CN1023252C - 抗腐蚀的转动接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转动接头，该接头用于输送熔盐等流体。包括静止头部和旋转壳体，头部与外部连接，壳体安装在与接头相通的转动设备上。两个套筒轴承装设在与头部同轴的连接管和围绕该连接管的接头外壳之间，通过该两轴承作用，在各个部件成直线，套筒轴承在轴向移动，主体密封在中间位置。主体密封是球面封，放在不动的连接管密封面和转动壳体密封面之间。通过外部接头偏置的支持托架使密封预先加上负荷，以减少在内部流体压力较低时的泄漏。

Description

在工业生产过程中经常有这种情况，即转动的机构必须和静止的进料管或排料管相连。近来随着工业的发展，需要加工的高温物料大量增加，从而能在与常规环境完全不同的条件下工作的机器的需求不断增加。

本发明是提供一种机构，能输送高温的腐蚀性流体，如熔融的盐，进入旋转的设备或从旋转的设备中排出，并使泄漏到周围环境的流体量最小。用转动接头将流体，无论是液态或气态，引入到转动设备，或从转动设备中排出。在工艺过程中这样的机构是大家熟知的，并且得到广泛的使用，但是高温下在连续转动情况下的应用，尤其是流体为腐蚀性时，就有许多特殊的要求，这是常规的转动连接机构所无法满足的。

常规的转动接头一般使用在低温蒸汽环境中，如美国专利2，791，449;4，262，940和4，635，969号所表示的这类机构中，因而使用传统的结构和材料。代理人所引证的专利和大家熟悉的转动接头都是低温，蒸汽环境的装置;所以在结构设计标准上与计划输送高温熔融盐的转动接头完全不同。例如，转动接头中常用的密封材料如石墨密封一般只能用于650°F温度之下。还有，在腐蚀性环境中，例如在作为高温传热介质的熔融的硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠中，密封会损坏。

在已知的技术中许多专利的单轴承结构完全依靠密封系统对接头部件的结构支持。这种结构的一种结果是由于旋转接触部分的磨损使密封经常失效。另外，在转动接头的转轴与转动设备的转轴排成一直线时如果 存在任何偏心部分，就会把周期的力传给与接头连接的管子，从而使管子遭到损坏。

已知的专利中应用内密封偏置弹簧，这对低温系统是合适的。在大多数转动接头结构中用内部偏置弹簧提供很好的密封。内部偏置弹簧在传统环境下能很好执行这种功能，效益不错，但暴露在熔融盐中要不失效就必须使用特殊的材料结构，因为常规的弹簧材料抗不住熔融盐环境下的1000°F温变。

根据转动接头制造中上述的考虑，本发明的目标是提供一种转动接头，以输送高温流体，如温度在1000°F级的熔融盐到转动设备，并对各种部件提供最佳的结构支持。

本发明的另一目标是应用各种材料和结构元件使之能在很宽的温度范围内工作，如在熔融盐的高温下，为了达到这个目标所选择的材料应能提高转动接头的抗腐蚀性，以大大延长使用寿命。

本发明还有一个目标就是通过材料的处理，使得在极端的工作条件下转动部件的磨损减到最小，因而减小维修的停车时间，同时极大地延长产品工作寿命。

本发明的另外一个目标是保护系统外部的环境免受腐蚀剂的污染，使可能通过密封泄漏的流体汇集到安全的容器内。

本发明与输送高温带压的腐蚀性流体的转动接头有关。本发明公开的各项改进中有使用多重密封，外部偏置支持框架，连接渗漏收集器以避免泄漏。本发明在高温混合机器中特别有用，这种机器混入一种物料以提高间接的热交换效果。

为了满足特殊应用的需要，本发明应用高温密封和轴承材料，由于它们的磨损特性，需要在摩擦接触面上进行特殊处理。通过火焰喷射硬 的镍粒子到摩擦表面以满足这个要求。另一个考虑是需要全部接纳转动接头所输送的腐蚀性盐类。本发明用头部的内腔来收集任何主密封和附近的套筒轴承会碰到的熔融盐。

本发明用独特的外部偏置结构来提供良好的主密封。这种外部结构使偏置弹簧免受高温熔融盐的有害影响，从而提高转动接头装置的寿命。本发明另一个提高经济效益和可靠性的特点在于最优实施方案的壳体由两部分构成。两部分的设计有利于转动接头的制造和装配，同时也有利于现场更换接头的内部元件，如果需要的话。通过法兰的螺栓连接和中间放置园形垫片以保证液体密封，从而防止两部分之间和转动接头和转动设备之间的泄漏。

