CN106246921B - 用于相对于液态介质密封壳体与构件之间腔室的密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使壳体(104)和构件(106)之间的腔室(102)对液态介质(108)密封的密封装置(100‑1；100‑2；100‑3)。密封装置(100‑1；100‑2；100‑3)包括能够与壳体(104)固定连接的带有至少沿径向能够移动的密封唇(112)的密封元件(110)。密封唇(112)与径向成角度地布置。密封装置(100‑1；100‑2；100‑3)还包括与密封唇(112)贴靠的支承元件(114)。在此，液态介质(108)施加至密封唇(112)上的压力能够沿径向传递至支承元件(114)上。

Description

用于相对于液态介质密封壳体与构件之间腔室的密封装置
技术领域
当前的实施例涉及密封装置的领域，尤其涉及这种用于相对于液态介质密封壳体与构件之间腔室的密封装置。
背景技术
在许多技术领域中使用密封系统来保护构件或组件例如免受污染或腐蚀。因此，多种密封系统可应用在水下发电站的领域中。密封件(Dichtungen)在此在许多情形中被用于能够旋转的或能够偏转的部件，以保护处于其中的组件。但是，通过液态介质而存在的压力能够将大的力施加至密封件上以及施加到与这些密封件贴靠的滑动面上，因此在短时内在这些组件处产生相互磨损，并且从而会损坏密封效果。在此，更换组件在某些情况下可能是繁琐的或成本较高的，或者也许不是随时能实施的。在水下用途中也可能存在密封系统经受高的压力的情况，并因此会加速地发生磨损。
因此所希望的是，建立一种改善用于密封液态介质的密封装置的可靠性的方案。
按照独立权利要求所述的密封装置满足了这些要求。
按照第一方面，所述实施例涉及用于使壳体和构件之间的腔室对液态介质密封的密封装置。该密封装置包括可与壳体固定连接的带有至少沿径向可移动的密封唇的密封元件(Dichtungselement)。该密封唇与径向成角度地布置。密封装置还包括与密封唇贴靠的支承元件。在此，液态介质施加至密封唇上的压力能够沿径向传递至支承元件上。由此能够削弱由介质压力导致的密封唇在该构件的配合工作面上的压紧力，并且因而可减少密封唇的摩擦亦或阻止密封唇沿轴向可能发生的压通(Durchdrücken)。这也能够减少在配合工作面处的磨损。因此可很少进行维修过程，并降低了成本。
在一些实施例中，支承元件相比密封元件具有较高的刚性。这可增强反向于压紧力地集中在密封唇上的辅助反作用力，并且在此使密封效果得以保持。
在一些实施例中，支承元件与壳体一体式地设计。由此在某些情况下能够简化制造工艺。
在一些实施例中，支承元件径向朝着密封元件的对称轴线方向延伸的程度少于密封唇。由此能够实现密封唇在配合工作面上更加可靠的连接和因而改善的密封效果。
在一些实施例中，所述密封装置还包括在支承元件的背离密封元件的那侧上的另一个密封装置。在此，所述另外的密封装置和密封元件限定了容积的边界。所述容积能够借助用于排出处于所述容积中的介质的孔来够及(或者说接触)。由此，密封装置能够形成用于可能的泄漏的收集室，从而在侵入穿过所述密封元件的泄漏到达待密封的腔室并且能够在该处损坏其它组件之前，能够确定或排除该泄漏。
在一些实施例中，所述孔延伸穿过支承元件和/或壳体。由此能够连接设在径向外部的和因而更易够及的泄漏储槽，通过该泄漏储槽能够将泄漏液体再次提供给所述介质。
在一些实施例中，所述另外的密封装置包括带有第一密封本体的第一密封件以及带有第二密封本体的第二密封件。在此，第一密封本体的轴向尺寸和第二密封本体的轴向尺寸彼此不同和/或不同于密封元件的本体结构的轴向尺寸。这可允许操作者将第一密封件、第二密封件或密封元件在其位置中这样彼此交换，使得其密封唇在交换之后贴靠在配合工作面的相应位置处，该位置不同于在交换之前的位置。由此可使配合工作面处的磨损进行位置转移，并因此可能延迟维修过程。
