CN102080749A - 具有选择控制密封件的旋转接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转接头，包括非旋转机器部件，该非旋转机器部件有接收沉孔、介质槽道开口和控制槽道。壳体装入接收沉孔中，并具有孔和与控制槽道流体连通的控制腔室。非旋转密封部件可滑动和密封地布置在壳体中的孔内，并有介质槽道，该介质槽道与介质槽道开口和接收沉孔流体连通。非旋转密封部件可以选择地在壳体的孔内伸出或退回，这样，面密封件在旋转接头的不同操作状态下实现选择的接合。

Description

具有选择控制密封件的旋转接头

技术领域

本发明涉及流体连接装置例如旋转接头，特别是涉及一种改进的密封控制机构，它在有润滑和非润滑介质以及在没有介质的情况下操作。

背景技术

流体连接装置例如旋转接头用于工业用途中，例如金属或塑料的机械加工、工件保持、印刷、塑料薄膜制造、造纸、半导体晶片制造以及其它需要将流体介质从静止源(例如泵或储存器)传送至旋转元件(例如机器工具心轴、工件夹持系统或者旋转鼓筒或缸)内的其它工业过程中。通常，这些用途需要相对较高的介质压力、流速或较高的机器工具转速。

用于这些用途中的旋转接头传送由设备使用的流体介质，用于冷却、加热或者用于驱动一个或多个旋转元件。典型的流体介质包括基于水的液体、液压或冷却油、空气等。在某些实例中，例如当从流体通道排出介质时，旋转接头可以在真空下操作。使用旋转接头的机器通常包括精确部件，例如轴承、齿轮、电部件等，它们很昂贵和/或在维护过程中很难修理或更换。这些部件通常处于腐蚀性环境，或者当在操作过程中暴露于由旋转接头泄露或排出的流体时受损。

旋转接头通常包括静止部件，有时称为壳体，它有用于接收流体介质的进口孔。非旋转密封部件安装在壳体内。旋转部件(有时称为转子)包括旋转密封部件和出口孔，用于将流体传送给旋转部件。非旋转密封部件的密封表面偏压成与旋转密封部件的密封表面流体密封地接合，通常通过弹簧、介质压力或其它方法，因此能够在接头的旋转和非旋转部件之间形成密封。该密封允许流体介质通过接头传送，而没有在非旋转和旋转部分之间的明显泄露。经过旋转接头的流体介质可以润滑接合的密封表面，以便减小密封部件的磨损。当旋转接头在非润滑介质(例如干空气)或没有任何介质的情况下使用时，接合的密封表面经受“干运行”状态，这将由于缺乏足够的润滑而引起快速密封件磨损。延长干运行的时间可能引起密封部件的严重损坏，从而需要昂贵和花费时间地进行一个或两个密封部件的更换。

高速机械加工设备例如计算机数控(CNC)铣床、钻孔机、车床、传送线等使用旋转接头来将介质直接供给工具的切割刃，用于在通常称为“穿过心轴冷却剂”的结构中进行冷却和润滑。穿过心轴冷却剂的结构延长了昂贵的切割工具的使用寿命，通过允许高切割速度而提高生产率，并冲洗材料碎屑，该材料碎屑可能在离开工具切割表面的位置处损坏工件或切割工具。不同的工件材料通常需要不同介质，用于优化生产率和性能。例如，当机械加工非常硬的材料时，空气或气雾剂介质可以提供更好的热控制，而当机械加工较软的材料例如铝时，液体冷却剂可以提供更好的性能。此外，某些类型的加工可以在没有穿过心轴的介质的情况下更有效和更便宜地进行。

已知多种设计用于避免在非润滑介质或无介质的情况下的干运行。例如，具有当存在反向流体压力时脱开的密封表面的旋转接头(例如在美国专利5538292中所述的装置)可能较复杂和制造昂贵。具有在没有介质时自动脱开的密封表面的旋转接头(例如在美国专利4976282中所述的装置)制造并不复杂，并包含于机器中，但是当使用非润滑介质时容易使得密封表面接合。具有特定几何形状用于通过气体进行非接触操作的密封表面(例如在美国专利4325380和6726913中所述)并不对液体介质提供有效密封。类似的，具有特定几何形状用于均匀分配介质的密封表面(例如在美国专利6149160中所述的密封装置)在使用非润滑介质时没有提供优点。一直使密封表面接合(即使有减小的偏压)的旋转接头(例如在美国专利6929099中所述的接头)在高转速下容易由于干运行而损坏。

已知旋转接头的还一实例在美国专利5669636中公开。该接头包括两个介质进口孔，这两个介质进口孔与管路和阀相连，以便提供介质。当使用润滑介质时，提供的介质使得密封表面接合成密封关系，而当存在非润滑介质时或当没有介质时使得密封表面脱开。该装置可以防止干运行，但是当密封表面脱开时也引起保留在接头中的介质的溢出。这种溢出(特别是在多轴机器中)并不能总是引导离开周围部件，并可能损坏机器的敏感部件。

