CN112855944B - 旋转轴密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于轴密封技术领域，具体涉及一种旋转轴密封结构，包括：套接在旋转轴外壁上并随旋转轴旋转的动密封环以及设置在动密封环外周侧的静密封环，动密封环包括轴向依次抵接的油封动环及水封动环；静密封环的内周面上开设有导流槽，静密封环的内周面与动密封环的外周面之间配合形成间隙流道，间隙流道与导流槽间隔设置，油封动环的外周面与其外周侧的导流槽形成油回流腔，水封动环的外周面与其外周侧的导流槽形成水回流腔。采用本发明的技术方案，结构紧凑、防水防油效果优异。

Description

旋转轴密封结构

技术领域

本发明涉及旋转轴密封结构技术领域，具体涉及水冷型永磁调速器上的旋转轴密封结构。

背景技术

永磁调速器利用电磁感应基本原理，通过调节气隙实现扭矩的调节。永磁涡流调速器的结构主要由感应转子、永磁转子和控制器三部分组成。永磁调速器普遍存在散热问题，在运行过程中，感应转子内的电涡流会导致转子发热，温度升高，进而影响调速器的工作。调速器传递的功率越大，感应转子的导体发热问题越严重。目前针对功率较大的调速器，通常采用水冷式结构，实现有效降温。

现有技术中针对水冷式永磁调速器的防水需求，为了在旋转轴处防止飞溅的冷却水外泄，通常在永磁调速器的旋转轴处设置水密封结构，防止冷却水流入支撑轴承中，影响轴承工作。但现有技术中的防水密封件不仅结构复杂，防水效果也不理想。另外，现有技术中的水冷式永磁调速器还包括旋转轴支撑轴承的油密封件，其主要功能为防止润滑油泄露。为了实现防止冷却水外泄以及防止润滑油外泄，通常需要同时设置水密封结构以及油密封结构，不仅结构复杂，而且占用有限的结构空间。即使采用同时具有防尘及防油结构的轴承密封件，对外界的防水效果并不理想，无法直接用于水冷式永磁调速器的旋转轴处实现防水防油功能。

目前，为解决上述技术问题，亟待开发一种高效的防水防油的旋转轴密封结构，满足水冷式永磁调速器的旋转轴防水防油需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转轴密封结构，满足水冷式永磁调速器的旋转轴防水防油需求。

本发明的方案如下：

一种旋转轴密封结构，包括：套接在所述旋转轴外壁上并随所述旋转轴旋转的动密封环以及设置在所述动密封环外周侧的与所述旋转轴密封结构的外壳固定的静密封环，所述动密封环包括轴向依次抵接的油封动环及水封动环；所述静密封环的内周面上开设有导流槽，所述静密封环的内周面与所述动密封环的外周面之间配合形成间隙流道，所述间隙流道与所述导流槽间隔设置，所述油封动环的外周面与其外周侧的所述导流槽形成油回流腔，所述水封动环的外周面与其外周侧的所述导流槽形成水回流腔。

优选地，形成所述间隙流道的动密封环的外周面上开设有环形凹槽。

优选地，所述静密封环的内周面上开设有导流槽，所述间隙流道与所述导流槽间隔设置，所述动密封环包括轴向依次抵接的油封动环及水封动环，所述油封动环的外周面与其外周侧的所述导流槽形成油回流腔，所述水封动环的外周面与其外侧的所述导流槽形成水回流腔。

优选地，所述水封动环上设置伸出其外周面的环状挡水板，所述挡水板的高度沿水流经所述水封动环的方向依次升高。

优选地，沿水流经所述水封动环的方向，在所述环状挡水板的下游设置有伸出所述水封动环外周面的环形凸起，所述环形凸起的外周面与所述静密封环的内周面之间配合形成所述的间隙流道，且位于所述挡水板下游的所述环形凸起的高度与该挡水板相同。

