CN1207054A - 自调节稳态轴承支撑装置 - Google Patents

Abstract

一个稳态轴承(10)在一个容器内的一个搅拌器轴(12)上,它利用多个平行支撑对(96)被支撑在容器壁面上,支撑对以可转动方式安装在它们端部上的固定的平行叉形头上,内叉形头(44)包括在一个轴承支撑分装置内,外叉形头(84)包括在固定在容器壁上的多个固定分装置(56)中。稳态轴承(10)可以沿搅拌器轴作自由的轴上滑动。内叉形头(44)被安装在一个圆柱形的叉形头承载体(34)上,这个承载体只通过轴承架顶部和底部的环(24,26)固定到轴承架上,从而将径向负载均匀地分配到轴承架,并且防止轴瓦(20)的变形。支撑和叉形头带有协同表面,它们在摇转销钉断裂的情况下相互作用以便捕获松动的支撑,防止它碰撞到搅拌器桨叶。

Description

自调节稳态轴承支撑装置

本发明涉及用于容器中搅拌器轴的支撑轴承装置，更具体地涉及那种用于通称为“稳态轴承”的装置，这种轴承安装在搅拌器轴上离开驱动端一段距离上，通常靠近一个自由端，并且最特别地涉及一种不管容器径向尺寸的动态改变而自动维持稳态轴承的径向支撑的装置。

一个搅拌器轴在一个容器内驱动一个浆叶，在搅拌过程中可以受到相当大的动态弯曲形变，特别是当可变负荷作用在浆叶上，如在搅拌固体或高粘度物质时。动态形变可以造成轴材料的疲劳并且可以造成永久性的轴形变或完全断裂。在某些应用中，利用固定在容器底部上的稳态轴承装置来容纳浆叶下面的轴的自由端而得到轴的令人满意的控制，例如在1992年2月18日对Gambrill等颁发的美国专利No.5,088,832中所公布的那样。但是，即使这样控制，转轴也会沿轴上的一点或多点呈现不希望有的和可能毁坏性的弯曲矩量，特别是在相当深的容器中带有多个浆叶的长轴上更是如此。已知可以提供一个或多个沿轴的中间稳态轴承，最好是在弯曲的波腹处，以便进一步支撑转轴不发生径向形变。

一个中间稳态轴承可以利用一个或多个从容器壁上延伸出来的坚硬的支撑物来支持，例如在1986年1月21日向Jekat等颁发的美国专利No.4,565,453图1中的24所示那样。这种硬支撑物在混合系统工作于正常温度和压力时可以提供足够的支持，在这种条件下支撑物，转轴，或者容器都没有膨胀或收缩。但是，当使用条件远离稳态轴承支撑装置的安装条件时可以造成严重的问题。特别是在高温和高压下，容器可以大大膨胀从而增加半径。由于支撑物的延伸断裂，稳态轴承自身的变形，和/或容器壁的撕裂，使用固定长度的硬支撑物的支持系统就会被损坏。这种损坏可以是非常昂贵的并且对人员操作也是非常危险的。

因此希望提供一种装置，它可以连续地支持稳态轴承，可以容忍容器的径向尺寸，即从搅拌轴的轴线到容器壁的距离的变化。一种方法是利用重型弹簧连接支撑物和器壁。但是，需要控制转轴的弹性系数可能会非常高，例如大于500,00磅/英寸，这时轴承的圆柱形状会发生畸变，造成轴承的过早报废。另一种已知方法是使用3个伸长/收缩支撑平衡地布置在轴承四周，以可转动方式连接轴承和器壁，并且在轴承和器壁上形成非直角的角度。这种装置利用允许轴承在需要时可以在轴上上下滑动，可以容纳容器直径的改变。这种装置有至少二个严重缺点。第一，如果有一个支撑损坏，例如支撑断裂或松动或轴承处或器壁处连接销钉的断裂，装置就不能再使转轴对中并由于新出现的转轴离位而迅速被损坏。第二，轴承的性能取决于支撑物的工作线的重合以及工作稳态轴承的控制。否则会有不同的动量作用在轴承上造成迅速磨损和过早报废。

