CN108368939A - 静态轴密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封装置，用于在管状构件内部延伸的旋转轴，诸如在用于在容器(诸如燃料罐)中容纳泵的沉箱中。密封装置包括:管状构件；分割元件，该分割元件将管状构件的内部分成上段和下段；轴，该轴从管状构件的上段中的位置延伸通过在分割元件中的贯通开口并进入下段中；第一元件，该第一元件在上段中密封地布置在轴上的固定位置中，并且具有围绕轴且面向内部的分割元件的第一密封表面；第二元件，该第二元件在第一元件下方滑动地布置在轴上，第二元件具有面向第一密封表面的第二密封表面和延伸通过贯通开口的段；密封元件，该密封元件设在段和贯通开口之间。密封装置还包括致动器，该致动器用于沿轴滑动第二元件。

Description

静态轴密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，用于延伸进管状构件中的旋转轴。该密封装置优选地包括：

-管状构件，

-分割元件，该分割元件将管状构件的内部分成上段和下段，

-轴，该轴从管状构件的上段中的位置延伸通过在分割元件中的贯通开口并进入下段中；

-第一元件，该第一元件在上段中密封地布置在轴上的固定位置中，并且具有围绕轴且面向内部的分割元件的第一密封表面，

-第二元件，该第二元件在第一元件下方滑动地布置在轴上，第二元件具有面向第一密封表面的第二密封表面，第二元件具有延伸通过贯通开口的段，并且密封元件设在所述段和贯通开口之间，

-致动器，该致动器用于沿轴滑动第二元件。

背景技术

阻止气体或液体沿轴流入腔室中通常是需要谨慎处理的问题。例如这种情况，在用于LNG(液化天然气)泵的轴的轴承需要维修、更换等时。因此，轴密封设计在于切断介质流，由此在拆卸期间防止其溢出至周围环境中。

现有的解决方案具有旋转密封布置，但是这个的缺点是这种密封解决方案的有限的预期寿命，在这种密封解决方案中磨损会破坏密封由此使其废弃。

因此，改进的密封机构会是有利的，并且特别是更高效和/或更可靠的密封机构会是有利的。

GB861557A公开了一种用于涡轮压缩机或其他机器的轴的密封手段。该密封手段包括密封腔室，密封介质(例如油)以高于机器壳体内部空间中压力的压力供应至密封腔室；在密封腔室和空间之间的收集腔室；在密封腔室和收集腔室与轴向可移动的非旋转衬套之间的机械密封装置，该非旋转衬套由弹簧手段推动而与轴上的轴环接触；以及在密封腔室和大气之间的间隙式密封装置。密封油通过泵从罐中供应至密封腔室，并且经由压力调节器返回，该压力调节器通过管连接至收集腔室并确保收集腔室中的压力总是超过密封腔室中的压力，优选地仅超出少量。迷宫式密封装置插入在腔室和空间之间。衬套滑动配合在壳体中的衬套的法兰中，通过销而被防止旋转，并且具有石墨摩擦环。任何漏入腔室中的油经由在罐中的浮子阀排出至罐。在腔室和大气之间的间隙式密封装置包括三个弹簧加载的金属密封环，金属密封环通过销紧固而防旋转并且在紧固至轴的套上以小间隙轴向地可滑动。

在GB861557A中用于滑动衬套的致动器是弹簧，该弹簧将衬套偏置成关闭，使得在轴旋转期间提供密封。

发明目的

本发明的目的在于提供现有技术的可替代选择。

特别地，可以看成是本发明另一个目的的是，提供一种密封机构，该密封机构解决现有技术的关于有限的预期寿命的上述问题。

发明内容

本发明在第一方面涉及一种密封装置，其用于在管状构件内部延伸的旋转轴，例如在用于在容器(例如燃料罐)中容纳泵的沉箱中。

密封装置优选地包括：

-管状构件；

-分割元件，该分割元件将管状构件的内部分成上段和下段；

-轴，该轴从管状构件的上段中的位置延伸通过在分割元件中的贯通开口并进入下段中；

-第一元件，该第一元件在上段中密封地布置在轴上的固定位置中，并且具有围绕轴且面向内部的分割元件的第一密封表面；

-第二元件，该第二元件在第一元件下方滑动地布置在轴上，第二元件具有面向第一密封表面的第二密封表面。第二元件还可以具有延伸通过贯通开口的段，并且密封元件设在所述段和贯通开口之间；

