CN104736903B - 密封装置 - Google Patents

Abstract

一种用于容器以在容器的侧壁中形成的孔中实现液密密封的密封装置，轴被插入到孔中。密封装置包括布置成在该孔的区域中接触轴的第一密封工具以及包括容纳体和弹性连接件的第二密封工具。第一密封工具包括多个密封环和容纳管，多个密封环布置成与轴同轴并接触轴，容纳管容纳密封环。容器的侧壁包括接合凸缘。封闭凸缘借助附接工具被连接至接合凸缘和容纳体的法兰端并安置成与容纳管和弹性连接件接触以将第一密封工具相对于轴保持在确定的轴向位置。

Description

密封装置

技术领域

本发明涉及一种用于轴或杆的密封装置，适于应用在适于容纳处于压力下的流体和/或处于运动状态的颗粒状材料的容器中。尤其，根据本发明的装置适于与轴或杆连接，该轴或杆是转动的或非转动的，并经受弯曲型、线性或扭转型复合应力。根据本发明的密封装置的一些应用是直径高达一米以上的大型轴，以便没有污垢进入相应的容器，并且将可能存在的加压流体保持在该容器之内；或者是用于船用发动机的轴，以防止水进入船体，因此减少施行维护的需求；或者是用于直接还原反应器的轴，以允许颗粒状材料在反应器之内移动，如此防止漏气。

背景技术

众所周知，例如在一些具有加压流体和/或处于运动状态的颗粒状材料的容器中，在一个或多个平面上使用横穿整个容器的、具有部分或完全旋转运动的轴或杆会诱发新的物理平衡条件，例如防止由该容器处理的颗粒状材料流的可能性中断。此外，该轴允许防止由材料柱的靠上部分施加在靠下部分上的数吨压力所导致的团块或桥状体的形成。

用于可能具有介于约400mm和1000mm以上之间的直径范围的轴的支撑装置通常对应于该轴的端部进行安置并被布置在容器之外。

与容器的侧壁中所形成的孔对应，并且为了允许该轴插入，同样众所周知的是，使用将该容器的内侧与外侧隔离并允许该轴转动且同时防止流体泄漏的密封装置，该密封装置还能够处于高温之下，例如处于由约800℃和约1000℃之间的温度组成的高温之下。

密封装置已知由多个环形件组成，环形件通常为5个或6个、具有方形截面并由人造纤维构成、彼此缠绕成辫状物并由诸如例如为连接凸缘的刚性元件压缩、位于轴和接合凸缘之间的环形基座中、与该容器稳固接触或者与在垂直平面上起作用的弹性元件连接。

这些已知装置的一个劣势在于：当由于内部高温而导致容器的侧壁膨胀而使轴相对于容器处于非居中位置时，这些已知装置不能保持它们自身与该轴同轴。侧壁的位移导致已知密封装置的非对称变形，密封装置在该轴的下半部分中受到过度压缩，而在上半部分中却能够产生出空间，气体能从该容器由此空间泄漏，实际上降低了密封装置的效力。鉴于这些问题，唯一的可能是压紧这种密封并随之减少密封时间。

从EP-A1-1186811、EP-A1-0052423、US-A-2624599和EP-A1-0970743得知，已知的密封装置配置成密封旋转轴所插入的孔。这些已知的密封装置能够补偿该轴的轴向移动或沿单一方向的径向运动(诸如垂直位移)。所有上述密封装置然而却未配置成在多方向轴位移的情况下保持孔处于密封状态，该多方向轴位移例如由轴向位移和两个径向位移、垂直和水平位移或横向位移限定。

本发明的目的是获得一种密封装置，在任意操作条件下，不管安装密封装置的轴所经受的弯曲量，也不管容器的接合凸缘和轴自身之间的相对运动，该密封装置都确保该轴所插入的容器孔的恰当密封，高效地响应上述运动。

申请人已经设计、测验并实施了本发明来克服目前工艺水平的缺点并获得这些和其它目的与优势。

发明内容

本发明在独立权利要求中详细解释并对特征进行了描述，而从属权利要求描述本发明的其它特性或主要发明主题的变型。

根据上述目的，根据本发明的密封装置适于在处于压力下的流体和/或处于运动状态的颗粒状材料的容器中使用，以在容器的侧壁中形成的孔中实现液密密封，轴以穿透并具有游隙的方式插入到所述孔中，该轴例如具有介于100mm和1200mm之间的横向尺寸。

