CN108883813B - 电动旋转装置的轴承布置 - Google Patents

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Abstract

一种在旋转桩中的电动旋转装置LVES，包括环形的外部元件和圆柱形的内部元件，外部元件限定围绕轴线S的圆柱形腔室，内部元件与外部元件同轴。所述圆柱形腔室在上侧用环形盖密封，并且环形盖构造成围绕轴线S相对于所述内部元件和外部元件旋转。所述内部元件包括位于内径侧的限定内轴承的第一轴承部和第二轴承部。所述外部元件包括位于外径侧的限定外轴承的第一轴承部和第二轴承部。所述内轴承包括位于第一轴承部和第二轴承部之间的内部环形交界，所述外轴承包括位于第一轴承部和第二轴承部分之间的外部环形交界。每个环形交界与内部元件和外部元件同轴，并且每个环形交界构成为火焰传导路径。

Description

电动旋转装置的轴承布置
技术领域
本发明涉及用于低压电动旋转装置(LVES)的轴承布置。本发明进一步涉及旋转桩(swivel stack)，该旋转桩包括具有这种轴承布置的低压电动旋转装置(LVES)。
背景技术
低压电动旋转装置(LVES)用于将电信息和电力从定位在FPSO/FLNG(浮式生产储存和卸载/浮动液化天然气)转塔上的旋转桩的旋转部传输到旋转桩的固定部。LVES外壳使用位于固定部和旋转部之间的轴承，确保自由旋转。
遵循欧洲标准(EN 60079-1)和国际标准(IEC 60079-1)，FPSO/FLNG旋转桩位于危险区域1或危险区域2。位于旋转桩内的LVES等设备在危险区域内运行，并使用符合标准且需要使用经过IIA或IIB认证的防爆(Ex d)外壳，其中IIA和IIB代表不同的气体类型。
Ex d外壳的主要功能是防止内部爆炸传播到周围的爆炸性环境，并保护内部组件免受环境、湿度、灰尘或水的影响。
在现有技术中，LVES外壳使用防爆轴承。现有轴承的缺点是火焰路径是局部的。现有技术的方法要求机床的精度极高，增加成本，并且不能达到气体类型IIB。温度的进一步变化、轴衬磨损、客户限制(constraint of client)、电气温升效应、维护检查等使得当前的低压电动转台仅适用于Ex d IIA标准。新的低压标准需要气体类型IIB以便在任何条件下在旋转桩中运行。
欧洲专利申请EP 2 360 089A1描述了一种旋转装置，用于允许流体穿过连接到海床的流体管线的端部和用于气体和石油生产的船舶(vessel)上的产品管道之间的旋转交界处进行传输。已知的旋转装置包括内壁和外壁，内壁和外壁之间限定环形腔室以便接收经由形成内壁的一部分的引导件供给的碳氢化合物，其中外壁通过轴承可旋转地连接到内壁。内壁和外壁的圆柱表面之间的上间隙和下间隙由密封环密封。在WO 2011/000937中描述了高电压电感功率旋转装置。从US 5,755,607已知一种用于系泊系统(mooring system)的立管装配布置，其中立管转塔和立管被固定到容器上，以便与容器一起围绕锚定到海底的系泊线支撑基座旋转。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种LVES的轴承装置，其具有改进火焰路径特性。
本发明的另一个目的是使轴承适用于IIA和IIB标准。
该目的通过一种用于旋转桩中的低压电动旋转装置(LVES)来实现，该低压电动旋转装置包括环形的外部元件和圆柱形的内部元件，所述外部元件限定围绕纵向轴线S的圆柱形腔室，所述内部元件与外部元件同轴，其中圆柱形腔室在上侧用环形旋转盖密封，并且该环形旋转盖构造成围绕纵向轴线S相对于内部元件和外部元件旋转；所述内部元件包括位于内径侧并限定内轴承的第一轴承部和第二轴承部；所述外部元件包括位于外径侧并限定外轴承的第一轴承部和第二轴承部；所述环形旋转盖的内径与所述内轴承的第二轴承部相连接，并且所述环形旋转盖的外径与所述外轴承的第二轴承部相连接，并且其中所述内轴承包括位于所述第一轴承部和所述第二轴承部之间的内部环形交界，所述外轴承包括位于所述第一和第二轴承部之间的外部环形交界，其中所述内部环形交界和外部环形交界中的每个均与所述内部元件和外部元件同轴，并且其中每个环形交界被构成火焰传导路径。