-致动器，该致动器用于沿轴滑动第二元件；

密封装置还可以包括布置在第一密封表面和第二密封表面之间的密封元件。

如在本文提出的，维护经常需要密封装置设置成允许结构元件(例如布置在密封装置上方的轴承)的维修。由此，根据优选的实施例，本发明的密封装置使得能够通过阻止轴旋转且激活密封来提供这种维修，该密封在泵的正常运行中是不起作用的。

通过密封地布置优选地是指元件以提供流体紧密密封的方式布置。

优选地，密封装置还包括布置在上段中的壳体。壳体可以围住第二元件的在分割元件上方和第一密封表面上方延伸的段，从而围住第一元件的下段。壳体优选地在一端处密封地布置在分割元件上，并且在相对端处包括轴延伸通过的开口。

优选地，第二元件通过包括轴延伸穿过的圆柱形开孔而可滑动地布置在轴上。圆柱形开孔的直径优选地大于轴的外部尺寸以提供开孔和轴之间的间隙。

在本发明的附加或可替代实施例中还可以包括致动器，例如螺线管、气动和/或液压致动器，该致动器布置成沿着轴滑动第二元件。

优选地，根据本发明的壳体可以包括延伸进贯通开口的裙部，密封元件设在第二元件的延伸进贯通开口的段之间。贯通开口优选地布置在裙部和第二元件的延伸进贯通开口的段之间。

优选地，根据本发明的实施例，可以包括布置成将第二元件向分割元件偏置的弹簧。

优选地，第二元件向分割元件的偏置可以提供第一密封表面和第二密封表面之间的距离。

优选地，流体或气体连接可以延伸通过壳体并且延伸至在第二元件下方且在分割元件上方的位置。

优选地，根据本发明的实施例，可以包括出口管，该出口管布置在第二元件下方且与管状元件的内部流体连通，从而允许流体流过管状元件并通过出口管流出。

优选地，分割元件和第一元件可以是静态元件，并且第二元件可以是动态元件，其在

-提供在第一密封表面和第二密封表面之间的距离的打开位置和

-提供在第一元件和第二元件之间的密封的、朝向第一元件的关闭位置

之间移动。

优选地，根据本发明的优选实施例的密封装置进一步包括一个或多个弹性构件(例如弹簧)，其将第二元件朝向其打开位置偏置，使得第二元件处于打开位置，除非向第二元件施加力以将它朝向其关闭位置移动。

优选地，在第二元件处于其打开位置时，第二元件可以是固定不动的并且不随轴旋转，在打开位置处第一密封表面和第二密封表面之间存在距离，并且第一元件可以随轴旋转。

优选地，第二元件可以通过包括轴延伸穿过的圆柱形开孔而可滑动地布置在轴上，圆柱形开孔的直径可以优选地大于轴的外部尺寸以提供在开孔和轴之间的间隙。

优选地，致动器可以布置成在轴的非旋转期间将第二元件向上沿轴滑动至关闭位置，在关闭位置处在第一元件和第二元件之间提供密封，并且在轴的旋转期间使第二元件向下滑动。

在本发明的另一个方面，本发明涉及一种包括根据本发明的密封装置的燃料罐。

本发明的新颖概念优选地包括由单作用弹簧返回活塞缸组成的布置，其中在活塞中形成敞开的法兰密封槽并且被激活的活塞止端充当密封槽的壁中的一个壁。如果因为一些原因想要切断进入腔室的流，则激活活塞从而完成密封槽并关闭腔室。在活塞止端和轴之间的静态轴密封确保轴向密封，同时现在激活的密封确保径向密封。本文中的“活塞”和“第二元件”可互换地使用。