发明内容

在一个方面，本发明介绍了一种旋转接头，它包括壳体，该壳体有：孔，该孔与介质槽道开口流体连通；以及控制腔室，该控制腔室环绕孔布置，并与介质槽道开口流体隔离。非旋转密封部件可滑动地布置在壳体中的孔内，并有与该孔流体连通的介质槽道。第一滑动密封件环绕非旋转密封部件布置，以便使得控制腔室与大气密封。两个附加滑动密封件环绕非旋转密封部件并相互邻近地布置为一对，以便使得控制腔室与介质槽道密封。在操作过程中，不管介质槽道的增压状态如何，当在控制腔室中存在压力下的流体时，非旋转密封部件布置成从壳体伸出。

在另一方面，本发明介绍了一种用于使得通过旋转和非旋转机器部件的部分确定的介质槽道选择地相互流体连接的系统。该系统包括：接收沉孔，该接收沉孔确定于非旋转机器部件中；介质槽道开口，该介质槽道开口与接收沉孔流体连通；以及控制槽道。布置在接收沉孔内的壳体有：孔，该孔与接收沉孔流体连通；以及控制腔室，该控制腔室与控制槽道流体连通。非旋转密封部件可滑动和密封地布置在壳体的孔中，并有与接收沉孔流体连通的介质槽道。第一流体阀装置操作成使得控制腔室与增压不可压缩介质源、真空储槽和/或排出口选择地流体连接，这样，当在控制腔室中存在压力下的流体时，非旋转密封部件可以相对于壳体伸出。

在还一方面，本发明介绍了一种用于操作旋转接头的方法。旋转接头用于沿在旋转机器部件和非旋转机器部件之间延伸的介质槽道提供机械面密封件。该方法包括通过向控制腔室供给流体压力来选择地使得机械面密封件接合，该控制腔室与介质槽道流体隔离，并确定于非旋转密封部件和非旋转机器部件之间。

总的来说，这里公开了旋转接头的各种实施例，该旋转接头能够保持在密封表面之间的接合，以便防止不希望的介质泄露，同时在可能导致干运行和降低密封件寿命的状态中使得密封表面能够脱开，而不会明显增加用于控制密封接合的成本。这些旋转接头可以保持在密封表面之间的接合，同时施加内部真空以便从流体槽道中除去介质，且即使当在旋转和非旋转部件之间的距离在操作过程中变化时也能够保持密封接触，与在更换工具过程中机械加工中心的拉杆相同。

而且，本发明的旋转接头能够通过机器设计者或机器的控制程序利用普通的管路部件而人工或选择地控制密封接合，也能够根据传送的介质的特性而自动控制。这种能力通过在有润滑介质(例如基于水的冷却剂或基于油的气雾剂，例如“最少量润滑”)、非润滑介质(例如干空气和惰性气体)和没有任何介质的情况下允许40000rpm或更高转速而增加了机器功能的柔性。

附图说明

图1A是本发明的旋转接头的分解图。

图1B是图1A中所示的旋转接头的剖视图。

图2是当没有介质时图1A中所示的旋转接头在操作状态中的剖视图。

图3是当释放介质压力以便脱开密封件时本发明的旋转接头在操作过程中的剖视图；

图4是本发明的旋转接头在有空气或类似非润滑介质的情况下操作的过程中的剖视图。

图5是本发明的旋转接头在有润滑介质的情况下操作的过程中的剖视图。

图6是根据本发明在排出状态下操作的过程中的剖视图。

图7是根据本发明在真空状态下操作的过程中的剖视图。

图8和9是在根据本发明的旋转接头的旋转和静止部件的相对轴向运动过程中旋转接头的可选实施例的剖视图。

图10是根据本发明的旋转接头的还一可选实施例的剖视图。

具体实施方式

在形成本说明书的一部分的附图中，图1A是旋转接头100的一个实施例的分解等距视图。旋转接头100包括旋转密封部件102和非旋转密封部件104，该非旋转密封部件104可相对于壳体106轴向运动。旋转密封部件102与旋转机器部件108相连，壳体106与非旋转机器部件110相连。分段导管或介质槽道112分别穿过非旋转机器部件110、旋转和非旋转密封部件102和104，以及旋转机器部件108，最好如图1B中所示，图1B是穿过旋转接头100的剖视图。

如图1B中所示，介质槽道112的部分确定于旋转接头100的不同部件中，以便当旋转和非旋转密封部件102和104接合时提供穿过旋转和非旋转机器部件108和110的流体通道。介质槽道112可以选择地布置成当旋转和非旋转密封部件102和104相互接合时密封围绕流体，并当旋转和非旋转密封部件102和104并不接合时打开以便向大气排出，如下面对于旋转接头100的操作和与图3-6相对应的说明中更详细介绍的。

