CN103620279A - 用于密封旋转活塞泵泵室的装置以及具有该装置的旋转活塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于尤其是在轴通过部的区域中相对于旋转活塞泵的无流体区域密封旋转活塞泵泵室的装置，该装置包括两个或更多个密封件，所述密封件可在旋转活塞泵的泵室中与设置在轴上的旋转活塞的端面相邻地设置，使得在各密封件之间延伸有迷宫式间隙，该迷宫式间隙用于相对于轴沿径向和轴向延长密封路径。根据本发明，相对于轴沿径向的密封路径大于相对于轴沿轴向的密封路径。

Description

用于密封旋转活塞泵泵室的装置以及具有该装置的旋转活塞泵

技术领域

本发明涉及一种尤其是在轴通过部的区域中相对于旋转活塞泵的无流体区域密封旋转活塞泵泵室的装置，所述装置包括两个或更多个密封件，所述密封件可在旋转活塞泵的泵室中与设置在轴上的旋转活塞的端面相邻地设置，使得在各密封件之间延伸有迷宫式间隙，该迷宫式间隙用于相对于轴沿径向和轴向延长密封路径。

本发明还涉及一种用于输送流体、尤其是含有固体颗粒的液体的旋转活塞泵，包括壳体，该壳体具有泵室和至少一对彼此啮合的、设置在泵室内的旋转活塞，所述旋转活塞分别支承在一个轴上，所述轴从泵室延伸到旋转活塞泵的无流体区域中。

背景技术

在本说明书的范畴中，轴向是指沿旋转活塞的旋转轴线方向的定向，所述旋转轴线也是轴的轴线。

为了保护已知的旋转活塞泵的功能，需要借助密封机构将旋转活塞泵的无流体区域（如传动装置区域和/或轴承区域）与引导流体的泵室分离。否则，含有固体颗粒的流体进入传动装置短时间之后就已导致传动装置的严重磨损直至失效。另外，必须保护轴和轴的轴承以防其被所输送的液体污染。需要特别注意轴通过部的从引导流体的泵室到泵的无流体区域的区域。

已知的用于密封的装置和已知的旋转活塞泵在此情况下使用密封迷宫，所述密封迷宫作为非接触密封元件通过延长密封路径使流体从密封部的一侧向另一侧的输送变难并且在此基础上实现了一定的密封效果。然而，已知的密封装置在旋转活塞泵中的作用并不完全令人满意。在已知的旋转活塞泵中，在旋转活塞的基圆直径的区域中在旋转活塞的端面上出现从旋转活塞泵的压力侧向吸入侧的流体短路流（泄漏流）。这结合所输送的纤维材料在活塞侧造成不希望的磨损。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是提出一种用于尤其是在轴通过部的区域中密封旋转活塞泵的装置，该装置最大程度地克服了上述缺点并且在可能情况下有助于提高泵功率。

在开头所提类型的装置中本发明如下解决其所基于的任务，即：相对于轴沿径向的密封路径大于相对于轴沿轴向的密封路径。在此本发明利用下述认知：密封效果尤其以这样的方式得到提高，即，沿径向的密封路径分量与沿轴向的密封路径方向分量的比值越大，含有固体颗粒的流体就越难流经迷宫式间隙。这是因为：由于一些或所有密封件随轴旋转，因此处于迷宫式间隙中的流体也进行旋转。由此使流体具有一离心加速度，该离心加速度导致流体关于其径向运动分量的流动阻力增加。所选择的沿径向流过迷宫式间隙的流体与沿轴向运动的流体的比值越大，所述效果就越明显。

已经令人惊讶地表明，与沿轴向设计密封路径相比，相对于轴沿径向的密封路径大于相对于轴沿轴向的密封路径的设计使得用于密封的装置相对于轴长度整体上紧凑许多。为此特别有利的是，沿径向的密封路径与沿轴向的密封路径的比值在大于1至15的范围中。特别优选该比值在5至10的范围中。

