CN1773156A - 用于引导热交换流体的旋转接头 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种用于提供热交换流体到一个旋转本体的旋转接头，其包括：用于将接头罩壳保持在与旋转本体的所要对准位置处的一对流体动力衬套轴承(bushing bearing)、一个固定至所述旋转本体的止推轴承总成(thrust bearing assembly)、及一个位于该对衬套轴承之前的密封总成。所述流体动力衬套轴承位于该接头内，且由流动于该接头内的热交换流体润滑。

Description

用于引导热交换流体的旋转接头
对相关申请案的交叉引用
本申请案关于2004年9月14日申请的美国临时申请案第60/610,119号并主张该案的权益，其内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明关于一种旋转接头，该旋转接头中具有衬套轴承，且所述衬套轴承位于从非旋转本体流动到旋转部件的热交换流体中。
背景技术
存在复数个旋转接头结构，以供将热交换流体(诸如，油)提供到旋转本体或负载。过去，一类自支撑(self-supported)旋转接头包括支撑并保持旋转接头罩壳相对于旋转转子或轴的对准位置的一对石墨轴承结构，其中转子或轴部件环绕一个借以将热油从旋转本体或负载内移除的虹吸管。此类旋转接头可包括一对石墨衬套轴承及一个密封总成，该密封总成也充当一个止推轴承总成以吸收由接头内的流体压力产生的推力。通过该对石墨衬套轴承，相对于旋转转子或轴来安装及对准旋转罩壳，以使罩壳和转子在操作过程中对准。然而，前石墨衬套轴承不与所泵汲的流体接触，因此此类旋转接头具有最大为约华氏450度的有限工作温度和约200RPM的转速。
另一个提供一种自支撑旋转接头以将热交换流体传递到一个转鼓(rotating drum)的尝试是一种包括减摩(anti-friction)旋转轴承的旋转接头，这些减摩旋转轴承位于轴承罩壳内，并相对于旋转负载而为旋转接头罩壳提供支撑。已发现，当将此类滚柱轴承(roller bearing)结构用于支撑和对准一个将热油提供到负载的接头中的旋转罩壳时，滚柱轴承结构一般可在最大华氏300度的工作温度下作业。因此，此类滚柱轴承结构需要辅助润滑和冷却系统，以向轴承总成提供润滑油或高温润滑脂。相应地，此类复杂的旋转接头需要昂贵的高温润滑脂，并且也会导致根据接头温度的物理特性和性能方面的变化。因此，此类接头结构的制造成本高并且使用寿命短。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于将热交换流体提供到一个旋转本体或负载的旋转接头，其利用流体动力衬套轴承来将旋转接头罩壳保持在相对于旋转本体或负载的所要对准位置中。
本发明的另一目的在于提供一种用于将热交换流体传递到一个旋转本体或负载的旋转接头，其中通过啮合该旋转本体或负载的衬套轴承，旋转接头罩壳被保持为与该旋转本体对准。
本发明的另一目的在于提供一种旋转接头，其中将一对衬套轴承用于相对于旋转负载而支撑该旋转接头，且其中所述衬套轴承由该接头内流动的流体润滑。
本发明提供一种用于将热油提供到一个旋转转子或负载的新颖的旋转接头，其包括相对于旋转负载而为接头罩壳提供支撑的一个后衬套轴承总成和一个前衬套轴承总成。所述后或第一衬套轴承总成包括一个安装成与转子一起旋转的轴承套筒和一个轴承罩壳部件，该轴承罩壳部件具有一个安装在旋转接头的圆柱形罩壳的内腔内的外径向曲面。所述轴承罩壳部件包括一个石墨磨损部分，此石墨磨损部分用于与轴承套筒部件啮合，以将罩壳保持在相对于旋转负载的所要对准位置中。所述前或第二衬套轴承总成包括一个安装成与转子一起旋转的轴承套筒，也包括一个具有外径向曲面的轴承罩壳部件，并包括一个用于在结构上收纳和啮合安装到转子上的轴承套筒的石墨磨损部分。在后衬套轴承总成和前衬套轴承总成中的每一者中，轴承罩壳部件包括一个在结构上被配置成与圆柱形罩壳部件的内表面或内腔啮合的外径向曲面，以便将这两个衬套轴承总成的石墨磨损部分和安装到转子上的轴承套筒正确对准。