在一些实施例中，所述另外的密封装置包括第一密封件和第二密封件。第一密封件具有第一密封唇，并且第二密封件具有第二密封唇。在此，第一和第二密封唇沿轴向彼此指向相反方向。由此能够提供对介质以及还有对可能处于待密封的腔室中的润滑剂的密封效果。从而必要时能够避免润滑剂的不期望的溢出。
在一些实施方式中，壳体具有径向延伸的支承面，该支承面带有用于与所述另外的密封装置形成摩擦配合式连接的后切口部(Hinterschneidung)。由此能够实现改善的对密封件的固持，并且可避免由不期望的滑动造成的功能故障。
一些实施例涉及涡轮机轮毂。涡轮机轮毂包括用于使涡轮机叶片能够相对于涡轮机轮毂偏转地支承的轴。涡轮机轮毂还包括先前提到的密封装置。在此，密封装置的密封元件在所述轴处借助密封唇来密封。这能够例如允许所述密封装置应用在水下发电站的领域中。
附图说明
其它有利的扩展设计在下文借助附图中所示实施例来具体描述，但是并不限于这些实施例。具体示出了：
图1是按照一个实施例的密封装置的横截面；
图2是按照一个实施例、处于装入状态的密封装置的横截面；以及
图3是按照另一个实施例、处于装入状态的密封装置的横截面。
具体实施方式
在附图的下文描述中，相同的附图标记描述相同的或者相似的组件。此外对在实施例或者在附图中多次出现的、但是鉴于一个或多个特征而被共同描述的组件和对象，使用了概括性的附图标记。用相同或者概括性的附图标记所描述的组分或者对象能够关于单个、几个或者所有特征(例如其尺寸)相同地但是也可能不同地设计，只要不从说明书中明确或者隐含地得出另外的说明。
图1示出了用于使壳体104和构件106之间的腔室102对液态介质108密封的密封装置100-1的实施例。密封装置100-1包括能够与壳体104固定连接的带有至少沿径向能够移动的密封唇112的密封元件110。密封唇112与径向成角度地布置。密封装置100-1还包括与密封唇112贴靠的支承元件114。在此，从液态介质108施加至密封唇112的压力能够沿径向传递至支承元件114上。
在此，该径向垂直于从介质108指向腔室102的轴向。密封元件110或支承元件114在此能够关于轴向旋转对称，或者换而言之环形地构造。在另一个实施例中，密封件能够线性地沿着垂直于轴向布置的腔室方向延伸。由此，术语“轴向”例如也可涉及三维的笛卡尔坐标系的x轴线，并且术语“径向”可涉及y轴线或z轴线。
密封装置100-1可设计成能够提供更高的抗压性(例如从10bar起)，并且在此借助易弯的或弹性的密封唇112来修正或避免可能的倾斜位置。也可能的是，密封装置100-1在构件的旋转式布置结构和最大10bar的压力的情况下使用，例如水力发电站、矿山设备或随道钻机。支承元件114能够促使密封元件110保持在其位置处，并且借助密封唇112促使静态密封被改善，该密封唇112可跟随配合工作面在构件106处的可能移动而移动。在此，在某些情况下可避免使用集成在密封唇112中的环形弹簧，该环形弹簧可通过适配槽也或者配合工作面(例如轴)的损坏而引起密封唇112的弱化。通过所述密封唇112相对于径向所形成的角度，能够实现，介质的压力将密封唇112压在构件106上。这可与集成的环形弹簧的作用相类似。所述角度在这里所示的实施例中为约40°至50°，但是也能够有上、下偏差。
密封元件110可包括弹性体。同样，密封元件110可包括聚氨酯(例如S-Ecopur)。任选地，这可具有被材料结构所包括的固体润滑剂。由此可减少密封元件110在运行或磨损期间的摩擦，并且能够取消由例如油脂或油带来的另外的润滑。在与例如橡胶材料相比升高的刚性的情况下，这样的自润滑功能或保留的柔性在此可有利于在水下的可应用性。
在一些实施例中，支承元件114可具有比密封元件110更高的刚性。例如，支承元件114可具有金属材料。由此可限制空间的间隙，并且可避免可能的挤压或变形。在可能的更换密封元件110之后，支承元件114可再次使用。