本发明的一个主要目的是提供一个改良的稳态轴承装置来用于搅拌器轴，其特征在于利用被允许沿轴的轴向移动同时利用本装置维持与轴同心，轴承被连续地维持住不在径向上移动。

本发明的进一步的目的是提供一个改良的稳态轴承装置，其特征在于装置的一个支撑损坏不会造成轴承的偏心和装置的严重损坏。

本发明的又一个目的是提供一个改良的稳态轴承装置，其特征在于作用在装置支撑上的对中心力被分配在轴承上而且不会造成轴承的变形。

简要说来，根据本发明的用于搅拌器轴的稳态轴承装置包括一个围绕搅拌器轴并将稳态轴承支撑在它的整个外承载轴承表面上的圆柱形轴承架。在轴承架的上下端有一个负荷环围绕着转轴并且能够承受在运行中加载在装置上的径向负荷而不发生显著形变。轴承，轴承架，和环最好采用可分解设计以便于拆卸和更换轴承而不致影响装置剩余部分的对准和不用把浆叶从转轴上取下。在上和下环之间，以及轴承架的外侧固定有多个细长的第一叉形头，最好是三个均衡地布置在轴承架周围。每个叉形头只固定在上下环之上而不直接固定到轴承架上。因此叉形头上的径向载荷被防止在轴承架和轴承上施加变形力。每个叉形头有一个第一对孔通过它的臂，一个孔在另一个之上并且与一个平行于搅拌器和轴承轴线的直线成横向关系。在叉形头臂之间有一对等长支撑，也是一个在另一个之上，它们的内端以可转动方式用销钉或带肩螺栓固定在叉形头上。每一对支撑的外端以可转动方式固定在器壁上的第二叉形头上，与第一或内叉形头相似，第二叉形头有一个第二对孔，与第一叉形头上的第一对孔的走向相同。每对支撑从而起到一个平行连接支持框架的作用，在其中垂直平行侧(在内和外叉形头上的孔之间)维持在与转轴轴线平行，同时斜支撑和所包括的平行四边形的角度改变，以及利用容许轴承沿搅拌器轴轴向滑动而容纳容器半径的变化。这些多个平行连接互相配合使稳态轴承对中并与转轴对准，同时连续地承受作用在转轴上的所有变化的径向负荷。

一种非常高程度的对准是需要的。装置与搅拌轴的安装对准首先利用对准外叉形头上的孔从而使一个叉形头上两个孔的中心线离转轴表面等距。每对支撑最好以可转动方式利用一个固定分装置固定在器壁上来完成这个对准。为了适应容器壁上的非圆柱形状，每个外叉形头可以有一个带螺纹孔并且可安装在一个带螺纹的叉形头短柱轴上，这个短柱轴上有一个可固定到容器壁上的平板。叉形头到搅拌器轴的矩离从而可以在安装支撑以前利用适当旋转短柱轴上的叉形头来调节。一个带螺纹的锁定环也可以包括在短柱轴上以防止叉形头以后的转动。可能需要在对准完成以后把锁定环点焊在短柱轴上。为了把平面形的短柱轴平板固定到圆柱形的容器壁上并且局部加强壁面，一个平面形支柱或螺杆托板可以被焊在壁上以便承接短柱轴平板。为了容纳焊接的短柱轴托板相对于垂直搅拌器轴半径很小的但是重要的偏差，一个横过它的直径为斜面的接头可以包括在螺杆轴平板和支柱托板之间。旋转这个斜面接头可以改变外叉形头的走向并且允许转动孔的准确的垂直对准。一个可以用螺栓连接到螺杆托板上的圆盘形平板(也称为重叠法兰)可以提供在短柱轴平板上以便适当对准地固定整个分装置到容器上。每个支撑的一个端或两个端最好以螺纹拧进支撑的中心部分以便在支撑的安装中和安装以后对装置进行微调。每对支撑和每对叉形头基本上要求被调节得共同形成一个真正的平行四边形，它的两个垂直侧边平行于搅拌器轴的轴线和表面。

