CN111712664A - 高速旋转接头 - Google Patents

Abstract

用于在固定部件与旋转轴(2)之间传输流体的旋转接头(100)，其包括：中间歧管(18)，其以角度固定的方式与轴(2)联接；固定歧管(9)，其通过轴承(10)同轴安装在旋转歧管(4)上；和中间歧管(18)，其布置在固定歧管(9)与旋转歧管(4)之间并由旋转歧管(4)通过轴承支撑；和齿轮系(25)，其配置在固定歧管(9)与旋转歧管(4)之间从而在运行期间使中间歧管(18)以比旋转歧管(4)低的速度旋转。

Description

高速旋转接头

技术领域

本发明涉及一种用于输送液态或气态流体的旋转接头。

背景技术

沿加压管设置旋转接头确保了流体在相互运动的管部分之间的连续输送。

旋转接头通常用于通过一个或多个独立的管道将一种或多种流体从机器的固定部件传输到同一机器的一个或多个旋转部件，通常是轴和/或同心轴。

对于要输送的某种类型的具有给定的压力和温度值的流体，现有技术的旋转接头在尺寸、流量、独立流体管线的数量、组装到机器上的固定部件和旋转部件、弹性密封件的摩擦速度等方面有所不同。

从结构的角度来看，现有技术的旋转接头通常由以角度、轴向和径向联接到机器的旋转部分以及与机器的框架以角度成一体但与旋转部件在径向和轴向上成一体的固定部分组成。

接头的固定部分设有给定数量的流体入口和出口，它们中的每一个都与接头主体中的相应的环形分配通道相通，其两侧是密封件，以防止流体从通道泄漏。

接头的旋转部分设置有相同数量的流体入口和出口，基本上由孔和流道组成，该孔和流动通道设置在接头的旋转部分中上，可以连接到轴的维护点。

为了说明的目的，在说明书附图中的图1和图2中示出了具有前述结构的旋转接头。

特别地，在图1中，附图标记1表示旋转接头，该旋转接头具有安装在绕纵向轴线3旋转的轴2上的多个流体连接。

旋转接头1包括旋转歧管4，该旋转歧管4是接头的上述旋转部分，并且被与轴线3同轴的金属管所限定，并通过联接装置5(特别是摩擦爪)固定到轴2。

旋转歧管4具有给定数量的流体通道，每个流体通道包括由径向孔6所限定的第一部分，该径向孔6具有在旋转歧管4的外侧表面上获得的开口，以及由轴向孔7所限定的第二部分，其具有在旋转歧管4的轴向端部上获得的开口，并且该开口由适于将流体通道连接到维护点的输送管(未示出)的连接元件8。

此外，旋转接头1包括固定歧管9，该固定歧管9是旋转接头的上述固定部分，并且由与轴线3同轴的金属管所限定，并且通过轴承10由旋转歧管4支撑，从而相对于轴2和旋转歧管4轴向固定。

此外，固定歧管通过防旋转机构12与外部框架11联接，该防旋转机构12防止固定歧管9在轴2旋转期间由于旋转歧管4与固定歧管9之间的摩擦而被驱动旋转。

固定歧管9设置有与旋转歧管4相同数量的流体通道，所述流体通道由对应的径向孔13所限定，每个径向孔13均具有在固定歧管9的外侧表面上获得的开口，并且通过连接元件14接合，该连接元件14适于将径向孔13连接至流体供给回路的输送管(未示出)。

在相对于由连接元件14接合的开口的相对端处，每个径向孔13终止于环形凹部15中，该环形凹部15形成在固定歧管9的内侧表面上，在与轴线3同轴的位置上，并与旋转歧管4的对应径向孔6对齐。鉴于上述，固定歧管9的每个流体通道借助于环形凹部15流体连通至旋转歧管4的相应流体通道，而无论两个歧管的相互角度位置如何。

每个环形凹部15的侧面是设置在固定歧管9的内侧表面上的两个对应的环形凹部，并容纳各自的密封件16，这些密封件通常由弹性体材料制成。

旋转接头1在其轴向端部被两个环17封闭，所述两个环17相对于轴承10布置在外部位置，并且刚性连接至固定歧管9的相应轴向端部，并且通过相应的环形密封件摩擦地联接至旋转歧管4的外部侧表面。

根据未示出的另一实施例，未设置旋转接头1的旋转歧管4，并且其功能直接由轴2执行。在这种情况下，固定歧管9通过轴承安装在轴2上，并且在轴2上直接设置径向孔6和轴向孔7。