图1A和1B中所示的旋转机器部件108(它可以是任意类型的机器部件，例如在CNC铣床上的心轴)支承旋转密封部件102。当旋转密封部件102与非旋转密封部件104接合时产生的机械面密封将密封用于使得流体介质从非旋转机器部件110向旋转机器部件108传送的介质槽道112，如本领域已知。旋转机器部件108有孔，该孔确定了介质槽道112的一部分，并进一步确定了用于密封接收旋转密封部件102的特征。

非旋转密封部件104可滑动和密封地布置在壳体106的孔128内。允许非旋转密封部件104相对于非旋转机器部件110滑动的结构装置使得非旋转密封部件104与旋转密封部件108选择地接合和脱开，并补偿可能在旋转和非旋转机器部件108和110之间存在的轴向位移。

非旋转机器部件110有用于安装壳体106和用于向它提供流体的通道和开口，用于使得密封件选择地接合。对于图1B的剖视图，非旋转机器部件110有接收沉孔114，该接收沉孔114匹配地接收壳体106的柱形本体部分116。控制槽道118形成于非旋转机器部件110中，并通过布置在部件110中并在控制槽道118和接收沉孔114之间的控制开口120而与该接收沉孔114流体连通。控制槽道118还与第一介质开口122流体连通，该第一介质开口112在操作过程中可选择地与流体源或储槽连接。

在操作过程中在控制槽道118内的流体压力的选择变化产生液压力，该液压力通过形成于密封部件104和壳体106之间的控制槽道136而施加在活动的非旋转密封部件104上，如图1B中所示。密封部件104相对于壳体106的延伸以及布置在旋转和非旋转密封部件102和104上的相应密封环的接合产生了穿过旋转和非旋转机器部件108和110延伸的流体通道或介质槽道112。

壳体106与非旋转密封部件104密封接合，并确定了用于在旋转和非旋转密封部件102和104之间选择接合的各种液压腔室。更具体地说，壳体106包括邻近柱形本体部分116的凸缘部分124。在所示实施例中，凸缘部分124通过四个内六角螺钉126(图1A；图1B中只表示一个)而与非旋转机器部件110连接，从而将壳体106刚性地安装在部件110上。还考虑可以使用任意其它数目的紧固件或任意其它紧固结构。

壳体106还包括沿中心线130穿过该壳体106延伸的中心孔128。在所示实施例中，孔128为大致柱形，并确定了在柱形本体部分116中的较小内径132和在凸缘部分124中的较大内径134。该较大内径134大于该较小内径132，这样，关闭液压表面133径向确定于该较小和较大内径132和134之间，如图1B中所示，从而与控制腔室136交叠。在可选实施例中，较小和较大内径132和134都可以确定在壳体106的一部分内。

控制腔室136在与较小和较大内径132和134之间的关闭液压表面133交叠的轴向位置处周围环绕孔128延伸。当壳体106与非旋转机器部件110连接时，控制腔室进口138和控制腔室环形通道140提供了在控制腔室136和控制腔室118之间的流体连接。在所示实施例中，控制腔室环形通道140形成于接收沉孔114中，并周围环绕柱形本体部分116延伸，以便形成在沉孔114和本体部分116之间的腔室115。控制腔室环形通道140通过多个控制腔室进口138而与控制腔室136流体连接，这些控制腔室进口对称环绕沉孔114周边布置，以便提供与控制槽道118的流体连接。

当非旋转密封部件104布置在孔128内时，各种密封件布置成使得控制槽道118和控制腔室136与接收沉孔114和大气流体隔离。在一个实施例中，接收沉孔114通过布置在周向槽144中的两个静止密封件142中的一个而与控制腔室环形通道140流体隔离，该周向槽144形成于柱形本体部分116的各端附近。两个静止密封件142中的第二个使得控制腔室环形通道140与大气隔离。而且，控制腔室136通过两个密封件152和156而沿孔128与接收沉孔114流体隔离，这两个密封件152和156中的每一个环绕孔128布置和沿中心线130轴向定位。

控制腔室主滑动密封件146布置在确定于壳体106的凸缘部分124中的周向槽148内，并以静止方式与周向槽148的外周表面150密封接合。主滑动密封件146与非旋转密封部件104的外部部分可滑动和密封地接合，以便使得控制槽道136与大气密封。在类似结构中，控制腔室次滑动密封件布置在周向槽154中与非旋转密封部件104的外部部分和壳体106密封接合，以便使得控制槽道136与接收沉孔114密封。另外的介质槽道滑动密封件156密封和可滑动地布置在接收沉孔114和非旋转密封部件104之间，这样，控制腔室次滑动密封件152位于控制腔室136和介质槽道滑动密封件156之间。介质槽道滑动密封件156提供了用于使得控制腔室136与接收沉孔114(因此与介质槽道112)流体隔离的附加和/或冗余能力。当在控制腔室136和介质槽道112中存在不同压力时，由两个密封件152和156提供的冗余密封能力将保证各密封件通过只向它的一个轴向面施加流体压力而提供密封功能。