在另一个实施例中可以比较容易地组装和对准，固定分装置可以安装在一个提供在容器壁外表面上的一个螺栓托板上，而且叉形头短柱轴可以通过容器壁上的一个开口被延长伸入到容器的内部。在这实施例中，一个垫片，如市场上可见的螺线缠绕垫片可以提供在斜面接头和螺栓托板之间。

外叉形头最好有一个内表面垂直于搅拌器轴的半径，并且每个支撑在它的外端附近有一个表面以一角度倾斜于支撑的轴线，这个角度和支撑与搅拌器轴之间的非正交性角度相等。因此，叉形头表面和支撑表面基本上平行并且在稳态轴承支撑装置正常运行中临近接触。在转动销钉断裂或不起作用的情况下，支撑只会在支撑面的上角落接触到叉形头表面之前落下一个短距离，以便防止支撑向下摆落造成与搅拌器浆叶的灾难性相撞。如果任何一个支撑发生故障，在另外两个支撑上保留的平行性将维持轴承和搅拌器轴的对准。

本发明的以上的和其它的目的，性能和优点，以及所示的最佳实施例，通过阅读下述描述和附图会变得更清楚，其中：

图1是一个正视图，带有沿图2中1-1线的部分横截面，显示一个搅拌器轴和根据本发明的稳态轴承支撑装置的一部分；

图2是图1所示装置的复合截面图；

图3是一个正视图，带有部分截面图，显示图1所示的稳态轴承装置利用一对平行支撑连接到容器壁上一个固定辅助装置上；

图4是图3所示装置的截面图；

图5是图3中圆圈5以内区域的详细的垂直截面图；

图6是图5中装置的水平截面图；以及

图7是与图6类似的截面图，显示根据本发明的固定辅助装置的另一个实施例。

参看图1和图2，显示一个稳态轴承组件10安装在一个搅拌器轴12上，轴12有一个磨擦轴套14，轴套14最好是一个由夹子16箍在轴12上的可分开的圆柱体，轴12在它的上端13被搅拌器马达(没有画出)驱动旋转，并且有一个轴线18，这个轴线在设计和安装根据本发明的装置时被作为有用的参照物。磨擦轴套14沿轴12的长度方向延伸，至少为装置的正常运行中组件10在轴向上的运动范围，如下面将说明的那样。

轴瓦20是一个圆柱形轴瓦，在它的内表面与磨擦轴衬14接触并且作为一个稳态轴承来承受搅拌器运行中由于轴12弯曲引起的径向负荷。轴瓦20可以用任何已知的轴瓦材料如青铜，聚合物，碳石墨或陶瓷等制作。轴瓦20最好用碳石墨制作并不需要润滑。一个轴瓦架22环绕着和支持着轴瓦20，并分别在它的上下两端配有上下环24和26，它们用一圈螺钉28连接到轴瓦架22上。轴瓦20，轴瓦架22，和环24、26最好为轴向可分开设计，轴瓦架22带有配合法兰30，它可以用螺栓32固定在一起。环24和26也最好有法兰和螺栓(没有画出)用于装配。这些组件的分离设计可以使得轴瓦20的分解和更换不用拆卸稳态轴承支撑装置的剩余部分以及不会损失这些部分的关键的准直，如下面所述。

环24和26在径向上延伸超过轴瓦架22，并且在它们之间承纳一个圆柱形的叉形头承载器34，承载器34有环形的分别用螺栓40固定在环24和26上的上下法兰36和38。以诸如焊接方式固定在承载器34的外表面42上(不是到环24和26)的是多个内叉形头44，最好是三个以等距离围绕轴18以相互夹角120°安排。每个叉形头44有翼板48和48′，它们在长度方向与搅拌器轴18平行，并在两翼分别有上和下孔50和52。孔50和52的轴线是在一个与搅拌轴18垂直的方向并且位于一个与轴18相平行的平面中。

