CN1806139A - 旋转轴的非接触式油密封机构 - Google Patents

Abstract

一种旋转轴的非接触式油密封机构，设在旋转机械上，该旋转机械具有旋转轴(12)和形成有旋转自由地保持该旋转轴(12)的箱孔(3)的箱，旋转轴(12)相对于箱孔(3)以具有间隙(t)的非接触状态被保持着，且设置在该间隙(t)中流通有润滑油，这种非接触式密封机构，具有沿旋转轴(12)的圆周方向形成在箱孔(3)内周面的用于回收润滑油的油回收室(4)和沿旋转轴(12)的圆周方向形成在箱孔(3)外周面并沿旋转轴(12)的轴方向配置而与油回收室(4)对置的多个截油槽条(5)，多个截油槽条(5)，以收进油回收室(4)同方向宽度尺寸(W1)内的方式形成。

Description

旋转轴的非接触式油密封机构

技术领域

本发明涉及旋转机械的旋转部的润滑油密封机构，特别是涉及一种具备与旋转轴呈非接触状态而能够防止润滑油漏出外部的功能的旋转轴的非接触式油密封机构。

背景技术

一般，在贯通旋转机械等的旋转轴箱的部位设置密封机构，防止从箱体外部侵入粉尘等和从箱内部向外部泄漏润滑油。作为该密封机构大多采用O形圈、油密封或机械密封等接触式密封。

不过，接触式密封机构，在长期的运转中，与旋转轴接触而使密封的构件发生磨损、或经年变化(经过数年使用后)而发生劣化，从而达不到密封的作用。为此，必须时常频繁地更换部件。

由于这些，因而有时采用不与轴接触而能够发挥密封功能的非接触式密封机构。这种非接触式密封机构，被采用于不能简单地更换部件的装置等中，有静压密封和迷宫式密封等。作为静压密封，已知一种构成，是例如与箱等的旋转轴突出外部的部分和轴承部等相邻且围绕着轴在两个部位设置环状槽，向其一个环状槽送气、从另一个环状槽排气这样在轴与其贯通孔内周而之间形成薄的气体膜以使油不会漏到外部(例如，参照专利文献1)。

另外，上述迷宫式密封，是在旋转轴贯通箱等壁体的孔部的内周面设置几片翅状密封翅片，将这些翅片前端与轴的间隔设定成微小间隔，沿轴的使用面(工作面)向外部漏出的油，由于箱内部与外部之间产生的压力差而产生流动，基于各翅片间形成的环状空间部，而使这种流动由于其断续空隙的膨胀·压缩作用而被衰减，消除差压则可阻止油漏出(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：特开昭48-100554号公报

专利文献2：特开平6-330893号公报

不过，上述静压密封和迷宫式密封等这种非接触式密封机构中，密封机构存在如下问题点。即，静压密封中，必须在转动中始终供给用于密封的压力液体(主要为空气)。当然，其压力液体的供给源必须另外设置。

从而，要附带多余的设备，同时其运转管理也受到要求，为了使其能够使用而只有能够容易确保压力液体的供给源的特定装置才是有效的。

另外，迷宫式密封的情况，结构上简单，不过，要求工作精度，组装上也费工夫，结果具有高价制作的问题点。自然，也就存在若组装精度不好则密封效果显著下降的问题。

另一方面，作为设置后不能简单进行维修这样构成的机械设备的旋转机械的轴部的密封机构，如上所述，若采用接触式密封，则不能期望长期的密封效果，不过在如上所述的非接触式密封机构中很难期待其效果。

发明内容

为此，本发明，即是鉴于这种现状而产生的，其目的在于提供一种以结构简单的非接触式密封而能够长期实现其目的旋转轴的非接触式油密封机构。

为了实现上述目的，第1发明的旋转轴的非接触式油密封机构，被设置在旋转机械中，该旋转机械具有旋转轴和形成有旋转自由地保持该旋转轴的箱孔的箱，上述旋转轴相对于上述箱孔以具有间隙的非接触状态被保持着，且该间隙中流通有润滑油，其特征在于：具有：油回收室，沿上述旋转轴的圆周方向形成在上述箱孔内周面，用于回收上述润滑油，和多个截油槽条，沿上述旋转轴的圆周方向形成在上述旋转轴的外周面，并沿上述旋转轴的轴方向排列，与上述油回收室对置，上述多个截油槽条被收进上述油回收室的相同方向的宽度尺寸内。