该密封装置包括第一密封工具和第二密封工具，第一密封工具布置成在孔的区域中接触该轴并适于跟随该轴可能的轴向运动和弯曲运动，而同时还允许该轴相对于它们及侧壁的可能旋转，第二密封工具布置在孔中并具有固定至侧壁的第一部分和以密封方式连接于第一密封工具的第二部分，并适于允许第一密封工具和侧壁之间的相互运动。

因此，第二密封工具能够适应第一密封工具的可能的轴向运动和弯曲运动，第一密封工具又跟随该轴的对应运动，同时确保容器的内外之间的完全密封，该容器内侧可能同时具有高压和高温(例如，约800℃至1000℃)。

通过这种方式，轴和容器的侧壁的不同相互运动被限定根据本发明的装置的第一和第二密封工具隔离开并从液密密封的角度进行控制。

因此获得了优势，即，如果必要的话，例如如果容器的内腔中存在的材料的重量施重于轴，该轴相对于容器能够转动和弯曲。通过相同的方式，在容器内产生化学反应并达到800℃至1000℃的范围中的温度的应用中，其能够由于热效应而膨胀。这一切使得轴所穿过的每个孔的液密密封免于损害且使得密封装置免于经受由于轴相对于容器的运动造成的任何损害。

在优选的实施例中，第一密封工具包括容纳件，其能够例如为管，其限定所谓的筒状件(cartridge)并适于容纳与该轴同轴布置并接触该轴的多个密封环。

通过这种方式，密封环相对于轴保持在确定的轴向位置。

此外，根据本发明，第二密封工具包括容纳体及弹性连接件，容纳体至少部分地插入到围绕第一密封工具的孔中，弹性连接件插入到容纳体和容纳第一密封工具的元件之间。

优选地，弹性连接件具有连接至容纳体的第一端和与第一端相反的、连接至容纳件的第二端。

弹性连接件有利地允许吸收第一密封工具跟随轴的弯曲运动产生的弯曲运动却不将弯曲运动传递至容纳体。

根据本发明，配置了封闭凸缘并且其借助附接工具被连接至容器的侧壁的接合凸缘及容纳体的法兰端。该封闭凸缘安置成接触容纳件和弹性连接件，以便有利地将第一密封工具相对于轴保持在确定轴向位置。

根据本发明的另一特征，框架安置在容纳体的法兰端之外并与其同轴，并适于限制容纳体和封闭凸缘相对于容器的运动。

为在密封装置的密封上带来更大的安全性，在本发明的一种变型中，配置了第三密封工具，其与轴相关联并接触该轴，同时与第一密封工具协作，以在第一密封工具故障的情况下控制第一密封工具的功能和轴上的可能的液密密封。

根据本发明的另一特性，密封装置还包括第三密封工具，其布置成接触该轴并与第一密封工具协作。

第三密封工具具有控制密封环的功能的作用并且在密封环存在任意故障的情况下可能具有密封作用。

在优选的实施例中，第三密封工具至少包括环形腔，其在第一密封工具中所配置的压缩套管的内壁中形成并适于保持密封环的轴向压缩状态。

环形腔由压缩套管和所述轴限定并适于容纳处于压力下的流体。

在进一步的优选实施例中，第三密封工具至少包括密封环，其布置在压缩套管中形成的基座内侧并与环形腔连通。

与上述轴同轴并接触该轴的第三密封工具的密封环至少由布置在所述密封环外侧的可充气衬垫压缩在该轴上。

附图说明

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。其中：

-图1示意性示出了容器，根据本发明的一对密封装置安装在该容器中；

-图2为图1中的其中一个密封装置的局部截面的侧视图；

-图3为图2中的细节A的放大图；

-图4为图2中的装置的前视图；

-图5为图2中的装置的局部截面的平面图；

-图6为图3的变型；

-图7为图6的细节的前视图；

-图8为源自图7的Ⅶ-Ⅶ的截面；

-图9为图6的一部分的截面图。

具体实施方式

参照图1，示出了安装在容器12上的一对密封装置10。

具体地，两个密封装置10适于在位于相反侧的、于容器12的侧壁18中形成的对应的孔14中获得液密密封。轴11以穿透并具有游隙的方式插入到孔14中，轴11的端部由容器12外侧的固定支架13进行支撑。轴11(甚至重达数十吨的分布载荷可能施重于其上)可能还需要相对于纵轴Z转动。除在该轴上施重的颗粒状材料之外，还可能在该容器中存在同样高达8/9bar的加压流体，并且该加压流体能够达到非常高的温度(同样为800℃至1000℃)。