在非激活的活塞状态下，活塞和轴之间的间隙允许腔室之间的自由流动。由于相同的间隙，活塞是固定不动的且不随轴旋转，但是活塞止端安装在轴上并且随轴旋转。

动态轴密封装置围住活塞腔室，使得当活塞待被激活时可以在缸体致动腔室中形成必要的压力增加。

在上下文中，许多术语以对本领域技术人员来说普通的方式使用；然而，下面阐明了其中一些术语：

沉箱优选地用于表示在容器(例如燃料罐)中的浸没式中空元件。沉箱优选地容纳用于将气体(如LNG)从罐泵送至消耗气体的马达中的泵。

静态优选地用于表示本发明的元件具有固定位置，例如第一元件处于在轴上的固定位置且随轴旋转，分割元件处在相对于管状构件固定的位置且不旋转。

动态优选地用于表示本发明的元件，其在施加外部力时会移至另一个位置，例如第二元件通常不随轴旋转但是可以在两个竖直位置之间转移。

附图说明

现在将参考附图详细地公开本发明和特别是其优选实施例。附图示出本发明的实现方式并且不应解释为限制落入所附权利要求集的范围内的其他可能的实施例。

图1是根据本发明的优选实施例的具有密封装置的燃料罐的示意性横截面图。

图2是图1所示的密封的特写的示意性横截面图。

图3是根据本发明第二实施例的密封装置的示意性横截面图。

图4是根据本发明第三实施例的密封装置的详细横截面图。

图5示出了图4所示的密封装置的进一步的细节。

图6示出了根据本发明的密封装置。在图中，部分被切除以便示出密封装置的内部。

具体实施方式

参考图1，其示出了用于容纳在容器6中的泵的沉箱29。容器通常为燃料罐6，例如在船上储存LNG，其中LNG用作船的马达和/或船的辅助设备的马达的燃料。然而，容器可以用于储存除了燃料外的其他物品，并且甚至可以用于储存粉末物质。

如图1所示，燃料罐包括旋转轴1，旋转轴在管状构件3内部延伸。分割元件7将管状构件3的内部分成上段8和下段9。分割元件7密封地布置在管状构件3的内部中。旋转轴1从管状构件3的上段8中的位置延伸通过在分割元件中的贯通开口15并进入下段9中。

在旋转轴1旋转时，叶轮4可以从罐的内部吸取或泵送流体通过管状元件3并且通过出口管27将流体运送至容器的外部。

图2示出了图1所示的密封的特写的示意性横截面图。

运行模式(叶轮4泵送的模式)：在旋转轴1旋转时，叶轮4可以从罐的内部吸取或泵送流体通过管状元件3并且通过出口管27将流体运送至容器的外部。流体还可以在圆柱形开孔12中朝向管状元件3的上段8向上流动。

例如在维护马达5的情况下，例如旋转轴1是固定不动的，并且致动器17(诸如螺线管、气动和/或液压致动器)布置成将第二元件11沿轴朝向第一元件10滑靠至其关闭位置。密封元件18(诸如O型圈)设在第二密封表面14上，以提供在14和10之间的密封，防止流体流向管状元件3的上段8。本实施例还包括密封元件16，提供分割元件7和第二元件11之间的密封。分割元件7和第一元件10是本实施例的静态元件，而第二元件11是动态的并且在完全打开位置(如图2所示)和关闭位置之间移动。分割元件7和第二元件11不旋转，然而第一元件10却随轴1旋转。

在图3中公开了密封机构的另一个实施例。

密封机构包括旋转轴1，其在管状构件3内部延伸。分割元件7将管状构件3的内部分成上段8和下段9。旋转轴1从管状构件3的上段8中的位置延伸通过在分割元件中的贯通开口15并进入下段9中。壳体19布置在上段8中，围住第二元件11在分割元件7上方和在第一密封表面13上方延伸的段。壳体在一端处密封地布置在分割元件7上，并且在相对端处包括开口21，轴1延伸通过该开口21。运行模式(叶轮4泵送的模式)：在旋转轴1旋转时，叶轮4可以从罐的内部吸取或泵送流体通过管状元件3并且通过出口管27将流体运送至容器的外部。流体还可以在圆柱形开孔12中朝向管状元件3的上段8向上流动。这还暗示了在旋转轴1旋转时，第二元件11处于打开位置，在该位置时在第一密封表面13和第二密封表面14之间提供距离。

例如在维护马达5的情况下，例如旋转轴1是固定不动的。致动器17(诸如螺线管、气动和/或液压致动器)布置成在轴1的非旋转期间，将第二元件11沿轴朝向第一元件10滑靠至其关闭位置。密封元件18(诸如O型圈)设在第二密封表面14上，以提供在14和10之间的密封，防止流体流向管状元件3的上段8。本实施例还包括密封元件16，提供分割元件7和第二元件11之间的密封。本实施例进一步包括密封元件20，以提供在壳体19和第二元件11之间的密封。

