CN101825180A - 压力平衡式轴密封组合件 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种允许密封件动态响应于轴的有角度或径向未对准的压力平衡式轴密封组合件。所述压力平衡式轴密封组合件包含固定定子、浮动定子和迷宫式密封件。在一个实施例中，所述浮动定子和迷宫式密封件安装在所述固定定子中所形成的环形凹槽内，使得所述浮动定子和迷宫式密封件可在径向方向上相对于所述固定定子移动预定量。所述迷宫式密封件与浮动定子之间的球形界面可允许所述迷宫式密封件在轴的有角度未对准期间相对于所述浮动定子枢转，在所述轴周围安装所述压力平衡式轴密封组合件。形成于所述浮动定子中的压力平衡环形通道允许经加压密封流体平衡由工艺流体施加在所述浮动定子上的轴向压力。

Description

压力平衡式轴密封组合件
申请人陈述本发明专利申请案主张第12/156,476号美国专利申请案的优先权，且是所述发明专利申请案的部分接续申请案，所述发明专利申请案主张作为所述发明专利申请案的接续申请案的第11/405,207号美国专利申请案(现为第7,396,017号美国专利)的优先权，所述第11/405,207号美国专利申请案主张第10/177,067号美国专利申请案(现为第7,090,403号美国专利)(作为部分接续申请案)以及第60,697,434号临时专利申请案两者的优先权，其全部以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及具有多个实施例的压力平衡式轴密封组合件。本发明揭示并主张一种用于将润滑溶液保持在毂组合件的轴承腔(例如，轴承外壳)内的迷宫式密封件，其应用于可旋转轴以将污染物保持在轴承腔外部，同时允许密封流体平衡密封件的处理侧上的压力。在另一实施例中，压力平衡式轴密封组合件可用作产品容器与其中的轴之间的产品密封件。
关于联邦政府赞助研究或开发的声明
没有使用联邦基金来创造或形成本文的发明。
对于序列列表、表或计算机程序列表压缩光盘附录的参考(不适用)
背景技术
多年以来，已为当可旋转轴有角度地未对准而导致轴跑出时提供令人满意的密封件进行了大量尝试和构想。通常，所提出的解决方案未能在允许操作期间可接受量的轴未对准的同时提供适当密封件。所述问题在产品密封件中尤其尖锐，在产品密封件中，轴孔未对准的可能性可能达到最大。现有技术中的典型解决方案是增加旋转轴与密封部件之间的操作间隙以形成“松散”间隙或操作条件。然而，为了调节或响应于操作条件(尤其是，轴相对于定子或静止部件的未对准)的“松散”转动通常减小或降低密封部件的效率和功效。
举例来说，迷宫式密封件多年以来已普遍使用以应用于密封可旋转轴。迷宫式密封件优于接触式密封件的几个优点是增加耐磨性、延长操作寿命和减少使用期间的功率消耗。然而，迷宫式密封件还取决于与可旋转轴的接近且经界定的间隙以实现适当功能。轴未对准也是“接触式”密封件具有的问题，因为密封件与未对准的轴之间的接触通常导致较大磨损。产品的磨蚀性也影响接触式密封件的磨损方式和有效寿命。
使用流体压力(蒸气或液体)与密封部件(例如迷宫式密封件或接触式密封件)组合来密封液体和固体材料两者的现有尝试尚不完全令人满意，原因是形成密封件与密封件的另一侧上的产品之间的所需压力差所必需的“紧密”或低间隙(即，密封件越紧密，则维持密封件相对于材料的外部压力所需的流体的体积越低)。现有技术中的另一不足是许多产品密封件将产品密封件的可移动多网格密封面或表面暴露于产品，从而导致侵入式磨损和不良可靠性。此外，对于某些应用，产品密封件可能需要从轴密封组合件完全移除以进行清洁，原因是产品暴露于密封面或表面。
在许多轴密封系统(尤其是泵外壳)中，产品被加压到高于周围条件且在密封件的内部表面上施加力，其可导致密封件的过多磨损。
现有技术因而未能提供允许用以实现有效密封的密封部件与静止部件之间的“紧密”转动间隙以及为了调节或响应于操作条件(尤其是，可旋转轴相对于定子或静止部件的未对准)的“松散”转动间隙两者的解决方案。
发明内容
本技术提供与现有技术相比经改进的轴密封和产品密封件性能。本文揭示和主张的轴密封组合件解决方案允许密封部件与静止部件之间的紧密或低转动间隙以及为了调节或响应于操作条件(尤其是，可旋转轴相对于定子或静止部件的未对准)的松散转动间隙两者。