在一些实施例中，支承元件114径向朝着密封元件110的对称轴线方向延伸的程度少于密封唇。所述对称轴线在一个实施例中涉及设计成环形的密封元件100。在另一个实施例中，支承元件114径向朝着密封唇110的配合工作面方向延伸的程度少于密封唇110。由此能够实现密封唇110在配合工作面上更加可靠的连接以及进而实现更好的密封效果。
图2示出了密封装置100-2的另一个实施例。在此不再次描述与在图1中所述组件一致的组件。而是仅论及不同处。密封装置100-2还包括在支承元件114的背离密封元件110的那侧上的另外的密封装置116。在此，所述另外的密封装置116和密封元件110限定容积118的边界。所述容积118可借助用于排出处于所述容积118中的介质的孔120而够及。因此，用容积118可构成在例如泄漏水到达腔室102之前可将泄漏水捕集在其中的间隙。侵入的介质可借助孔120从容积118中排出，或借助湿度传感器或压力传感器检测。由此可在介质侵入到腔室102中之前必要时进行维修或排除泄漏。例如，孔120可通入到泄漏储槽中，泄漏液体经过该泄漏储槽可再次提供给介质。孔120在图2中延伸穿过构件106，但是可在另一个实施例中(该实施例在下文还要加以阐释)也延伸穿过支承元件114和/或壳体104。
在一些实施例中，所述另外的密封装置116包括带有第一密封本体124的第一密封件122以及带有第二密封本体128的第二密封件126。在此，第一密封本体124的轴向尺寸和第二密封本体128的轴向尺寸彼此不同和/或不同于密封元件110的本体结构130的轴向尺寸。在图2中，例如第一密封本体124的轴向尺寸大于第二密封本体128的轴向尺寸，并且第二密封本体128的轴向尺寸等于密封元件110的本体结构130的轴向尺寸。这可允许操作者将第一密封件122、第二密封件126或密封元件110在其位置中这样彼此交换，使得第一密封件122的第一密封唇132和第二密封件126的第二密封唇134在交换之后贴靠在配合工作面的相应位置处，该位置不同于交换之前的位置。换言之，交换之后的位置可以直到交换时刻都既不与第一密封唇132形成接触也不与第二密封唇134形成接触，并且交换之前的位置从交换时刻起就既不与第一密封唇132也不与第二密封唇134形成接触。由此可使在配合工作面处的磨损进行位置转移，并且由此可能延迟维修过程。例如，在从介质108为出发点的轴向上依次布置密封元件110、第二密封件122和第一密封件126。在交换之后，在介质108处开始的新次序可例如是第一密封件122、密封元件110和第二密封件126。在带有多于两个的密封件或密封元件110的另一个实施例中，两个密封件的相互交换可导致所述装置的多于两个或甚至所有的密封唇的位置改变。
在另一个实施例中可以只是第一密封唇132距第一密封件122的径向延伸的端面的间隔不同于第二密封唇134距第二密封件126的径向延伸的端面的间隔。由此，第一密封件122与第二密封件126的交换可造成第一密封唇132和第二密封唇134的位置改变，但是另一个密封唇的位置可能被保留。
第一密封件122还具有第一密封唇132，并且第二密封件126具有第二密封唇134。在此，第一密封唇132和第二密封唇134沿轴向彼此背离地相反指向。由此可以达到，第二密封唇134实现对可能侵入的介质的密封作用，并且第一密封唇132实现对可能处于待密封的腔室102中的润滑剂的密封作用。介质108和润滑剂的各自压力的力作用在图2中表示为箭头，并且可导致第一密封唇132或第二密封唇134的压紧力与压力成比例地升高。从而必要时能够避免润滑剂向介质108的不期望的溢出和由此可能造成的环境负担。
密封装置100-2还包括带有后切口部138的盖板136。盖板136能够借助诸如螺栓的紧固件140与壳体104可逆地连接。在连接之后，能够通过后切口部138建立密封元件110与壳体104的传力式(摩擦配合式)连接。在此，为了实现传力式连接(压合配)，后切口部138的外半径可稍微大于本体结构130的内半径。在此，术语“外”和“内”可基于轴向延伸的作为虚线绘出的中轴线。所述中轴线可平行于轴向，或与轴向重合。
