TWI418719B - 壓力平衡之軸封總成 - Google Patents

Description

壓力平衡之軸封總成

本發明係關於具有多個實施例之壓力平衡之軸封總成。本發明揭示並主張一種用於將潤滑溶液留存於輪轂總成之軸承腔(諸如軸承外殼)內之迷宮式密封件，其用於應用至一可旋轉軸以將污染物保持在軸承腔外部，同時允許密封流體平衡該密封件之處理側上之壓力。在另一實施例中，壓力平衡之軸封總成可用作產品容器與其中的軸之間的產品密封件。

關於聯邦政府贊助研究或開發之聲明

沒有使用聯邦基金來創造或開發本文之發明。

對於序列清單、表格或電腦程式清單緊密光碟附錄之參考(不適用)

申請人聲明：本實用專利申請案主張美國專利申請案第12/156,476號之優先權，且美國專利申請案第12/156,476號為該實用專利申請案之部分接續申請案，該實用專利申請案主張作為該實用專利申請案之接續申請案之美國專利申請案第11/405,207號(現為美國專利第7,396,017號)之優先權，該美國專利申請案第11/405,207號主張美國專利申請案第10/177,067號(現為美國專利第7,090,403號)(作為部分接續申請案)以及臨時專利申請案第60,697,434號兩者之優先權，其全部以引用的方式併入本文中。

多年以來，已為當可旋轉軸有角度地未對準而導致軸跑出時提供令人滿意之密封件進行了大量嘗試及構想。通常，所提出之解決方案未能在允許操作期間可接受量之軸未對準的同時提供適當密封件。該問題在產品密封件中尤其尖銳，在產品密封件中，軸孔未對準之可能性可能達到最大。先前技術中之典型解決方案為增加旋轉軸與密封部件之間的操作間隙以形成「鬆散」間隙或操作條件。然而，用於調整或回應於操作條件(尤其為，軸相對於定子或靜止部件之未對準)之「鬆散」運轉通常減小或降低密封部件之效率及功效。

舉例而言，迷宮式密封件多年以來已普遍使用以應用於密封可旋轉軸。迷宮式密封件優於接觸式密封件之幾個優點為增加耐磨性、延長操作壽命及減少使用期間之功率消耗。然而，迷宮式密封件亦取決於與可旋轉軸之接近且經界定之間隙以實現適當功能。軸未對準亦為「接觸式」密封件具有之問題，因為密封件與未對準之軸之間的接觸通常導致較大磨損。產品之抗磨性亦影響接觸式密封件之磨損模式及有效壽命。

使用流體壓力(蒸氣或液體)與密封部件(諸如迷宮式密封件或接觸式密封件)組合來密封液體及固體材料兩者之先前嘗試尚未完全令人滿意，原因為形成密封件與密封件之另一側上之產品之間的所需壓力差所必需之「緊密」或低間隙(亦即，密封件愈緊密，則維持密封件相對於材料之外部壓力所需之流體之體積愈低)。先前技術中之另一不足為許多產品密封件將產品密封件之可移動嚙合密封面或表面暴露於產品，從而導致侵入式磨損及不良可靠性。此外，對於某些應用，產品密封件可能需要自軸封總成完全移除以進行清潔，原因為產品暴露於密封面或表面。

在許多軸密封系統(尤其為泵外殼)中，產品經加壓至高於周圍條件且在密封件之內部表面上施加力，其可導致密封件之過多磨損。

先前技術因而未能提供允許用於有效密封之密封部件與靜止部件之間的「緊密」運轉間隙以及用於調整或回應於操作條件(尤其為，可旋轉軸相對於定子或靜止部件之未對準)之「鬆散」運轉間隙兩者的解決方案。

本技術提供與先前技術相比經改良之軸密封及產品密封件效能。本文所揭示及主張之軸封總成解決方案允許密封件部件與靜止部件之間的緊密或低運轉間隙以及用於調整或回應於操作條件(尤其為，可旋轉軸相對於定子或靜止部件之未對準)之鬆散運轉間隙兩者。