如本文所揭示，本技术描述并提供通过允许迷宫式密封件适应轴的径向、轴向和有角度移动同时维持所需的轴到迷宫间隙而实现的改进的功能。本技术还通过允许排放而允许迷宫图案上的压力的均衡且因此与当前可用设计相比实现改进的功能。另外，可穿过排放口或端口位置施加密封流体(空气、蒸汽、气体或液体)压力以建立比内侧或外侧压力大的内部密封压力(过量加压)。这使迷宫能够适应密封件的内侧与外侧之间可能存在的密封压力差。轴密封组合件的内部部分的加压通过设计并与经加压流体阻挡层组合有效地将轴密封组合件的移动或啮合面隔离以便不与产品接触。
因此，本发明的目的是提供一种用于与外壳啮合的轴密封组合件，其在在轴上施加轴向、有角度或径向力时维持其与所述轴的密封完整性。
本发明的另一目的是提供一种轴密封组合件，其可安装到容器壁以与轴啮合，所述轴密封组合件在轴的轴向、有角度或径向力移动期间或响应于所述移动而维持其与所述轴的密封完整性。
本发明的又一目的是提供一种压力平衡式轴密封组合件，其中密封流体或润滑剂可并入到所述密封组合件中且至少部分抵消施加到所述密封组合件的处理侧上的力。
当参看附图阅读时，从以下详细描述中将了解本发明的其它目的和特征。
附图说明
为了使本发明的优点将容易理解，将参考附图中说明的特定实施例呈现上文简要描述的本发明的更具体描述。在理解这些图式仅描绘本发明的典型实施例且因此不应认为限制本发明的范围的前提下，将通过使用附图以额外特殊性和细节描述并阐释本发明。
图1是轴密封组合件的外部透视图。
图2是轴元件对准的轴密封组合件的外部端视图。
图3是如图2所示并安装到外壳的轴密封组合件的第一实施例的截面图。
图3A说明在有角度和径向轴对准期间的第一表面密封件-轴完整性。
图3B说明在有角度和径向轴对准期间的第二表面密封件-轴完整性。
图4是轴未对准的外部端视图。
图5是施加轴的有角度和径向未对准两者的如图3所示的第一实施例的截面图。
图5A说明有角度和径向轴未对准期间由铰接实现的第一密封件-轴完整性。
图5B说明有角度和径向轴未对准期间由铰接实现的第二密封件-轴完整性。
图6是如图2所示的轴密封组合件的第二实施例的截面图。
图7是如图2所示的第三实施例的截面图。
图8是如安装到容器壁的第四实施例的透视图。
图9是安装到外壳的压力平衡式轴密封组合件的第一实施例的横截面图，其中轴处于对准状态。
图9A是压力平衡式轴密封组合件的第一实施例的邻近于排放口的部分的详细视图，其中轴处于对准状态。
图9B是压力平衡式轴密封组合件的第一实施例的邻近于流体返回路径的部分的详细视图，其中轴处于对准状态。
图10是轴未对准期间所展示的压力平衡式轴密封组合件的第一实施例的横截面图。
图10A是压力平衡式轴密封组合件的第一实施例的邻近于排放口的部分的详细视图，其中轴处于未对准状态。
图10B是压力平衡式轴密封组合件的第一实施例的邻近于流体返回路径的部分的详细视图，其中轴处于未对准状态。
图11是压力平衡式轴密封组合件的第二实施例的横截面图，其中轴处于对准状态。
图12是压力平衡式轴密封组合件的第三实施例的横截面图，其中轴处于对准状态。
具体实施方式
元件列表
  描述   元件标号
  轴   1
  固定定子   2
  固定定子(部分线)   2a
  迷宫式密封件   3
  圆角化面   3a
  浮动定子   4
  流体返回路径   5
  轴密封间隙   6
  第一O形环   7
  抗旋转销   8
  排放口   9
  抗旋转凹槽(浮动定子)   10
  球形界面   11
  抗旋转销   12
  第二O形环   13
  迷宫式密封件图案凹槽   14
  第一O形环通道   15
  用于抗旋转装置(固定定子)的腔   16
  迷宫式密封件的轴面   17
  描述   元件标号
  浮动定子的轴面   18
  第二O形环通道   19
  浮动定子/固定定子之间的第一间隙   20
  浮动定子/固定定子之间的第二间隙   21
  节流阀凹槽   22
  迷宫图案环形凹槽   23
  套管   24
  轴密封组合件   25
  节流阀(对准滑座)   26
  浮动定子环形凹槽   27
  迷宫式密封件通路   28
  浮动定子通路   29
  外壳   30
  未对准角度   31
  轴承和轴承腔   32
  安装螺栓   33
  容器壁   34
  压力平衡式轴密封组合件   40
  迷宫式密封件内部面   42
  浮动定子内部面   44
  压力平衡环形通道   46
  第一径向界面   47a
  第二径向界面   47b
  固定定子环形凹槽   48
  环形凹槽径向内部表面   48a
