CN1023251C - 气控旋转接头补偿系统及其补偿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过采用完全不同于接头输送的加压介质的介质，如压缩空气，将一正比于旋转接头内压力的轴向力作用到旋转接头壳体上，以补偿作用在输送加压流体介质，例如蒸汽的旋转接头上的轴向轴承载荷的方法与装置。一种利用压力由与旋转接头内的压力相应的检测调节系统控制的压缩空气，将一轴向力施加到旋转接头上的膨胀室装置上。

Description

旋转接头用于将热交换流体介质导入热交换滚筒或将介质从滚筒中排出，这种接头广泛用于造纸及纺织业中，使快速经过滚筒表面的卷筒纸和织物得到干燥。其最常用的热交换介质是蒸汽，但如滚筒用于冷却目的时，旋转接头输送的可以是水。

典型的旋转接头包括一个可转动地安装在一个与滚筒转轴共轴的管接头上转动的壳体，接头壳体与管接头间的环状密封垫形成对流体的密封作用，由于密封垫安装在旋转接头的壳体中，它们要承受内压作用。

旋转接头中的压力使密封垫贴紧密封区，这种作用力使密封压力进一步加速密封垫的磨损，同时增大了密封垫的摩擦，而摩擦使密封垫的温度上升，从而又加大了磨损。

为了尽量减小由被输送的加压介质产生的密封压力造成的过度磨损，人们对旋转接头的结构做了一些改进。内部自补偿接头结构所采用的设计中，受内压作用的密封面基本彼此平衡，以减小密封垫的磨损，旋转接头也采用外部自补偿装置对接头的壳体施加一轴向力以减小密封垫的磨损，外部补偿的这类典型例子见于美国专利第1896062号、第2700558号、第3098665号和第3874707号。

在已知的外部补偿旋转接头系统中，相对于可轴向位移的旋转接头壳体有一轴向固定的膨胀室装置，它与旋转接头壳体和滚筒的管接头的转轴共轴设置。接头壳体内部直接与包括一个同壳体配合的活塞或活塞构件的膨胀室装置的内部相通。因为膨胀室装置作用于壳体的补偿力等于壳体内部压强与装置的活塞面积的乘积，所以得到的补偿度总是正比于旋转接头壳体内的压力，而且由于补偿度决定于补偿 膨胀室装置的活塞面积，因而它是壳体压力的一个固定的百分数，因此，由于补偿比率是不变的，一旦装置安装后是不能对补偿进行调整的，要调整补偿度，只有更换主要机械构件，如换用不同尺寸的活塞。

补偿旋转接头外部的膨胀室装置采用O型环密封的活塞或金属隔膜型活塞，但两种活塞构件都会带来问题。采用O型环密封的活塞限制了补偿器在较高蒸汽压力下的使用，这是因为在升高的蒸汽温度下O型环的材料会很快损坏，使O型环的材料对温度有所限制。由于金属隔膜结构固有的特点，隔膜型活塞构件轴向行程是有限的，从金属隔膜型活塞的局限性考虑，一旦支承产生磨损或为补偿而需要增大活塞行程时，就必须进行调整。

本发明的构思克服了已知外部旋转接头补偿器的上述局限性。

本发明的一个目的是要提供一种用于旋转接头的外部承载补偿器，克服现有补偿膨胀室装置的活塞构件产生的上述问题。

本发明的另一个目的是为采用膨胀室装置的旋转接头提供一个外部自补偿器，其中膨胀室装置中的加压介质与旋转接头中的介质是隔开的，而且膨胀的加压介质不处于高温下，也无腐蚀性。

本发明还有一个目的是要提供一种不须进行结构上的改动就可对每个旋转接头的补偿度进行简易而精确的调节的旋转接头的外部自补偿器。

本发明的再一个目的是要提供一种其接头壳体中为高压蒸汽，靠压缩空气产生作用于旋转接头的补偿力的旋转接头的外部自补偿器。

在本发明的实际应用中采用了先前采用的常见的外部补偿接头的基本结构，例如，旋转接头包括使壳体内部相对于装有管接头（其上装有壳体）的滚筒密封的可轴向位移的轴承壳体的安装使之可进行有 限的轴向移置。膨胀室装置包括与接头壳体旋转轴线同轴的活塞构件，而且轴向固定并与壳体接合，这样，活塞的位移在轴向推动了旋转接头的壳体。