有利的是，通过使用具有与旋转装置的纵向轴线同轴的环形交界的环形轴承，IIB型轴承可以在低压电动旋转装置中使用。由于所述旋转装置包括标准化认证的IIB型轴承作为内轴承和/或外轴承，因此火焰路径保护得到显着改善。通过质量检验的这样的旋转装置，将会减少对火焰路径的检查，而且检查不再是必需的。
此外，由于内轴承和外轴承的环形交界与旋转轴线同轴布置，因此不需要高精度的工具，这降低了制造成本。
此外，可以更换或拆卸轴承以进行详细检查。标准化允许更快速的检查。
有利地是，与现有技术相比，所需部件的数量减少，这增加了设计的可靠性。
由于环形交界靠近轴承的固定部和旋转部，确保了设计的精确性。
根据一个实施方式，本发明涉及如上所述的低压电动旋转装置，其中每个环形交界包括润滑剂以减少在操作期间每个环形交界的磨损。有利地，延长了运转寿命，避免了操作期间的检查。
根据一个实施方式，本发明涉及如上所述的低压电动旋转装置，其中每个环形交界包括球形的轴承开口，所述轴承开口在纵向轴线S的方向上分别限定位于所述球形轴承的下方和上方的下环形交界部和上环形交界部。
根据一个实施方式，本发明涉及如上所述的低压电动旋转装置，其中每个下环形交界部的纵向长度至少为25mm，更优选地至少为27.5mm。
根据一个实施方式，本发明涉及如上所述的低压电动旋转装置，其中每个上环形交界部的纵向长度至少为25mm，更优选地至少为27.5mm。
根据一个实施方式，本发明涉及如上所述的低压电动旋转装置，其中每个第一轴承部的高度等于相应的第二轴承部的高度。
根据一个实施方式，本发明涉及如上所述的低压电动旋转装置，其中每个环形交界(9’；9”)分别在两个横向侧用密封环密封。有利地，密封件将润滑剂保持在环形交界中。
根据一个实施方式，本发明涉及如上所述的低压电动旋转装置，其中每个环形交界包括位于第一轴承部和第二轴承部之间的间隙。
根据一个实施方式，本发明涉及如上所述的低压电动旋转装置，其中所述环形旋转盖包括两个或更多个同心环，所述同心环在其交界处连接。优选地，所述同心环的内圈附接到所述内轴承的所述第二轴承部，并且所述同心环的外圈附接到所述外轴承的所述第二轴承部。
此外，本发明涉及一种包括如上所述的低压电动旋转装置的旋转桩。
此外，本发明涉及一种用于离岸作业并且包括转塔系泊系统的船舶，其中转塔系泊系统配备有如上所述的低压电动旋转装置或旋转桩。
在本专利申请的文字中，应该理解的是，本发明适用于低压旋转装置(高达约3kV)，但也可应用于高压旋转装置(高达约66kV)，特别是填充式高压旋转装置(filledhigh voltage swivel)。
附图说明
以下将参考附图更详细地解释本发明，附图中显示了说明性的实施方式。附图仅用于说明目的而不是限制本发明构思，本发明的范围由所附权利要求限定。
图1是根据本发明的一种实施方式的低压电动旋转装置的旋转密封件的示意图；
图2是图1的剖面II中所示的内部轴承的示意图；
图3是图1的剖面III中示出的外部轴承的示意图。
具体实施方式
图1示出了低压电动旋转装置1的旋转密封件的示意图。所述低压电动旋转装置1包括环形外部元件3和围绕纵向轴线S的圆柱形内部元件2。外部元件3限定了与内部元件2同轴的圆柱形腔室。所述低压电动旋转装置1还包括环形旋转盖4。所述环形旋转盖4的内径部分与圆柱形内部元件2相连接，并且环形旋转盖4的外径部分与环形外部元件3相连接。因此，该环形旋转盖4在圆柱形腔室的上侧密封圆柱形腔室。所述旋转盖4配置成用于围绕纵向轴线S相对于内部元件2和外部元件3旋转。
内部元件2和外部元件3各自包括在所述旋转盖4的相对径向侧的第一轴承部7’、7”和相应的第二轴承部8’、8”。第一轴承部7’、7”与相应的第二轴承部8’、8”结合分别限定内轴承5和外轴承6。
图2示出了如图1所说明的低压电动旋转装置1的内轴承5的示意图。该内轴承由第一轴承部7’和第二轴承部8’构成。第一轴承部7’连接至内部元件2，并且第二轴承部8’连接至旋转盖4，其中第二轴承部8’设置在旋转盖4的内径侧。第一轴承部7’和第二轴承部8’布置成围绕纵向轴线S相对于彼此旋转。