[0040]在详细解释本发明的各种实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下描述中陈述或附图中所说明的组件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例且能够以各种方式实践或实行。而且，应理解，本文中参考装置或元件定向所使用的措词和术语(例如，如“前方”、“后方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等术语)仅用以简化本发明的描述，且并不单独指示或暗示所提及的装置或元件必须具有特定定向。另外，例如“第一”、“第二”和“第三”等术语在本文中和在所附权利要求书中用于描述目的，且并不希望指示或暗示相对重要性或显著性。此外，本文中所叙述或指出的任何尺寸仅用于示范性目的且并不打算以任何方式限制本发明的范围，除非在权利要求书中这样叙述。
图1到5提供轴密封组合件25的第一实施例的视图，所述轴密封组合件25允许密封轴承外壳30内的各种润滑溶液。图6和7提供轴密封组合件25的替代实施例，其中使用密封流体。申请人在本文中将密封流体定义为包含液体和蒸气两者。申请人将空气、氮气、水和蒸汽以及可针对本文中所揭示的任何和所有实施例与用以提供经加压流体阻挡层的所提议的轴密封组合件一起工作的任何其它流体视为属于本发明的范围内。所选择的气体或流体是基于与待密封产品的工艺适宜性。
图1是轴密封组合件25的外部透视图，其经布置及啮合为轴1穿过轴密封组合件25的固定定子2插入。图2是轴密封组合件的外部端视图，其中轴1在轴密封组合件25内对准。
图3是图2中所示的轴密封组合件25的第一实施例的截面图，其将轴密封组合件25说明为用于将润滑溶液保持在外壳30的轴承腔32内的迷宫式密封件。图3所示的轴1是可在旋转期间经历相对于固定定子元件或固定定子2的一部分的径向、有角度或轴向移动的类型。轴密封组合件25的固定定子部分可通过其它构件凸缘安装或按压配合或附接到外壳30。本发明还将与旋转外壳和静止轴一起作用。(未图示)如特定应用所要求的，允许轴1在轴向方向上相对于轴密封组合件25自由移动。
具有内部表面的迷宫式密封件3与轴1啮合。经界定的间隙6存在于所述迷宫式密封件3的内部表面与轴1之间。与所述迷宫式密封件3的内部表面相反的是所述迷宫式密封件3的圆角化表面3a。迷宫式密封件3的圆角化表面3a和浮动定子4的内部形成球形界面11。O形环通道15和O形环7经安置以与所述迷宫式密封件3的所述圆角化表面3a协作以密封(或截留)穿过所啮合的迷宫式密封件3与浮动定子4、在其之间且沿着其的流体迁移，同时维持球形界面11，所述球形界面11允许迷宫式密封件3与浮动定子4之间有限的相对旋转移动(铰接)。如图所示，O形环通道15经机械加工到浮动定子4中且定位于与迷宫式密封件3的球形界面11处。O形环通道15相对于迷宫式密封件3为环形的且连续的。O形环通道15和O形环7还可放置在迷宫式密封件3中邻近于球形界面11处。O形环7应由与待密封产品和所选择的优选密封流体两者兼容的材料制成。O形环通道15和O形环7为可在轴密封组合件25内使用的密封构件的一个可能组合，如权利要求书中所叙述。插入到抗旋转凹槽10中的战略上放置的抗旋转销12限制迷宫式密封件3与浮动定子4之间的相对旋转移动。多个抗旋转凹槽10和销12可放置在轴1的半径周围。如果轴密封组合件25结合密封流体来使用，那么可移除战略抗旋转销12，从而允许对应的抗旋转凹槽10充当穿过排放口9和润滑剂回路5的流体通路。(见图7)另外，抗旋转销12和抗旋转凹槽10的直径的关系可经选择以允许轴1的较多或较少有角度未对准。与大直径抗旋转凹槽10一起使用的小直径抗旋转销12将允许响应于轴1的有角度未对准而产生迷宫式密封件3相对于浮动定子4的较大相对移动。迷宫式密封件3是可在轴密封组合件25内邻近于轴1处使用的密封构件的一个可能实施例，如权利要求书中所叙述。
连续环形通道形成于固定定子2内且由轴密封组合件25的所述浮动定子4的外部与所述固定定子2的所述内部之间所允许的间隙20和21界定。固定定子2的环形通道在图2中突出显示为A-A’。固定定子的环形通道具有大体上垂直于所述轴1的内部表面。浮动定子4的外部表面(其大体上包围在固定定子2的环形通道内)与固定定子2的第一和第二内部垂直面协作啮合。内环形界面由固定定子2的第一(轴密封组合件内侧侧)垂直环形通道表面与浮动定子4的第一(内侧侧)垂直面啮合而形成。外环形界面由固定定子2的第二(轴密封组合件外侧侧)垂直环形内部通道表面与浮动定子4的第二(外侧侧)垂直面啮合而形成。O形环通道19和安置于其中的O形环13与浮动定子4的表面协作，所述浮动定子4的表面与轴1成垂直关系以密封(或截留)在所啮合的浮动定子4之间并沿着其的流体迁移，同时允许浮动定子4与固定定子2之间有限的相对旋转移动。浮动定子4和固定定子2是可在轴密封组合件25内结合迷宫式密封件3来使用的协作啮合的密封构件的一个可能实施例，如权利要求书中所叙述。