将两个园柱套筒轴承同心地放在细长静止的连接管和细长的旋转的管状壳体之间，壳体包围着轴承，通过两个轴承的互相作用保持各个元件成一直线。轴承放在主密封的两侧，主密封由放在静止的连接管和转动的壳体之间的球面密封构成。球面密封预先加上负荷以减少内部流体压力较低时向外部支持框架的泄漏，第二密封是园柱形的压盖密封。在第二密封和主密封之间是头部的内腔，以收集通过主密封和中间套筒轴承渗漏出来的流体。把这种渗漏的流体通过在头部底面上的排出孔，导管收集到容器内。通过使用中间法兰垫圈套和密封圈套消除了壳体部件之间，转动接头和机器之间的泄漏。本发明现有的实施方案提供多路流体通道，本发明的概念同样可应用单流体和多路流体通道的装置。

为了更好地理解本发明，下面将参考附图举例进行说明，附图有：

图1.根据本发明的转动接头径向剖面图，

图2.是沿图1中2-2线所取的详细剖面图，

图3.是沿图1中3-3线所取的详细剖面图，

图4是转动接头和与它相关的偏置支持托架的侧视图，

图5是附属于转动接头的支持托架详细平面图，

图6是从图4的左边取的立面图。

参考图1，应用本发明原理的转动接头用10表示，包括与转动设备14的转轴同轴转动的细长管形壳体12，通过内端径向法兰16将接头固定到转动设备上。本发明包括1个或几个流体通道，最优实施方案有两个通道。本发明用相同的设施可以接纳单向流动或多向流动。

本发明包括细长的管形壳体12，头部18，细长的连接管20，填料压盖圈22，内导管24，每个都用316号不锈钢制造，螺纹螺栓26用304号不锈钢制造以提高抗腐蚀性。由于很高的操作温度以及流体的腐蚀性，环状球面主密封28和套筒轴承均用碳化硅制造，碳化硅对在高温旋转热交换器中用作传热介质的盐有很强的抗蚀性。所有旋转表面，包括连接管的轴承面34和主密封面60和78，都与碳化硅接触，因而都用火焰喷涂硬的镍合金以减小磨损。

壳体12同轴按装在转动设备14上，并与其一起转动。壳体和转动设备与连接管和内导管有共同的轴36。壳体包括第一部分38，有内端40和外端42;以及第二部分44，有内端46和外端48。壳体第一部分的两端有安装法兰，在内端法兰16上有径向螺栓安装孔50，在外端法兰54上有带螺纹的螺栓孔52。壳体第一部分内端法兰16与转动设备14通过安装螺栓26连接，螺栓26通过法兰螺栓孔50与转动设备上的带螺纹孔啮合。

壳体第二部分44有内端法兰62，螺栓通过法兰62与壳体第一部分38外端法兰54中的带螺纹孔52啮合。垫圈套56放在法兰之间以防止从壳体内孔58向外渗漏。壳体球面环形密封面60用硬的镍 喷涂，从壳体第二部分法兰62凹向壳体纵向内孔58。

当壳体12与设备一起转动时，头部18是静止的。为防止熔融的盐从壳体第二部分外端48和头部内端64之间泄漏，应用了动态压盖密封，该密封包括由头部18，壳体第二部分外端48连接部构成的填料室66，填料压盖圈22和玻璃纤维园柱形填料68。头部构成密封表面70，该表面从头部朝连接管轴36径向延伸，但在头部内端64处被切去。头部密封表面70适合滑动接纳壳体第二部分外端48，和将园柱形填料68放在头部和壳体外端之间。填料68至少包含一个可压缩的园筒形圈，以适合紧密接触填料室66的各个面使之密封，并与壳体第二部分外端48滑动啮合。填料压盖圈22包围壳体第二部分外端48，由螺栓71轴向调节，螺栓71拧入到头部18的锥形孔73中。

头部有流体入口72和流体回流口74。连接管外端76螺纹连接到头部18内，并从头部同轴延伸到壳体内孔58。连接管20通过第二套筒轴承32，并与轴承啮合，然后继续向内伸展到壳体第一部分的内端40。连接管的大部分是园筒形，并在其主密封面78上喷涂镍，主密封面从连接管外表面80径向朝壳体第二部分内端46延伸。转动接头主密封由连接管密封面78和球面密封28，壳体密封面60构成。球面密封28放在壳体密封面60和连接管密封面78之间，提供连接管和壳体之间流体密封。连接管超过主密封面78后继续向壳体第一部分38内延伸，在壳体第一部分内与第一套筒轴承30啮合。两个套筒轴承和连接管轴承面互相配合，从而使头部和壳体保持在同一直线上。连接管的内端82位于壳体第一部分内端40和第一套筒轴承30的中间，使连接管内孔84与转动设备的内部连通。