在一种优选的实施方式中，这样选择迷宫式间隙的定向，使得迷宫式间隙具有一个或多个相对于轴在轴向上延伸的间隙区段和一个或多个相对于轴在径向上延伸的间隙区段。由此可实现阶梯形或曲折形的间隙图案，在此弯曲也额外增加流动阻力。在替换的实施方式中，迷宫式间隙并不严格地沿轴向或径向延伸，而是区段地或完全地相对于轴的轴线以0°和90°之间的角度延伸（在该装置的安装状态中）。在这种实施方式中，迷宫式间隙至少区段地构成各密封件之间的锥形空隙。

但特别优选迷宫式间隙构造有交替的径向和轴向延伸的间隙区段，因为由此可有利地将生产经济性与节省空间的结构方式结合起来。

根据本发明的装置的另一种优选的实施方式，至少一个第一密封件可借助形锁合或力锁合的连接器件固定在旋转活塞的一个端面上，并且至少一个第二密封件可借助形锁合或力锁合的连接器件固定在旋转活塞泵的壳体上。由此第一密封件构造为同步旋转的构件，而第二密封件构造为位置固定的构件。通过这种方式在第一和第二密封件之间延伸的迷宫式间隙或迷宫式间隙的一部分一方面由旋转构件并且另一方面由固定构件限定，因此间隙中的流体被剪切，这导致流体阻力和密封效果的进一步提高。另外，连接器件允许各个密封件的移除和更换。在磨损情况下可为了维护和维修目的更换密封件。另外，根据这种具有可固定的密封件的实施方式的并结合根据本发明的紧凑结构方式的装置可加装到传统旋转活塞泵中的轴向安装空间上，且无需特别改动旋转活塞泵的壳体和/泵室。

与延伸于各密封件之间的迷宫式间隙有关的另一优点在于，磨损仅出现在可更换的密封件上，而非如同在传统旋转活塞泵中那样出现在活塞面或者说端面上。

根据一种优选的实施方式，第一密封件构造为环形盘并且具有延伸超过旋转活塞基圆的外径。构造为环形盘的第一密封件的外径优选限定迷宫式间隙在活塞侧的起点。迷宫式间隙因此开始于旋转活塞基圆直径的区域中或者更外侧。

根据另一种优选的实施方式，第一密封件在一个端面上具有一个相对于轴沿轴向的突出部，该突出部用于支撑到轴密封装置上。作为替换方案，该装置具有第三密封件代替所述突出部，该第三密封件构造为间隔环并且用于支撑到轴密封装置上。迷宫式间隙特别优选在旋转活塞基圆直径的径向之外从旋转活塞的端面向轴密封装置的方向延伸，在此迷宫式间隙径向向轴的方向延伸。通过该密封路径（迷宫式间隙的路径）减小了密封构件和旋转活塞上、尤其是基圆区域中的流动磨损，因为与在没有迷宫式间隙的情况下流体通过短路流从压力侧向吸入侧所流过的路径相比，密封路径延长。

通过根据本发明构造的密封路径所产生的另一优点在于，通过根据本发明大致径向的迷宫式间隙从迷宫式间隙活塞侧的起点直至迷宫式间隙轴密封装置侧的终点形成压力降。因此，与传统的设置结构相比出现在轴密封装置上的压力减小，这提高了轴密封装置的使用寿命。该作用原理可应用于大多数的轴密封装置、尤其是盒式密封装置。

根据另一种优选的实施方式，第二密封件构造为外部保护板并且可固定在旋转活塞泵泵室的壁上。

进一步优选第二密封件具有一个空隙，该空隙的轮廓与第一密封件这样对应，使得第一密封件可部分地或完全地设置在该空隙中。以下述方式形成迷宫式间隙，即，第一密封件部分地或完全地在第二密封件或其空隙内延伸并且提供迷宫式间隙，其形状随第一密封件和第二密封件的造型和轮廓而变化。

进一步优选地，根据本发明的装置具有第四密封件，该第四密封件构造为内部保护板并且可与第一密封件相邻地设置在旋转活塞泵泵室的壁上，使得在第一密封件和第四密封件之间延伸有一个径向间隙区段。