如本文所揭示，本技術描述並提供藉由允許迷宮式密封件適應軸之徑向、軸向及有角度移動同時維持所要之軸至迷宮間隙而實現的改良功能。本技術亦藉由准許通風而准許迷宮圖案上之壓力的均衡且因此與當前可用設計相比實現改良之功能。另外，可經由通風口或埠位置施加密封流體(空氣、蒸汽、氣體或液體)壓力以建立比內側或外側壓力大之內部密封件壓力(過量加壓)。此使迷宮能夠適應密封件之內側與外側之間可能存在的密封件壓力差。軸封總成之內部部分之加壓藉由設計並與經加壓流體障壁組合而有效地將軸封總成之移動或嚙合面隔離以便不與產品接觸。

因此，本發明之目的為提供一種用於與外殼嚙合之軸封總成，其在於一軸上施加軸向、有角度或徑向力時維持其與該軸之密封完整性。

本發明之另一目的為提供一種軸封總成，其可安裝至一容器壁以與軸嚙合，該軸封總成在一軸之軸向、有角度或徑向力移動期間或回應於軸向、有角度或徑向力移動而維持其與該軸之密封完整性。

本發明之又一目的為提供一種壓力平衡之軸封總成，其中密封流體或潤滑劑可併入至該密封件總成中且至少部分抵消施加至該密封件總成之處理側上的力。

當參看附圖閱讀時，自以下詳細描述將顯而易見本發明之其他目的及特徵。

為了使本發明之優點將容易理解，將藉由參考附圖中說明之特定實施例呈現上文簡要描述之本發明之更特定描述。在理解該等圖式僅描繪本發明之典型實施例且因此不應被認為限制本發明之範疇之前提下，將藉由使用附圖以額外特殊性及細節描述並解釋本發明。

在詳細解釋本發明之各種實施例之前，應理解，本發明之應用不限於以下描述中陳述或附圖中所說明之組件之構造及配置的細節。本發明能夠具有其他實施例且能夠以各種方式實踐或進行。又，應理解，本文中參考裝置或元件定向所使用之措詞及術語(例如，如「前方」、「後方」、「向上」、「向下」、「頂部」、「底部」等術語)僅用以簡化本發明之描述，且並不單獨指示或暗示所提及之裝置或元件必須具有特定定向。另外，諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語在本文中及在所附申請專利範圍中用於描述目的，且並不意欲指示或暗示相對重要性或顯著性。此外，本文中所敍述或指出之任何尺寸僅用於示範性目的且並不意謂以任何方式限制本發明之範疇，除非在申請專利範圍中如此敍述。

圖1至圖5提供軸封總成25之第一實施例的視圖，該軸封總成25允許將各種潤滑溶液密封於軸承外殼30內。圖6及圖7提供軸封總成25之替代實施例，其中使用密封流體。申請人在本文中將密封流體定義為包括液體及蒸氣兩者。申請人將空氣、氮氣、水及蒸汽以及可與所提議之軸封總成一起工作以提供用於本文中所揭示之任何及所有實施例之經加壓流體障壁的任何其他流體視為屬於本發明之範圍內。所選擇之氣體或流體係基於與待密封產品之過程適宜性。

圖1為軸封總成25之外部透視圖，其經配置及與插入穿過軸封總成25之固定定子2的軸1嚙合。圖2為軸封總成之外部端視圖，其中軸1在軸封總成25內對準。

圖3為圖2中所示之軸封總成25之第一實施例的截面圖，其將軸封總成25說明為用於將潤滑溶液留存在外殼30之軸承腔32內之迷宮式密封件。圖3所示之軸1為可在旋轉期間經歷相對於固定定子元件或固定定子2之一部分的徑向、有角度或軸向移動的類型。軸封總成25之固定定子部分可藉由其他構件凸緣安裝或按壓配合或附接至外殼30。本發明亦將與旋轉外殼及靜止軸一起作用。(未圖示)如特定應用所要求，允許軸1在軸向方向上相對於軸封總成25自由移動。

