CN103388628A - 用于致流机的密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于致流机的密封装置。本发明的密封装置可用于密封离心泵、搅拌机、鼓风机等的轴承装置。本发明特别可应用于密封包括以紧接构造使用的两个角面接触滚珠轴承的轴承组件。本发明特别涉及设置在轴承(6)和轴承壳(30)之间的挡板(32)，挡板(32)在其自身和内轴承环（6i）之间留有间隙（36）用于油从轴承流至油通道（38）以及通过凹槽（20）从油通道（32）返回到油室（22）。

Description

用于致流机的密封装置

技术领域

本发明涉及用于致流机的密封装置。本发明的密封装置可用于密封离心泵、搅拌机、鼓风机等的轴承装置。本发明特别可应用于密封包括以紧接构造使用的两个角面接触滚珠轴承的轴承组件。

背景技术

使用紧接构造的一对角面接触滚珠轴承作为离心泵的止推轴承是通常的做法。这样的止推轴承通常利用油槽润滑，以使得该对轴承的轴侧的油室内的油水平延伸至在辊装置位于最低旋转位置时其中线处。该对角面接触滚珠轴承通常定位于致流机靠近驱动轴的联轴器的端部并通过螺母紧固在轴上。（该对轴承的）靠近联轴器的轴承，即最外部的轴承向轴承盖泵送润滑油，通过轴承盖轴承被固定至轴承壳。轴承的制造商介绍这样泵送的润滑油通过返回凹槽或返回孔返回油室，这从设置在轴承壳内径向外部轴承环的轴向外端处的部分环形凹槽开始。但是，通常接受的事实是这样的返回凹槽或返回孔不能以期望的方式起作用，而是润滑油似乎聚集在轴承盖上并升高，即朝向轴的轴线升高，从而通常导致包括唇缘型密封或迷宫式密封的轴密封区域处的溢流。经常的这种润滑油的溢流导致密封泄露。自然，由于逐渐地油室中的润滑油量减少并最终导致轴承的干运转和破损，因此这种泄露是有问题的。此外，泄露的油产生损害环境的风险。

在早期，上述讨论的问题已通过设计和制造如US6672830B2的图5所示的位于内轴承环和迷宫式密封之间的特定节流来提高用作轴密封的迷宫式密封防御泵送的油的密封能力来尽量予以解决。这样的节流在一定程度上已产生了更有效的密封，但仍观察到特别是在高旋转速度时其没有足够的有效性，而是由于轴承向密封泵送油而导致迷宫式密封开始泄露。

WO2010051959讨论了一种结构，其中，在轴承和轴承盖之间，存在通过密封环相互隔开的两个油室，在密封环自身和属于迷宫式密封的轴向衬套之间留有狭窄间隙，用于油从第一室流向第二室。在这种结构中，第一室与轴承邻接并接收来自轴承的油流。第一室设有两个通道用于将油从第一室引导离开。如果第一室比通道接收更多的油，那么就可以通过狭窄间隙取出过量的油流至第二室，第二室也设有用于将油引出第二室的通道。与这种结构相关的问题是：1）第一室的容积相对较大，由此油能围绕容积旋转，这意味着增大的摩擦、热量的产生以及因此很高的泵送损失；以及2）不考虑第一室的容积，该结构由于从第一室的油返回通道而具有很高的油的过流能力，这也导致在各流动通道内的高摩擦损失、高能量消耗和热量产生。

US20080044279讨论了一种轴密封，其中用于润滑油的隔离的排出通路被设置在轴承和轴承盖之间。 排出通路由邻接轴承的第一室构成，流动通过轴承或由轴承泵送的油可以自由进入该室。第一室由径向壁在其与轴承相对侧限定，径向壁向轴延伸，在其自身和轴之间留有间隙用于油流至第二室。第二室从轴径向向外延伸并继续作为将油送至油腔的轴向通路。这种结构的问题是其需要轴向延伸。美国文献没有讨论或示出用于将轴承锁定在轴上的任何装置，但在任何情况下都需要这种装置。由于第一室和第二室之间的壁延伸成紧邻轴，因此壁必须设计成远离轴承以使得锁定装置可以留在壁和轴承之间。因此第一室的容积增加并且轴承和轴承盖之间的距离增加。与所讨论的结构相关的另一个问题是在第一室内较高的油容积旋转，这增加了摩擦、能量消耗和热量产生。