进一步优选地，第四密封件具有这样的外径，即该外径大于第二密封件空隙的外径。特别优选地，第四密封件可覆盖地贴靠在第二密封件上。通过这种方式一方面迷宫式间隙向外封闭并且另一方面第四密封件可通过第二密封件例如夹紧地固定在旋转活塞泵的壳体上。

在本发明的另一种优选的实施方式中，第一密封件和/或第二密封件和/或第三密封件和/或第四密封件构造成旋转对称的并且可相对于彼此以及相对于轴同轴地设置。由此可以以高精度和合理的生产成本来实现密封件的安装、拆卸和制造。

在开头所提类型的旋转活塞泵中本发明以下述方式解决所述任务，即，所述旋转活塞泵具有根据上面所描述的优选实施方式之一的用于密封泵室的装置。

通过所述装置使泵室相对于无流体区域密封。旋转活塞泵优选被进一步构造，使得迷宫式间隙从旋转活塞的基圆直径区域中的旋转活塞端面延伸直至轴直径区域中的轴密封装置。

根据旋转活塞泵的另一种优选的实施方式，轴密封装置构造为盒式密封装置。

关于根据本发明的旋转活塞泵的其它优点参见上述有关密封装置的说明。

附图说明

下面参考附图借助优选的实施方式详细说明本发明。附图如下：

图1为根据本发明的旋转活塞泵的示意性侧视图；

图2为图1的旋转活塞泵沿A-A线的第一横截面图；

图3为图2的放大局部图；

图4为根据本发明的装置的第二种优选实施方式的细节图；

图5为根据本发明的装置的第三种优选实施方式的细节图。

具体实施方式

图1首先示出旋转活塞泵的基本结构。所示的旋转活塞泵1具有壳体3。在壳体3内设置一个泵室，在泵室内设置两个互相啮合的旋转活塞5。旋转活塞5分别具有基圆直径9和顶圆直径7。其中一个旋转活塞5的齿顶圆上的一个区段相应地在另一个旋转活塞5的基圆的一个区段上以通常已知的方式经过。在此，各旋转活塞5在泵室的壁和该旋转活塞5之间分别形成一个空腔，在所述空腔内流体被循环输送。各旋转活塞5分别支承在一个轴11上。在旋转活塞5的一个端面上分别设置多个密封件。根据图1，这分别是第一密封件13，其被构造为同步旋转的保护板环并且借助力锁合的连接器件（在当前为紧固螺钉15）固定在相应的旋转活塞5上。第一密封件13分别容纳在一个空隙17中。空隙17设置在第二密封件19中。在根据图1中的实施方式中，在一个唯一的第二密封件19中设置两个空隙17，分别用于容纳用于各旋转活塞5的第一密封件13。作为替换方案，也可在旋转活塞泵1的壳体3中设置两个分开的第二密封件19。但已证明有利的是安装仅一个第二密封件19，其同时容纳两个第一密封件13。第二密封件19在该实施例中构造为外部保护板并且借助力锁合的连接器件21（在当前同样为连接螺钉）以可逆地拆卸的方式与壳体3连接。

另外，在各轴11上分别设置第三密封件23。根据当前的实施方式，第三密封件23构造为间隔环。

图2示出沿图1的A-A线的横截面图。图1和2中所示的旋转活塞泵1具有根据本发明的用于密封旋转活塞泵1的泵室以防流体从泵室中流出的装置10。在壳体3内在旋转活塞5的端面上第一密封件13借助紧固器件15固定在旋转活塞5上。根据图1和图2的第一密封件13构造为环形盘，该环形盘沿轴向的厚度是指关于轴的旋转轴线2的厚度并且大致等同于第二密封件19的厚度。第二密封件19位置固定地与壳体3连接。容纳有第一密封件13的空隙17的直径略大于第一密封件13的外径，使得在第一密封件13和第二密封件19之间在安装布置中形成在当前实施例中轴向延伸的间隙或者说环形间隙。