具有內部表面之迷宮式密封件3與軸1嚙合。經界定之間隙6存在於該迷宮式密封件3之內部表面與軸1之間。與該迷宮式密封件3之內部表面相對的是該迷宮式密封件3之圓角化表面3a。迷宮式密封件3之圓角化表面3a與浮動定子4之內部形成球形界面11。O形環通道15及O形環7經安置以與該迷宮式密封件3之該圓角化表面3a協作，以密封(或截留)穿過所嚙合之迷宮式密封件3與浮動定子4、在其之間且沿著其之流體遷移，同時維持球形界面11，該球形界面11允許迷宮式密封件3與浮動定子4之間有限的相對旋轉移動(關節式連接)。如圖所示，O形環通道15經機械加工至浮動定子4中且定位於與迷宮式密封件3之球形界面11處。O形環通道15相對於迷宮式密封件3為環形的且連續的。O形環通道15及O形環7亦可置放在迷宮式密封件3中鄰近於球形界面11處。O形環7應由與待密封產品及所選擇之較佳密封流體兩者相容之材料製成。O形環通道15及O形環7為可在軸封總成25內使用之密封構件的一個可能組合，如申請專利範圍中所敍述。插入至抗旋轉凹槽10中之置放於關鍵位置之抗旋轉銷12限制迷宮式密封件3與浮動定子4之間的相對旋轉移動。多個抗旋轉凹槽10及銷12可置放在軸1之半徑周圍。若軸封總成25結合密封流體來使用，則可移除關鍵位置之抗旋轉銷12，從而允許相應之抗旋轉凹槽10充當穿過通風口9及潤滑劑迴路5之流體通路。(見圖7)另外，可選擇抗旋轉銷12及抗旋轉凹槽10之直徑的關係以允許軸1之或多或少的有角度未對準。與大直徑抗旋轉凹槽10一起使用之小直徑抗旋轉銷12將允許回應於軸1之有角度未對準而產生迷宮式密封件3相對於浮動定子4之較大相對移動。迷宮式密封件3為可在軸封總成25內鄰近於軸1處使用之密封構件的一個可能實施例，如申請專利範圍中所敍述。

連續環形通道形成於固定定子2內且由軸封總成25之該浮動定子4之外部與該固定定子2之該內部之間所允許的間隙20及21界定。固定定子2之環形通道在圖2中突出顯示為A-A'。固定定子之環形通道具有大體上垂直於該軸1之內部表面。浮動定子4之外部表面(其大體上包圍在固定定子2之環形通道內)與固定定子2之第一及第二內部垂直面協作嚙合。內環形界面由固定定子2之第一(軸封總成內側)垂直環形通道表面與浮動定子4之第一(內側)垂直面嚙合而形成。外環形界面由固定定子2之第二(軸封總成外側)垂直環形內部通道表面與浮動定子4之第二(外側)垂直面嚙合而形成。O形環通道19及安置於其中之O形環13與浮動定子4之表面協作，該浮動定子4之表面與軸1成垂直關係以密封(或截留)在所嚙合之浮動定子4之間並沿著其之流體遷移，同時允許浮動定子4與固定定子2之間有限的相對旋轉移動。浮動定子4及固定定子2為可在軸封總成25內結合迷宮式密封件3來使用之協作嚙合之密封構件的一個可能實施例，如申請專利範圍中所敍述。

O形環通道19相對於軸1為環形的且連續的。O形環通道19及O形環13可置放在浮動定子4之主體中而非置放在固定定子2中(未圖示)，但必須置放成類似鄰近關係。O形環13應由與待密封產品及所選擇之較佳密封流體兩者相容之材料製成。O形環通道19及O形環13為可在軸封總成25內使用之密封構件的一個可能組合，如申請專利範圍中所敍述。

插入至抗旋轉凹槽16中之置放於關鍵位置之抗旋轉銷8限制浮動定子4與固定定子2之內部側之間的相對徑向及旋轉移動兩者。複數個抗旋轉凹槽16及銷8可置放在軸1之半徑周圍。亦可選擇抗旋轉銷8及抗旋轉凹槽16之直徑的關係以允許軸之或多或少的有角度未對準。小直徑抗旋轉銷8及大直徑固定定子抗旋轉凹槽允許回應於軸1之有角度未對準而產生迷宮式密封件3之較大相對移動。