连接管84与头部18的入口72相通。入口72与壳体和连接管的共同轴垂直，适合连接外部的供料管，未显示。连接管内孔的内端穿过第一套筒轴承30包围连接管20的球面密封28放在连接管和壳体第二部分44之间。紧靠着壳体第一部分内端，由壳体内孔58和内部导管86外壁构成出口室88，出口室与转动设备的开口94相通，接头就安装在转动设备上。

流体回流口74装在头部外端90上，与接头的轴36同心。回流口适合接纳外部导管，未显示，外部导管与内部导管24相通，并在那里接受流体。带螺纹的头部出口，其内部开口92与内部导管24连通，内部导管在连接管内孔内同轴延伸，穿过壳体第一端部进料开口94，进入到转动设备中;内部导管内孔95因而与转动设备内部连通，这样就确定第二或回流路线。

头部还有一个外空腔96，在头部入口72附近，外空腔通过连接管内孔84，壳体第一端部进料开口94与转动设备内部连通，构成第一流路。通过在法兰中间装入垫片56，可防止在壳体法兰16和设备14之间壳体内孔58的渗漏。

本发明使用耐磨的套筒轴承结构以提高强度。在每个壳体部分的外端上都有固定套筒轴承的带螺纹螺栓孔98。第一套筒轴承30安装在壳体第一部分外端42内，在壳体内向内端40延伸。由于它与熔融的盐接触，第一套筒轴承30是“湿”润滑。第二套筒轴承32由螺栓33固定在壳体第二部分外端48上，并在壳体第二部分内向内延伸，放在壳体和连接管外表面之间。第一和第二套筒轴承与其中的连接管互相作用，保持壳体和头部成一直线，因而可防止当壳体和相连的设备转动时产生的振动，并减小压盖密封必须承受的负荷。

由头部18，连接管外表面80和壳体第二部分44构成的头部内腔100，可接受通过主密封28和第二套筒32渗漏出来的流体。这流体汇集在头部内腔的底部102，通过在头部内腔底部的排出口104排出，排出口适合与外部导管连接，未显示，通过外部导管可将流体收集到收集容器内。

如图4至6所示，外部支持框架106支持着转动接头10的外端，同时对转动接头的头部18施加轴向力，支持框架106加在头部18上的力将连接管密封面78向外拉，从而压缩在壳体主密封表面60和连接管密封面78之间的主密封28，以使主密封预加上负荷。在流体压力较低时，转动接头正是用这个偏压以保持有效的密封防止渗漏。本发明设计的环境是高温、腐蚀性的盐，对弹簧的材料有破坏作用，因此本发明应用独特的外部偏压支持框架。

如图4至6清楚显示，支持框架106固定在轴颈和其他静止结构上，以支持转动设备14。框架106安装在一对支架108上，支架跨接在转动设备静止部分110上，螺栓109通过支架上的孔111将支架108固定在静止部分110上。

支架108的外端支持敞开的直角框架，该框架包括垂直元件112和平行水平元件114。元件112和114通过焊接或类似方法牢固地互相连接。导引螺栓116尺寸一致。每一端都有螺纹，因而其内端118可拧入在元件114中间的孔，用锁紧螺母115固定，导引螺栓的外端拧入螺母120。导引螺栓116的122部分，其直径大于园柱形部分124，形成径向台肩126。

支持框架106通过细长的头部板128与转动接头10连接，头部板有孔可与导引螺栓124部分滑动配合，从图4和6可见，板128 用螺栓130与头部18相连。压缩弹簧132安装在每个导引螺栓124部分，在它的台肩126和板128之间，把板推向左边，如图4，同时对头部18和连接管20施加轴向力，从而维持密封面60和78与密封28的啮合。只有在“冷态”和低压的条件下需要用弹簧132来保持密封面的接触，而在正常操作条件下，在转动接头内介质的压力将保持密封和密封面之间的啮合。

由于弹簧132安装在转动接头10的外部，不经受转动接头内部的高温，因而它的弹性能保持很长时间。同时由于导引螺栓116和板128支持转动接头10的外端，作用在接头上的横向弯曲力将由框架106部分承受。

本发明的转动接头特别适合高温带压的流体，如熔融的盐，其中轴承30和32互相在轴向隔开一定的距离安装，能很好地抵抗侧面力加在转动接头上所造成的变形。还有，在密封圈28上使用球面提供了最有效的转动密封，并有一定的自我校准对直的特性，通过将密封28放在轴承30和32之间，以达到在严酷条件下所要求的高强度和壳体12与连接管20的对直。尤其是通过将密封圈28放在轴承30和32之间。保证了密封圈28精确的运转条件。