但是，本发明没有按常规将膨胀室装置的膨胀室直接与旋转接头壳体内部连通，而是给膨胀室装置通入压力得到控制的压缩空气，膨胀室装置通入的压缩空气是通过传感和调节装置控制的，传感装置通过检测向旋转接头供应蒸汽或其他加压介质的加热器中的压力来测出旋转接头内部的压力。所以，被输入接头的加压介质最好不同于输送到补偿膨胀室装置中的介质。

蒸气管路或旋转接头壳体中的压力由一传感器测得，这个传感器控制用以调整输送到补偿膨胀室装置中的压缩空气的压力的倍增及放大装置。可以很方便地调节倍增及放大装置来精确地控制膨胀室装置中的压力，这样，可按一定方法对每个旋转接头的补偿进行调节，即可以按照每个旋转接头各自的特点非常精确地调节作用在每个旋转接头上的补偿轴向力。

由于输入到补偿膨胀室装置中的加压介质是清洁的冷压缩空气，膨胀室活塞可包括一合成橡胶的膜片以保证活塞与膨胀室装置缸壁间百分之百的密封，而且膜片的结构应使密封垫磨损时不须对整个补偿范围进行调整而保证足够的轴向活塞位移。压缩空气的使用解决了以前遇到的密封材料的腐蚀与损坏的问题，采用耐高温合成橡胶与纤维织物的活塞构件可以在补偿中保证足够活塞位移的同时长时间保持有效密封。

以下将结合附图对上述本发明的目的及优点做进一步的说明，其中

图1是本发明的一种典型的旋转接头与外补偿器整套装置的平面 布置图，旋转接头壳体的一部分已剖开，

图2是本发明的一个补偿膨胀室装置的沿直径方向的放大的正剖视图，

图3是图1所示装置的左视图，

图4是用来实施本发明的装置的基本部件的示意图。

具有外部补偿器的旋转接头的一种典型结构示于图1，它与受让人的美国专利第3874707号中所示的结构十分相似。

图注10表示整个旋转接头，它包括一个具有一个导管入口14的壳体12，壳体包括一个用螺栓安装到壳体上的内侧盘板16及其轴向另一端也是用螺栓安装到壳体上的封住外壳的外侧盘板18。壳板18还有一弯管壳体20，其未示出的弯管结构可与壳体12相通。

在内部，壳体12装在转动的管接头22上，管接头22与转动的热交换滚筒同轴联接并可同时转动（未示出），加压介质经导入口14导入旋转连接器10，输入到转动的热交换滚筒。在壳体10内部管接头22与壳体之间设有密封构件，这种密封装置为环状，包括环状垫24和26，它们之中至少有一个可在管接头上轴向位移，在环状垫24与内侧盘板16间设有一密封环28，同样在环状垫26与外侧盘板18间设有一密封环30。一个压力弹簧32将环状垫24和26贴向毗连的密封环，从而在环状垫与其毗连的密封环之间和密封环及与其毗连的壳体端部盘板之间形成密封面。

因为壳体10中的壳体密封构件直接接触加压介质（经常是蒸汽），在壳体10中存在的很大的内压也同时作用于密封构件，使密封环与环状垫的接合面紧密地接合。

旋转接头壳体10被支承在一对径向伸出的支承臂34上，支承 臂34上，支承臂34外端有用于将它与支承杆36滑动连接的孔，支承杆36装在邻近滚筒的固定的支承结构上（未示出）。支承杆36外端设有螺纹以支承下述的补偿式外部膨胀室装置38，上述旋转接头的结构是已知的，其全部叙述见于受让人的美国专利第3874707号。