除了第一密封件13和第二密封件19以及第三密封件23外，还设有第四密封件25。第四密封件25构造为内部保护板并且与壳体3和第二密封件19固定连接。在替换的实施例中，第四密封件类似于第二密封件19构造为具有两个空隙27的一个主体或构造为旋转对称的两个主体，例如以分别具有仅一个空隙27的环形盘的形式。空隙27用于容纳第三密封件23。空隙27的直径略大于第三密封件23的外径，从而在安装布置中在第四密封件25和第三密封件23之间延伸有轴向延伸的环形间隙。

第四密封件25的外径在所示实施例中大于第二密封件19的空隙17的直径，因而第四密封件25和第二密封件重叠地设置并且固定在壳体3上。由此可调节第一密封件13和第四密封件25之间的在轴向方向上的距离。由该距离产生沿径向延伸的环绕的间隙，该间隙在径向外部过渡到第一密封件13和第二密封件19之间的轴向间隙中并且在径向内部过渡到第四密封件25和第三密封件23之间的轴向间隙中。关于间隙构型参见后面的附图。

第三密封件23支撑在轴密封装置29上，该轴密封装置设置在壳体3和轴11之间。另外，在轴11上设置轴承31，该轴承以其外环直接嵌入壳体3中或替代地通过罐状支承装置（未示出）嵌入壳体中。根据图2，轴承31、轴密封装置29和第三密封件23借助轴螺母33由于滑键35的所在位置而被固定。作为替换方案，可相对于轴肩或类似物进行固定。轴螺母33设置在轴11的轴端37上。

图3以放大图示出根据本发明的迷宫式间隙的构型。迷宫式间隙以不同区段延伸于第一密封件13和第二密封件19之间、第一密封件13和第三密封件23之间以及第一密封件13和第四密封件25之间。在第一密封件13和第二密封件19之间形成第一间隙区段39。该间隙区段39（其大致轴向延伸）过渡到第一密封件和第四密封件25之间的大致径向的间隙区段41中。沿径向从进入间隙区段41到离开该间隙区段41的密封路径大于流体在经过轴向间隙区段39以及经过第三密封件23和第四密封件41之间的沿轴向的间隙区段43时必须经过的密封路径。径向密封区段41的构型——相对于轴11——开始于基圆直径区域中的径向外部、特别优选基圆直径的径向之外并且终止于轴密封部19的沿径向更靠近轴11方向的一侧。

图4示出图1至3的、与根据本发明的旋转活塞泵1组装在一起的根据本发明的装置10的一种替换实施方式。图4中所示的装置10'具有根据图1至3的实施方式的例子的第二密封件19和第四密封件25。与根据图1至3的实施方式不同，第一密封件和第三密封件构造为一个唯一的第一密封件13'。在第一密封件13'的限定迷宫式间隙的一侧上相对于于轴11在径向内部构造有朝向轴密封装置29方向的突出部。因此，在第一密封件13'和第四密封件25之间不仅形成径向间隙区段41而且形成内侧的轴向间隙区段43。严格来说，根据本实施例的第四密封件25也可被称为第三密封件，因为装置10'仅具有三个密封件。然而，为清楚起见仍保留该名称。

图5示出根据本发明的装置10″的第三种实施例，该装置嵌入根据本发明的旋转活塞泵1的壳体3中。和上述附图的实施方式一样，装置10″具有第二密封件19。第一密封件13″容纳在第二密封件19的空隙17内，由此在第二密封件19和第一密封件13″之间延伸有迷宫式间隙的大致轴向延伸的间隙区段39。迷宫式间隙的大致径向延伸的间隙区段41形成于第一密封件13″和轴密封装置29的壁45之间。因此轴密封装置29选择性地构造为“第四”密封件25'。

根据该实施例，第一密封件13″构造有突出部51，该突出部延伸到轴密封装置29的内部。优选地，第一密封件13″构造为盒式密封装置或类似物的组成部分。根据该实施例，第一密封件13″部分地集成到轴密封装置29中并且选择性地可与轴密封装置29一起被更换。类似地，轴密封装置29选择性地集成到装置10″中。通过这种方式，可在所有结构尺寸的旋转活塞泵1中通过更换迄今安装在那里的轴密封装置并且以根据图5所示的解决方案进行替换来加装装置10″。根据该实施方式，迷宫式间隙所形成的密封路径包括一个轴向区段（间隙区段39）和一个径向区段（间隙区段41）。