迷宮圖案密封件凹槽14可藉由經由一或多個通風口9排放來實現壓力均衡。若需要，則可向通風口供應經加壓密封流體以使迷宮式區域14及軸封間隙6過量加壓以增加軸封總成25之功效。迷宮式密封件3與浮動定子4之間的球形界面11允許軸1與固定定子2之間的有角度未對準。O形環通道19相對於軸1為環形的，且如圖所示，經機械加工至固定定子2中並定位在固定定子2與浮動定子4之間的界面處。O形環19亦可置放在浮動定子4中以供與固定定子2密封接觸。

圖3A說明在有角度及徑向軸對準期間之密封件-軸完整性。此視圖突出顯示迷宮式密封件3之軸面17與浮動定子4之軸面18的對準。特定關注於在浮動定子4與迷宮式密封件3之間的球形界面11處軸面17與18之對準。圖3B說明在與圖3A所示之表面相對之表面處進行有角度及徑向軸對準期間的軸-密封件完整性。此視圖突出顯示針對如圖3A所示之軸封總成25之相對部分的迷宮式密封件3及浮動定子4之軸面17與18的分別對準。熟習此項技術者將瞭解，因為軸1及軸封總成25具有圓形形狀及性質，所以表面被展示為360度圍繞軸1。此外，特定關注於在迷宮式密封件3與浮動定子4之間的球形界面11處之軸面17與18之對準。圖3A及3B亦說明位於浮動定子4與固定定子2之間的第一經界定間隙20及位於浮動定子4與固定定子2之間且與第一經界定間隙20相對之第二經界定間隙21。

在圖2、圖3、圖3A及圖3B中，軸1並未正在經歷徑向、有角度或軸向移動，且所界定之間隙20及21之寬度(其大體上相等)指示浮動定子4上之極少移動或未對準。

圖4為軸封總成25之外部端視圖，其中可旋轉軸1在其中未對準。圖5為如圖3所示之軸封總成25之第一實施例的截面圖，其中應用軸1之有角度及徑向未對準兩者。如圖5所示之軸1亦為可經歷相對於軸封總成25之固定定子2部分之徑向、有角度或軸向移動的類型。

如圖5所示，即使軸未對準角度31已改變，但仍已維持迷宮式密封件3相對於軸1之所界定之徑向間隙6。即使軸未對準角度31已改變，但仍允許軸1在軸向方向上自由移動。軸封總成25之配置允許迷宮式密封件3在引入該軸1之徑向移動後隨浮動定子4一起移動。迷宮式密封件3及浮動定子4藉由一或多個壓縮之O形環7緊固在一起。藉由抗旋轉構件來防止迷宮式密封件3在浮動定子4內旋轉，該抗旋轉構件可包括用以抑制旋轉之螺桿、銷或類似裝置12。藉由抗旋轉銷8來防止迷宮式密封件3及浮動定子4總成在固定定子2內旋轉。如圖3、圖3A、圖3B、圖5、圖6及圖7中所示之銷為防止迷宮式密封件3及浮動定子4旋轉之一種構件，如申請專利範圍中所敍述。待由迷宮式密封件3密封之潤滑劑或其他介質可藉由一系列一或多個可選排出管或潤滑劑返回路徑5來收集並排出。迷宮式密封件3可藉由經由一或多個通風口9排放來實現壓力均衡。若需要，則可向通風口9供應經加壓空氣或其他氣體或流體介質以使迷宮式密封件3過量加壓以增加密封功效。軸封總成25之協作嚙合之機械部分之間的小公差的組合及經加壓密封流體抑制產品及污染物接觸軸封總成25之內部。迷宮式密封件3與浮動定子4之間的球形界面11允許軸1與固定定子2之間的有角度未對準。O形環通道19及安置在其中之O形環13與浮動定子4之相對面協作，該浮動定子4之相對面大體上與軸1成垂直關係以密封(或截留)在所嚙合之浮動定子4之間並沿著其的流體遷移，同時允許定子4與固定定子2之間有限的相對徑向(垂直)移動。