在图中，各控制腔室主滑动密封件146和次滑动密封件152以及介质槽道滑动密封件156由阴影矩形截面表示。可以考虑，任意类型的径向密封部件适用于在壳体106和非旋转密封部件104之间提供滑动密封接合功能。因此，在多个附图中用于各滑动密封件146、152、156的阴影矩形截面总体表示能够在大致柱形或管形部件的外部部分和孔的内部部分之间提供密封功能的任意类型的径向密封件。包含在附图总体表示的合适密封件的实例包括O形环密封件、唇缘密封件、U形密封件、具有矩形截面的密封件、具有弹性部件的密封件或者任意其它已知类型的径向密封件。

非旋转密封部件104为确定了两个部分的大致柱形形状，各部分的外径等于孔128的较小内径132和较大内径134。特别是，非旋转密封部件104包括布置在孔128的较小内径132内的较小直径部分158以及布置在孔128的较大内径134内的较大直径部分160。一段介质槽道112与形成于非旋转密封部件104中的柱形孔162重合，该柱形孔162穿过非旋转密封部件104的整个长度延伸，并流体开口于接收沉孔114。

非旋转密封部件104包括非旋转密封环164，该非旋转密封环164连接在非旋转密封部件104的端部，它形成非旋转密封表面166。在所示实施例中，非旋转密封环164有梯形截面，因为内部和外部斜面沿环绕密封表面的密封环的内周边和外周边延伸。斜面为可选的，一个或两个可以根据非旋转密封部件104的合适平衡比而省略，如人们已知的。

在相对端，非旋转密封部件104包括布置成方便流体介质流过介质槽道112的结构特征。更具体地说，所示实施例的非旋转密封部件104包括进口凸缘167，该进口凸缘167包括：引导部分168，该引导部分168布置在孔162的扩大部分中；以及凸缘部分170，该凸缘部分170从较小直径部分158径向向外延伸。形成于引导部分168和凸缘部分170之间的锥形斜面174有利于介质流过介质槽道112。

为了防止非旋转密封部件104相对于壳体106旋转，凸缘部分170形成径向延伸凸起或键172，该凸起或键172与形成于壳体106中的开口或狭槽173接合。在键172和狭槽173之间的滑动接合防止非旋转密封部件104相对于非旋转机器部件110旋转，而不会防碍在两个部件之间的轴向滑动。

非旋转密封部件104的轴向运动通过打开弹簧176而偏压向打开位置，这是沿朝着图1B右侧的方向。如图所示，凸缘部分170与套筒178配合，以便提供弹簧保持器结构，该弹簧保持器结构保持弹簧176，并在壳体106(该壳体106与非旋转机器部件110刚性连接)和非旋转密封部件104(该非旋转密封部件如前所述可滑动地布置在壳体106的孔128中)之间传递打开弹簧力。

在所示实施例中，旋转机器部件108有接收部分179，该接收部分179有引导器180和螺纹部分182。尽管引导器180和相关特征可以用于在某些高速用途中合适对齐，但是也可以使用其它特征，或者也可选择，对于在低速下操作的用途，这样的对齐特征可以省略。旋转密封部件102包括螺纹184，该螺纹184与螺纹部分182接合，以便将两个部件保持在一起，但是也可以使用其它安装装置。在旋转密封部件102和非旋转密封部件104之间的偏心将通过使得确定于旋转密封部件102上的引导部分186匹配至旋转机器部件108的引导器180中而减小。径向密封件188布置在形成于引导部分186中的周向槽190内，并与引导器180密封接合，以便使得介质槽道112内的介质与大气流体隔离。

旋转密封部件102包括旋转密封环192，该旋转密封环192确定了在端部的旋转密封表面194，当旋转接头100处于关闭或接合位置时，该旋转密封表面194与非旋转密封表面166接合，以便形成机械面密封件。在所示实施例中，旋转密封环192布置成以与旋转机器部件108相同的转速旋转。当非旋转密封部件104选择地朝着旋转密封部件102轴向运动并与它接触时，旋转密封环192通过旋转密封表面194而与非旋转密封环164接合。

图2是表示根据本发明的密封控制装置的方框图。在图2中以及在下面的附图中，为了简单，与前面所述相同或类似的元件和/或结构由与前面相同的参考标号来表示。因此，旋转接头100的截面表示为具有功能流体连接件，该功能流体连接件有介质供给、返回和排出回路200。回路200以方框图形式表示了示例实施例，以便表示它们相对于旋转接头100的功能。应当知道，可以考虑使用与这里所示不同的部件的类似装置，只要它们的功能在旋转接头100的操作中产生相同或类似的效果。