发明内容

因此，本发明的目的是开发一种新型的用于致流机的轴密封，能够避免上述问题中的至少一个问题。

本发明的进一步的目的是开发这样一种用于致流机的轴密封装置的新颖结构，其能将所有的油返回，油通过轴承进入轴密封的前部返回至位于轴承相对侧的油室。

本发明的又一目的是最小化腔室的容积，油从轴承进入该腔室，用于保持与轴的旋转部件和轴承接触的油量为其最小值。

本发明的再一目的是通过减少摩擦和热量产生至其最小值将轴承的能量消耗最小化。

本发明的目的至少之一通过用于致流机的密封装置来实现，致流机至少包括轴线，轴，由紧接构造的一对角面接触滚珠轴承构成的止推轴承，滚珠轴承具有内轴承环和外轴承环，轴密封，在致流机外端的轴承盖，在与轴承盖相对的止推轴承侧的油室，设置在止推轴承和轴承盖之间用于形成其自身和轴承盖之间的油通道的挡板，以及用于将油从油通道返回至油室的返回凹槽或孔，其中在挡板和内轴承环之间存在间隙，用于从轴承至油通道并进一步至油室的全部油流。

本发明的密封装置的其他特征性特征在附随的从属权利要求中变得显而易见。

附图说明

参照附图，下面更详细地描述用于致流机的密封装置，其中

图1示出了根据现有技术的具有止推轴承和轴密封的致流机的轴的端部，

图1a示出了放大比例的图1中的轴-止推轴承-轴密封组件，

图2示出了根据本发明优选实施例的具有止推轴承和轴密封的致流机的轴的端部，

图2a示出了放大比例的图2中的轴-止推轴承-轴密封组件，

图3a示出了放大比例的本发明的第二优选实施例的轴-止推轴承-轴密封组件，以及

图3b示出了放大比例的本发明的第三优选实施例的轴-止推轴承-轴密封组件。

具体实施方式

图1和图1a示出了现有技术的致流机2的部分截面图，具有轴4，紧接构造的一对角面接触滚珠轴承6和轴密封8。该对角面接触滚珠轴承6用作致流机例如离心泵的止推轴承。角面接触滚珠轴承由内环6i、外环6o和其间的轴承滚珠10构成。止推轴承6已利用有时设有垫圈的螺母12将内环6i紧固在轴4上的轴肩上而紧固在轴4上。止推轴承6的外环6o设置在轴承壳14的内表面上。另外具有用于轴4和轴密封8的中心孔的轴承盖16已被紧固至轴承壳14的外端，即紧固至从工作部件例如离心泵的推进器或搅拌器的转子拆除的致流机的端部。轴密封8，此处示出为迷宫式密封（虽然有时也会使用唇缘型密封），被插入轴承盖16的中心孔内。轴承盖16例如通过与轴密封8和轴承壳14相关的O型环密封。轴承壳14在外轴承环6o的侧面处其外端内设有凹槽18以及沿大约轴向方向从凹槽18通向中心油室22的凹槽20或孔。油室22内的油水平L通常延伸达到轴承滚珠10的中心线，如图1a所示。

上述是致流机的止推轴承-轴密封组件的传统结构。该结构还示出在US6672830B2中。但是，如前面已讨论的，该组件的轴密封容易泄露。已试图通过图1和图1a所示的改进来解决泄露相关的问题。轴密封8的改进包括轴密封8的唇缘或轴向向内的延伸部24，其在其自身和内止推轴承环6i的径向侧面之间留有狭窄的周向间隙26。间隙26的作用是限制或节流从止推轴承6和轴承盖16之间的腔室28向轴的油流。