O形环19相对于轴1为环形的且连续的。O形环通道19和O形环13可放置在浮动定子4的主体中来代替放置在固定定子2中(未图示)，但必须放置成类似的邻近关系。O形环13应由与待密封产品和所选择的优选密封流体两者兼容的材料制成。O形环通道19和O形环13是可在轴密封组合件25内使用的密封构件的一个可能组合，如权利要求书中所叙述。
插入到抗旋转凹槽16中的战略上放置的抗旋转销8限制浮动定子4与固定定子2的内侧之间的相对径向和旋转移动两者。多个抗旋转凹槽16和销8可放置在轴1的半径周围。抗旋转销8和抗旋转凹槽16的直径的关系也可经选择以允许轴的较多或较少的有角度未对准。小直径抗旋转销8和大直径固定定子抗旋转凹槽允许响应于轴1的有角度未对准而产生迷宫式密封件3的较大相对移动。
迷宫图案密封凹槽14可通过经由一个或一个以上排放口9排放来实现压力均衡。如果需要这样的话，可向排放口供应经加压密封流体以使迷宫式区域14和轴密封间隙6过量加压以增加轴密封组合件25的功效。迷宫式密封件3与浮动定子4之间的球形界面11允许轴1与固定定子2之间的有角度未对准。O形环通道19相对于轴1为环形的，且如图所示，经机械加工到固定定子2中并定位在固定定子2与浮动定子4之间的界面处。O形环19还可放置在浮动定子4中以供与固定定子2密封接触。
图3A说明在有角度和径向轴对准期间的密封件-轴完整性。此视图突出显示迷宫式密封件3的轴面17与浮动定子4的轴面18的对准。特别关注于在浮动定子4与迷宫式密封件3之间的球形界面11处轴面17与18的对准。图3B说明在与图3A所示的表面相反的表面处进行有角度和径向轴对准期间的轴-密封件完整性。此视图突出显示针对如图3A所示的轴密封组合件25的相反部分迷宫式密封件3和浮动定子4的轴面17与18分别对准。所属领域的技术人员将了解，因为轴1和轴密封组合件25具有圆形形状和性质，所以表面被展示为360度围绕轴1。再次，特别关注于在迷宫式密封件3与浮动定子4之间的球形界面11处的轴面17与18的对准。图3A和3B还说明位于浮动定子4与固定定子2之间的第一经界定间隙20和位于浮动定子4与固定定子2之间且与第一经界定间隙20相反的第二经界定间隙21。
在图2、3、3A和3B中，轴1不在经历径向、有角度或轴向移动且所界定的间隙20和21的宽度(其大体上相等)指示浮动定子4上的极少移动或未对准。
图4是轴密封组合件25的外部端视图，其中可旋转轴1在其中未对准。图5是如图3所示的轴密封组合件25的第一实施例的截面图，其中施加轴1的有角度和径向未对准两者。如图5所示的轴1也是可经历相对于轴密封组合件25的固定定子2部分的径向、有角度或轴向移动的类型。
如图5所示，尽管轴未对准角度31已改变，但仍已维持迷宫式密封件3相对于轴1所界定的径向间隙6。尽管轴未对准角度31已改变，但仍允许轴1在轴向方向上自由移动。轴密封组合件25的布置允许迷宫式密封件3在引入所述轴1的径向移动后随浮动定子4一起移动。迷宫式密封件3和浮动定子4通过一个或一个以上压缩的O形环7紧固在一起。通过抗旋转构件来防止迷宫式密封件3在浮动定子4内旋转，所述抗旋转构件可包含用以抑制旋转的螺杆、销或类似装置12。通过抗旋转销8来防止迷宫式密封件3和浮动定子4组合件在固定定子2内旋转。如图3、3A、3B、5、6和7中所示的销是防止迷宫式密封件3和浮动定子4旋转的一种构件，如权利要求书中所叙述。待由迷宫式密封件3密封的润滑剂或其它媒质可通过一系列一个或一个以上任选排出管或润滑剂返回路径5来收集并排出。迷宫式密封件3可通过经由一个或一个以上排放口9排放来实现压力均衡。如果需要这样的话，可向排放口9供应经加压空气或其它气体或流体媒质以使迷宫式密封件3过量加压以增加密封功效。轴密封组合件25的协作啮合的机械部分之间的严密容差的组合和经加压密封流体抑制产品和污染物接触轴密封组合件25的内部。迷宫式密封件3与浮动定子4之间的球形界面11允许轴1与固定定子2之间的有角度未对准。O形环通道19和安置在其中的O形环13与浮动定子4的相对面协作，所述浮动定子4的相对面大体上与轴1成垂直关系以密封(或截留)在所啮合的浮动定子4之间并沿着其的流体迁移，同时允许定子4与固定定子2之间有限的相对径向(垂直)移动。