在第一轴承部7’和第二轴承部8’之间设有内部环形间隙，该内部环形间隙与旋转轴线同轴并且可以用作内火焰路径。
所述内轴承5还包括与连接第一轴承部7’和第二轴承部8’的内部元件2和外部元件3同轴的环形交界9’。该环形交界可至少沿着内部环形间隙的上部圆周边缘和下部圆周边缘基本上与该环形间隙重合。
在本发明的一个实施方式中，环形交界9’包括球形的轴承开口12’，该球形的轴承开口12’限定下环形交界部10’和上环形交界部11’。球形的轴承开口12’至少沿着所述环形间隙的上部圆周边缘和下部圆周边缘可以具有比第一轴承部7’和第二轴承部8’之间的内部环形间隙更大的直径。
在本发明的一个实施方式中，下环形交界部10’的纵向长度至少为25mm，更优选为至少27.5mm。
在本发明的一个实施方式中，上环形交界部11’的纵向长度至少为25mm，更优选为至少27.5mm。
在本发明的一个实施方式中，至少沿着所述间隙的上边缘和底边缘的圆周，所述内部间隙的宽度为0.3mm或更小。
在本发明的一个实施方式中，所述第一轴承部7’的高度等于所述第二轴承部8’的高度。
在本发明的一个实施方式中，所述环形交界9’在两个横向侧用相应的密封件14’密封。
图3示出了如图1说明的低压电动旋转装置1的外轴承6的示意图。所述外轴承由第一轴承部7”和第二轴承部8”构成。第一轴承部7”连接至外部元件3，并且第二轴承部8”连接至旋转盖4，其中第二轴承部8”设置在旋转盖4的外径侧。第一轴承部7”和第二轴承部8”被布置成围绕旋转轴的纵向轴线S相对于彼此旋转。
所述外轴承6还包括与连接第一轴承部7”和第二轴承部8”连接的内部元件2和外部元件23同轴的环形交界9”。
在所述第一轴承部7”和第二轴承部8”之间设计有外部环形间隙，该外部环形间隙与旋转轴线同轴并且可以用作外部火焰路径。至少沿着外部环形间隙的上部圆周边缘和下部圆周边缘，环形交界可基本上与该环形间隙重合。
在本发明的一个实施方式中，所述环形交界9”包括球形的轴承开口12”，该球形的轴承开口12”限定下环形交界部10”和上环形交界部11”。所述轴承开口12”至少沿着外部环形间隙的上部圆周边缘和下部圆周边缘可以具有比第一轴承部7”和第二轴承部8”之间的外部环形间隙更大的直径。
在本发明的一个实施方式中，下环形交界部10”的纵向长度至少为25mm，更优选至少为27.5mm。
在本发明的一个实施方式中，上环形交界部11”的纵向长度至少为25mm，更优选至少为27.5mm。
在本发明的一个实施方式中，至少沿着所述间隙的圆周上边缘和圆周底边缘，所述外部间隙的宽度为0.3mm或更小。
在本发明的一个实施方式中，所述第一轴承部7”的高度等于所述第二轴承部8”的高度。
在本发明的一个实施方式中，所述环形交界9”在两个横向侧用密封环15”密封。
根据一个实施方式，所述环形旋转盖4可以由两个或更多个同心环组成，所述同心环在它们的交界处相互连接。如图1所示，所述环形旋转盖4包括内环4a、中心环4b和外环4c，内环4a、中心环4b和外环4c在它们各自的交界处相互连接。使用同心环来构造环形旋转盖4可以相对更容易地移除盖4，并因此使检查或维护更简单。
正如本领域技术人员清楚的那样，本发明的其它替代方案和等同实施方案在本发明的构思内是可想到的。本发明的范围仅由所附权利要求限定。
附图标记说明
1.低压电动旋转装置
2.内部元件
3.外部元件
4.旋转盖
4a、4b、4c.同心环
5.内轴承
6.外轴承
7’、7”.第一轴承部
8’、8”.第二轴承部
9’、9”.环形交界
10’、10”.下环形交界部
11’、11”.上环形交界部
12’、12”.球形的轴承开口
14’ 密封件
15’ 密封件

Claims (16)

1.一种低压电动旋转装置（1），该低压电动旋转装置（1）用于旋转桩，所述低压电动旋转装置（1）包括：