圖5A說明在有角度及徑向軸未對準期間軸封總成25所允許之密封件-軸完整性。此視圖突出顯示針對軸封總成25之第一部分的迷宮式密封件之軸面17相對於浮動定子4之軸面18的偏移或關節式連接。特定關注於在迷宮式密封件3與浮動定子4之間的球形界面11處軸面17與18之偏移。

圖5B說明在有角度及徑向軸未對準期間針對與圖5A所示之第一表面相對之第二表面的密封件-軸完整性。此視圖突出顯示在軸1之未對準期間，迷宮式密封件3及浮動定子4之軸面17與18分別未對準而是改為相對於彼此移動(關節式連接)。回應於軸未對準而維持軸與密封件之間隙6，且整體密封完整性不受損害，因為在軸未對準期間維持了浮動定子4與固定定子2及浮動定子4與迷宮式密封件3之密封完整性。熟習此項技術者將瞭解，因為軸1及軸封總成25具有圓形形狀及性質，所以表面被展示為360度圍繞軸1。

圖5A及圖5B亦說明位於浮動定子4與固定定子2之間的第一間隙或縫隙20以及位於浮動定子4與固定定子2之間且與第一間隙或縫隙20相對之第二間隙或縫隙21。

在圖4、圖5、圖5A及圖5B中，軸1在軸1之旋轉期間正在經歷徑向、有角度或軸向移動，且縫隙或間隙20及21之寬度已回應於該徑向、有角度或軸向移動而改變。(與圖3、圖3A及圖3B相比。)間隙20及21之寬度的改變指示浮動定子4已回應於軸1之移動或有角度未對準而移動。軸封總 成25分別允許軸面17與18之間的關節式連接、球形界面11之維持以及第一及第二間隙20及21處的徑向移動，同時維持軸封間隙6。

圖6為如圖2所示之軸封總成25之第二實施例的截面圖，該第二實施例用於使用替代性迷宮式密封件圖案凹槽14實現過量加壓。在此圖中，迷宮式密封件圖案凹槽14由諸如聚四氟乙烯(PTFE)之摩擦力減少物質所構成，該摩擦力減少物質形成與軸1之緊密間隙。PTFE有時亦稱為Teflon®，其由杜邦(Dupont)公司製造及銷售。PTFE為具有高耐化學性、耐低溫及高溫能力、耐風化性、低摩擦力、電及熱絕緣性以及「滑溜性(slipperiness)」之塑膠。材料之「滑溜性」亦可定義為光滑的或向材料添加光滑型品質。碳或其他材料可替換PTFE以對迷宮式密封件圖案凹槽14提供必要之密封品質及光滑品質。

供應經加壓密封流體以使如圖6所示之光滑迷宮圖案26過量加壓。經加壓密封流體穿過一或多個入口進入節流閥26之環形凹槽23中。熟習此項技術者亦將節流閥26稱為「對準滑座(alignment skate)」。節流閥26允許迷宮式密封件3對由軸1之未對準引起的軸移動作出回應。經加壓密封流體逸出越過形成於軸1與具有節流閥26之迷宮式密封件3之間的緊密間隙。節流閥26與軸1之緊密接近性亦對軸1上方之密封流體流動形成阻力，且致使在環形凹槽23內累積壓力。與環形凹槽23協作並連接之浮動環形凹槽27亦提供用於使過量密封流體「滲」出軸封總成25以實現壓力均衡或在操作期間維持軸密封總成25上之連續流體沖洗的出口。軸密封總成25之此態樣所提供的優點為其應用，其中「就地清潔」產品密封件去汙程序受到青睞或為需要的。實例將包括食品級應用。

圖7說明軸封總成25，其中移除了抗旋轉銷12以改良入口之可見性。該等入口將通常存在，但不限於圍繞軸封總成25之圓周的一系列埠、入口或通路。圖7亦展示迷宮式密封件3之形狀及圖案可變化。除了圓形類型26以外，節流閥26之形狀亦可變化，如節流閥凹槽22處所示之正方形輪廓所展示。亦請注意，在不需要與軸1之直接接觸之情況下，軸封總成25可結合單獨套管24來使用，該套管24將藉由各種構件附接至軸1。