图5A说明在有角度和径向轴未对准期间轴密封组合件25所允许的密封件-轴完整性。此视图突出显示针对轴密封组合件25的第一部分迷宫式密封件的轴面17相对于浮动定子4的轴面18的偏移或铰接。特别关注于在迷宫式密封件3与浮动定子4之间的球形界面11处轴面17与18的偏移。
图5B说明在有角度和径向轴未对准期间针对与图5A所示的第一表面相反的第二表面的密封件-轴完整性。此视图突出显示在轴1的未对准期间，迷宫式密封件3和浮动定子4的轴面17与18分别不相对于彼此对准而是改为相对于彼此移动(铰接)。响应于轴未对准而维持轴与密封件的间隙6，且整体密封完整性不受损害，因为在轴未对准期间维持了浮动定子4与固定定子2和浮动定子4与迷宫式密封件3的密封完整性。所属领域的技术人员将了解，因为轴1和轴密封组合件25具有圆形形状和性质，所以表面被展示为360度围绕轴1。
图5A和5B还说明位于浮动定子4与固定定子2之间的第一间隙或缝隙20和位于浮动定子4与固定定子2之间且与第一间隙或缝隙20相反的第二间隙或缝隙21。
在图4、5、5A和5B中，轴1在轴1的旋转期间经历轴向、有角度或径向移动且缝隙或间隙20和21的宽度已响应于所述轴向、有角度或径向移动而改变。(与图3、3A和3B相比。)间隙20和21的宽度的改变指示浮动定子4已响应于轴1的移动或有角度未对准而移动。轴密封组合件25分别允许轴面17与18之间的铰接、球形界面11的维持以及第一和第二间隙20和21处的径向移动，同时维持轴密封间隙6。
图6是如图2所示的轴密封组合件25的第二实施例的截面图，所述第二实施例用于使用替代性迷宫式密封图案凹槽14实现过量加压。在此图中，迷宫式密封图案凹槽14由例如聚四氟乙烯(PTFE)等摩擦力减少物质组成，所述摩擦力减少物质形成与轴1的紧密间隙。PTFE有时还称为
Figure GSA00000038696800091
其由杜邦(Dupont)公司制造和销售。PTFE是具有高耐化学性、耐低温和高温性能、耐风化性、低摩擦力、电和热绝缘性以及“滑溜性(slipperiness)”的塑料。材料的“滑溜性”还可定义为光滑的或向材料添加光滑型质量。碳或其它材料可用以替换PTFE以向迷宫式密封图案凹槽14提供必要的密封质量和光滑质量。
供应经加压密封流体以使如图6所示的光滑迷宫图案26过量加压。经加压密封流体穿过一个或一个以上入口进入节流阀26的环形凹槽23中。所属领域的技术人员还将节流阀26称为“对准滑座”。节流阀26允许迷宫式密封件3对由轴1的未对准引起的轴移动作出响应。经加压密封流体逃逸越过形成于轴1与具有节流阀26的迷宫式密封件3之间的紧密间隙。节流阀26与轴1的紧密接近性还对轴1上方的密封流体流动形成阻力，且致使在环形凹槽23内累积压力。与环形凹槽23协作并连接的浮动环形凹槽27还提供用于使过量密封流体“流淌”出轴密封组合件25以实现压力均衡或在操作期间维持轴密封组合件25上的连续流体清除的出口。轴密封组合件25的此方面所提供的优点是其应用，其中优选或需要“就地清洁”产品密封件去污程序。实例将包含食品级应用。
图7说明轴密封组合件25，其中移除了抗旋转销12以改进入口的可见性。这些入口将通常存在，但不限于围绕轴密封组合件25的圆周的一系列端口、入口或通路。图7还展示迷宫式密封件3的形状和图案可变化。除了圆形类型26以外，节流阀26的形状还可变化，如节流阀凹槽22处所示的正方形轮廓所展示。还请注意，在不需要与轴1直接接触的情况下，轴密封组合件25可结合单独的套管24来使用，所述套管24将通过各种构件附接到轴1。
图8展示本发明的另一实施例，其中轴密封组合件25已附着到容器壁34。轴密封组合件25可通过例如安装螺栓33等紧固构件来附着到容器壁34以确保改进的密封，其中轴1经受有角度未对准。安装螺栓33和穿过轴密封组合件25外部的狭槽(未标号)是安装轴密封组合件25的一种构件，如权利要求书中所叙述。
在某些应用中，尤其是在其中轴密封组合件25的处理侧(通常是如图3到3B和5到7所示的轴密封组合件25的左侧区域)处于增加的压力下的应用中，需要将轴密封组合件25配置为平衡轴密封组合件25在轴向方向上经历的压力。在图9到12中展示压力平衡式轴密封组合件40，其平衡产品向迷宫式密封件内部面42和浮动定子内部面44施加的压力(在轴向方向上)。