根据另一实施例，旋转歧管4的形状不成形为联接在轴2上的管，而是由在一端处设置有用于与旋转轴的轴向端部连接的凸缘的圆柱体所限定。

前述类型的其它旋转接头在例如US3,853,328和US2008/0113537中公开。

DE10332010公开了根据权利要求1的前序部分的旋转接头。

根据当前的实践，通过旋转接头进行的加压流体的传输受到可行性限制的损害，可行性限制受到弹性体密封件的现有技术水平的显著影响。

弹性体密封件与接触表面之间的密封件效率主要受以下因素影响：

-输送流体的类型

-输送流体的压力和温度

-弹性密封件与接触表面之间的相对摩擦速度。

根据现有技术，在相同的输送流体以及相同的压力和温度值的情况下，弹性密封件的允许摩擦速度可能会损害在大直径和/或高转速的轴上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转接头，与现有技术的旋转接头不同，该旋转接头可以具体地降低密封件的摩擦速度，从而大大减少了上述技术限制。

通过本发明的旋转接头可以获得的更高的性能由旋转接头的结构所决定，并且不影响根据现有技术使用的密封件的技术质量。

特别地，使用相同的流体、压力、温度和密封，本发明的旋转接头允许轴的转速几乎是现有技术的旋转接头所允许的转速的两倍，同时保持密封件的摩擦速度在现有技术规定的范围内。

根据本发明，公开了根据所附权利要求的旋转接头。

附图说明

图1是根据现有技术的旋转接头的纵向截面图。

图2是根据图1的现有技术的旋转接头的沿II-II线的剖视图。

图3是根据本发明的旋转接头的优选实施例的侧视图。

图4是图3的旋转接头的主视图。

图5是图4的沿V-V线的剖视图。

图6是图5的沿VI-VI线的剖视图。

图7是图4的沿VII-VII线的剖视图。

图8是图7的沿VIII-VIII线的剖视图。

图9是图4的沿IX-IX线的剖视图。

图10是图9的沿X-X线的剖视图。

图11是根据本发明的旋转接头的示意图，其示出了在其操作中涉及的一些物理量以及所述量之间的主要数学关系。

具体实施方式

参照附图详细描述本发明，以使本领域技术人员能够制造和使用本发明。如本文所附权利要求所定义的，在不脱离本发明的保护范围的情况下，本文描述的实施方式的多种修改对本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且本文描述的一般规则可以应用于其它实施方式和应用。本发明不应被认为限于本文描述和示出的实施方式；此外，根据本文描述和要求保护的原则和特征，最广泛的保护范围必须归于本发明。

在图3至图11中，附图标记100用于表示根据本发明的旋转接头。为了清楚起见，只要有可能，与图1和图2描述的现有技术的旋转接头1的部分相同或相对应的旋转接头100部分将用与旋转接头1所用相同的附图标记来表示。

参考图3、图4、图5、图7和图8，与前述示例完全一样，旋转接头100包括旋转歧管4，该旋转歧管4由与轴线3同轴的管所限定，并通过联接装置5，特别是摩擦装置联接至轴2。

旋转歧管4设置有给定数量的流体通道，每个流体通道包括径向孔6和轴向孔7，径向孔6在旋转歧管4的外侧表面上具有开口，轴向孔7与径向孔6相连通并且在旋转歧管4的轴向端上具有开口并且具有一个连接元件8，用于连接至维护点的输送管(未示出)。

优选地，如图7和图8所示，旋转歧管4的流体通道围绕轴线3以均匀的方式有角度地间隔开。

而且，与前述示例完全一样，旋转接头100包括固定歧管9，该固定歧管9由与轴线3同轴的管所限定，该固定歧管9相对于轴2成角度地固定并且由旋转歧管4通过轴承10来支撑。

固定歧管9设置有流体通道，每个流体通道包括径向孔13，该径向孔13具有设置在固定歧管9的外侧表面上的开口，并且设置有用于连接到流体供给回路的输送管(未示出)的连接元件14。