补偿膨胀室装置38的结构可清楚地见于图2，补偿器包括一膨胀室装置38，其外壳由一个外侧盖板40、一个间隔环42和一个壳板44组成。上述三部分通过8颗头部顶在盖板40上，螺纹部分拧入壳板44中的螺孔中的螺钉46装配到一起。如图2所示，盖板40与间隔环42内部柱面直径相等，构成补偿器装置的柱状室48。

壳板44有一对靠螺母52固定住的径向延伸臂50，补偿器装置38相对支承杆36及相对接头壳体12的轴向位置通过安装锁紧螺母54可以精确地确定和保持。可以理解，旋转接头支承臂34支承在支承杆36上，使壳体12可相对支承杆36轴向位移，而补偿器38相对支承杆和接头壳体轴向固定。

补偿器38包括一个轴向自壳板44中部套筒58伸出的活塞杆56在内部，一个圆形刚性的活塞靠螺钉62装到活塞杆上。由耐高温的人造橡胶和纤维织物（如Viton牌的）做成的柔性膜片64用由螺钉62固定的唇状护座66固定到活塞上，柔性膜片的边缘夹在盖板40与间隔环42的接合面间，以使膜片的外侧周边相对补偿器壳体密封。与凸台70外接的压力弹簧68一端顶在盖板40上，另一端顶在唇状护座66上，将活塞及活塞头推向右侧，与旋转接头弯管壳体20上形成的支点72相抵，如图2。

如图2所示，在盖板上设有进气口74，其上制有 1/4 吋的管螺纹以 便与图1中的供气管76相连。

参看图4，下面对本发明的外部的旋转接头补偿器的工作原理及过程进行说明。

加压介质，如高温蒸汽，自输汽管78经输入口14输入旋转接头10。传感器80与输汽管78相连，以测量输汽管内的压力。传感器80产生的信号正比于输汽管中的压力值，并被传送到倍增器82。倍增器82随即产生一个传送到放大替续器84的信号，放大替续器84对来自输汽管86的压缩空气起压缩空气调节器的作用。来自调节器84的压缩空气的压力由它所收到的倍增器82的信号决定，经调节的压缩空气经输汽管88和管76进入补偿器膨胀室装置38，同样地，补偿室48中的压力决定于调节器82，活塞杆56作用于旋转连接器壳体12的轴向力由补偿器38中的压缩空气压力大小来精确地确定。图4中所示的若干补偿器38由来自调节器84的压缩空气并联控制，应该说明的是，可用一个调节器控制若干旋转接头，每个旋转接头也可由其自己的调节器控制。

从以上叙述中可知，用于控制补偿器膨胀室装置38的压缩流体介质独立于，而且不同于输汽管78和接头10中的加压流体介质。由于优选的控制用压缩介质是压缩空气，而且因它相对较凉，所以补偿器介质不会对柔性膜片64造成显著的损伤。由图2可见，膜片的叠合部分比较长，当密封垫磨损时不必对支承杆36上的补偿器进行调节就可满足补偿中与整个行程相应的足够的活塞行程。

在图4所示的公开的控制原理图中，传感器80和倍增器82受气体控制，压缩空气经压缩空气管道90输送到传感器与倍增器。传感器可以选用FOXBORO的压力传感器，倍增器可选用FOXBORO 的气动计算机倍增器，而放大替续调节器可选用Moore    Droducts公司生产的标准型号产品。当传感器80接收到输汽管的蒸汽压力信号时，传感器发出一反映蒸汽压力大小的气压信号，同时气动计算机倍增器82产生一个与所需补偿力数值成正比的气压信号。上述从倍增器82来的气压信号随即传送到放大替续调节器84，放大后向补偿器38提供必须的压力。虽然在上述公开的实施例中提供给补偿器的气压的检测与控制采用的都是气控装置，但应指出，也可以采用电子传感器和倍增器，而放大替续器可包括电子控制的压缩空气调节器。