考虑到所有这些可能的可变因素，每个密封装置10必须因此能够同时允许轴11弯曲运动和旋转运动，而同时仍保证液密密封。

在所讨论的情况下(图2)，每个密封装置10几乎完全插入到由套筒16限定的外罩室15之内，套筒16对应于孔14离开容器12的侧壁18并在一端上配置有接合凸缘17。

密封装置10包括多个全部彼此同轴并与轴11同轴的环形件，并借助大致圆柱形的容纳体22的法兰端23附接至容器12。

在该操作位置，容纳体22的圆柱形部分被插入到外罩基座15中，而法兰端23被附接至接合凸缘17。

第一密封工具以位于容纳体22之内并与轴11接触的方式安置，其由密封单元24(图2和图3)限定，第一密封工具包括多个密封环25(例如，六个)，密封环由间隔件26隔离成两组并由第一导套27和第二导套28固定就位，第一导套27布置成与最靠近容器12的密封环25的自由侧接触，第二导套28布置成与最靠近支架13的密封环25的自由侧接触。

也被称为筒状件32并具有大致圆柱管状形状的管安置在密封环25之外，并在第一端具有内肩33且在与第一端相反的第二端具有凹陷部35，内肩33适于连接第一导套27的对应肩部34，凹陷部35适于连接封闭凸缘37的对应外肩36。

压缩套管38与第二导套28协作，以将后者轴向推向密封环25，由于压缩和它们自身的弹性，同时由于第一导套27与筒状件32的联接效果，这样做使得密封环25变形并保证轴11上的不透气密封。

密封环25如此便于允许轴11绕着纵轴Z旋转，而不使这种运动传递至导套27、28或者传递至筒状件32。

密封单元24的上述实施例迫使密封环25与轴11持续保持稳固接触，还使得密封环25总是处于和轴11同轴的位置，甚至是当轴11在起作用期间沿着纵轴Z弯曲的时候。

弯曲在图2中由角度α表示，其能够具有约1°的幅度。

弹性连接件43安置在容纳体22的内侧与筒状件32的外侧，其具有连接至容纳体22的一端和连接至筒状件32的相反端，并且通过封闭凸缘37得以被轴向固定就位。由于弹性连接件43在其端部受到限制却能在其中央部分变形，故其用作密封单元24和容纳体22之间的挠性接头。

通过这种方式，轴11的弯曲及因此产生的密封单元24的弯曲并不会传递至容纳体22，这是因为弹性连接体43仅能够在一端弯曲，即在连接至筒状件32的一端弯曲，而保持连接至容纳体22的一端固定。因此，即便轴11弯曲，密封单元24相对于轴11仍保持处于其自身的位置，并且同时，容纳体22相对于容器12的接合凸缘17仍保持处于其自身的位置。

在所讨论的情况下例如通过焊接实现的弹性连接件43与容纳体22的连接以及使用两个衬垫44的弹性连接件43与筒状件32的联接都是液密的，以便弹性连接件43和容纳体22用作阻止气体从容器12的孔14泄漏的第二密封工具。

封闭凸缘37(图4)由两个半盘形件构成，在这种情况下为上半盘形件45和下半盘形件46，它们在横向上都是细长形的、相对于轴11对称并沿着中心线彼此连接。正如此后详细描述的，附接工具配置成将封闭凸缘37连接至接合凸缘17和法兰端23。在这种情况下，两个上长螺栓47(图4和图5)将上半盘形件45连接至接合凸缘17和容纳体22的法兰端23，而两个下长螺栓48以具有游隙的方式将下半盘形件46连接至接合凸缘17和容纳体22的法兰端23。

例如具有平面形或圆环形的框架52安置在容纳体22的法兰端23和接合凸缘17的外侧，并且与这两者都是同轴的。参照图4，两个第一腔53相对于轴11在相反侧于框架52中垂直地形成并彼此对齐，限定与轴11的纵轴Z正交的第一横轴X。第一腔53适于沿着第一横轴X以具有游隙的方式容纳两个从外侧结合到法兰端23中的销54。