环形的外部元件（3）和圆柱形的内部元件（2），所述外部元件（3）限定围绕纵向轴线S的圆柱形腔室，所述内部元件（2）与所述外部元件（3）同轴，其中圆柱形腔室的上侧用环形旋转盖（4）密封并且所述环形旋转盖（4）构造成围绕纵向轴线S相对于所述内部元件（2）和外部元件（3）旋转；
所述内部元件（2）包括位于内径侧的限定内轴承（5）的第一轴承部（7’）和第二轴承部（8’）；
所述外部元件（3）包括位于外径侧的限定外轴承（6）的第一轴承部（7’’）和第二轴承部（8’’）；
所述环形旋转盖（4）在所述环形旋转盖（4）的内径与所述内轴承（5）的第二轴承部连接并且所述环形旋转盖（4）在所述环形旋转盖（4）的外径与所述外轴承（6）的第二轴承部连接；
其中，所述低压电动旋转装置（1）适于使用高达3kV的电压；
其中，所述内轴承（5）包括位于所述第一轴承部（7’）和第二轴承部（8’）之间的内部环形交界（9’），所述外轴承（6）包括位于所述第一轴承部（7’’）和第二轴承部（8’’）之间的外部环形交界（9’’）；
其中，所述内部环形交界（9’）和外部环形交界（9’’）中的每一个均与所述内部元件（2）和外部元件（3）同轴，并且
其中，每个环形交界（9’；9’’）构成火焰路径。
2.根据权利要求1所述的低压电动旋转装置，其中，在所述内轴承（5）中，在所述第一轴承部（7’）和第二轴承部（8’）之间设计有内部环形间隙，所述内部环形间隙用作内火焰路径；并且在所述外轴承（6）中，在所述轴承部第一轴承部（7’’）和第二轴承部（8’’）之间设计有外部环形间隙，所述外部环形间隙用作外部火焰路径。
3.根据权利要求2所述的低压电动旋转装置，其中，所述内部环形间隙的宽度为0.3mm以下，和/或其中，所述外部环形间隙的宽度为0.3mm以下。
4.根据权利要求1所述的低压电动旋转装置，其中，每个环形交界（9’；9’’）包括润滑剂以减少在操作期间每个环形交界（9’；9’’）的磨损。
5.根据权利要求1或2所述的低压电动旋转装置，其中，每个环形交界（9’；9’’）包括球形的轴承开口（12’；12’’），所述轴承开口（12’；12’’）在所述纵向轴线S的方向上限定分别位于所述球形的轴承开口下方和上方的下环形交界部（10’；10’’）和上环形交界部（11’；11’’）。
6.根据权利要求5所述的低压电动旋转装置，其中，每个所述下环形交界部（10’；10’’）的纵向长度至少为25mm。
7.根据权利要求6所述的低压电动旋转装置，其中，每个所述下环形交界部（10’；10’’）的纵向长度至少为27.5mm。
8.根据权利要求5所述的低压电动旋转装置，其中，每个所述上环形交界部（11’；11’’）的纵向长度至少为25mm。
9.根据权利要求8所述的低压电动旋转装置，其中，每个所述上环形交界部（11’；11’’）的纵向长度至少为27.5mm。
10.根据前述权利要求1所述的低压电动旋转装置，其中，每个第一轴承部（7’；7’’）的高度等于对应的第二轴承部（8’；8’’）的高度。
11.根据权利要求4所述的低压电动旋转装置，其中，每个环形交界（9’；9’’）在两个横向侧分别用密封环密封。
12.根据前述权利要求1所述的低压电动旋转装置，其中，所述环形旋转盖（4）包括两个或更多个同心环（4a，4b，4c），所述同心环在其交界处连接。
13.根据权利要求12所述的低压电动旋转装置，其中，所述同心环（4a，4b，4c）的内环（4a）附接到所述内轴承（5）的所述第二轴承部（8’），所述同心环的外环（4c）附接到所述外轴承（6）的所述第二轴承部（8’’）。
14.根据前述权利要求1所述的低压电动旋转装置，所述低压电动旋转装置用于位于浮式生产存储和卸载/浮动液化天然气转塔上的旋转桩并且适于将电信息和电力从所述旋转桩的旋转部传输到所述旋转桩的固定部。
15.一种旋转桩，包括根据前述权利要求中任一项所述的低压电动旋转装置（1）。
16.一种用于离岸操作并且包括转塔系泊系统的船舶，其中所述转塔系泊系统配备有根据前述权利要求1至14中任一项所述的低压电动旋转装置（1）或根据权利要求15所述的旋转桩。
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