在图2所示的示例实施例中，回路200包括第一和第二阀202和204。如图所示，第一和第二阀202和204都是具有电子促动器和弹簧偏压装置的流体阀，该电子促动器和弹簧偏压装置可以选择地使得阀元件(分别为203和205)运动至与各类阀口相互流体连接的位置，如后面更详细所述。而且，回路200包括：流体储存器，该流体储存器操作为其中储存流体介质的源或储槽；以及内置式泵，该内置式泵用于传送流体进出储存器。最后，贮槽或(通常如图所示的)排出储存器提供了通向大气压力的出口。

更具体地说，回路200包括第一流体阀202，该第一流体阀202在所示实施例中为具有5个口的两位置阀。第一流体阀202与第一流体储存器206、第二流体储存器208和排出储存器210流体连通，也与第二流体阀204以及旋转接头100的第一介质开口122流体连接。排出储存器210可以选择为真空储槽710，如图7的实施例中所示。第一线性泵212以流体关系布置在第一流体阀202和第一流体储存器206之间，第二线性泵214以流体关系布置在第一流体阀202和第二流体储存器208之间。各第一和第二线性泵212和214能够在可选择确定的供给或返回压力下将流体泵送成流入它的储存器208或从它的储存器208流出。

第二阀204在第一流体阀202、第一介质开口122和旋转接头100的介质槽道112之间流体连接。流体在回路200的部件之间相互连接，且图2的示例实施例中所示的各个阀、泵和储存器(可以包括附加部件)可以集成在单个模块(该模块是机器的一部分)中，或者可以选择地分布在多于一个位置，这些位置在机器上或在操作机器的设备中，例如机加工设备。

在旋转接头100的操作过程中用于在旋转和非旋转密封表面194和166之间产生面密封的、旋转和非旋转密封表面194和166的接合通过第一和第二流体阀202和204的合适驱动来选择地控制。根据操作模式和通过介质槽道112提供的介质的润滑特性以及根据在槽道112中是否存在介质，旋转和非旋转密封表面194和166可以接合或脱开。图3-7中表示了5个不同的操作状态，这些操作状态实现在旋转和非旋转密封表面194和166之间的接合。各操作状态包括通过合适定位第一和第二阀202和204而使得旋转接头100的控制和介质槽道118和112与第一、第二和/或排出储存器206、208和/或210或者真空储槽710(图7)选择地流体连接。在下面的图3-7中，实线箭头用于表示根据所示操作状态，介质在连接器中的总体流动方向。

更具体地说，图3中表示了当介质槽道112中不存在介质时的操作状态。应当知道，当密封环在旋转接头的操作过程中接合时，没有润滑介质可能使得在旋转和非旋转密封环192和164之间的密封交界面受损。因此，当在没有介质的情况下操作时，非旋转密封部件104退回至非旋转机器部件110中，从而使得非旋转密封环164与旋转密封环192脱开。在所示实施例中，通过将第二流体阀合适定位在第一位置，介质槽道112保持在与控制腔室136相同或类似的压力，如图3中所示。通过将第一流体阀202合适定位在第一位置，使介质槽道112处和控制腔室136处的流体压力与大气或周围环境压力相同或大约相等，以便使得介质槽道112和控制腔室136与排出储存器或贮槽210流体连接。在所示实施例中，打开弹簧176操作成使得非旋转密封部件104退回至非旋转机器部件110中。在这种情况下，存在于介质槽道112中的介质通过排出储存器210、在脱开的环164和192之间的空间以及潜在地通过布置在旋转机器部件108上的工作口(未示出)而排向大气。

图4中表示了不同操作状态，在该操作状态中，空气或其它可压缩介质通过介质槽道112从非旋转机器部件110传送给旋转机器部件108。应当知道，空气或某些其它可压缩介质没有足以用于旋转接头中使用的面密封件的润滑特征。应当知道，气雾剂溶液的可压缩介质可以有润滑特征，并在本发明中考虑，因为旋转接头在这里所述状态下的操作与在有干空气或其它非润滑可压缩介质的情况下的操作没有本质上的差别。

当在有可压缩介质的情况下操作时，旋转接头100在旋转和非旋转密封环192和164之间有较小间隙的情况下操作。较小间隙(该较小间隙可以为大约千分之一或二英寸(0.03-0.06mm)或者明显更小，例如几微米)保证可以避免在旋转和非旋转密封环192和164处由于干运行引起的损坏，同时降低介质的泄露速率。