优选地，所述油封动环上设置伸出其外周面的环状挡油板，所述环状挡油板的高度沿油流经所述油封动环的方向依次升高。

优选地，沿油流经所述油封动环的方向，在所述环状挡油板的下游设置有伸出所述油封动环外周面的环形凸起，所述环形凸起的外周面与所述静密封环的内周面之间配合形成所述的间隙流道，且位于所述挡油板下游的所述环形凸起的高度与该挡油板相同。

优选地，所述旋转轴密封结构还包括环形缓冲腔，所述环形缓冲腔位于所述油回流腔和所述水回流腔之间。

优选地，在形成所述缓冲腔的所述油封动环的环形凸起的外端面上设有伸入所述缓冲腔的扰流装置，扰流装置优选为扰流叶片。

本发明还提供一种水冷型永磁调速器，包括具有上述特征的旋转轴密封结构。

本发明的优异技术效果：

采用本发明的技术方案，在动密封结构的间隙流道上设置环形凹槽，当冷却水或润滑油流经间隙流道时，通过离心力形成水墙或者油墙，阻止水/油的进一步泄露，提高密封效果；动密封环上的迷宫结构，使渗入密封结构的冷却水/润滑油经过多次回流，进一步提高密封效果；在水回流腔和油回流腔之间设置缓冲腔，并在形成缓冲腔的油封动环的端面上设置扰流叶片，扰流叶片随着油封动环旋转，扰动气流吹向水密封结构，进一步阻止缓冲腔中的水油混合气体进入油密封结构，确保轴承的运行安全。

附图说明

图1为本发明实施例一的密封结构永磁调速器旋转轴的装配结构图。

图2为本发明实施例一的密封结构的结构示意图。

图3为图1的局部放大图。

图4为本发明实施例二的动密封环的结构示意图。

图中：

1 旋转轴；

2 轴承外壳；

3 轴承；

4 密封结构；

41 动密封环、411水封动环、412油封动环；413叶片；

42 静密封环、421水封静环、422油封静环；

43 水回流腔、431第一水回流腔、432第二水回流腔；

44 油回流腔、441第一油回流腔、442第二油回流腔；

451 水回流口、452油回流口；

46 止动销；

47 挡水板、471第一挡水板、472第二挡水板；

48 挡油板；

49 缓冲腔；

51 间隙水流道、52间隙油流道；

61 甩水凹槽、62甩油凹槽。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例一：

如图1所示，本实施例的永磁调速器包括一端连接有永磁转子的旋转轴1、轴承外壳2以及设置于旋转轴1及轴承外壳2之间的用于支撑旋转轴1的轴承3。旋转轴1上设置有密封结构4，该密封结构4为间隙密封，包括动密封环41及静密封环42。静密封环42的一端抵接并固定于轴承外壳2上，另一端抵接并固定于永磁调速器的冷却腔的隔板上(图中未示出)，动密封环41固定套接在旋转轴1上，其一端抵接于轴承3上，并随旋转轴1旋转。永磁调速器的永磁转子容置于冷却腔中，冷却腔中容纳有用于冷却永磁转子的冷却水A。密封结构4设置于冷却腔与轴承之间，用于防止冷却腔内飞溅的冷却水A流入轴承3中，同时防止轴承3中的润滑油B流入冷却腔。

本实施例的动密封环41包括水封动环411和油封动环412。水封动环411和油封动环412依次布置并固定设置在旋转轴1上，随旋转轴1转动。油封动环412的一端与轴承3抵接，油封动环412的另一端与水封动环411抵接。静密封环42套在动密封环42外周侧，实现间隙密封。其中，水封动环411与静密封环42配合，形成水密封结构；油封动环412与静密封环42配合，形成油密封结构。