分割元件7、壳体19和第一元件10是本实施例的静态元件，而第二元件11是动态的并且在完全打开位置(如图3所示)和关闭位置之间移动。

在图4中公开了密封机构的另一个实施例。

密封机构包括旋转轴1，其在管状构件3内部延伸。分割元件7将管状构件3的内部分成上段8和下段9。旋转轴1从管状构件3的上段8中的位置延伸通过在分割元件中的贯通开口15并进入下段9中。壳体19布置在上段8中，围住第二元件11在分割元件7上方和在第一密封表面13上方延伸的段。壳体在一端处密封地布置在分割元件7上，并且在相对端处包括轴1延伸通过的开口21。本实施例进一步包括一个或多个弹性构件(例如弹簧22)，其将第二元件11朝向其打开位置偏置。第二元件11可以看作是“常开的”，除非施加力至第二元件11以将它移向其关闭位置。运行模式(叶轮4泵送的模式)：在旋转轴1旋转时，叶轮4可以从罐的内部吸取或泵送流体通过管状元件3并且通过出口管27将流体运送至容器的外部。流体还可以在圆柱形开孔12中朝向管状元件3的上段8向上流动。

在维护马达5的情况下，例如旋转轴1是固定不动的，并且致动器17(诸如螺线管、气动和/或液压致动器)布置成将第二元件11沿轴朝向第一元件10滑靠至其关闭位置。密封元件18(诸如O型圈)设在第二密封表面14上，以提供在14和10之间的密封，防止流体流向管状元件的上段8。本实施例还包括密封元件16，提供分割元件7和第二元件11之间的密封。本实施例进一步包括密封元件20，以提供壳体19和第二元件11之间的密封。壳体19借助螺栓25是可分离的，并且在移除螺栓25时，壳体可以分离成两个元件，上元件和下元件。

分割元件7、壳体19和第一元件10是本实施例的静态元件，而第二元件11是动态的并且在完全打开位置和关闭位置之间移动。

图5示出了图4所示的密封机构的进一步细节。

例如在维护马达5的情况下，例如旋转轴1是固定不动的，并且流体连接24将流体供应至第二元件11，在第二元件11上施加力，将它朝向其关闭位置移向第一元件10。流体可以从液压泵供应，未在图5中示出。

在图6中公开了密封机构的另一个实施例。

运行模式(叶轮泵送的模式)：在旋转轴1旋转时，叶轮可以从罐的内部吸取或泵送流体通过管状元件3并且通过出口管27将流体运送至容器的外部。流体还可以在圆柱形开孔中朝向管状元件3的上段向上流动。

在维护马达的情况下，例如旋转轴1是固定不动的，并且流体连接24向第二元件11供应流体(诸如N₂)，在第二元件11上施加力，将它朝向其关闭位置移向第一元件10。流体可以从液压泵供应，未在图6中示出。由液压泵运送的流体的压力优选地比罐的内部压力高5巴(bar)。

本实施例进一步包括一个或多个弹性构件(诸如弹簧22)，其将第二元件11朝向其打开位置偏置。第二元件22可以看作是“常开的”，除非施加力至第二元件11以将它移向其关闭位置。

本实施例的每个元件用与相邻元件不同的阴影代表。

尽管本发明已经结合具体实施例进行描述，但是不应该以任何方式理解为仅限于提出的示例。本发明的范围由所附权利要求集阐述。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包括了”不排出其他可能的元件或步骤。同样，提到参考(诸如“一”或“一个”等)不应该理解为排除多个。在权利要求中使用关于附图中所示元件的参考标记也不应该理解为限制本发明的范围。而且，在不同权利要求中提到的各个特征可以有利地组合，并且在不同权利要求中对这些特征的提及不排除特征的组合是不可能的或不利的。

使用的参考标记清单

1 轴

2 腔室

3 管状构件

4 叶轮

5 马达

6 罐

7 分割元件

8 (管状构件的)上段

9 (管状构件的)下段

10 第一元件

11 第二元件

12 开孔

13 第一密封表面

14 第二密封表面

15 贯通开口

16 密封元件

17 致动器

18 密封元件

19 壳体

19a 壳体的上部

19b 壳体的下部

20 密封元件

21 开口

22 弹簧

23 密封元件

24 流体连接

25 螺栓

26 裙部

27 出口管

28 法兰

29 沉箱。

Claims (16)

1.一种密封装置，用于密封在管状构件(3)内部延伸的旋转轴(1)，诸如在用于在容器中容纳泵的沉箱中，所述密封装置包括:

-管状构件(3),

-分割元件(7)，所述分割元件将所述管状构件(3)的内部分成上段(8)和下段(9)，-轴(1)，所述轴从所述管状构件(3)的上段(8)中的位置延伸通过在所述分割元件(7)中的贯通开口(15)并进入所述下段(9)中；

-第一元件(10)，所述第一元件在所述上段(8)中密封地布置在所述轴(1)上的固定位置中，并且具有围绕所述轴(1)且面向内部的所述分割元件(7)的第一密封表面(13)，

-第二元件(11)，所述第二元件在所述第一元件(10)下方滑动地布置在所述轴(1)上，所述第二元件具有面向所述第一密封表面(13)的第二密封表面(14)，所述第二元件还具有延伸通过所述贯通开口(15)的段，并且密封元件(16)设在所述段和所述贯通开口(15)之间，

-致动器，所述致动器用于沿所述轴(1)滑动所述第二元件(11)。

2.根据权利要求1所述的密封装置，还包括密封元件(18)，所述密封元件布置所述第一密封表面和所述第二密封表面之间。

3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其中壳体(19)布置在所述上段(8)中，

-所述壳体(19)围住所述第二元件(11)在所述分割元件(7)上方和在所述第一密封表面(13)上方延伸的段，从而围住所述第一元件(10)的至少下段，

-所述壳体在一端处密封地布置在所述分割元件(7)上，并且在相对端处包括开口(21)，所述轴(1)延伸通过所述开口(21)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其中所述第二元件(11)通过包括所述轴(1)延伸穿过的圆柱形开孔(12)而可滑动地布置在所述轴上，所述圆柱形开孔的直径大于所述轴的外部尺寸以提供所述开孔(12)和所述轴(1)之间的间隙。

5.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其中所述致动器是布置成沿所述轴(1)滑动所述第二元件的螺线管、气动和/或液压致动器。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的密封装置，其中所述壳体包括延伸进所述贯通开口(15)的裙部(26)，密封元件(16)设在所述第二元件(11)的延伸进所述贯通开口(15)的段之间，并且所述贯通开口(15)布置在所述裙部(26)和所述第二元件的延伸进所述贯通开口(15)的段之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，还包括弹簧(22)，所述弹簧布置成将所述第二元件(11)向所述分割元件(7)偏置。

8.根据权利要求7所述的密封装置，其中所述第二元件(11)向所述分割元件(7)的偏置提供了所述第一密封表面(13)和所述第二密封表面(14)之间的距离。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的密封装置，还包括流体或气体连接(24)，所述流体或气体连接延伸通过所述壳体(19)并且延伸至在所述第二元件(11)下方且在所述分割元件(7)上方的位置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，还包括出口管(27)，所述出口管布置在所述第二元件(11)下方且与所述管状元件的内部流体连通，从而允许流体流过所述管状元件并通过所述出口管(27)流出。

11.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其中所述分割元件(7)和所述第一元件(10)是静态元件，并且所述第二元件(11)是动态元件，所述第二元件在

-提供在所述第一密封表面(13)和所述第二密封表面(14)之间的距离的打开位置和

提供在所述第一元件(10)和所述第二元件(11)之间的密封的、朝向所述第一元件(10)的关闭位置之间移动。

12.根据权利要求11所述的密封装置，还包括一个或多个弹性构件，例如弹簧(22)，所述弹性构件将所述第二元件(11)朝向其打开位置偏置，使得所述第二元件(11)处于打开位置，除非向所述第二元件(11)施加力以将所述第二元件朝向其关闭位置移动。

13.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其中在所述第二元件(11)处于其打开位置时，所述第二元件(11)是固定不动的并且不随所述轴(1)旋转，在所述打开位置处所述第一密封表面(13)和所述第二密封表面(14)之间存在距离，并且所述第一元件(10)随所述轴旋转。

14.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其中所述第二元件(11)通过包括所述轴(1)延伸穿过的圆柱形开孔(12)而可滑动地布置在所述轴(1)上，所述圆柱形开孔(12)的直径优选地大于所述轴(1)的外部尺寸以提供在所述开孔(12)和所述轴(1)之间的间隙。

15.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其中所述致动器(17)布置成在所述轴(1)的非旋转期间将所述第二元件(11)沿所述轴(1)向上滑动至关闭位置，在所述关闭位置处在所述第一元件(10)和所述第二元件(11)之间提供密封，并且在所述轴(1)的旋转期间将所述第二元件(11)向下滑动。

16.一种燃料罐，包括根据前述权利要求中任一项所述的密封装置。