CN105531517A - 轴承隔离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制流体流动的隔离装置(1)，该隔离装置包括相对于壳体(2)固定的静止部件(5)和相对于轴(3)固定的转动部件(4)。所述静止部件和所述转动部件相对于彼此被轴向保持，并且设置环形密封件(6，7，8)。所述环形密封件包括与所述静止部件和所述转动部件均接触的第一位置以及与所述静止部件和所述转动部件其中之一或两者接触的第二位置。所述静止部件和所述转动部件的轮廓设置成在其之间产生流动路径并且该流动路径具有减缓通过其的流体的流动的至少一个特征。

Description

轴承隔离装置
技术领域
本发明涉及轴承保护装置及其在转动设备中的使用，尤其涉及防止流体或固体进入或排出空腔从而防止不当地损害设备寿命的装置。该装置通常还被称为轴承密封或轴承隔离装置。该转动密封的使用超出对转动设备中的轴承的保护的范围。因此，尽管下文被称为轴承隔离装置，应理解的是本发明使用的该术语可涉及更宽泛的使用范围。可以概括地使用术语隔离装置。
背景技术
隔离装置或轴承隔离装置通常被用于防止流体、固体和/或碎片进入轴承腔中，同时防止流体和/或固体从支撑体腔中排出。通常轴承隔离装置阻止水和灰尘颗粒进入轴承腔以及阻止脂或油从轴承腔中渗出。
存在两种通常使用类型的轴承保护装置，其分别是：排斥或迷宫轴承隔离装置和机械密封轴承隔离装置。在本申请中描述的发明涉及前者即迷宫轴承式设计，其包括转动部件和静止部件，两者具有逆相似的轮廓，从而能够装配在一起形成复杂的或曲折的路径。
已经得知的是，当轴承腔在使用时，轴承腔内部的温度升高至周围环境的温度以上。当这种情况发生时在轴承腔与环境之间形成压力差，因此在轴承腔中存在更高的压力。为了释放该压力可以使用静态截止装置，如在专利US20100219585A1中详细描述的。
可以使用更简单的O形密封圈与该发明的转动部件和静止部件接触，使得O形圈位于两个表面上从而当轴承未被使用时形成密封。当轴承被使用时O形圈动态地升高离开转动部件的接触表面从而形成可释放压力的路径。
参考专利WO2008155530A1和US3044787，其中描述了O形密封圈被保持在倾斜角度面上从而在动态操作中在两个表面之间形成微间隙。
以下方式是有利的，即，使用的所有轴承隔离装置能够在被组装时其形成单件，从而减少干涉、损坏或部件丢失的可能性。实现上述方式的方法包括但不限于使用簧环或聚四氟乙烯环以形成互锁部分。使用诸如簧环或聚四氟乙烯还的专门部件的方法往往较昂贵并且增加供应链的复杂性。还注意到聚四氟乙烯罩的公差对密封的性能具有影响，并且因为有簧环，有必要将其定位成相对静止。
参考专利WO2012075254，其中描述了包括能够互锁的定子和转子的迷宫式轴承保护装置。
发明内容
本发明涉及包括相对于壳体固定的静止部件和相对于轴固定的转动部件的装置，静止部件和转动部件相对于彼此被轴向保持，其中，将转子相对于定子相对彼此被轴向保持的手段是通过接触面，使得定子和转子之间的最小轴向距离是基本上恒定的，并且接触环形面被设计成最初磨损至这种程度，从而在定子和转子之间形成微间隙。使用优选环形的接触面能够利用各部件的接触使各部件对准从而保证各部件被准确定位。可以具有易损部分或尖端的接触表面保证了部件之间的准确对准，因为环形表面可以使用足够的力定位从而保证其处于适当位置，而不存在不对准或由于施力过大的危险。当装置随后被第一次操作时，表面或尖端被磨损掉并且形成间隙以允许各部件自由转动。该对准辅助在各部件以平行表面布置的情况下是尤其有利的，因为非平行定位的危险被降低。
具有易损表面的部件可以通过比与其接触的表面软的材料形成，从而保证其在转动时被磨损掉。或者，易损表面可以包括施加至部件部分的表面涂层，使得部件可以包括与在工作中通过磨损容易地除去的易损表面相同的材料。
更加优选地，接触环形面被设计成在初始阶段磨损至这种程度，从而在定子和转子之间形成微间隙。磨损表面一方面帮助形成内部间隙并且另一方面更好地防止流体和/或固体进入。