两个第二腔55于框架52中相对于轴11在相反侧水平地形成并相对于彼此对齐以限定第二横轴Y，第二横轴Y同时垂直于第一横轴X和轴11的纵轴Z。各第二腔55均适于容纳枢转件56，枢转件56通过将布置在上半盘形件45和下半盘形件46的横向端部处的两个突出部分接合而获得。

轴承57用作支撑件来支撑每个枢转件56，以便封闭凸缘37能够围绕第二横轴Y旋转，尽管仅仅是小幅度旋转，这归因于下长螺栓48与下半盘形件46的上述具有游隙的联接方式，从而在生产期间跟随轴11的弯曲并允许密封单元24与轴11保持同轴。

容器12的热膨胀能够引起接合凸缘17沿着第一横轴X和/或沿着第二横轴Y的运动，并因此引起密封装置10沿上述轴的运动。同密封单元24稳固接触的封闭凸缘37相对于同容器12的侧壁18稳固接触的接合凸缘17和容纳体22的法兰端23的相对运动，由销54与框架52的第一腔53的连接以及枢转件56与框架52的第一腔55的连接使其成为可能，其中，销54与框架52的第一腔53的连接用作沿着轴X的约束元件，枢转件56与框架52的第一腔55的连接用作沿着轴Y的约束元件。为实现这些运动，长螺栓47和48配备有球形末端并设置在直径大于长螺栓47和48的直径的各自的孔中，如此实现这些运动倾向。

密封装置10沿着轴11的纵轴Z的运动通过长螺栓47和48得以固定住，这种运动是由于容器12内的压力并将引起弹性连接件43的延长以及随之产生的断裂。

通过这种方式，封闭凸缘37相对于接合凸缘17的合成运动由第一横轴X和第二横轴Y所限定的平面上的平面运动以及围绕第二横轴Y的旋转组成。

为方便密封装置10的维护，在本发明的实施例的一种结构中，框架52可由两部分或更多部分组成，与第二腔55相应地彼此连接。

在本发明的密封装置10的一种变型(图6)中，配置了第三密封工具60，其具有控制密封环25的功能的作用并在密封环25存在任意故障的情况下可能具有密封功能。

第三密封工具60包括环形腔61，环形腔61在压缩套管38的内壁中形成并由压缩套管38的内壁和轴11限定，例如惰性气体的流体以相较于容器12的内室19中存在的气体更大的压力被吹入到环形腔61中，以充当气动障碍来阻止内室19中的气体的任意泄漏。测量工具63配置在环形腔61内以监测环形腔61中所容纳的流体的流量并因此允许识别可能的泄漏和密封单元24或第三密封工具60的故障。

在压缩套管38的后面部分中，还存在基座62，其与环形腔61连通并适于容纳一个或多个密封环64，密封环64与轴11接触并借助由布置在密封环64外的可充气衬垫65所施加的作用力而被挤紧在轴11上。

附接至压缩套管38的盖罩66在背部封闭基座62并同时实现了环形腔61的密封。

图9示出了具有开环结构类型的可充气衬垫65的横截面和圆周截面，该圆周截面被限制于可充气衬垫65的靠近其两个端部65a的部分。

该开环结构类型允许在操作期间容易地替代可充气衬垫65，例如在可充气衬垫65压力损失的情况下，仅仅需要拆卸盖罩66而无需移除任意其它元件，诸如支架13或其移除可能意味着工厂停工的其它构件。

在所公开的实施例中，可充气衬垫65的端部65a配置成便于提供在密封环64的整个圆周上全部相同的压力分布。在这种情况下，端部65a在密封衬垫65的内侧制造地比较厚，以便在密封环64上保持足够的压力。

密封环64(图7和图8)均配置有自密封接头，其包括容纳在于每个密封环64的相反侧上横向形成的一对槽68内的一对小板67以及在圆周上密封该接头的三个弹性挡块69。

应当明确，可如此前所述对密封装置10进行修改和/或添加零件，而不偏离本发明的领域和范围。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现密封装置10的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

Claims (11)