第2发明的旋转轴的非接触式密封机构，其特征在于：在第1发明的旋转轴的非接触式油密封机构中，形成于相邻的上述槽条间的突条，其缘部有棱角。

第3发明的旋转轴的非接触式密封机构，其特征在于：在第1发明及第2发明的旋转轴的非接触式油密封机构中，上述油回收室，沿上述旋转轴的轴方向形成多个，上述旋转轴上在与各油回收室相对应的位置形成上述多个槽条。

第4发明的旋转轴的非接触式密封机构，其特征在于：在第3发明的旋转轴的非接触式油密封机构中，具备连接蓄存向上述间隙供给的润滑油的油池和各油回收室且使回收到各油回收室的润滑油返回到该油池的排泄管路，上述排泄管路与各油回收室相对应且独立形成。

发明的效果

根据第1发明，利用箱孔部的内外间的压力差(由于旋转驱动机构的温度上升等而内部压力升高)，而使附着在旋转轴表面的润滑油从内侧向外移动，在箱孔侧形成的油回收室位置，利用设置于轴上的多条截油槽的槽条间形成的突条，而能够减弱润滑油的轴方向移动速度。

其结果是，滞留在相邻槽条间的突条上的润滑油，由于随着旋转轴的旋转而产生的离心力而掉落到油回收室。

从而，向间隙供给的润滑油不会漏出箱外部，通过使被回收的润滑油返回到蓄存润滑油的油池、再次向间隙部供给润滑油，从而能够长期维持密封功能。

顺便说一下，根据本发明，即使在低速旋转的轴上，由于旋转机的动作而产生的箱内压力与外部压力(大气压)的差压增大，也能够利用使上述截油槽条和油回收室对应的构成，止住要漏出的油进行回收。

通过采用第2发明的构成，即使旋转轴的旋转为低速旋转，也由于突条的周缘部形成有棱角的形状，因此，能够利用其缘部的表面张力而发挥降低油的轴方向速度的功能，有效地将附着的油从旋转轴上分离。

从而，即使沿着轴表面移动的润滑油越过断续的截油槽而顺次向外侧移动或者由于轴的旋转而产生的离心力小，也能够利用多个突条而进行截油。

通过采用第3发明的构成，从而将能够发挥与上述第1发明同样功能的截油槽条和油回收室成套配置在多个部位，因而，利用箱孔内外的压力差而要漏出的油被多个台阶阻止，每上一次台阶就会被减速，从而达到阻止油流动这样的效果。

通过采用第4发明的构成，从而由内侧的油回收室和相对应的截油槽条构成油回收机构，由油回收机构回收的油通过排泄管路，向配置在外侧的油回收室逆流，达到防止发生漏油的效果。总之，将排泄管路与每个油回收室独立设置，因而，没有连通前后油回收室，从而防止被回收的油的逆流现象，能够确实地防止漏油。

附图说明

图1是表示本发明的旋转轴的非接触式密封机构的一具体例的剖视图。

图2是上述实施方式的主要部分的局部放大剖视图。

图3A是用于验证本发明的非接触式油机构的功能的试验装置的剖视图。

图3B是上述试验装置的主要部分的放大剖视图。

图4A是上述试验装置的本发明的主要部分剖视图。

图4B是表示利用上述试验装置获得的与喷出漏油开始压力的关系的图表。

图5A是上述试验装置的本发明的其他主要部分剖视图。

图5B是表示利用上述试验装置获得的与喷出漏油开始压力的关系的图表。

图中：1-非接触式油密封机构；3-箱孔；4-油回收室；4A、4B-空间部；5-截油槽；6-突条；6a-突条的缘部；11-箱；12-旋转轴；14-箱盖；15-轴承；16-排泄管路；t-间隙。