在如图9到10B所示的压力平衡式轴密封组合件的第一实施例中，轴密封部件(即，与浮动定子4组合的迷宫式密封件3)包含压力平衡环形通道46。除压力平衡环形通道46之外，压力平衡式轴密封组合件40以与图1到8中所示且上文详细描述的轴密封组合件25相同的方式操作。也就是说，浮动定子4定位在固定定子环形凹槽48中。浮动定子/固定定子20之间的第一间隙(其在本文中所描绘的实施例中位于浮动定子径向外部表面45与环形凹槽径向内部表面48a之间)(图9A和9B中所示)至少解决轴1的径向扰动。浮动定子4与迷宫式密封件3之间的球形界面11至少解决轴1的有角度扰动。
压力平衡环形通道46形成于浮动定子4中邻近于浮动定子4与固定定子2之间的第一径向界面47a处，如图9到10中针对第一实施例所示。如本文中所描绘的各种实施例中所示，浮动定子4与固定定子2之间的第一径向界面47a邻近于固定定子2的形成有用于抗旋转装置16的腔的部分。也就是说，浮动定子4的轴面定位在固定定子2内且最远离压力平衡式轴密封组合件40的处理侧。与第一径向界面47a相比，浮动定子4与固定定子2之间的第二径向界面47b(其大致上平行于第一径向界面47a)定位为较靠近压力平衡式轴密封组合件40的处理侧。
在许多应用中，压力平衡环形通道46的最佳径向尺寸将大体上类似于浮动定子内部面44的径向尺寸，使得产品所作用于的浮动定子4的区域和密封流体所作用于的浮动定子4的区域具有相等的表面面积。在此配置中，如果产品和密封流体被加压到近似相同值，那么轴向力将得到平衡。因此，压力平衡环形通道46的最佳径向尺寸将取决于整个系统的设计特性，且压力平衡环形通道46的径向尺寸可针对特定应用为任何适宜的量，而不管是大于还是小于浮动定子内部面44的径向尺寸。压力平衡环形通道46的轴向尺寸也将依据整个系统的设计特性而变化，所述设计特性包含(但不限于)所使用的特定密封流体、产品压力和密封流体的压力。在一些应用中，压力平衡环形通道46的最佳轴向尺寸将为0.005英寸，但可在其它实施例中较大且在另外实施例中较小。
压力平衡环形通道46允许将密封流体引入到浮动定子/固定定子20之间的第一间隙(密封流体可从此处进入压力平衡环形通道46)以在轴向方向上作用于浮动定子。通常，压力平衡式轴密封组合件40的处理侧(通常，如图9到12所示的压力平衡式轴密封组合件40的左侧区域)经历来自作用于迷宫式密封件内部面42和浮动定子内部面44的处理流体的力。这些力最常见是归因于由轴1所耦合到的旋转设备产生的压力。举例来说，如果轴1耦合到产生70磅/平方英寸(psi)的高差压力的流体泵，那么压力平衡式轴密封组合件40的处理侧将被加压到近似70psi。此经加压流体将作用于迷宫式密封件内部面42和浮动定子内部面44，且因此促使迷宫式密封件3和浮动定子4在轴向方向上远离压力平衡轴密封组合件40的处理侧(即，大体上在如图9到12所描绘的图式的右侧)。相反地，位于压力平衡环形通道46中的密封流体将促使迷宫式密封件3和浮动定子4在轴向方向上朝向压力平衡轴密封组合件40的处理侧，其可大体上抵消产品施加于压力平衡轴密封组合件40上的轴向力，这取决于密封流体系统的设计。
图11和12展示压力平衡式轴密封组合件40的第二和第三实施例。压力平衡式轴密封组合件40的第二和第三实施例大体上对应于如图7和8所展示且在上文中详细描述的轴密封组合件25的第二和第三实施例。然而，如同如图9到10B所示的压力平衡式轴密封组合件40的第一实施例，第二和第三实施例包含压力平衡环形通道46。
本文中所描绘且描述的压力平衡式轴密封组合件40的各种实施例形成有固定定子2和浮动定子4，所述固定定子2和浮动定子4包括两个相异部分。这些实施例促进压力平衡式轴密封组合件40的组装，因为在本文中所描绘的实施例中，浮动定子4的大部分定位在固定定子2内。当根据第一实施例(如图9到10B所描绘)来安装压力平衡式轴密封组合件40时，固定定子2的第一部分(即，邻近于压力平衡式轴密封组合件40的处理侧的部分)将附着到外壳30。接下来，可将浮动定子4和迷宫式密封件3作为一个组装件(其中形成球形界面11的组件已被预先组装)定位在轴1与固定定子2的第一部分之间。将浮动定子4和迷宫式密封件3放置在固定定子3内形成固定定子2与浮动定子4之间的第二轴向界面47b。最后，可将固定定子2的第二部分(即，最远离压力平衡式轴密封组合件40的处理侧的部分)定位在邻近于固定定子2的第一部分处且附着到固定定子2的第一部分。随后固定定子2的第二部分的定位形成了固定定子2与浮动定子4之间的第一径向界面47a。
