23)，流体在其中从所述罐体进入流向罐体外的一个腔室(24)，所述旋转轴(1)在该腔室内旋转，以及

密封单元，设计用于防止流体泄漏到腔室(24)外部；

所述密封单元包括连接于所述旋转轴(1)的第一密封环(6A)和连接于固定在罐体支撑壁(20)的支撑法兰(4)上的第二密封环(6B)，所述第一密封环(6A)与所述第二密封环(6B)紧密的滑动接触防止所述腔室(24)外部的流体通过;

从所述罐体壁(2)开始，所述支撑法兰(4)具有直径更大的圆柱孔(45)，所述圆柱孔连接直径逐渐减小的截顶形圆锥孔(46)，所述截顶形圆锥孔的末端为直径更小的圆柱孔(47)，支撑所述第二密封环(6B)的滑片(7)安装在该直径更小的圆柱孔(47)内;

所述支撑法兰(4)的直径更大的圆柱孔(45)的轴向长度(A)与所述旋转轴(1)的标称直径(Dna)之间的比值(A/Dna)大于或者等于0.1；并且

支撑所述第一密封环(6A)的连接器(5)与所述支撑法兰(4)的直径更大的圆柱孔(45)之间的径向距离(B)和所述旋转轴(1)的标称直径(Dna)之间的比值(B/Dna)大于或者等于0.1,

其特征在于,

由支撑法兰(4)上的截顶形圆锥孔(46)、连接器(5)以及第一密封环(6A)所限定的截顶圆锥环形体积(Vc)，所述截顶圆锥环形体积(Vc)与由连接器(5)和第一密封环(6A)组成的旋转部分相接触。

2.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于所述第一密封环和第二密封环(6A、6B)之中的至少一个在轴向方向沿另一个密封环方向受到弹簧元件(8)挤压，采用该方式保证所述第一密封环和第二密封环之间的连续一致滑动接触。

3.根据权利要求2所述的流体混合器，其特征在于：

所述第一密封环(6A)由连接于所述旋转轴(1)并与环口套筒固定连接的连接器(5)支撑；

所述第二密封环(6B)由环形滑片(7)支撑，所述环形滑片安装时尽可能保证在支撑法兰(4)内部沿轴向滑动，以及

弹簧元件(8)设置在所述环形滑片(7)和固定在所述支撑法兰(4)上的返回元件(70)之间。

4.根据权利要求3所述的流体混合器，其特征在于所述第一密封环(6A)设置在所述连接器(5)相对于罐体涂层壁(21)远端位置的末端。

5.根据权利要求3或4所述的流体混合器，其特征在于所述第二密封环(6B)设置在所述环形滑片(7)相对于罐体涂层壁(21)近端位置的末端。

6.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于所述支撑法兰(4)的截顶形圆锥孔(46)的锥旋角(α)大于或者等于15°。

7.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于相对于所述罐体壁近端位置的连接器(5)的端部与距罐体壁一定距离的所述第一密封环(6A)接触表面之间的轴向长度定义为C，并且所述长度(C)与所述轴标称直径(Dna)之间的比值等于或者大于0.2。

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