具体实施方式

下面，参照附图，关于本发明的旋转轴的非接触式油密封机构说明其

实施方式。

图1表示本发明的旋转轴的非接触式油密封机构的一具体例的剖视图。图2表示主要部分的局部放大剖视图。

由该图1所示的旋转轴的非接触式油密封机构1(以下，只称为油密封机构1)是设置在旋转机械10的从轴承部15向外部突出的低速旋转的旋转轴12部分上的实施方式的一具体例。

油密封机构1设置在外壳盖14内，外壳盖14安装在轴承外壳13外侧，轴承外壳13支撑设置在旋转机械10的箱11上的输入部旋转轴12。

该油密封机构1，具备形成在箱孔13内周面的多个油回收室4、与各油回收室4位置对应且设置在旋转轴12外周面的多条截油槽5、和设置在各油回收室的多条排泄管路16。

还有，该旋转轴12在贯通突出的轴端安装没有图示的旋转体，若旋转体旋转，则旋转轴12由轴承部15支撑，同时在旋转轴12及箱孔3间的间隙t中流通润滑油，从而，实现顺畅的旋转。还有，间隙t越小越好，不过，由于在旋转轴12的旋转中旋转轴12不能与外壳盖14接触，因此，一般优选是确保0.5mm左右的间隙。

上述油回收室4如图2所示，分别以剖面矩形的凹形槽构成，在比轴承部15靠旋转轴12端部侧的箱孔13内周面形成2处，凹形槽沿旋转轴12圆周方向连成一周。还有，本实施方式中，内侧的油回收室4的沿旋转轴的宽度尺寸W1设定为例如20mm、深度尺寸D1设定为例如20mm。

在各油回收室4的凹形槽底部连有排泄管路16，与图1中内侧形成的油回收室4相连的排泄管路16从外壳盖14至箱11，排泄管路16的另一端省略图示，不过，与油池连接。该油池是用以向轴承部15供给润滑油而蓄存润滑油的部分，由油回收室4回收的润滑油，经由排泄管路16返回到油池。还有，本实施方式中，排泄管路16的与油回收室4连通部分的内径尺寸，期望是尽可能地大，因而设定为比油回收室4的宽度尺寸稍小的18mmΦ。还有，将排泄管路16设定为这样的直径，是因为若不能快速地回收从后述的截油槽5落下到油回收室4的润滑油，则润滑油滞留在油回收室4内而再漏出到间隙。

这种排泄管路16，可以通过从箱11底面部(图2中下面)向上方用钻头等开孔，再与之交叉地从箱11后部端面正交方向用钻头开孔，用弹性构件等填料(封住构件)等塞住各孔端面从而形成。

还有，图1中，外侧(图1中右侧)的油回收室4上也与上述排泄管路16独立地形成与上述同样的排泄管路，使之通到油池，不过，若按图1中所述，则两排泄管交叉，为方便起见省略附图所述。

另外，在外侧的油回收室4的更外侧附设塞住箱孔3的密封环18。该密封环18由弹性材料形成，其功能是作为油密封机构1的辅助密封构件。

上述截油槽5，是在旋转轴12外周面的圆周方向形成一周的槽条，如图2所示，与油回收室4的位置相对应地，作为多条截油槽5的组群刻划设置在旋转轴12上。

截油槽5的组群任意一个均以窄幅且隔开要求的间隔刻划设置。在该截油槽5间由于槽的刻划设置而形成突条6。

该突条6，优选是旋转轴12的直径方向前端的构成角部的两端部6a形成有棱角的状态。这样一来，则随着旋转而附着在轴周面上流出的油的轴方向速度，在与截油槽5连接的突条6前端，由于表面张力而减弱这种油的轴方向速度，对甩落油有效。

在此，各油槽5的宽度、深度由上述突条6的两端部6a的形状和旋转轴12的直径方向前端的突条6的端面长度决定。从而，截油槽5的宽度尺寸W2及深度D2与旋转轴12的直径(本实施方式中为120mmφ)基本无关。本实施方式中，各截油槽条5的宽度尺寸W2及深度尺寸D2大致为3mm。

另外，截油槽条5的组群，如果没有形成至少2条以上的组群，则不会产生效果，例如，相对于1处油回收室只有1条截油槽，则不能达到本发明的效果。本实施方式中每一组群形成3条截油槽5，其间形成2条突条6，突条6的宽度尺寸W3与截油槽5的宽度大致相同为3mm，3条截油槽5的组群的宽度尺寸W4，设定为W1＞W4，以使其被收纳在宽度尺寸W1的油回收室4内部。