计算机倍增器82或传感器80上，或二者都装有易调的调控元件，以使输送到或经供气管88的气体的压力仅通过调节上述调控元件就能精确地控制。因此，应用本发明可对旋转接头的负荷补偿量进行很精确的调节以与当时各种工况相适应。

为最大限度地延长密封环的使用寿命，作用于密封环28和30上的力及密封环的温度应保持最小值，但作用在密封环上的轴向密封力必须足以产生有效的密封作用。作用在密封环上的力过大时会导致磨损加剧，而且高温会引起密封环很快损坏。作用在密封环上的轴向力的大小由旋转接头中介质的压力决定，密封环的温度决定于接头内部介质的温度以及密封环与其毗连的环状垫和端板间接触面生热的情况。尽管接头中介质的温度不能调节，但密封垫的摩擦程度可由本发明的补偿作用控制，需要时，通过调节传感器和倍增器的输出信号，可以很精确地调整和改变作用在旋转接头上的轴向补偿力的大小。这种“定做”的调节以前在外部补偿和内部补偿的旋转接头中都尚未用过。

将压缩空气作为补偿器膨胀室装置的控制压缩介质，以前遇到的由于膨胀室装置中的冷凝产生的问题得到了解决，补偿器中的密封结 构不受高温作用，并且，由于采用了该膜片，在活塞和膨胀室之间100%的有效密封，以及由于本发明的实际应用，外部补偿的旋转接头具有控制不同轴的装置的能力，和现有技术装置的金属膜片有限位移相比，可以获得充分的活塞轴向位移。同时，提供了迄今不能达到的一定程度的补偿控制。

凡熟知本技术的人应当明了，对本发明构思的各种修改是可以明显看到的，然而这没有背离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1、一种用于将加压的热交换介质输送到转动的滚筒中的旋转接头的轴承负荷补偿系统，其中接头包括一个具有纵轴的壳体、壳体中与上述轴线同轴的密封轴承、一个允许壳体轴向位移的支承和一个用于选择性地轴向移动壳体来改变作用在轴承上的轴向负荷的膨胀室装置，其特征在于，包括检测热交换介质的压力而产生一个正比于热交换介质压力的控制信号的压力检测装置，输送加压的控制流体介质的装置由上述控制信号控制的具有跟所述加压控制介质连通的入口和跟膨胀室装置连通的出口的压力调节装置，上述压力调节装置向膨胀室装置提供压力由上述控制信号确定的加压介质，以产生作用于轴承上的正比于热交换介质压力的轴向负荷。

2、按照权利要求1的旋转接头补偿系统，其特征在于上述加压的控制流体介质包括压缩空气。

3、按权利要求2的旋转接头补偿系统，其特征在于上述由控制信号控制的压力调节装置包括气压调节装置。

4、按照权利要求3的旋转接头补偿系统，其特征在于上述气压调节装置包括放大自上述压力检测装置发出的信号的放大器。

5、按照权利要求2的旋转接头补偿系统，其特征在于，膨胀室装置包括一个具有一轴的气缸，在上述气缸中可轴向移动的一活塞组件，上述活塞组件包括一柔性膜片。

6、按照权利要求5的旋转接头补偿系统，其特征在于上述气缸包括一圆柱状缸壁，上述活塞包括在上述圆柱状缸壁中的活塞头，上述膜片包括与上述活塞头接触的中央部分和与上述缸壁贴合的周边部分。

7、对具有一旋转轴的，其接头和轴承内部均承受加压蒸汽的旋转接头轴承进行轴向载荷补偿的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）检测出旋转接头内的蒸汽压力，产生出控制信号;

（2）提供压缩空气的气源;

（3）用上述控制信号控制上述压缩空气的压力;

（4）利用上述经调节的压缩空气，将一正比于上述控制信号的轴向力作用到旋转轴接头上，按蒸汽压力调节作用旋转接头轴承的轴向力。

8、按照权利要求7对旋转接头轴承上的轴向载荷进行补偿的方法，其特征在于包括放大上述控制信号的步骤。

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