所述自支撑旋转接头进一步包括由一个安装到转子上以便随其旋转的金属止推板部件、一个石墨球形环部件和一个具有球形接触面的金属环组成的止推轴承总成。该金属环的球形接触面提供一个与该石墨环的球形配合端面的接合面，以吸收来自该金属止推板部件的机械负载。
另外，所述旋转接头包括一个前密封总成，该前密封总成由一个固定到转子轴上的旋转密封面部件和一个被弹簧弹压并安装到接头罩壳上的浮动密封面部件组成。该前密封总成在旋转接头内位于所述前衬套总成之外。当使热油通过接头而接触前密封总成(其维持接头内的流体流动)时，所述浮动和旋转密封面的密封面发生啮合。
通过将前浮动密封总成定位于前衬套轴承总成之外，后衬套轴承总成和前衬套轴承总成都位于旋转接头的流体流动路径中。因此，当和包括多个套筒轴承和一个止推轴承的流体动力轴承系统耦合时，这种结构可消除用昂贵的高温润滑脂或润滑剂来外部润滑衬套轴承总成的必要。另外，当接头内所泵汲的流体发生所需的温度变化时，衬套轴承总成的物理特性实质上无变化。因此，根据本发明的旋转接头在结构上被配置成在高达华氏600度的温度范围内和高达1000RPM的转速下作业。
本发明由下文中完整描述的、在附图中说明的并在附带的权利要求中详细指出的特定新颖特征和结构细节所构成，应了解，可根据本发明的精神或牺牲本发明的任意优点而进行各种细节上的变化。
附图说明
为便于理解本发明，在附图中说明了本发明的一个优选实施例，根据对其进行的检查，同时结合对以下描述的考虑，本发明、其构造和操作以及其许多优点将显而易见。
图1说明了根据现有技术的自支撑旋转接头，其包括用于安装和支撑旋转的转子的一对石墨轴承结构；
图2说明了根据现有技术的自支撑旋转接头，其包括用于安装和支撑旋转的转子或轴的一对滚柱轴承结构；
图3说明了根据本发明的并入了流体动力轴承系统的自支撑旋转接头，该流体动力轴承系统包括用于将接头罩壳安装和支撑在转子上的一对衬套轴承；以及
图4是根据本发明展示轴承罩壳部件和旋转接头罩壳的内表面或内腔之间的关系的放大图。
具体实施方式
标示为“现有技术”的图1说明了一个旋转接头10，其可(例如)为可从Illinois，Waukegan的Deublin公司购得的Model H Series旋转接头。现参看图示(各图中相同数字用以指示相同或相似的部件)，设计了一个旋转接头或旋转连接10，以将热油或蒸汽传送到造纸、塑料和纺织行业中的各种应用中。旋转接头10包括一个圆柱形罩壳11、一个头罩或端盖12、和一个管状转子13。该接头罩壳11通过后支撑石墨轴承14和前支撑石墨轴承15而安装在转子13上。加热的油通过进出口16进入旋转连接或接头10，而且一个虹吸管17被包围在转子13内并和该头罩或端盖12连通。当热油进入旋转接头时，油沿虹吸管17进入一个转鼓(未图示)。返回的热油穿过虹吸管并流出接头10的头罩12。
旋转接头总成10包括一个密封总成，该密封总成包括一个安装到转子13上的止推板18。止推板和一个球形碳环部件19相接触，其又和一个球形密封面部件20接触。该球形密封面部件楔合到一个固定到罩壳11上的支撑凸缘22上。碳环部件19和密封面部件20之间的连接提供了一种可吸收来自止推板18的轴向机械负载并为接头提供密封功能的结构。
与罩壳11相关联的支撑凸缘22之中包括环形槽23，该环形槽23在结构上被配置成收纳前支撑石墨轴承15，以为旋转接头的罩壳提供支撑。位于后支撑石墨轴承14相邻处的是被弹簧24弹压的相对面部件25，其提供接头的止推轴承总成26。图1所示的热油旋转连接一般在90PSI的压强、华氏600度的温度和高达约350RPM的转速下作业。
也标示为“现有技术”的图2说明了一个旋转接头10，其可(例如)为可从Illinois，Waukegan的Deublin公司购得的Model CK Series旋转接头。旋转接头10设计用于将热油传递到一个旋转负载部件，且包括一个圆柱形罩壳11、一个头罩或端盖12、一个转子或负载13、和一个位于该转子内的虹吸管17。通过入口16将热油引导入旋转接头10。具体地说，在图2中，旋转接头10包括一个后支撑滚柱轴承总成14和一个前支撑滚柱轴承总成15，其用于相对于转子或负载13而支撑旋转罩壳11。滚柱轴承总成14和15的外环形空转部件(race member)14a和15a分别位于头罩12的埋头孔之间和罩壳11中。一个旋转密封部件27和一个浮动密封部件28位于后滚柱轴承总成和前滚柱轴承总成之间，该浮动密封部件28被弹簧弹压而与旋转密封部件27啮合，以在旋转接头工作时提供密封。