本发明可扩展至用于控制流体流动的隔离装置，其中，隔离装置包括相对于壳体固定的静止部件和相对于轴固定的转动部件，静止部件和转动部件相对于彼此被轴向保持，其中，提供环形密封件，该环形密封件具有与静止部件和转动部件均接触的第一部分以及与静止部件和转动部件两者或者其中一者接触的第二部分，其中，静止部件和转动部件的轮廓被构造成在其之间形成流动路径，并且该流动路径具有至少一个减缓通过其中的流体的流动的特征。使用减缓通过流动路径的流动的至少一个特征允许增加过滤机构以减小潜在的有害固体和/或流体通过系统进入的风险。流动路径可以包括弯曲部、角部、弧曲部、隔挡部、突出部、渐缩部、过滤器和/或其他诸如曲折形状的部件。
环形密封件从第一位置移动至第二位置的能力提供了压力释放系统，同时转动部件相对于静止部件旋转。
根据本发明设置的轴承隔离装置用于阻止静止件与旋转件之间的流体流动，其中该静止件在此指壳体，旋转件在此指轴，其中包含在密封静止部件，该密封静止部件在此指定子，该密封静止部件相对于壳体固定使其可作为第一密封件，还包含转动部件，在此指转子，该转动部件相对于轴固定使其可作为第二密封件，第三环形密封件在轴处于固定不动的情况下且在第二状态下可以与定子和转子均接触，而在轴运动时，其在与定子和转子两者或其中一者接触的非永久性状态下，还包括用于确保定子和转子彼此被轴向保持的机构，并且所述定子和转子的轮廓使得在其各自的轮廓之间形成曲折路径，从而帮助排斥或排出流体和/固体，定子和转子的轮廓具有的直径等于或小于与之相对布置的部件的轴向容纳直径。
有利地，第一部件的轮廓具有环形凹部并且另一部件的轮廓具有环形突出部，其中另一部件的突出部被接纳在第一部件的凹部内以形成流动路径的一部分。
优选地，突出部基本上位于第一部件的一个边缘处并且形成被接收在另一部件的相应的凹边缘内，从而形成悬置。
优选地，定子的最外部分的直径等于或小于转子的最大直径。更优选地，定子的最外部分的直径小于转子的最大直径。这种设计有助于增强密封的迷宫轮廓，从而降低潜在有害的流体和/或固体的速度并阻止其进入。静止部件的最外部分的轮廓具有定子与转子之间的单元化装置。静止部件的最外部分可以包括唇部并且转动部件可以包括相应的凹部。
优选地，定子的最外部分轮廓具有定子和转子之间的单元化装置。更优选地，单元化使得在安装过程中转子不会与定子发生干涉。这种单元化能够节省组装成本并且将丢失或损害部件的可能性降至最低。
优选地，转子的形成最大直径的轮廓使得紧邻的定子上的轮廓部分在其最低点处的直径较小。更加优选地，邻近的表面成角度以形成相对于迷宫的正常路径的偏斜面，使得通过迷宫进入的路径偏斜从而进一步降低有害流体和/或固体的速度并且提供自身自存的隔离。
优选地，将转子相对于定子轴向保持的手段是通过接触环形面使得所有的内部间隙均被设置成在安装时被设定。
优选地，通过一个或多个同心地突出的轮廓形成曲折路径。更有利地，多个突出轮廓直径上的同心度较低使得其可被称为是交错的。如此形成的轮廓形成更不易使流体和/或固体通过其进入的路径。
优选地，由干涉部分形成的曲折路径在轮廓中包括一个或多个环形槽。环形槽有助于阻止进入。
优选地，定子的最低重力点具有向内突出的空隙，从而能够除去进入的流体和/或固体。更加优选地，向内突出的空隙能够将已进入的流体和/或固体从位于环形密封件之前的所有内部空腔中排出。突出空隙或切口因此能够在流体和/或固体进入密封空腔之前将其除去。
优选地，第三密封件或环形O型圈位于转子上使得当轴转动时该O形圈被连续地驱动至升高的状态。更加优选地，O形圈处于小量的拉伸使其牢固地安置于转子和定子的密封面上。
附图说明
图1是根据本发明的轴承隔离装置的第一实施例的横截面图；
图2是图1的系统的一部分的放大视图；
图3是单元化特征的实施例；
图4是单元化特征的又一实施例；
图5是单元化特征的另一实施例；
图6是根据本发明的轴承隔离装置的第二实施例的横截面图；
图7是图6示出的实施例的更详细的视图；
图8是根据本发明的悬置的静止部件的另一实施例；
图9是根据本发明的轴承隔离装置的又一实施例的横截面视图；
图10是图9示出的实施例的更加详细的视图；
图11是根据本发明的曲折路径的不同实施例；
图12是根据本发明的曲折路径的又一实施例；
图13是根据本发明的轴承隔离装置的又一实施例的横截面视图；