由于壳体12两部分构成，密封圈在分段的管线上，所以置换密封圈28很简单，只要把螺栓26卸下，壳体法兰54和62能很容易地分开，就可方便地装入和置换密封圈28。同样，从壳体12上卸下头部18就可很容易地替换轴承32，在卸下密封圈28的同时可以放入和置换轴承30。

很清楚，对本发明工艺熟悉的人们可对本发明的概念进行各种修改，而不会背离本发明的宗旨和范围。

Claims (13)

1、一种用于绕轴转动设备的转动接头，该转动接头能通过高温腐蚀性的流体，其特征是以下部件组合而成：

A.细长的管形壳体，有轴、内端、外端，纵向的内孔终止于各端，孔内是径向伸展的密封面，

B.固定在壳体内端的壳体按装机构，将壳体同心地按装到转动设备上，以便与设备一起转动，按装机构中的通道与壳体内孔相通，通过按装机构使壳体与设备相通，

C.细长的管形连接管在壳体的内孔里，有轴、外表面、内端、外端，在该外表面上径向延伸与壳体密封面轴向相对的密封表面，该连接管的内孔在内端与该壳体内孔相通，

D.在壳体内孔和该连接管外表面之间放置轴向相隔一定距离的轴承装置，以保持连接管的轴与壳体的轴同心，

E.外接连接管的环形密封，放在壳体和连接管的密封表面之间，并与它们接触构成该连接管与壳体之间的密封，

F.安装在壳体外端并将其包围的头部，该头部有内端、外端，在头部上有入口和与连接管同轴的连接管支持，该连接管的外端固定在连接管支持内，该连接管内孔在连接管外端与该入口相通，和

G.放在该头部和壳体外端之间的密封，从而允许壳体可相对该头部作转动和轴向运动，该连接管内孔，壳体内孔和壳体安装机构的通道使设备和入口连通起来。

2、如权利要求1所述的转动接头，其特征是在壳体内端上的径向法兰适合与转动设备紧密连接，该径向法兰有沿径向分布的螺栓孔以接纳安装螺栓，密封垫放在径向法兰和转动设备之间。

3、如权利要求1所述的转动接头，其特征是壳体的密封面是球形凹面结构，与该壳体密封面接触的环形密封是互补的凸面。

4、如权利要求1所述的转动接头，其特征是头部密封包括头部内的填料室，填料圈放在填料室内，环形的填料盖圈可调节地安装在头部，以压缩装在填料室内的填料圈。

5、如权利要求1所述的转动接头，其特征是轴向分离的轴承装置包括第一和第二园柱形套筒轴承，分别安装在壳体内孔里环形密封相对的两侧。

6、如权利要求1所述的转动接头，其特征是该壳体包括第一部分和第二部分，壳体第一部分有内、外法兰端，壳体第二部分有内端法兰适合与第一部分外端法兰啮合，密封垫放在啮合的第一和第二部分法兰之间，可松开的固定机构使啮合的法兰互相连接，该第二部分的外端适合插入该头部的内端，该第一部分内端适合安装到转动设备上。

7、如权利要求6所述的转动接头，其特征是壳体密封面包括在第二部分的球形凹面，与第二部分的内端相交。

8、如权利要求6所述的转动接头，其特征是该头部密封放在该头部内端和壳体第二部分外端之间。

9、如权利要求1所述的转动接头，其特征是在头部内有空腔，并有空腔的排出口，该排出口适合接纳导管，从而漏入到壳体内的流体汇集到该空腔内，并从壳体中排出去。

10、如权利要求1所述的转动接头，其特征是该头部有回流口，该回流口与壳体的轴同心，在连接管内的回流导管其外端固定在该头部与该回流口相通，其内端与转动设备相通。

11、如权利要求1所述的转动接头，其特征是转动接头的支持机构以外部安装方式固定在壳体附近，安装在支持机构上的弹簧装置与该头部相连，使头部轴向偏离壳体，从而保持环形密封、壳体、连接管密封面之间的啮合。

12、如权利要求11所述的转动接头，其特征是在支持机构上的细长导引装置基本上与壳体轴平行，头部板可互换地支持在导引装置上，固定机构把头部板装设在头部，该弹簧装置安装在导引装置上。

13、如权利要求12所述的转动接头，其特征是该导引装置包括细长的螺栓，弹簧装置包括装在螺栓上的圈形压缩弹簧。

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