在图2中，壳体104另外具有径向延伸的支承面142，该支承面带有用于与所述另外的密封装置116形成传力式连接的后切口部144。由此能够实现改善的对密封装置116的保持，并且可避免由不期望的滑动造成的故障。在例如第一密封件122或密封元件110与壳体之间的传力式连接在此可如所述那样沿径向起作用，亦或沿轴向在盖板136和支承面142之间起作用。
图3示出了密封装置100-3的另一个实施例。不同于图2，所述另外的密封装置116在此具有另外的密封件146-1；146-2。这些密封件设计成与密封元件110结构相同，但是还可关于所使用的材料或轴向尺寸存在区别。在第一、第二和另外的密封件122；126；146-1；146-2之间分别置入另外的支承元件148-1；148-2；148-3。在此，另外的支承元件148-2；148-3与支承元件114结构相同。例如，所述另外的支承元件148-1与壳体104一体式地设计。在一些实施例中，支承元件114同样可与壳体一体式地设计。此外，通过密封件122；126；146-1；146-2分别形成了位于这些密封件之间的额外的容积150-1；150-2；150-3。第一密封件122可独立于其它密封件126；146-1；146-2地卡夹，从而能够避免例如通过制造公差所造成的轴向失配的累加。第一密封件122可实现腔室102的缩小和进而处于其中的润滑剂量的减少，并可使润滑剂留在腔室102中。
第二密封件126的第二密封本体128在此具有比另外的密封件146-1；146-2或密封元件110的本体结构130更大的轴向尺寸。在维修或密封件更换时，例如可将密封元件110与第二密封件126交换。由此，密封装置100-3可相对于构件106沿腔室102的方向移动(例如几个mm)。由此可使在各密封件的密封唇和构件106的配合工作面之间的接触面移动，或者换言之，配合工作面的还未被使用的区段可充当用于密封唇的新的滑动面。从而可使配合工作面的运行时间增加，例如加倍。
密封装置100-3呈模块化设计，并且密封件110；122；126；146-1；146-2分别被支承元件114；148-1；148-2；148-3支承，该支承元件可削弱或阻碍变形或摩擦。密封件110；122；126；146-1；146-2由盖板136或结构相同的装配在背离盖板136侧上的另一盖板152通过轴向夹紧而紧固在它们的位置上。后切口部138是这样倾斜的，使得密封元件110在此压在壳体上。即使在使用节段化的盖板136；152时，这也能够导致改善的对密封装置100-3的固持。额外地，密封件110；122；126；146-1；146-2分别通过密封材料的预紧(在密封唇和配合工作面之间的相互作用)而压在构件106上。在此，仅可受限地产生摩擦或磨损。支承元件114；148-1；148-2；148-3可分别任选地具有后切口部或突起156-1；156-2；156-3，该突起可与密封装置100-3的中轴线平行或倾斜地延伸。与后切口部138类似地，突起156-1；156-2；156-3可用于与邻接的密封件通过沿径向卡夹而形成摩擦配合式连接。这样所卡夹的邻接的密封件可不同于其密封唇与支承元件114；148-1；148-2；148-3邻接的密封件。
在运行期间，密封装置100-3可在水下更换，从而经由水而使密封元件110经受压力。密封唇112在此压在配合工作面上，由此可增大压紧力或摩擦力。经此可在密封唇112处产生以粉屑形式的磨损。单位时间的磨损的程度可取决于压力。额外地，密封元件110可与水中侵蚀性或磨蚀性颗粒(沙子、悬浮物等)发生接触。这会损坏密封唇112，从而水可侵入到容积118中。经由孔120可将诸如湿度传感器或压力传感器的传感器连接在容积118上，该传感器在此可显示密封元件110的密封作用的失效。在此，孔120延伸穿过支承元件114和壳体104。