在所示实施例中，在旋转和非旋转密封环192和164处的较小间隙通过将第二流体阀204定位在第二位置来实现，该第二位置使得介质槽道112与第二流体储存器208流体连接，在本例中该第二流体储存器208包含压力下的可压缩介质。第一流体阀202处于第一位置，如图4中所示，该第一位置布置成使得控制腔室136与排出储存器210流体连接。应当知道，旋转接头100的合适平衡比可以布置成在非旋转密封部件104上施加关闭力，该关闭力逆着打开弹簧176的打开力来作用，以便使得非旋转密封部件104朝着旋转密封部件102运动。在可压缩介质包含润滑组分(例如气雾剂溶液)的情况下，润滑剂薄膜可以在操作过程中积累和保持在间隙中，从而降低介质泄露的泄露速率。

图5中表示了另一操作状态，在该操作状态中，基于润滑剂的水或具有润滑特性的其它不可压缩介质通过介质槽道112。在该操作状态中，面密封件通过旋转和非旋转密封环192和164的接合而产生，这避免不可压缩介质的泄露。当在该状态下操作时，来自第一流体储存器206的、加压的不可压缩介质以平行结构供给介质槽道112和控制腔室136。如图5中所示，第一流体阀202布置在第二位置，以便使得第一流体储存器206与流体开口于控制腔室136中的控制槽道118相互流体连接。第二流体阀204布置在第一位置，以便使得控制槽道118与介质槽道112相互流体连接。这样定位第一和第二流体阀202和204保证在控制腔室136和介质槽道112处都存在不可压缩介质的压力。

应当知道，当控制腔室暴露于流体压力时，旋转接头100可以布置成具有第二平衡比。在图5所示的操作状态中，施加在非旋转密封部件104上的合成液压力通过克服弹簧176的打开力而推动旋转和非旋转密封环192和164相互接合。第二平衡比可以合适选择，这样，对于大部分用途，只要在控制腔室136处存在加压流体，就可以有利地保持在旋转和非旋转密封环192和164之间的接合，而不管在介质槽道112中是否存在流体压力。

当旋转接头100用于材料的精加工机器(例如CNC铣床)时，在机械加工操作过程中可以有图5中所示的操作状态。不过，当流体从介质槽道排出时，或者当介质槽道以其它方式排空流体时(例如当机器更换工具时，特别是当要避免流体溢出以便保护周围机器部件时)，希望接头有附加操作能力。这样的附加操作能力在图6中表示，其中，保持在旋转和非旋转密封环192和164之间的接合，以便维持介质槽道112周围的密封，同时介质从介质槽道112排出。

如图6中所示，第二流体阀204布置在第二位置，第一流体阀202布置在第二位置。在这些阀位置，介质槽道112与排出储存器210流体连接，且控制腔室136布置成与第一流体储存器206流体连接，该第一流体储存器206装有加压的不可压缩介质，与在图5中所示的操作状态中所述相同。在该操作状态中，介质槽道112的排出操作成使得其中的任意介质减压，同时保持在旋转和非旋转密封环192和164之间的可密封接合。在该操作状态中，在介质槽道112中的介质自由地朝着排出储存器210排出，潜在地也从旋转机器部件108的工作口(未示出)向外排出，其在图6的视图中，应当知道，该工作口大致布置在旋转机器部件108的、离开左端的某个位置。

在某些用途中，可能不希望介质通过介质槽道112的、确定于旋转机器部件108中的部分的开口或工作端排出。图6中所示的操作状态的变化形式在图7中表示，其中，排出储存器210由真空储槽710代替。真空储槽710可以是能够保持真空的密封储罐或其它储存器。这里使用的术语“真空”的意思是低于大气压力的任意压力。如图7中所示，真空储槽710从介质槽道112中吸取和排出流体，而不允许流体从旋转机器部件108上的工作口(未示出)或者在环164和192之间的接合交界面处排出。

概括地说，旋转接头100可以根据使用的介质的类型和希望的介质排出类型而在5个不同操作状态中的任意一个状态下操作，尽管还考虑其它操作结构。例如可以使用旋转接头，旋转接头有弹簧，该弹簧布置成施加关闭力，而不是打开力。而且，尽管控制腔室表示为与流体压力源连接，但是在可选操作状态中，控制腔室可以与具有比大气压力更低压力的流体储槽连接。

在本发明的一个总体方面，在旋转和非旋转密封环192和164之间的密封接合可以在这样的状态下选择地控制，这些状态将以其它方式使得非旋转密封部件104退回或伸出。例如，当使得图3中所示的操作状态与图6或图7中所示的操作状态比较时，介质槽道112的减压将使得非旋转密封部件104由于弹簧176的打开力而退回，除非控制腔室136加压，如图6中所示。在图6所示的操作状态中，控制腔室136的加压使得在非旋转密封部件104上施加关闭力，该关闭力可以克服弹簧176的打开力，并保持在旋转和非旋转密封环192和164之间的接合。