图14是图13示出的密封环形件的实施例的更详细的视图；
图15是根据本发明的密封环形件的实施例；
图16是根据本发明的密封环形件的又一实施例；
图17是根据本发明的密封环形件的另一实施例；
图18是根据本发明的轴承隔离装置的下部的横截面视图；
图19是详细示出排放口的图18的下部的更详细的视图；和
图20是本发明的另一实施例的视图。
具体实施方式
下文将参考附图通过实例说明本发明。
参考图1，示出了轴承隔离装置1，该轴承隔离装置1被安装于孔2中且装在转动轴3上，孔2和转动轴3组成转动设备的单件。通常在孔2内包括轴承件但是在附图中未示出。轴承隔离装置1包括转动部件4、静止部件5、转动O形密封圈6、静止O形密封圈7和动态O形密封圈8。
参考图2，示出了转动部件4与静止部件5之间的互锁部分的放大视图，其中，转动部件4的最大直径9大于静止部件5的后直径10和前直径11，使得两部件之间不能形成水平直线，并且最大直径9邻近于两个倾斜环形面12和13从而在转动部件4和静止部件5之间形成迷宫路径。转动部件4中还包括倾斜面14使得该倾斜面14能够使转动部件4与静止部件5同心地对准并且减小最大直径9和后直径10之间的初始干涉，从而有助于转动部件4与静止部件5的组装。
参考图3，示出了转动部件15和静止部件16中包括的互锁部分的实施例的放大视图，转动部件15的最大直径17大于静止部件16的后直径18。在该设计的实施例中还设有前斜面19，该前斜面19减小与静止部件16的初始干涉并且与倾斜面20对准。
参考图4，示出了基本上与图3类似的互锁部分的实施例的放大视图，其中转动部件21和静止部件22定位成使得静止部件22实质地突出超过转动部件21的主体。
参考图5，示出了与图3类似的互锁部分的实施例的放大视图，其包括转动部件23和静止部件24，转动部件设置成包围静止部件24从而提供防止外部物体进入的进一步保护。
参考图6，示出了轴承隔离装置25的第二实施例的横截面视图，该轴承隔离装置25被装配至孔26并位于转动轴27上，该轴承隔离装置25包括转动部件28、主静止部件29、外悬件30、转动O形密封圈31、静止O形密封圈32和动态O形密封圈33。
参考图7，示出了图6中包括的外悬静止部件30的放大视图，该外悬静止部件利用压配合设置在静止部件29内，该压配合通过相应地位于主静止部件29和外悬静止部件30上的干涉面34和35保持。转动部件28的内部定位通过主静止部件29上的接触环形面36和转动部件28上的另一接触环形面37保持。
参考图8，示出了轴承隔离装置的实施例的横截面视图，其包括转动部件38和静止部件39，并且示出了静止部件39通过以下方式明显地悬置于转动部件38上，即，当转动部件38安装穿过静止部件39的相对侧时提供明显防止外部物体的进入的防护。
参考图9，示出了根据本发明的轴承隔离装置的实施例的横截面视图。
参考图10，示出了形成曲折路径的转动部件4和静止部件5的干涉轮廓的细节视图。转动部件4的曲折路径轮廓包括两个突出的环形轮廓40和41，两个环形槽42和43相应地定位这两个环形轮廓40和41附近，以用于进一步防止固体和/或液体进入，突出轮廓40和41位于两个空间空隙44和45中，该两个空间空隙44和45将为进入的固体和/或液体保留更大的容积，直到进入的固体和/或液体通过排放口(未示出)排出。在突出的环形轮廓40中还包括倾角面46，其有助于进入的液体和/或固体流动通过未示出的排放口。
参考图11，示出了包含在转动部件47和静止部件48中的曲折路径轮廓的实施例的横截面视图，在转动部件内包括用于阻止和保留流体和/或固体的两个环形槽49和50，其中主环形槽49明显更深从而容纳更多进入的固体和/或流体。
参考图12，示出了包含在转动部件51和静止部件52中的曲折路径轮廓的实施例的横截面视图，在转动部件内包括两个环形槽53和54，该两个环形槽53和54位于相同的水平面并且垂直于轴向延伸从而增加其容纳量。
参考图13，示出了轴承隔离装置的优选实施例的横截面视图。
参考图14，示出了位于转动部件4和静止部件5之间的动态O形密封圈8的细节视图，该动态O形密封圈8与转动密封面55和静止密封面56形成接触。在动态工作期间，该动态O形密封圈8被转动密封面55驱动使其升高从而释放由转动设备的工作引起产生的积聚压力。转动密封面55的直径与O形密封圈8相比具有预定的拉伸量。