或者，可将浮动定子4和迷宫式密封件3分离地定位在固定定子环形凹槽48内。举例来说，在已将固定定子2的第一部分附着到外壳30之后，可将浮动定子4的第一部分定位在固定定子环形凹槽48内。将浮动定子4的第一部分放置在固定定子环形凹槽48内形成了固定定子2与浮动定子4之间的第二轴向界面47b。接下来，可将迷宫式密封件3定位在邻近于轴3处，所述迷宫式密封件3的放置形成浮动定子4与迷宫式密封件3之间的球面界面11的一部分。接下来，可将浮动定子4的第二部分定位在邻近于浮动定子4的第一部分处且使用多个抗旋转销8将其附着到浮动定子4的第一部分，这完成了浮动定子4与迷宫式密封件3之间的球形界面11。最后，使用多个螺栓或铆钉将固定定子2的第二部分附着到固定定子2的第一部分，所述第二部分的放置形成浮动定子4与固定定子2之间的第一轴向界面47a。可使用所属领域的技术人员已知的任何适宜的紧固部件将浮动定子4的第一和第二部分附着到彼此或将固定定子2的第一和第二部分附着到彼此。
虽然本文中所描绘的实施例是针对于压力平衡式轴密封组合件40，其中固定定子2和浮动定子4包括两个单独部分，但在本文中未描绘的其它实施例中，固定定子2和/或浮动定子4由一个一体式部件形成。
在已描述了优选实施例的情况下，所属领域的技术人员无疑将明白本发明的其它特征，也将明白所说明的本发明实施例中的众多修改和更改，所有所述修改和更改可在不偏离本发明的精神和范围的情况下实现。

Claims (25)

1.一种轴密封组合件，其包括：
a.固定定子，其中所述固定定子紧固于外壳内，且其中所述固定定子沿其径向内部表面的一部分形成有环形凹槽；
b.轴密封部件，其中所述轴密封部件配合在所述固定定子的所述环形凹槽内，且其中所述轴密封部件包括：
i.浮动定子，其中所述浮动定子的径向外部表面在径向维度中与所述环形凹槽径向内部表面分离预定量以在所述浮动定子与所述固定定子之间形成第一间隙，其中所述浮动定子的所述径向内部表面为大体凹入形状，且其中所述浮动定子具有环形凹进且所述固定定子具有对应于所述环形凹进的表面以在其中形成压力平衡环形通道；以及
ii.迷宫式密封件，其中所述迷宫式密封件具有拥有大体凸起形状的径向外部表面，其对应于所述浮动定子的所述径向内部表面以便在其间形成球形界面，其中所述迷宫式密封件具有拥有多个迷宫图案环形凹槽的径向内部表面，且其中所述迷宫式密封件径向内部表面邻近于可旋转轴定位。
2.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其中所述浮动定子的所述径向外部表面为非线性的。
3.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其中所述浮动定子穿过所述浮动定子与所述固定定子的所述环形凹槽之间的第一和第二径向界面而轴向定位。
4.根据权利要求3所述的轴密封组合件，其进一步包括分别形成于所述固定定子中所述第一和第二径向界面处的第一和第二O形环通道，其中在每一所述第一和第二O形环通道中定位有一个O形环。
5.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其中多个径向定向的抗旋转凹槽形成于所述迷宫式密封件中，且其中多个对应的抗旋转销定位在所述抗旋转凹槽内且在所述浮动定子的邻近于所述迷宫式密封件中的所述抗旋转凹槽的部分内。
6.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其中多个轴向定向的抗旋转凹槽形成于所述固定定子中，且其中多个对应的抗旋转销定位在所述抗旋转凹槽内且在所述浮动定子的邻近于所述固定定子中的所述抗旋转凹槽的部分内。
7.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其进一步包括形成于所述浮动定子的所述径向内部表面中的多个O形环通道，其中在每一所述O形环通道中定位有一个O形环。
8.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其进一步包括形成于所述迷宫式密封件中的第一流体返回路径、形成于所述浮动定子中的第二流体返回路径和形成于所述固定定子中的第三流体返回路径，其中所述第一、第二和第三流体返回路径彼此流体连通。
9.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其中所述浮动定子进一步被界定为由附着到彼此的两个相异部分构成。