图8和9中表示了旋转接头800的可选实施例。旋转接头800在结构上与图1-7中所示的旋转接头100在很多方面类似，但是并不包括在空气802中的打开弹簧176(图1B)。旋转接头800的、与前面对于旋转接头100所述的相应部件相同或类似的其它部件将在图8和9中以与前面使用的参考标号相同的参考标号来表示。

如图8和9中所示，旋转接头800能够沿中心线130在旋转和非旋转密封环192和164之间的较宽轴向位移X范围内实现在旋转和非旋转密封环192和164之间的可密封接合。通过由滑动密封件146、152和156提供的、在非旋转密封部件104和非旋转机器部件110之间的可滑动密封连接，旋转接头100和800在距离X上在旋转和非旋转密封环192和164之间获得可密封接合的能力成为可能。

图10中表示了旋转接头900的可选实施例。旋转接头900在结构上和功能上与旋转接头100类似，但是有更紧凑的结构布置。与对于图8和9中所示的旋转接头800的介绍类似，旋转接头900的、与先前描述的旋转接头100和800的相应元件相同或类似的结构元件在图10中用与前面相同的参考标号来表示，尽管该部件的尺寸或比例可能不同。

如图10中所示，非旋转密封部件104具有布置在端部并邻近旋转密封部件102的旋转密封环192的非旋转密封环164。旋转接头900包括非旋转机器部件110，该非旋转机器部件110以与对于旋转接头100(图1B)所述类似的方式来形成与确定于非旋转密封部件104和壳体906之间的控制腔室136流体连通的控制槽道918。壳体906可通过螺纹部分902而与非旋转机器部件910螺纹接合，该螺纹部分902形成于壳体906的柱形本体部分916的外部。螺纹部分902与沿接收沉孔914的内部部分确定的螺纹匹配，以便将壳体906保持在非旋转机器部件910中。与旋转接头100类似，旋转接头900包括两个径向密封件942，这两个径向密封件941在所示实施例中为O形环密封件，以密封关系布置在控制腔室136的各侧，以便使它与接收沉孔914和与大气流体隔离。

这里所述的所有参考资料(包括文献、专利申请和专利)都通过参引而加入本申请的内容，就象各参考资料通过参引而被加入所单独和详细示出的一样且整个在本发明中提出。

在介绍本发明的范围时(特别是在下面的权利要求中的范围)使用的术语“一”、“一个”和“所述”和类似措辞将认为覆盖单个或多个，除非这里以其它方式表示或由上下文清楚否认。术语“包括”、“具有”、“有”和“包含”将认为是开放端部术语(即意思是“包括但不局限于”)，除非另外说明。这里介绍的值的范围只是用作落在该范围内的各单独值的单个参考的缩写方法，除非另外说明，且各单独值包含在说明书中，就象这里各个列举。这里所述的全部方法可以以任意合适顺序来进行，除非另外说明或以其它方式清楚否认。这里使用的任意和全部实例或示例语言(“例如”)只是为了更好地表示本发明，而不是对本发明范围的限制，除非权利要求另外说明。在说明书中没有出现的语言被认为是表示作为实施本发明的要点任意非要求的元件。

这里已经介绍了本发明的优选实施例，包括本发明人已知的、用于实现本发明的最佳模式。本领域技术人员通过阅读前面的说明可以清楚这些优选实施例的变化形式。本发明人预计技术人员将合适实施这些变化，且本发明人认为发明能够以与这里特别所述不同的方式实施。因此，本发明包括适用法律允许的、在附加权利要求中所述的主题的所有变化和等效物。而且，在所有可能变化形式中的上述元件的任意组合也包含在本发明中，除非这里明确表示或者由上下文以其它方式明显否认。

Claims (19)

1.一种旋转接头，包括：

壳体，该壳体有：孔，该孔与介质槽道开口流体连通；以及控制腔室，该控制腔室环绕孔布置，并与介质槽道开口流体隔离；

非旋转密封部件，该非旋转密封部件可滑动地布置在壳体中的孔内，并有与该孔流体连通的介质槽道；

第一滑动密封件，该第一滑动密封件环绕非旋转密封部件布置，并布置成使得控制腔室与大气密封；以及

两个附加滑动密封件，这两个附加滑动密封件环绕非旋转密封部件并相互邻近地布置，这两个附加滑动密封件在控制腔室和介质槽道开口之间布置为一对，以便使得控制腔室与介质槽道密封；

其中，非旋转密封部件布置成当在控制腔室中存在压力下的流体时相对于壳体伸出。

2.根据权利要求1所述的旋转接头，其中：非旋转密封部件有第一平衡比，该第一平衡比布置成当在介质槽道开口处存在压力下的流体时推动非旋转密封部件以便从壳体伸出。

3.根据权利要求1所述的旋转接头，其中：非旋转密封部件有第二平衡比，该第二平衡比布置成当在控制腔室处存在流体压力以及在介质槽道处存在周围环境压力或真空中的至少一个时推动非旋转密封部件以便从壳体伸出。