但是，由于包括紧接构造的一对角面接触滚珠轴承6的止推轴承6的操作已被彻底研究和理解，所以已了解即使这样的唇缘24和其与内轴承环6i形成的间隙26不能防止油进入轴密封。

换句话说，该对角面接触滚珠轴承6的右手侧滚珠轴承起作用以使沿外轴承环6o的内表面运转的滚珠10从外轴承环6o的内表面上的油膜轴向向外挤压油。这意味着排出轴承环表面的油沿轴向（见图1a中的箭头A）具有高速。根据伯努利定律，在环形凹槽18之上的油的高速导致凹槽18上的压力（即部分真空）减小，这产生沿凹槽20或相应的孔从油室22向轴密封即沿凹槽20或孔原来意图相反的方向的油流。换句话说，通过轴承滚珠10轴向泵出轴承的油将环形凹槽18上的压力局部减小至小于油室22内的静压油压力的值。因此，轴（或轴承滚珠）的转速越高，凹槽18和油室22之间的压差越高，并且腔室28内在轴密封8的前面的油水平上升得越高。由此显然的是各现有技术的轴承组件具有其常规的转速，由于该转速油水平上升至轴4的表面，这意味着当使用迷宫型密封时，油通过密封泄露。当这样详细地理解角面接触滚珠轴承的操作时，也会轻易地理解节流或间隙26在防止泄露方面即使有效果也具有非常小的效果。

图2和图2a示出了本发明的优选实施例，解决了结合图1和图1a讨论的问题以及背景技术中提及的问题。因为导致增大的油泄露风险的现有技术的问题是由于轴承滚珠10以高速泵送油横穿设计用于去除油的凹槽/通道，并因此在那里产生局部真空而导致，所以这个问题通过切断轴承内部和油返回槽或孔之间的直接流动连接来解决。这可以通过重新设计轴承盖30以包括挡板32或通过在轴承盖和止推轴承6之间设置单独的挡板来实现。图2和图2a示出的实施例公开具有形成轴承盖30一部分的挡板32的轴承盖30。在该实施例中，轴承盖30轴向延伸至（右手侧角面接触滚珠轴承或面向轴承盖的角面接触滚珠轴承或致流机的外端或轴承壳的外端的）外轴承环6o的径向表面并具有延伸至（右手侧角面接触滚珠轴承或面向轴承盖的角面接触滚珠轴承或致流机的外端或轴承壳的外端的）内轴承环6i的侧面的径向向内（朝向轴4）指向的挡板32以使得从致流机的轴线至挡板32的内表面34的距离D2小于内轴承环6i的外部半径。因此，轴向间隙36形成在挡板32和内轴承环6i的径向侧面之间。间隙36的尺寸优选但不是必须地为约0.2-0.7mm，取决于轴承的型号、致流机的转速等。形成致流机或轴承壳的轴向外表面的挡板32和部分轴承盖30在其间留有槽形通道38，通道38开向轴4。通道38的底部设有穿过轴承盖30延伸至设在轴承壳14的内表面内的优选轴向的凹槽20的孔40。如果希望，凹槽20可以用轴向或略倾斜的孔替代。在来自止推轴承6的油进入挡板32和轴承盖30的其余部分之间的通道38时，孔40和凹槽20或孔用作油返回通道。

上述轴承盖结构通过阻止轴承6内的油与返回凹槽20内的油之间的直接连通来解决油泄露相关的问题。现在，根据本发明的这个优选实施例，如果轴承滚珠10和挡板32之间的腔室内的油压由于滚珠的泵送作用而升高，那么从轴承6至油通道38并进一步至油室22的全部油流被推动穿过挡板32和内轴承环6i之间的间隙36并围绕挡板32的周向内边缘或内表面34进入通道38。但本发明的通道38是开放的腔室，没有特定的压力条件，与现有技术的致流机中的凹槽18不同，在现有技术的致流机中在凹槽18内形成的部分真空从凹槽20抽吸油。因此，由于挡板32的内圆周或内表面34与油水平L（尺寸是D1）相比延伸更靠近（尺寸D2）致流机的轴线，所以进入通道38的油将通道内的油水平升高，然后一旦通道38内的流体静压高于油室22内的流体静压，油就能通过孔40和凹槽20返回回到油室22。