1.密封装置，用于适于容纳处于压力下的流体和/或处于运动状态的颗粒状材料的容器(12)，以在所述容器(12)的侧壁(18)中所形成的孔(14)中实现液密密封，轴(11)以穿透并具有游隙的方式插入到所述孔(14)中，所述密封装置包括：

-第一密封工具(24)，布置成在所述孔(14)的区域中与所述轴(11)接触并配置成跟随所述轴(11)的轴向运动和弯曲运动，而同时仍允许所述轴(11)相对于所述第一密封工具(24)及所述侧壁(18)的旋转，

-第二密封工具，至少包括容纳体(22)和弹性连接件(43)并且布置在所述孔(14)中，所述容纳体(22)固定至所述侧壁(18)且所述弹性连接件(43)以密封方式连接于所述第一密封工具(24)以允许所述第一密封工具(24)和所述侧壁(18)相互运动，

其中，所述第一密封工具(24)包括多个第一密封环(25)和容纳管(32)，所述多个第一密封环(25)布置成与所述轴(11)同轴并接触所述轴(11)，所述容纳管(32)容纳所述第一密封环(25)并将所述第一密封环(25)相对于所述轴(11)限制在确定的轴向位置，

并且，其中所述容器(12)的所述侧壁(18)包括接合凸缘(17)，

其特征在于，

封闭凸缘(37)借助附接工具(47,48)而被连接至所述接合凸缘(17)和所述容纳体(22)的法兰端(23)，并被安置成与所述容纳管(32)和所述弹性连接件(43)接触而保持所述第一密封工具(24)相对于所述轴(11)处于确定的轴向位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述容纳体(22)被至少部分地插入到所述孔(14)中并适于容纳所述第一密封工具(24)，并且所述弹性连接件(43)介于所述第一密封工具(24)和所述容纳体(22)之间并适于将所述第一密封工具(24)连接至所述容纳体(22)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述弹性连接件(43)具有连接至所述容纳体(22)的第一端和与所述第一端相反、连接至所述容纳管(32)的第二端。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置包括框架(52)，所述框架(52)安置在所述容纳体(22)的所述法兰端(23)外侧并与之同轴，第一约束元件(53，54)与所述框架(52)和所述法兰端(23)关联以允许所述容纳体(22)相对于所述容器(12)仅沿着正交于所述轴(11)的纵轴(Z)的第一横轴(X)运动。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一约束元件至少包括第一腔(53)，所述第一腔(53)在所述框架(52)中形成并适于以具有游隙的方式容纳整合到所述容纳体(22)的所述法兰端(23)上的销(54)。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，第二约束元件(55，56)与所述框架(52)和所述封闭凸缘(37)相关联以允许所述容纳体(22)相对于所述容器(12)仅沿着同时正交于第一横轴(X)和所述轴(11)的所述纵轴(Z)的第二横轴(Y)运动。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述封闭凸缘(37)包括至少两个枢转件(56)，所述枢转件(56)安置在相反侧并沿着所述第二横轴(Y)对齐且适于在所述框架(52)的第二腔(55)中枢转，支撑件(57)设置在所述第二腔(55)中以支撑所述枢转件(56)并允许所述封闭凸缘(37)围绕着所述第二横轴(Y)摆动。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三密封工具(60)，所述第三密封工具(60)布置成与所述轴(11)接触并与所述第一密封工具(24)协作。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一密封工具(24)包括压缩套管(38)，所述压缩套管(38)至少部分地容纳在所述容纳管(32)之内并适于保持所述第一密封环(25)被轴向压缩。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一密封工具(24)包括压缩套管(38)，所述压缩套管(38)至少部分地容纳在所述容纳管(32)之内并适于保持所述第一密封环(25)被轴向压缩,并且所述第三密封工具(60)至少包括环形腔(61)，所述环形腔(61)在所述压缩套管(38)的内壁中形成并由所述内壁和所述轴(11)限定，所述环形腔(61)适于容纳处于压力下的流体。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第三密封工具(60)包括至少一个第二密封环(64)，所述第二密封环(64)布置在所述压缩套管(38)中形成的基座(62)之内并与所述环形腔(61)连通，与所述轴(11)同轴并接触所述轴(11)，所述至少一个第二密封环(64)至少由布置在所述第二密封环(64)外侧的可充气衬垫(65)压缩在所述轴(11)上。