径向孔13的数量等于径向孔6的数量，并且每个径向孔13优选地在纵向上与相应的径向孔6对准，从而径向孔6和径向孔13都位于与轴线3垂直的同一平面上。

优选地，径向孔13沿轴线3间隔开，如图3所示。

与前述的现有技术的旋转接头1不同，本发明的旋转接头100还包括中间歧管18，该中间歧管18由与轴线3同轴的管所限定并且由旋转歧管4通过轴承19来支撑。

具体参考图7和图8，中间歧管18设置有由通孔20所限定的流体通道，通孔20中的每一个均从中间歧管18的外侧表面延伸至内侧表面，并且设有与轴线3平行并与固定歧管9的径向孔13相对准的一个端部开口，并且设有与轴线3平行并与旋转歧管4的径向孔6相对准的另一个端部开口。

优选地，如图7的示例中所示，通孔20是相对于轴线3的径向孔，并且每个通孔位于与轴线3垂直的同一平面上，径向孔6和径向孔13位于该平面上。

此外，对于每个通孔20，中间歧管18设置有位于与轴线3同轴位置上的用于流体分配的两个环形凹部，两个环形凹部包括第一环形凹部21和第二环形凹部22，第一环形凹部21设置在中间歧管18的外侧表面上并且面对通孔20的端部开口和固定歧管9的径向孔13，第二环形凹部22设置在中间歧管18的内侧表面上并且面对通孔20的端部开口和旋转歧管4的径向孔6。

鉴于以上所述，无论固定歧管9、中间歧管18和旋转歧管4的相互角度位置如何，通过环形凹部21、通孔20和环形凹部22，固定歧管9的每个径向孔13将始终与旋转歧管4的径向孔6流体连通。

每个环形凹部21的侧面是设置在中间歧管18的外侧表面上的两个环形凹部，两个环形凹部分别容纳密封件23。同样，每个环形凹部22的侧面是设置在中间歧管18的内侧表面上的两个环形凹部，两个环形凹部分别容纳密封件24。优选地，环形密封件23和24分别由弹性材料制成。

最后，旋转接头100包括齿轮系25，该齿轮系25被构造成引导中间歧管18相对于固定歧管9和旋转歧管4绕轴线3旋转。

如图5和图6所示，齿轮系25包括多个小齿轮26，每个小齿轮26被容纳在中间歧管18的相应的连通径向凹部(through radial recesses)中，并且通过轴承可旋转地安装在销27上，销27牢固地固定至旋转歧管4并且具有平行于轴线3的纵向轴线28。因此，每个小齿轮26相对于销27绕轴线28自由旋转，但是轴向地约束在销27上。

在图6的示例中，设置了围绕轴线3成角度地分布的六个小齿轮。然而，根据本文未示出的不同实施例，根据轴2的直径和转速，小齿轮6的数量可以更高或更低。

如图9和图10所示，为了简化小齿轮26的组装，中间歧管18优选地由两个半管形成，所述两个半管借助于通过平行于轴线3的拉杆29在轴向上受到约束。

此外，齿轮系25包括两个与齿轮3同轴的冠状齿轮，它们与小齿轮26相啮合。

特别地，如图5和图6所示，第一冠状齿轮30固定在固定歧管9上，并且位于密封件23的接触直径的内部，而第二冠状齿轮31固定在旋转歧管4上，并且完全位于密封件24的接触直径的外部。

冠状齿轮30可以直接设置在固定歧管9(未示出)的内表面上，或者如在示例中，冠状齿轮30可以在设置在两个半管之间的轴环32的内表面中，两个半管形成固定歧管9并通过螺纹杆33轴向约束(图9)。后一种解决方案是优选的，它简化了旋转接头100的组装操作。

如示例中所示，冠状齿轮31可以直接设置在旋转歧管4的外表面上。否则，根据另一实施方式(未示出)，冠状齿轮31可以设置在连接到旋转歧管4的轴环的外表面上。

在运行期间，当轴2被驱动绕其轴线3旋转时，小齿轮26与冠状齿轮30和31之间的联接确定小齿轮26绕其轴线28以与轴2相反的方向的旋转，同时还确定小齿轮26以及中间歧管18绕轴线3以与轴2相同的方向的旋转。

鉴于以上所述，齿轮系25的结构在功能上类似于一级行星布置中的一种，其中，固定至旋转歧管4的冠状齿轮31是太阳齿轮，而固定至固定歧管9的冠状齿轮30是行星齿轮。小齿轮26是同时与太阳和行星相啮合的卫星，最后，中间歧管18是卫星保持器，其约束卫星的轴28绕齿轮系的主轴线(即轴线3)旋转。