换句话说，在本发明的装置中，油的返回通道38已移动至打开位置远离会对返回通道38的功能起到负面影响的旋转部件和高流速的其他区域。返回孔40和返回凹槽20必须被成形得足够大以能处理全部油流。

还应理解的是当挡板32距离内轴承环较小的轴向距离小于1mm时，油在其中旋转的腔室的容积被最小化。这导致挡板和轴承之间最小的油循环并由此使摩擦、能量消耗和热量产生最小化。

如上所提到的，轴承盖和挡板还可以是单独的部件，如图3a和图3b所示。但是，挡板的功能部分即挡板的径向最内部的部分始终是相同的，特别是其与内轴承环的外部直径和油室内的油水平与轴线之间的距离及其与内轴承环之间的距离相关的尺寸。因此仅挡板的根部即径向外部可以变化。根据图3a，单独的挡板32’由轴承盖30压在轴向外轴承的径向外环6o上。根据图3b，挡板32”是单独的部件，优选地是设置在轴承盖30内在轴承6和轴承盖30之间的环。挡板32”可以轴向从轴承盖30延伸至轴承的水平或与以其一定距离地延伸（如图3b所示）。在未示出的一个进一步的实施例中，挡板是单独的部件，类似于图3b中的挡板，但是现在其留有其自身和轴承盖之间的轴向间隙，由此间隙可以用作油通道38。优选地，挡板在其所有结构可选方案中优选地是围绕致流机的轴的环形部件，由此挡板和轴承盖（其余）部分之间的通道38也可以是环形通道。但是，凹槽20或相应的孔以及通道38底部内的孔40分别位于轴承壳14和通道38的内表面的最低位置，用于确保油返回至中心油室的可能的最好的再循环。

如上面的描述可以看到的，已开发了新颖的轴密封装置。虽然本文已通过示例并结合目前认为是优选的实施例描述了本发明，但是可以理解的是本发明并不受限于公开的实施例，而是意图覆盖如在所述权利要求限制的本发明范围内的其特征的各种组合和/或修改以及其他应用。

Claims (9)

1.用于致流机的密封装置，致流机至少包括轴线，轴（4），以紧接构造的一对角面接触滚珠轴承构成的止推轴承（6），滚珠轴承具有内轴承环（6i）和外轴承环(6o)，轴密封(8)，在致流机外端的轴承盖(30)，在与轴承盖(30)相对的止推轴承(6)侧的油室(22)，设置在止推轴承(6)和轴承盖(30)之间用于形成其自身和轴承盖(30)之间的油通道(38)的挡板(32,32’,32”)，以及用于将油从油通道(38)返回至油室(22)的返回凹槽(20)或孔，其特征在于，在挡板(32,32’,32”)和内轴承环（6i）之间的间隙，用于从轴承至油通道（38）并进一步至油室（22）的全部油流。

2.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，挡板(32,32’)设置靠在外轴承环（6i）上，挡板(32,32’)径向向内向内轴承环（6i）的侧面延伸并在其间留有间隙（36）。

3.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，挡板(32,32’,32”)具有内圆周或内表面（34），其直径小于内轴承环（6i）的外部直径。

4.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，当使用时，挡板(32,32’,32”)具有内圆周或内表面（34），其直径（D2）小于从油水平(L)至致流机的轴线的距离（D1）。

5.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，挡板(32,32’)设置成抵靠在外轴承环（6o）的径向侧表面上。

6.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，挡板(32’)是设置在轴承盖（30）与外轴承环（6o）之间的单独的圆环。

7.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，挡板(32”)是设置在轴承（6）和轴承盖（30）之间的单独的圆环。

8.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，挡板（32）是轴承盖（30）的一部分。

9.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，挡板(32,32’,32”)和内轴承环（6i）之间的间隙（36）具有的尺寸为0.2mm-0.7mm。

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