由于叉形头承载器34只连接到上下环24和26上而不是直接连接到轴瓦架22上，作用在叉形头上的径向负载被环均匀地承受并且均匀地传输到轴瓦架的所有部分，从而防止轴瓦的不希望有的变形，这种变形在某些已知稳态轴承装置上可见。

参看图3到图6，搅拌轴12和稳态轴承分装置10置于一个有一个与搅拌轴18大致平行壁面54的容器中。壁54最好为大致圆柱形的并与轴18同心从而使轴18位于容器中心，其它的形状也是可能的。在图3到图6所示的最佳实施例中，一个固定分装置56固定在壁54上的一个开口58中。每一个内叉形头都有一个固定分装置，有选择性地安装在高于或低于包括内叉形头的平面的一个平面里，从而支撑臂将形成一个与任一平面有1°到20°之间，最好为10°左右的夹角55。分装置56包括一个环形托板60，它用焊接固定在壁54上并且攻丝来容纳多个带螺纹的螺栓62。托板60带有一个在容器内外连通的孔64。托板60的平面的外表面66最好大致平行于搅拌器轴18安放。一个圆柱形叉形头短柱轴68有一个与它垂直的圆形基板70，它通过孔64向容器内部延伸并在它的表面的部分72上有螺纹。在平板70和表面66之间有一个环形接头环74，它在直径横截面上稍微为斜面形。斜面接头环74在安装和调整装置时可以被转动，在基板和螺杆托板之间旋转角度以便把螺杆托板的轴线定位在与搅拌轴18相横切。可能在环74和托板表面66之间需要一个垫片。一个后背板78有一些孔以便穿过螺栓62。平板78上的一个环形槽79容纳基板70上高起的环形边81，而螺栓轴位于孔64的中心。螺帽80和锁紧螺帽82把装置和短柱轴适当地对中心和定方向地固定在一起。

固定在叉形头短柱轴68上的是外叉形头84，它有一个轴向孔86，在它的内表面有螺纹以便与短柱轴的螺纹部分72相配合。在固定分装置的安装和调节时，叉形头可以在短柱轴螺纹上转动以调节叉形头和搅拌轴之间的距离。当获得合适的距离并且叉形头也被适当地相对于内叉形头44定向时，外叉形头可以利用锁紧环88锁定在位，然后可以被点焊以防止不希望有的松动。

外叉形头84有一对翼90和90′，它们有相对的平行平面在它们的内表面上，并且有上孔和下孔92和94，它们的与内叉形头44上的孔50和52的距离相等。翼90和90′之间的距离与内叉形头的翼48和48′之间的距离相等。孔92和94也和孔50和52类似地对准从而使它们的轴与搅拌器轴线的方向正交并且包括在与搅拌器轴相平行的平面里。孔50，52，92和94的四条轴线从而确定了平行四边形的四个角，其中二个垂直边与搅拌器轴相平行。

一对相同的支撑臂96和96′一个在另一个之上地和它们相应的内外端一起被安装在内外叉形头的翼之间，支撑臂有一个中心部分98和98′，一个内端部100和100′以及一个外端部102和102′。端部是有孔的，支撑以可转动方式用带肩螺栓104，螺帽106和锁紧螺帽108连接到叉形头的翼上。锁紧垫片110最好包括在锁紧螺帽的下面，并且交替翼片112向上或向下弯曲以维持螺帽之间的锁住位置。这些锁定特点被优选地包括在内以防止装置在运行中偶然丧失整体性而造成搅拌轴的灾难性损坏和容器的破裂。

支撑臂的端部至少要有一个，最好两端都有螺纹以便拧进中心部分，以便允许在组装时微调每个支撑臂的长度。一个锁紧环114被提供来防止调整后的进一步转动在永久性安装时，这个环也可以点焊在支撑臂上。

固定分装置的第二个实施例101示于图7。实施例101包括组件56所有元件但它安装在容器壁的内表面上而不是外表面上并且不通过容器壁上的孔伸出。在实际上，实施例56对于容易安装和调整是有优点的，但是实施例101可以提供相同的服务。在图7中，与实施例56相似的组件用相同的标记数字表示。