因此，给定已知的行星齿轮模式，中间歧管18以比旋转歧管4的速度低的速度旋转，实际上以其速度的一半旋转，如图11所示。

因此，在相同的工作条件下，密封件23和24所感知的摩擦速度比现有技术的旋转接头1的密封件16所感知的摩擦速度低，实际上是一半。

考虑到当使用旋转接头将流体输送到轴时，轴的最大旋转速度受密封件允许的摩擦速度限制，因此本发明的旋转接头允许达到轴的最大速度，该最大速度几乎是现有技术的旋转接头所允许的最大速度的两倍。

最后，必须注意，根据未示出的实施例，本发明的旋转接头100可以仅由两个歧管形成，即，固定歧管9和中间歧管18。

实际上，根据后一实施例(其在概念上和功能上与图3和图11所示的前述示例相同)，旋转歧管4与轴2成一体，因此，固定歧管9和中间歧管18分别通过轴承10和轴承19直接安装在轴2上。另外，径向孔6和轴向孔7直接设置在轴2中，并且冠状齿轮31由联接至轴2的轴环所限定。

Claims (7)

1.一种旋转接头(100)，其用于在机器中在固定部件与旋转轴(2)之间输送流体；该旋转接头(100)包括：

-旋转歧管(4)，其至少具有第一流体通道(6、7)；所述旋转歧管由该轴(2)所限定，并且适于以相对于该轴(2)以角度固定的位置同轴地安装在该轴(2)上；

-固定歧管(9)，其至少具有第二流体通道(13)，并通过轴承(10)同轴安装在该旋转歧管(4)上；

-流体连通通道(21、22)，其用于在该第一流体通道(6、7)与该第二流体通道(13)之间建立流体连通；和

-中间歧管(18)，其布置在该固定歧管(9)与该旋转歧管(4)之间，并通过轴承(19)同轴地安装在该旋转歧管(4)上，并设有至少一个第三流体通道(20)，其通过所述流体连通通道(21、22)与该第一流体通道(6、7)和该第二流体通道(13)流体连通；

旋转接头(100)的特征在于，其包括：

齿轮系(25)，其布置在该固定歧管(9)与该旋转歧管(4)之间，以使得在运行期间，该中间歧管(18)以低于该旋转歧管(4)速度的速度旋转。

2.根据权利要求1所述的旋转接头(100)，其中，所述齿轮系(25)是行星齿轮系。

3.根据权利要求2所述的旋转接头(100)，其中，该齿轮系(25)包括第一冠状齿轮(31)、第二冠状齿轮(30)、和多个小齿轮(26)，该第一冠状齿轮(31)与该旋转歧管(4)同轴并成角度地固定在该旋转歧管(4)上，该第二冠状齿轮(30)与该固定歧管(9)同轴并成角度地固定在该固定歧管(9)上，该多个小齿轮(26)安装在该中间歧管(18)上并同时与该第一和第二冠状齿轮(31、30)相啮合。

4.根据权利要求2或3所述的旋转接头(100)，其中，该旋转歧管(4)具有连通径向凹部，其围绕该旋转歧管(4)的旋转轴线(3)均匀地分布；每个该小齿轮(26)布置在相应的所述连通径向凹部中，并通过轴承旋转地安装在平行于旋转歧管(4)的旋转轴线(3)的销(27)上，并成角度地轴向固定在该旋转歧管(4)上。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转接头(100)，其中，对于每个第三流体通道(20)，所述流体连通通道(21、22)包括第一环形凹部(22)和第二环形凹部(21)，该第一环形凹部(22)形成在该中间歧管(18)内并且与该中间歧管(18)同轴，位于面对该第三流体通道(20)的一个开口端并面对所述第一流体通道(6、7)的开口端的位置；该第二环形凹部(21)形成在该中间歧管(18)中并且与该中间歧管(18)同轴，位于面对该第三流体通道(20)的另一个开口端并面对该第二流体通道(13)的开口端的位置。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转接头(100)，其包括密封件(23、24)，以防止该中间歧管(18)与该固定歧管(9)之间以及该旋转歧管(4)与该中间歧管(18)之间的流体泄漏。

7.根据权利要求2所述的旋转接头(100)，其中，该旋转歧管(4)由该轴(2)所限定，并且该第一冠状齿轮(31)形成在该轴(2)的圆周部分中或形成在同轴地安装在轴(2)上的轴环中，位于相对于该轴(2)成角度的固定位置。

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