静密封环42包括水封静环421和油封静环422，水封静环421和油封静环422依次布置，并通过止动销46固定连接。可选择地，水封静环421和油封静环422为一体成型。水封静环421和油封静环422的内周面上均设置一个以上的导流槽，轴向截面呈梳子状，靠近轴承3的油封静环422的导流槽与油封动环412的外周面配合，形成依次设置的多个油回流腔44。油封静环422包括两个导流槽，与油封动环412的外周面配合形成两个油回流腔44，包括第一油回流腔441和第二油回流腔442。每个油回流腔44底部均设有油回流口452与油回流通道连接。远离轴承3的水封静环421的导流槽与水封动环411的外周面配合，形成依次设置的多个水回流腔43，本实施例中，如图2所示，水回流腔43包括第一水回流腔431和第二水回流腔432。每个水回流腔431底部均设有水回流口451与水回流通道连接。

如图3所示，静密封环42的油封静环422的内周端面与油封动环412的外周端面之间形成间隙油流道52，在油封动环412的外周端面上设置环形的甩油凹槽62，且甩油凹槽62位于间隙油流道52中。甩油凹槽62位于间隙油流道52中，由于间隙距离较小，甩油凹槽62在旋转过程中将润滑油B甩起，在间隙中容易形成油墙，进一步阻止润滑油的流动，提高油密封效果。如果将甩油凹槽62设置于油回流腔44中，则由于距离较大，甩起的油无法形成油墙，无法实现阻止油流动的效果。

静密封环42的水封静环421的内周端面与水封动环411的外周端面之间形成间隙水流道51，在水封动环411的外周端面上设置环形的甩水凹槽61，甩水凹槽61位于间隙水流道51中。同理，甩水凹槽61在间隙水流道51中形成水墙，进一步阻止冷却水的流动，提高水密封效果。

本实施例中，如图2所示，水封动环411和油封动环412均为迷宫式结构，具体而言：水封动环411的外周端面上设置伸出其外周面的多个环形的挡水板47，挡水板47伸入水回流腔43中，挡水板47包括第一挡水板471和第二挡水板472，其中第一挡水板471位于第一水回流腔431中，第二挡水板472位于第二水回流腔432中。挡水板47伸入水回流腔43的高度沿冷却水A流入水回流腔43的方向依次升高，即第二挡水板472的高度高于第一挡水板471的高度。

沿水流经水封动环411的方向，在第一挡水板471的下游设置有伸出水封动环411外周面的环形凸起，该环形凸起的外周面与水封静环421的内周面之间配合形成间隙水流道51，且位于第一挡水板471下游的环形凸起的高度与第一挡水板471相同。在第二挡水板472的下游也设置有伸出水封动环411外周面的环形凸起，该环形凸起的外周面与水封静环421的内周面之间配合形成间隙水流道51，且位于第二挡水板472下游的环形凸起的高度与第二挡水板472相同，即间隙水流道呈逐级升高趋势。这种迷宫式密封结构使流入的冷却水A经过多次泄压、多次回水，同时成逐级升高趋势的挡水板及间隙水流道，进一步阻止了冷却水的流动，提高了密封效果。

同理，油封结构的油封动环412的外周端面上设置伸出其外周面的多个环状的挡油板48，挡油板48伸入油回流腔44。挡油板48伸入油回流腔44的高度沿润滑油B流入油回流腔44的方向依次升高。油回流腔44的位于挡油板48下游的间隙油流道52的高度与该挡油板相同。流入油封结构的润滑油B经过多次泄压、多次回水，进而提高了密封效果。

对于集成了油密封结构和水密封结构的密封结构4，如何避免水汽和油汽的混合成为需要解决的问题。本实施例中，在油密封结构和水密封结构之间设置有环形的缓冲腔49。具体如图2所示，缓冲腔49位于油回流腔44和水回流腔43之间。穿过水回流腔43的冷却水A水汽和穿过油回流腔44的润滑油B的油汽在缓冲腔49中混合。在缓冲腔49的底部设置有排污口，用于将水汽和油汽凝结的液体排出。进一步地，在缓冲腔49上设置有观察口(图中未示出)，便于随时方便地对缓冲腔49内的情况进行观察，如果发现水汽或油汽严重，则可以进行维修或更换。