叉形头和支撑最好提供有措施来防止如果螺栓104在搅拌器运行时松动或断裂造成支撑下落到与搅拌器浆叶123发生灾难性的相撞。内外叉形头翼48，48′，90和90′的端面116形成为与搅拌器轴线大致平行的平面。带螺纹的内外支撑端被从圆形毛坯加工出来把临近开孔的部分铣平以便提供一个平板形端118插入叉形头的翼板之间。在平板形端部和圆形部位之间的过渡最好为一对与平板端118表面正交，并且以与支撑和叉形头之间的夹角55相等的夹角与支撑轴相对安装的表面120。这样表面116和表面120之一大致平行并且接近但不接触。在每个支撑的端部，表面120相连而形成一个角122。如果外叉形头上的一个带肩螺栓104断裂，支撑端部可以下落到角122碰到表面116为止而不会继续下落。尽管这个特殊的支撑对的平行连接不再起作用，剩余的两个平行连接框架将不受损坏并且径向上对轴瓦的支撑将被维持。

对于运行，整个稳态轴承支撑装置以上述方式安装。当容器内被加料并且一个工艺循环开始时，容器将响应压力和温度的改变而体积膨胀或收缩，容器的内部尺寸将从正常条件下改变。如果容器的表观内半径增加或减小，固定分装置将被移动到离搅拌器轴更远或更近。作为响应，支撑装置的平行连接框架中的支撑将绕它们的螺栓104转动而缩短或加长平行四边形的对角线，使稳态轴承组件10沿着与搅拌轴和表面平行的方向在搅拌器磨擦轴套14上上下滑动。对于三个固定分装置的每一个与搅拌器轴的距离的每一组合，对于轴承支撑装置可以有一个也只能有一个结果形成的轴上位置。分装置10的这种同心移动到它的在搅拌器轴上承托的新位置的完成不造成径向受力和由支撑支持的任何变化，因此轴瓦和转轴在所有时间都被径向上维持着。

从上述可知在这里提供了一个改进了的自调节稳态轴承支撑装置安装在容器壁上，不管搅拌器轴与容器壁距离有什么变化，搅拌器的轴都能够维持不受径向偏移影响。这里所述的根据本发明的稳态轴承支撑装置的改变和改进，都无疑会呈现在内行人的眼前。因此，前述内容应被当作是描述性的而不是限制性的。

Claims (16)

1.一个用于在容器中支撑一个搅拌器转轴的稳态轴承的装置，所述的被支撑的轴承可以沿所述转轴作轴向移动，同时维持与所述转轴的同心准直和对所述转轴的径向支撑，所述的装置从所述容器的壁上被支撑，所述的装置包括：

a)一个轴承架，用于容纳和定位所述的轴承以同心的转动接触所述转轴的表面；以及

b)多个支撑对，径向围绕所述转轴安排，用于支撑所述轴承架在所述容器之内，所述支撑对的每一个都形成一个平行连接支承并且

i)延伸其间和以可转动方式在内端上连接到所述轴承架上并且在外端连接到所述容器的所述壁上，

ii)有第一和第二支撑，有相同长度，相互平行地安装在一个包括搅拌器轴的轴线的平面内，

iii)与所述搅拌器轴在轴向上为非正交的，以及

iv)连接所述支撑到所述轴承架的转动轴与搅拌器转轴轴线的轴向方向垂直并且被包括在一个与所述转轴轴线相平行的平面内，所述的多个平行连接支撑对共同协作利用允许所述轴承响应所述容器径向尺寸改变的轴向移动来维持所述轴承的径向支撑。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的多个支撑对以相同的角间距离围绕所述轴承架安装。

3.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述支撑对的数目为三个。

4.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的支撑的每一个都与所述搅拌器轴形成一个在大约1°到大约30°之间的角度。