类似地，由于存在后密封总成56，后滚柱轴承总成14被隔离于流经接头的油。这种总成包括：一个楔合到转子上的旋转密封面部件57和一个在旋转接头工作时提供密封的浮动密封面部件58。
在旋转接头10中利用滚柱轴承总成14和15时要求通过滑脂嘴29将昂贵的润滑剂引导入这些滚柱轴承总成，来冷却并润滑这些单元。因此，这种复杂且昂贵的接头结构(如图2所示)不可避免地要求使用昂贵的高温润滑脂和润滑剂，并且常常会导致接头轴承总成的物理特性方面的变化(其取决于工作单元温度)。相应地，这种昂贵的接头一般在90PSI的压强、华氏450度的温度和850RPM的转速下作业。
根据本发明的新颖旋转接头提供热交换流体到一个旋转负载或转子13，并图示于图3中。旋转接头10包括一个后衬套轴承总成30和一个前衬套轴承总成35，其都相对于转子或轴13而为接头罩壳提供支撑。所述后衬套轴承总成30包括一个安装成与转子13一起旋转的轴承套筒部件31和一个轴承罩壳部件32，该轴承罩壳部件32具有一个安装在圆柱形罩壳11的内腔11a内的外径向曲面33，如图4所示。所述轴承罩壳部件32包括一个石墨磨损部分34，其在结构上被配置成与安装在转子上的轴承套筒部件31啮合，以协助将罩壳11保持在与旋转负载或转子13的对准位置中。前衬套轴承总成35也包括一个轴承罩壳部件37，该轴承罩壳部件37具有一个用于与罩壳11的内腔配合的外径向曲面38，以促进相对于转子13的对罩壳的对准和支撑。该轴承总成包括一个用于收纳和啮合安装到转子13上的轴承套筒部件36的石墨磨损部分39。前衬套轴承总成也在结构上被配置成协助将罩壳保持在相对于转子的所要工作对准位置中。
在后衬套轴承总成和前衬套轴承总成中的每一者中，轴承罩壳部件分别包括外径向曲面33和38，其在结构上被配置成与圆柱形罩壳部件11的内表面或内腔11a啮合，以将衬套轴承总成的石墨磨损部分与安装在转子上的轴承套筒正确对准。在图4中最佳地展示了轴承罩壳部件32的外径向曲面33。
如图3和4所示，旋转接头10还包括一个止推轴承总成，该止推轴承总成由一个安装并固定到转子13上以便随其旋转的金属止推板部件41、一个具有球形接触面的金属环部件42和一个位于止推板部件与金属环部件之间的石墨球形环部件43组成。石墨球形环部件在与金属环部件42的配合端面的连接处提供一个接合面，从而提供一种可吸收来自金属止推板部件41的机械负载的结构。
旋转接头10还包括一个前密封总成47，该前密封总成47由一个固定到转子13上并随其旋转的旋转密封面部件44和一个被弹簧46弹压并安装到接头罩壳11上的浮动密封面部件45组成。当使热油通过接头时，所述浮动和旋转密封面的密封面发生啮合。这种前密封总成提供了密封，从而将流体流动保持在接头10中。
一个止推环部件48安装在圆柱形罩壳11的头罩或端盖12上并且与轴承套筒部件31啮合，用以抵抗旋转接头10内的轴向推力。另外，一个旁通管线50将头罩12和入口52连通，它将一部分加热流体引导到前衬套轴承总成35上，以润滑并冲洗该前衬套轴承总成35。
通过将后衬套轴承总成30和前衬套轴承总成35分别定位在前密封总成47内，所述后衬套轴承和前衬套轴承都位于旋转接头内的热油流动路径中。这种结构消除了用昂贵的高温润滑脂或润滑剂来外部润滑衬套轴承总成的必要，并且，当接头内所泵汲的流体发生所需的温度变化时，流体动力轴承系统的物理特性实质上无变化。这是因为止推轴承总成不会将后衬套轴承总成隔绝于流过旋转接头的油或润滑剂。
根据本发明的旋转接头可在高达华氏600度的温度范围内和高达约1000RPM的转速下工作。

Claims (13)

1.一种用于将一热交换流体传递到一个旋转负载的旋转接头，其包括相组合的以下各物：
一个其中具有一内腔的接头罩壳；
一个转子，其被安装成在所述罩壳的该内腔内旋转并和该负载连通；
一个第一衬套轴承总成，其被安装成随该转子一起旋转并位于所述接头罩壳的所述内腔中；