从该点起，密封元件110可以不再被施加以压力，但是可另外用作过滤器，该过滤器可阻挡磨蚀性颗粒另外的侵入。接着，另外的密封件146-2可被置于压力下，挡住水并且因而开始闭合。因为此外通过密封元件110将水中的颗粒阻挡在容积118外，所以另外的密封件146-2在某些情况下可保持地比密封元件110更久。在运行速度降低的情况下甚至还可提高所述另外的密封件146-2的寿命。但是如果产生磨损，或失去所设立的作用，则水可侵入到另外的容积150-1中。通过所述另外的孔154，所述侵入可借助另外的湿度传感器或压力传感器检测。由此可确定另外的密封件146-2何时失效。相应地，可在另外的密封件146-1失效时，通过第二密封件126阻止水侵入到腔室102中。同样，这里也可借助传感器测量水的另外的侵入，从而操作者可更好地计划密封件的更换。通过额外的支承元件或密封件，可以按需任意地扩展该密封装置100-3。
任选地，可通过额外的孔154-1；154-2将泄漏储槽连接在容积150-1；150-2；150-3和118上，并且可将侵入的水导回至周围的水域(例如海、河)。密封件110；122；126；146-1和146-2以及支承元件114；148-1；148-2和148-3可从装配所述盖板136或152的一侧置入到壳体104中，或推至构件106上。
正如所提到的那样，一些实施例可结合水下应用来使用。从而，一些实施例可涉及涡轮机轮毂，该涡轮机轮毂包括用于能够关于涡轮机轮毂偏转地支承涡轮机叶片的轴以及所提到的密封装置100-1；100-2；100-3。在此，所述轴可相对于构件106并且可就环境而言停止。在此，壳体104可连接在涡轮盘(Turbinenrad)上，并且相对于轴可旋转。在此，密封装置100-1；100-2；100-3的密封元件110在该轴处借助密封唇112来密封。根据实施例的密封装置100-1；100-2；100-3在此可经受沿径向作用在涡轮机叶片的轴上的力，正如那些例如在水流发电站
Figure BSA0000132883150000081
或潮汐发电站的情况下出现的力。对于水下涡轮机亦或在水下涡轮机那边，密封装置100-1；100-2；100-3例如也可包含用于将壳体104可旋转地连接在构件106上的轴承，该轴承没计用于承接径向作用力。这可例如是圆柱滚子轴承、凹槽球轴承或圆锥滚子轴承(例如带有两排截头圆锥状的呈O形排列的滚动体，以形成增大的支承宽度)。
实施例可通过改善的紧凑性而节省结构空间。通过密封件的内置冗余可改善密封效果。此外能够实现简便地更换已磨损或损坏的密封件。可通过使密封件彼此可交换来增加密封装置的工作时间，由此可提高配合工作面的寿命，因为密封件的密封唇在交换之后贴靠在不同于交换之前的部位处。此外，通过所述模块化的设计方案，可进一步按照操作者的要求来实现任意扩展。
在环境压力高达8巴或甚至更高的应用中，能够既为静态组件又为旋转组件改善在潮汐涡轮机的情况下对海水的密封效果的可靠性。所述密封效果甚至在涡轮机叶片承受高负载的情况下也可维持。必要时还可防止侵入的沉积物或卵石，或防止因润滑剂而产生的污物。这可额外地通过另外的盖板或通过用于阻挡粗颗粒的过滤器得以辅助。
在某些情况下，实施例可通过减少成本花费来提供用于密封水下应用的解决方案。在此，任选地引入传感器可提供早期识别泄漏的可能性并改善密封装置的监控。通过使用泄漏储槽还可必要时排除泄漏。此外，在实施例中可在减少花费的情况下就地交换密封件。还可改变密封件与配合工作面的接触位置，并且在此可省去构件的额外耗费。
上述的实施例只是本发明原理的举例说明。所理解的是，其它技术人员明确知晓这里所描述的装置和具体细节的修改和变型。因此意图是使本发明仅限于后续的权利要求的保护范围，而不限于借助实施例的说明和阐释而在此呈现的具体细节。
在前述说明书、随后的权利要求以及附图中所公开的特征可以既以单独的方式也以任意组合的方式用于实现其各种设计方案中的实施例并且能够实施。
附图标记单
100-1；100-2；100-3 密封装置
102 腔室
104 壳体
106 构件
108 介质
110 密封元件