10.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其中所述固定定子进一步被界定为由附着到彼此的两个相异部分构成。
11.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其进一步包括形成于所述固定定子中的排放口，其中所述排放口将所述固定定子的外部与形成于所述固定定子中的所述环形凹槽以流体方式连接。
12.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其中所述固定定子进一步被界定为经由所述固定定子的径向外部表面的一部分和形成于外壳中的孔隙的对应径向内部表面而紧固到所述外壳。
13.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其中所述固定定子进一步被界定为经由穿过所述固定定子中的对应多个孔隙并在外壳中的对应多个螺栓孔中终止的多个安装螺栓而紧固到所述外壳。
14.根据权利要求1所述的轴密封组合件，其进一步包括：
a.环形密封流体凹槽，其形成于所述迷宫式密封件的所述径向内部表面中；
b.密封流体入口，其形成于所述固定定子的所述径向外部表面中；
c.形成于所述浮动定子中的第一通路，其中所述第一通路与所述密封流体入口成流体连通；
d.形成于所述迷宫式密封件中的第一通路，其中所述迷宫式密封件中的所述第一通路与所述浮动定子中的所述第一通路和所述环形密封流体凹槽成流体连通；
e.密封流体出口，其形成于所述固定定子的所述径向外部表面中；
f.形成于所述浮动定子中的第二通路，其中所述第二通路与所述密封流体出口成流体连通；以及
g.形成于所述迷宫式密封件中的第二通路，其中所述迷宫式密封件中的所述第二通路与所述浮动定子中的所述第二通路和所述环形密封流体凹槽成流体连通。
15.根据权利要求14所述的轴密封组合件，其进一步包括定位在所述多个迷宫图案环形凹槽的每一所述环形凹槽中的对准滑座。
16.根据权利要求15所述的轴密封组合件，其中所述对准滑座进一步被界定为具有接触所述可旋转轴的所需尺寸。
17.根据权利要求16所述的轴密封组合件，其中所述轴密封组合件进一步被界定为包含穿过所述密封流体入口引入到所述轴密封组合件中的经加压密封流体。
18.根据权利要求17所述的轴密封组合件，其中所述经加压密封流体进一步被界定为气体。
19.根据权利要求17所述的轴密封组合件，其中所述经加压密封流体进一步被界定为液体。
20.根据权利要求18所述的轴密封组合件，其中所述轴密封组合件进一步经界定以使得所述迷宫式密封件中的所述多个迷宫图案环形凹槽与所述可旋转轴之间的间隙使得预定量的所述经加压密封流体可在所述多个迷宫图案环形凹槽与所述可旋转轴之间通过。
21.根据权利要求19所述的轴密封组合件，其中所述轴密封组合件进一步经界定以使得所述迷宫式密封件中的所述多个迷宫图案环形凹槽与所述可旋转轴之间的间隙使得预定量的所述经加压密封流体可在所述多个迷宫图案环形凹槽与所述可旋转轴之间通过。
22.根据权利要求19所述的轴密封组合件，其中所述密封流体出口进一步被界定为包含用于所述经加压密封流体的清扫流。
23.一种轴密封组合件，其包括：
a.从容器或外壳突起的轴；
b.第一密封构件，其邻近于所述轴，且所述轴与所述第一密封构件之间具有经界定的间隙，所述轴可相对于所述第一密封构件而轴向移动；
c.第二密封构件，所述第一密封构件被部分包围在第二密封构件内并经由大体球形界面与所述第二密封构件协作连通，使得所述第一和第二密封构件协作以响应于所述轴的有角度未对准，同时维持所述轴与所述第一密封构件之间的所述经界定的间隙，其中所述第二密封构件包含形成于其中的压力平衡环形通道；以及
d.第三密封构件，所述第二密封构件被部分包围在所述第三密封构件内并与所述第三密封构件协作连通，使得所述第一和第二密封构件与所述第三密封构件协作以允许所述第一和第二密封构件响应于由所述轴的径向扰动产生的力，同时维持所述轴与所述第一密封构件之间的所述经界定的间隙，所述第三密封构件附接到所述外壳或容器。
24.根据权利要求23所述的轴密封组合件，其中密封流体经引入以对所述轴密封组合件加压。
25.根据权利要求23所述的轴密封组合件，其中对于有角度未对准的相对响应是可控制的。
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