参考图15、图16和图17，示出了相应地位于转动部件58和静止部件59之间的动态O形密封圈57的三个实施例。
参考图18，示出了根据本发明的轴承隔离装置的实施例的横截面视图。
参考图19，示出了位于轴承隔离装置的重力最低点处的排放口60的细节视图。其中，排放口60形成为从静止部件5中的材料去除部，使得流体和/或固体能够从如图10所示的空间空隙44和45中排放。
参考图20，示出了根据本发明的轴承隔离装置的实施例的横截面视图。在该横截面视图中能够看到包括轴60和孔61，并且包括本发明的实施例的组件62，该组件62包括转动件63、静止件64以及孔密封O形圈65、轴密封O形圈66和动态O形密封圈67。
该装置可以包括卡扣配合以保持静止部件和转动部件轴向对准。“卡扣配合”可以包括在其中静止部件和转动部件通过第三部件而保持为彼此相互轴向对准。或者，部件可通过包括凸出部的第一部分和包括接纳第一部分的突出部的槽或凹部的第二部分保持为轴向对准。突出部和槽相互配合从而将两个部分保持为恒定的轴线对准。

Claims (13)

1.一种装置，该装置包括相对于壳体固定的静止部件和相对于轴固定的转动部件，所述静止部件和所述转动部件相对于彼此被轴向保持，其中，轴向保持转子和定子的手段是借助于接触面，使得定子和转子之间的最小轴向距离基本上恒定，并且所述接触面被设计成最初磨损到这种程度以在所述定子和所述转子之间形成微间隙。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，设置环形密封件，所述环形密封件包括与所述静止部件和所述转动部件均接触的第一位置以及与所述静止部件和所述转动部件其中之一或两者接触的第二位置，其中，所述静止部件和所述转动部件的形状设置成在两者之间形成流动路径，并且其中，所述流动路径包括至少一个减缓通过其中的流体的流动的特征。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，第一部件的轮廓包括环形凹部，另一部件的轮廓包括环形突出部，并且其中，所述另一部件的突出部被接纳在所述第一部件的凹部内以形成所述流动路径的一部分。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述突出部基本上位于所述第一部件的一个边缘处并且形成唇部，该唇部被接纳在所述另一部件的相应的凹边缘内从而形成悬置。
5.根据权利要求2至4之一所述的装置，其中，所述转子轮廓的形成最大直径的部分使得紧邻的定子上的轮廓部分在其最低点处有较小的直径。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，邻近的轮廓部分成倾角度从而相对于迷宫的正常路径形成偏斜面。
7.根据权利要求2至6之一所述的装置，其中，所述流动路径通过一个或多个同心地突出的轮廓形成，或者，通过干涉部件形成的流动路径其轮廓中具有一个或多个环形槽。
8.根据权利要求2至7之一所述的装置，其中，定子的重力最低点包括向内突出的空隙，从而能将进入的流体和/或固体从隔离装置的内部空腔中排出，并且其中，所述向内突出的空隙能够将已进入的流体和/或固体从位于所述环形密封件之前的所有内部空腔中排出。
9.根据权利要求2至7之一所述的装置，其中，所述环形密封件呈圆环形并且位于所述转动部件上从而当所述转动部件转动时该环形密封件能够被驱动至升高的第二状态。
10.根据前述权利要求之一所述的装置，其中，所述接触面是环形接触面。
11.根据前述权利要求之一所述的装置，其中，具有所述接触面的部件包括涂层，该涂层能被磨损以形成微间隙。
12.根据前述权利要求之一所述的装置，其中，所述部件通过包括突出部的第一部分和包括接纳所述第一部分的突出部的槽的第二部分保持轴向对准。
13.根据前述权利要求之一所述的装置，其中，所述装置是用于控制流体流动的隔离装置。
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