5.根据权利要求1的装置，其特征在于，进一步包括一个磨擦轴套在所述的搅拌器轴上在所述的稳态轴承内。

6.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述轴承架包括：

a)一个圆柱形组件，用于将所述轴承支持在其一个外表面上；

b)第一和第二环形组件，安装在所述圆柱形组件相对的两端并且固定其上；

c)多个第一叉形头，在数量上等于支撑对数量，所述第一叉形头被径向安装在所述第一和第二环形组件之间并且固定其上，所述第一叉形头的每一个都有相对的翼板，并且通过每个所述的翼板有一对平行的孔，所述孔的轴线间隔一个第一距离并且包括在一个与搅拌器轴的轴线相平行的平面内。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于，每个所述的支撑包括一个细长的中心组件和分别安装在所述中心组件的内外端上的第一和第二端部组件，所述的每个端部组件有第一孔穿透其上。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述中心组件的至少一个所述的端部是有螺纹的，并且其特征在于至少一个所述的端部组件有一个第二孔，它与所述的第一孔垂直并带有螺纹，以便接收所述的带螺纹的中心组件使得能够调节所述的第一和第二端部组件中的所述的第一孔之间的距离。

9.根据权利要求8的装置，其特征在于，进一步包括一个安装在所述带有螺纹的中心组件上的带螺纹的锁定环，用于防止所述带螺纹的端部组件转动。

10.根据权利要求7的装置，其特征在于，每个所述的端部组件上有第一和第二相对的和平行的平面环绕所述的第一孔并与孔垂直，所述端部组件在平面间的距离基本上等于所述叉形头所述相对的翼板间的距离。

11.根据权利要求1 0的装置，其特征在于，进一步包括多个固定在所述容器壁上的固定分装置，它的数量等于所述支撑对的数量，用于接收和固定所述支撑的所述的外端部，每个所述的固定分装置有：

a)一个第二叉形头，它有相对的翼板和一对平行的第一孔通过每个所述的翼板，并且有一个带螺纹的不穿透的第二孔与所述第一孔的方向垂直；

b)一个短柱轴，在它的外表面的一部分有螺纹以便配合所述的带螺纹的不穿透的第二孔，用于允许调整所述第二叉形头到所述第一叉形头的距离，所述的短柱轴有一个基体板；

c)一个斜面的调节环，它安装在所述短柱轴基体板和所述容器壁之间，所述的环可以转动调节来改变所述基体板和所述容器壁之间的角度，从而调节所述第二叉形头上的所述第一孔的所述的轴线的位置，使之与搅拌器轴的轴线垂直并且包括在一个与所述搅拌器轴的轴线平行的平面内；以及

d)一个后背板，它安装在所述轴基体板上并且可以固定到所述的壁上以便将所述的固定分装置安装到所述的容器壁上。

12.根据权利要求11的装置，其特征在于每个所述的平行支撑对都连接到所述轴承架上的所述的第一叉形头之一上和在所述的固定分装置上的所述的第二叉形头之一上，所述支撑的所述的内和外端部分别安装在所述的第一和第二叉形头上，并且通过在所述支撑端部组件和所述叉形头上的所述的对应孔利用带肩螺栓以可转动方式固定其上。

13.根据权利要求12的装置，其特征在于，所述的第一和第二平面分别在第一和第二表面里终结在其上的内端部上，所述的表面与所述的平面垂直并且不与所述支撑的轴线垂直而且相汇合在一个角上，所述角非常靠近在所述第二叉形头上的一个第三表面，在移去连接所述支撑端部到所述第二叉形头上的螺栓的情况下，所述角将与所述第三表面相互作用。

14.根据权利要求11的装置，其特征在于，所述的短柱轴基体板，所述的斜面调节环，和所述的后背板都安装在所述容器的外部，并且所述的短柱轴和所述的第二叉形头通过所述容器壁上的一个开口伸入到所述容器的内部。

15.根据权利要求14的装置，其特征在于，进一步包括一个螺栓托板固定在所述的容器壁上用于接收螺栓来把所述分装置安装到所述容器上。

16.根据权利要求15的装置，其特征在于，进一步包括一个密封垫片安装在所述斜面调节环和所述螺栓托板之间。

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