112 密封唇
114 支承元件
116 另外的密封装置
118 容积
120 孔
122 第一密封件
124 第一密封本体
126 第二密封件
128 第二密封本体
130 本体结构
132 第一密封唇
134 第二密封唇
136 盖板
138 后切口部
140 紧固件
142 支承面
144 后切口部
146-1；146-2 另外的密封件
148-1；148-2；148-3 另外的支承元件
150-1；150-2；150-3 额外的容积
152 另外的盖板
154-1；154-2 额外的孔
156-1；156-2；156-3 突起

Claims (9)

1.一种用于使壳体(104)和构件(106)之间的腔室(102)对液态介质(108)密封的密封装置(100-1；100-2；100-3)，所述密封装置包括：
能够与壳体(104)固定连接的密封元件(110)，所述密封元件带有至少沿径向能够移动的密封唇(112)，其中，密封唇(112)与径向成角度地布置；和
与密封唇(112)贴靠的支承元件(114)，其中，液态介质(108)施加至密封唇(112)上的压力能够沿径向传递至支承元件(114)上；
还包括在支承元件(114)的背离密封元件(110)的那侧上的另外的密封装置(116)，
所述另外的密封装置(116)包括带有第一密封本体(124)的第一密封件(122)以及带有第二密封本体(128)的第二密封件(126)，其中，所述另外的密封装置(116)和密封元件(110)限定了容积(118)的边界，所述容积(118)能够借助于用于排出处于所述容积(118)中的液态介质(108)的孔(120)来够及，使得侵入容积(118)中的液态介质(108)通过所述孔(120)能从所述容积(118)中排出并且由温度传感器或压力传感器检测。
2.按照权利要求1所述的密封装置(100-1；100-2；100-3)，其特征在于，所述支承元件(114)比密封元件(110)具有更高的刚性。
3.按照前述权利要求1或2所述的密封装置(100-1；100-2；100-3)，其特征在于，所述支承元件(114)与所述壳体(104) 成一体式地设计。
4.按照前述权利要求1或2所述的密封装置(100-1；100-2；100-3)，其特征在于，所述支承元件(114)径向朝着密封元件(110)的对称轴线方向延伸的程度少于密封唇(112)。
5.按照权利要求4所述的密封装置(100-1；100-2；100-3)，其特征在于，所述孔延伸穿过支承元件(114)和/或壳体(104)。
6.按照前述权利要求1或2所述的密封装置(100-1；100-2；100-3)，其特征在于，第一密封本体(124)的轴向尺寸和第二密封本体(128)的轴向尺寸彼此不同和/或不同于密封元件(110)的本体结构(130)的轴向尺寸。
7.按照前述权利要求1或2所述的密封装置(100-1；100-2；100-3)，其特征在于，所述另外的密封装置(116)包括第一密封件(122)以及第二密封件(126)，其特征在于，第一密封件(122)具有第一密封唇(132)并且第二密封件(126)具有第二密封唇(134)，其特征在于，第一密封唇(132)和第二密封唇(134)沿轴向彼此指向相反方向。
8.按照前述权利要求1或2所述的密封装置(100-1；100-2；100-3)，其特征在于，壳体(104)具有径向延伸的支承面(142)，所述支承面具有用于与所述另外的密封装置(116)形成摩擦配合式连接的后切口部(144)。
9.一种涡轮机轮毂，其包括：
用于使涡轮机叶片能够相对于涡轮机轮毂偏转地支承的轴；以及
按照前述权利要求1至8之一所述的密封装置(100-1；100-2；100-3)，其中，所述密封装置(100-1；100-2；100-3)的密封元件(110)在所述轴处借助密封唇(112)密封。
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