一个第二衬套轴承总成，其被安装成随该转子一起旋转并位于所述接头罩壳的所述内腔中；
一个止推轴承总成，其由一固定到所述旋转的转子上的止推板部件、
一具有一球形接触面的金属环部件和一石墨球形环部件组成，该石墨球形环部件具有在结构上被配置成与所述球形接触面啮合的一接合接触面，以吸收来自所述止推板部件的机械负载；以及
一个密封总成，其由一固定到所述转子上的旋转密封部件和一被支撑在所述接头罩壳内并位于所述第二衬套轴承总成之前的浮动密封部件组成，用以在将该热交换流体传递到负载时提供将该热交换流体保持在该接头罩壳内而润滑所述第一及第二衬套轴承总成的密封。
2.根据权利要求1所述的旋转接头，其中所述第一衬套轴承总成和所述第二衬套轴承总成中的至少一者是由一安装成随所述转子一起旋转的轴承套筒部件和一安装在所述接头罩壳的所述内腔中的轴承罩壳部件组成。
3.根据权利要求2所述的旋转接头，其中所述轴承罩壳部件包括一与所述轴承套筒部件啮合的石墨磨损部分，且其中所述轴承罩壳部件具有一外径向曲面，该外径向曲面在结构上被配置成与所述罩壳的所述内腔啮合而将所述石墨磨损部分与所述轴承套筒部件对准。
4.根据权利要求1所述的旋转接头，其中所述浮动密封部件由一弹簧部件弹压，以在将该热交换流体传递到负载时提供将该流体保持在该接头罩壳内的密封。
5.根据权利要求1所述的旋转接头，其中所述止推轴承总成位于所述转子上，并在所述第一衬套轴承总成和所述第二衬套轴承总成之间。
6.根据权利要求1所述的旋转接头，其中所述接头罩壳包括一固定到该接头罩壳上的端盖，所述端盖具有一止推环部件，该止推环部件在将该热交换流体传递到该旋转负载时抵抗该旋转接头内的轴向推力。
7.根据权利要求6所述的旋转接头，其中所述接头罩壳包括一进口和一旁通管线，所述旁通管线在所述端盖和所述进口之间延伸而将热交换流体引导到所述第二衬套轴承总成。
8.一种用于将加压的导热流体从一固定管道传递到一机器的旋转接头，所述旋转接头包括：
一个其中具有一内腔的接头罩壳；
一个旋转的转子部件，其与该机床连通并在结构上被配置成经安装以在该接头罩壳内腔内旋转，而将该导热流体传递到该机器；
一个机械密封总成，其包括一固定到所述转子部件的旋转密封环部件和一被弹簧弹压的浮动密封部件，该浮动密封部件安装在所述接头罩壳内且在结构上被配置成在加压的导热流体通过该旋转接头时与所述密封环部件啮合；
一对位于所述接头罩壳内的衬套轴承总成，每一总成由该导热流体加以流体动力润滑且将所述接头罩壳支撑在所述转子部件上；以及
一个止推轴承总成，其位于所述旋转罩壳内，以吸收该导热流体的压力所产生的作用在所述止推轴承总成上的轴向力，所述止推轴承总成由所述导热流体加以流体动力润滑，且其中所述止推轴承总成包括一安装到所述转子上的旋转止推板部件、一安装在所述接头罩壳的所述内腔中的固定球形止推板部件、和一位于所述旋转止推板部件与所述固定球形止推板部件之间的用于吸收来自所述旋转止推板部件的轴向力的石墨滑环部件。
9.根据权利要求8所述的旋转接头，其中所述衬套轴承总成包括一安装成随所述转子部件一起旋转的轴承套筒部件和一安装在所述接头罩壳的所述内腔中的轴承罩壳部件。
10.根据权利要求9所述的旋转接头，其中所述轴承罩壳部件包括一与所述轴承套筒部件啮合的石墨磨损部分，且其中所述轴承罩壳部件具有一球形外径表面，该球形外径表面在结构上被配置成与所述罩壳的内表面的所述内腔枢转地啮合，以将所述石墨磨损部分和所述轴承套筒部件对准。
11.根据权利要求8所述的旋转接头，其中所述止推轴承总成位于所述接头罩壳内，并在所述的一对衬套轴承总成之间。
12.根据权利要求8所述的旋转接头，其中所述接头罩壳包括一固定到该接头罩壳上的端盖，所述端盖具有一止推环部件，该止推环部件在将该导热流体传递到该机床时抵抗该旋转接头内的轴向推力。
13.根据权利要求12所述的旋转接头，其中所述接头罩壳包括一进口和一旁通管线，所述旁通管线在所述端盖和所述进口之间延伸而将热交换流体引导到所述的一对衬套轴承总成中的至少一个衬套轴承总成。
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