4.根据权利要求1所述的旋转接头，还包括：第一流体阀装置，该第一流体阀装置可操作成使得控制腔室与加压不可压缩介质源、真空储槽和排出口中的至少一个选择地流体连接。

5.根据权利要求4所述的旋转接头，还包括：第二流体阀，该第二流体阀可操作成使得介质槽道与加压可压缩介质源、加压不可压缩介质源、控制腔室、真空储槽和排出口中的至少一个选择地流体连接。

6.根据权利要求1所述的旋转接头，还包括：控制腔室进口和控制腔室环形通道，当壳体与非旋转机器部件连接时，该控制腔室进口和控制腔室环形通道使得控制腔室和控制槽道相互流体连接。

7.根据权利要求1所述的旋转接头，还包括：打开弹簧，该打开弹簧布置成提供打开力，该打开力推压非旋转密封部件以便退回至壳体中。

8.根据权利要求1所述的旋转接头，还包括：非旋转机器部件，该非旋转机器部件形成接收沉孔，壳体布置在该接收沉孔中。

9.根据权利要求1所述的旋转接头，还包括：旋转密封部件，该旋转密封部件布置在旋转机器部件上，这样，当非旋转密封部件从壳体充分伸出时，旋转密封部件与非旋转密封部件接合。

10.根据权利要求9所述的旋转接头，还包括：非旋转密封环，该非旋转密封环布置在非旋转密封部件的端部；以及旋转密封环，该旋转密封环布置在旋转密封部件上，并与非旋转密封环成相面对的关系，这样，旋转密封环与非旋转密封环的接合提供了沿介质槽道的机械面密封件，该介质槽道与介质槽道开口流体连通，并穿过旋转机器部件和壳体的部分延伸。

11.一种用于使得通过旋转和非旋转机器部件的部分确定的介质槽道选择地相互流体连接的系统，包括：

接收沉孔，该接收沉孔确定于非旋转机器部件中；介质槽道开口，该介质槽道开口与接收沉孔流体连通；以及控制槽道；

壳体，该壳体布置在接收沉孔内，具有：孔，该孔与接收沉孔流体连通；以及控制腔室，该控制腔室与控制槽道流体连通；

非旋转密封部件，该非旋转密封部件可滑动和密封地布置在壳体的孔中，并有与接收沉孔流体连通的介质槽道；

第一滑动密封件，该第一滑动密封件环绕非旋转密封部件布置，并布置成使得控制腔室与大气密封；以及

两个附加滑动密封件，这两个附加滑动密封件环绕非旋转密封部件并相互邻近地布置，这两个附加滑动密封件布置为一对，以便使得控制腔室与介质槽道密封；以及

第一流体阀装置，该第一流体阀装置操作成使得控制腔室与加压不可压缩介质源、真空储槽和排出口选择地流体连接，这样，非旋转密封部件布置成当在控制腔室中存在压力下的流体时相对于壳体伸出。

12.根据权利要求11所述的系统，还包括：第二流体阀，该第二流体阀可操作成使得介质槽道与加压可压缩介质源、加压不可压缩介质源、控制腔室、真空储槽和排出口中的至少一个选择地流体连接。

13.根据权利要求11所述的系统，还包括：打开弹簧，该打开弹簧布置成提供打开力，该打开力沿相对于壳体退回的方向推压非旋转密封部件。

14.根据权利要求11所述的系统，还包括：旋转密封部件，该旋转密封部件布置在旋转机器部件上，这样，当非旋转密封部件相对于壳体充分伸出时，旋转密封部件与非旋转密封部件接合。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括：非旋转密封环，该非旋转密封环布置在非旋转密封部件的端部；以及旋转密封环，该旋转密封环布置在旋转密封部件上，并与非旋转密封环成相面对的关系，这样，旋转密封环与非旋转密封环的接合提供了沿介质槽道的机械面密封件。

16.一种用于操作旋转接头的方法，该旋转接头用于沿在旋转机器部件和非旋转机器部件之间延伸的介质槽道提供机械面密封件，该方法包括通过向控制腔室供给流体压力来选择地使得机械面密封件接合，该控制腔室与介质槽道流体隔离，并确定于非旋转密封部件和非旋转机器部件之间。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：由于在控制腔室中的流体压力以第一平衡比作用而在非旋转密封部件上提供第一净液压力，该第一平衡比在结构上确定于非旋转密封部件上。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：由于在介质槽道中的流体压力以第二平衡比作用而在非旋转密封部件上提供第二净液压力，该第二平衡比在结构上确定于非旋转密封部件上。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括：在流体从介质槽道排出的过程中使得机械面密封件保持在接合位置。

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