Claims (14)

1.一种用于尤其是在轴通过部的区域中相对于旋转活塞泵（1）的无流体区域密封旋转活塞泵（1）泵室的装置（10、10'、10″），包括两个或更多个密封件（13、13'、13″、19、23、25），所述密封件能够在旋转活塞泵（1）的泵室中与设置在轴（11）上的旋转活塞（5）的端面相邻地设置，使得在各密封件（13、13'、13″、19、23、25）之间延伸有迷宫式间隙，该迷宫式间隙用于相对于轴（11）沿径向和轴向延长密封路径，其特征在于，相对于轴（11）沿径向的密封路径大于相对于轴（11）沿轴向的密封路径。

2.根据权利要求1所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，所述迷宫式间隙具有一个或多个相对于轴在轴向上延伸的间隙区段（39、43）和一个或多个相对于轴在径向上延伸的间隙区段（41）。

3.根据权利要求1或2所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，至少一个第一密封件（13、13'、13″）能够借助形锁合或力锁合的连接器件（15）固定在旋转活塞（5）的端面上，并且至少一个第二密封件（19、25）能够借助形锁合或力锁合的连接器件（21）固定在旋转活塞泵（1）的壳体上。

4.根据上述权利要求之一所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，所述第一密封件（13、13'、13″）构造为环形盘，并且所述第一密封件的外径延伸超过旋转活塞（5）的基圆（9）。

5.根据权利要求4所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，所述第一密封件（13、13'、13″）在一个端面上具有相对于轴（11）沿轴向的突出部，该突出部用于支撑到轴密封装置（29）上。

6.根据权利要求1至4之一所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，设有第三密封件（23），所述第三密封件构造为间隔环并且用于支撑到轴密封装置（29）上。

7.根据上述权利要求之一所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，所述第二密封件（19）构造为外部保护板并且能够固定在旋转活塞泵（1）泵室的壁上。

8.根据权利要求7所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，所述第二密封件（19）具有空隙（17），该空隙的轮廓与所述第一密封件对应，使得所述第一密封件（13、13'、13″）能够部分地或完全地设置在所述空隙（17）内。

9.根据上述权利要求之一所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，设有第四密封件（25），所述第四密封件构造为内部保护板并且能够与所述第一密封件（13、13'、13″）相邻地固定在旋转活塞泵（1）泵室的壁上，使得在第一密封件（13、13'、13″）和第四密封件（25）之间延伸有径向的间隙区段。

10.根据权利要求9所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，所述第四密封件（25）的外径大于第二密封件（19）的空隙（17）的外径，并且所述第四密封件能够覆盖空隙（17）地贴靠在第二密封件（19）上。

11.根据上述权利要求之一所述的装置（10、10'、10″），其特征在于，所述第一密封件（13、13'、13″）和/或第二密封件（19）和/或第三密封件（23）和/或第四密封件（25）构造成旋转对称的并且能够相对于彼此以及相对于轴（11）同轴地设置。

12.一种用于输送流体、尤其是含有固体颗粒的液体的旋转活塞泵（1），包括壳体（3），该壳体具有泵室和至少一对彼此啮合的、设置在泵室内的旋转活塞（5），所述旋转活塞分别支承在一个轴（11）上，所述轴（11）从泵室延伸到旋转活塞泵（1）的无流体区域中，其特征在于，所述旋转活塞泵（1）具有根据权利要求1至10之一所述的用于密封泵室的装置（10、10'、10″）。

13.根据权利要求11所述的旋转活塞泵（1），其特征在于，迷宫式间隙从旋转活塞（5）的基圆直径区域中的旋转活塞（5）端面延伸直至轴直径区域中的轴密封装置。

14.根据权利要求12所述的旋转活塞泵（1），其特征在于，所述轴密封装置构造为盒式密封装置。

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