实施例二

与实施例一不同之处在于，本实施例二的密封结构还包括扰流装置。

对于集成了油密封结构和水密封结构的密封结构4，即便如实施例一中在油密封结构和水密封结构之间设置有环形的缓冲腔49，还是有可能出现缓冲腔49中的水油混合气体经过油密封结构而渗入轴承组件，进而影响轴承组件的运行稳定性。

为了有效避免缓冲腔49中的水油混合气体经过油密封结构而渗入轴承组件，本实施例二在缓冲腔49中设置了扰流装置，通过扰流装置将水油混合气体吹向水密封结构一端，进一步阻止其深入轴承组件。

如图4所示出的，在油封动环412的端面上，设置有扰流叶片413。该扰流叶片413从油封动环412的端面上伸出，形成在缓冲腔49中。扰流叶片413随着油封动环412的转动而转动，扰动缓冲腔49中的水油混合气体，带动缓冲腔49中的水油混合气体吹向水密封结构的一端，进而进一步阻止水油混合气体经过油密封结构而深入轴承组件，提高轴承组件的运行稳定性。本实施例二中的扰流装置不限于图4中的扰流叶片，也可以是其他可以实现扰流效果的结构。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (9)

1.一种旋转轴密封结构，其特征在于，包括：套接在所述旋转轴外壁上并随所述旋转轴旋转的动密封环以及设置在所述动密封环外周侧的与所述旋转轴密封结构的外壳固定的静密封环，所述动密封环包括轴向依次抵接的油封动环及水封动环；所述静密封环的内周面上开设有导流槽，所述静密封环的内周面与所述动密封环的外周面之间配合形成间隙流道，所述间隙流道与所述导流槽间隔设置，所述油封动环的外周面与其外周侧的所述导流槽形成油回流腔，所述水封动环的外周面与其外周侧的所述导流槽形成水回流腔,形成所述间隙流道的动密封环的外周面上开设有环形凹槽。

2.根据权利要求1所述的旋转轴密封结构，其特征在于，所述水封动环上设置伸出其外周面的环状挡水板，所述环状挡水板的高度沿水流经所述水封动环的方向依次升高。

3.根据权利要求2所述的旋转轴密封结构，其特征在于，沿水流经所述水封动环的方向，在所述环状挡水板的下游设置有伸出所述水封动环外周面的环形凸起，所述环形凸起的外周面与所述静密封环的内周面之间配合形成所述的间隙流道，且位于所述环状挡水板下游的所述环形凸起的高度与该环状挡水板相同。

4.根据权利要求1所述的旋转轴密封结构，其特征在于，所述油封动环上设置伸出其外周面的环状挡油板，所述环状挡油板的高度沿油流经所述油封动环的方向依次升高。

5.根据权利要求4所述的旋转轴密封结构，其特征在于，沿油流经所述油封动环的方向，在所述环状挡油板的下游设置有伸出所述油封动环外周面的环形凸起，所述环形凸起的外周面与所述静密封环的内周面之间配合形成所述的间隙流道，且位于所述环状挡油板下游的所述环形凸起的高度与该环状挡油板相同。

6.根据权利要求1所述的旋转轴密封结构，其特征在于，所述旋转轴密封结构还包括环形缓冲腔，所述环形缓冲腔位于所述油回流腔和所述水回流腔之间。

7.根据权利要求6所述的旋转轴密封结构，其特征在于，在形成所述缓冲腔的所述油封动环的环形凸起的外端面上设有伸入所述缓冲腔的扰流装置。

8.根据权利要求7所述的旋转轴密封结构，其特征在于，所述扰流装置为扰流叶片。

9.一种水冷型永磁调速器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的旋转轴密封结构。

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