再有，配置在各油回收室4的截油槽5组群间的距离W5，越长则润滑油流动的距离越长，在润滑油的漏出上为优选，不过，本实施方式中，由于箱盖14设计的制约而设定为20mm。

接下来，关于这样构成的油密封机构1的作用进行说明。

该油密封机构1，设置在从低速旋转的旋转轴12的轴承部15向外部突出的箱孔3上。

设有该油密封机构1的旋转机械10中，若箱11内部的气压比箱外部的大气压高，则由于气压差的存在，从而，容易发生油通过旋转轴12的外周和箱孔3内周形成的细微间隙t、从箱11内向外部被压出而漏出的现象。

不过，在设有本实施方式的油密封机构1的位置，由于与上述油回收室4部分对置配置的截油槽5的横线(突条6的两端部6a)形成棱角的关系，因而使沿旋转轴12周面从内部向外部移动的油，基于表面张力作用减弱轴方向速度、基于重力从轴表面脱落。

在此没有被甩落的油，再经由相邻的截油槽5的突条6而被甩落。落到截油槽5的油，之后经由上述动作顺次被甩落到油回收室4且被分离，从而逐渐地去除附着在轴表面的油。

这样，在第1截油槽组群部位5A防止大部分油的移动，不过，若由于某些理由而使箱内部气压进一步升高，则油的移动速度加快，有时不能充分发挥降低效果。

为此，利用第1密封机构1a不能密封而移动的油，利用稍稍离开设置的第2密封机构部1b，按照上述要点而阻止该油的移动。

该第2密封机构部1b，阻止不能利用第1密封机构部1a去除的油的移动，再利用在该位置设置于轴侧的截油槽5的组群和油回收室4，按照上述要点去除附着在轴12上的油。

在由该第2油回收室4形成的空间部4B中，即使不能利用由第1油回收室形成的空间部4A将油全部回收，而由于第2密封机构部1b前后的压力差(空间部4A和4B的压力差)小，因此，从第2密封机构部1b向空间部4B喷出的油的轴方向速度小，利用第2密封机构部1b能够容易地回收油，充分发挥非接触的油密封功能。

另外，上述中，使设置在第1油回收室4的排泄管路16和设置在第2油回收室4的排泄管路(图上为重复状态，因此，省略有符号表示)分别独立地与箱11内连接，从而，由第1油回收室回收的油通过排泄管路、向第2油回收室逆流而能够防止漏油、发挥油密封功能。

实施例1

接下来，为了验证低旋转轴上的非接触式油密封的功能，而通过上述实施例进行试验。还有，该实施例中，采用图3A所示的试验装置进行。

(实验例1)

该试验装置20中，与支撑贯通箱21的旋转轴22的前后轴承23、23′中的与前部轴承外壳24相邻地装入密封机构。

另外，旋转轴22由可变速马达25以要求的旋转被驱动。作为密封机构，如图3B主要部分P的放大图所示，与旋转轴22设置细微尺寸的间隙t，其前侧形成减压室26(与油收纳室相对应)。另外，前端安装透明的丙烯酸板27，形成内部可视的状态。

这种构成中，作为容易漏油的条件，是使轴线前倾5°地由支撑结构28配置在基座29上。

采用如上所述的试验装置，在下述条件下进行试验。

(1)旋转轴22的轴径(Φ120旋转速度1800rpm(高速旋转))

旋转轴22的轴径(Φ120旋转速度20rpm(高速旋转))

(2)用于试验的润滑油种及油温

油种EO10油温38℃动粘度37cSt

供给油量30L/min

还有，向箱11内送入空气并进行确认，以使箱内的压力升高，

(3)间隙t的尺寸：0.5mm

减压室26的宽度尺寸×深度尺寸＝20mm×20mm

旋转轴上的截油槽：无

排泄管的直径尺寸：18mmΦ

根据上述试验结果，首先，作为箱内压升高时的漏油原因，经目视可确认有：(a)空气从箱21经由排泄管30逆流到减压室26，落到排泄管30的油从排泄口130′喷射而产生的喷射漏泄；(b)通过间隙t的油向轴方向以一定流速喷出而产生的喷出漏泄。由于知道了上述(a)的漏油原因，因此，排泄管30的管径越大，则在密封性方面为优选。另外，还已知具有多个油密封机构的情况下，其排泄管路分别独立地与箱连接的密封性好。

(实验例2)

根据上述结果可知，作为喷出漏油措施如图4A所示，采用在旋转轴22上与减压室26对置设置截油槽32的结构，将其与上述实验例1按照同样要点进行试验，与图3B所示的结构进行比较。

在此，在与减压室26对应位置的旋转轴12的外周面形成3条截油槽32。还有，以截油槽32形成3条、各自宽度尺寸×深度尺寸为3mm×3mm、相邻的截油槽间突条的宽度尺寸也为3mm，进行试验。

其结果，如图4B中比较带槽和不带槽的图表所示。还有，压力按照0.002MPa＝1的方式表示成相对值。已知，若在旋转轴上设置截油槽(表示为槽)，则低速旋转中，喷出漏油开始压力有不带槽时的约4倍那么高。

另外，利用目视可以确认的状况是槽缘的突条部利用表面张力进行截油。也就是说，可以明确的是槽缘上有棱角为好。

另外，高速旋转中，油由于离心力而离开轴，因此，即使不设置槽，耐压也高，即使附加上截油槽，喷出漏油开始压力也没有变化。

(实验例3)

为此，如图5A所示，取代上述试验装置的减压室形成部件26A，而更换成具有部件26的部件26B，部件26具有两处减压室26、26′，同时，在与那些减压室对应的旋转轴22的外周面相对于各减压室26、26′形成多个截油槽32进行截油，与上述实验例1同样进行试验。

对设置两个上述减压室和截油槽组合的情况下的喷出漏油开始压力进行测量，结果如图5B中图表所示，可知，由于设置两处密封机构，因而喷出漏油开始压力高到4倍，其结果是具有高于低速旋转轴的不带槽的轴16倍的喷出漏油开始压力

这样，根据本发明的油密封机构，与旋转轴侧不带槽的状态的密封方式相比较，能够保持约16倍的喷出漏油开始压力，换言之，与现有的非接触式油密封机构相比较，即使在旋转机械的箱内部和旋转轴的突出外部之间产生较大差压，也能够防止油的喷出，提高密封效果。

从而，根据本发明，在低速旋转的旋转轴的密封部采用则能够发挥效力，因此，在例如风力发电装置这样设置高处位置、不能简单进行驱动部分维修的设备的旋转部采用则能够期待优异的效果。

产业上的利用领域

本发明，能够适于用作要求长期耐久性的旋转机械的密封机构，例如，能够适用于风力发电等所使用的旋转机构的密封机构。

Claims (4)

1.一种旋转轴的非接触式油密封机构，被设置在旋转机械中，该旋转机械具有旋转轴和形成有旋转自由地保持该旋转轴的箱孔的箱，上述旋转轴以具有间隙的非接触状态被上述箱孔所保持，且该间隙中流通有润滑油，其特征在于：

具有：

油回收室，沿上述旋转轴的圆周方向形成在上述箱孔的内周面，用于回收上述润滑油，和

多个截油槽条，沿上述旋转轴的圆周方向形成在上述旋转轴的外周面，并沿上述旋转轴的轴方向排列，与上述油回收室对置，

上述多个截油槽条被收进上述油回收室的相同方向的宽度尺寸内。

2.根据权利要求1所述的旋转轴的非接触式油密封机构，其特征在于：形成于相邻的上述槽条间的突条的缘部有棱角。

3.根据权利要求1或2所述的旋转轴的非接触式油密封机构，其特征在于：上述油回收室沿上述旋转轴的轴方向形成有多个，在上述旋转轴上的与各油回收室相对应的位置形成有上述多个槽条。

4.根据权利要求3所述的旋转轴的非接触式油密封机构，其特征在于：还具备排泄管路，该排泄管路连接着蓄存向上述间隙供给的润滑油的油池和各油回收室，用于使在各油回收室回收的润滑油返回到该油池，

上述排泄管路与各油回收室相对应地独立形成。

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