圖8展示本發明之另一實施例，其中軸封總成25已附著至容器壁34。軸封總成25可經由諸如安裝螺栓33之緊固構件來附著至容器壁34以確保改良之密封，其中軸1經受有角度未對準。安裝螺栓33及穿過軸封總成25外部之狹槽(未編號)為安裝軸封總成25之一種構件，如申請專利範圍中所敍述。

在某些應用中，尤其為在軸封總成25之處理側(通常為如圖3至圖3B及圖5至圖7所示之軸封總成25之左側區域)處於增加之壓力下的應用中，需要將軸封總成25配置為平衡軸封總成25在軸向方向上所經歷之壓力。在圖9至12中展示壓力平衡之軸封總成40，其平衡產品向迷宮式密封件內部面42及浮動定子內部面44施加之壓力(在軸向方向上)。

在如圖9至圖10B所示之壓力平衡之軸封總成之第一實施例中，軸密封部件(亦即，與浮動定子4組合之迷宮式密封件3)包括壓力平衡環形通道46。除壓力平衡環形通道46之外，壓力平衡之軸封總成40以與圖1至圖8中所示且上文詳細描述之軸封總成25相同的方式操作。亦即，浮動定子4定位於固定定子環形凹槽48中。浮動定子/固定定子20之間的第一間隙(其在本文中所描繪之實施例中位於浮動定子徑向外部表面45與環形凹槽徑向內部表面48a之間)(圖9A及9B中所示)至少解決軸1之徑向擾動。浮動定子4與迷宮式密封件3之間的球形界面11至少解決軸1之有角度擾動。

壓力平衡環形通道46形成於浮動定子4中鄰近於浮動定子4與固定定子2之間的第一徑向界面47a處，如圖9至10中針對第一實施例所示。如本文中所描繪之各種實施例中所示，浮動定子4與固定定子2之間的第一徑向界面47a鄰近於固定定子2之形成有用於抗旋轉裝置之腔16的部分。亦即，浮動定子4之軸面定位在固定定子2內，且最遠離壓力平衡之軸封總成40之處理側。與第一徑向界面47a相比，浮動定子4與固定定子2之間的第二徑向界面47b(其大體上平行於第一徑向界面47a)定位為較靠近壓力平衡之軸封總成40之處理側。

在許多應用中，壓力平衡環形通道46之最佳徑向尺寸將大體上類似於浮動定子內部面44之徑向尺寸，使得產品所作用於之浮動定子4之區域與密封流體所作用於之浮動定子4之區域具有相等表面面積。在此配置中，若產品及密封流體被加壓至大致相同值，則軸向力將得到平衡。因此，壓力平衡環形通道46之最佳徑向尺寸將取決於整個系統之設計特性，且壓力平衡環形通道46之徑向尺寸可針對特定應用為任何適宜之量，而不管是大於抑或小於浮動定子內部面44之徑向尺寸。壓力平衡環形通道46之軸向尺寸亦將取決於整個系統之設計特性而變化，該設計特性包括(但不限於)所使用之特定密封流體、產品壓力及密封流體之壓力。在一些應用中，壓力平衡環形通道46之最佳軸向尺寸將為0.005吋，但可在其他實施例中較大且在另外實施例中較小。

壓力平衡環形通道46允許將密封流體引入至浮動定子/固定定子20之間的第一間隙(密封流體可自此處進入壓力平衡環形通道46)以在軸向方向上作用於浮動定子。通常，壓力平衡之軸封總成40之處理側(通常為如圖9至12所示之壓力平衡之軸封總成40之左側區域)經歷來自作用於迷宮式密封件內部面42及浮動定子內部面44之處理流體的力。該等力歸因於由軸1所耦接至之旋轉設備所產生的壓力而最常見。舉例而言，若軸1耦接至產生70磅/平方吋(psi)之高差壓力的流體泵，則壓力平衡之軸封總成40之處理側將被加壓至大致70 psi。此經加壓流體將作用於迷宮式密封件內部面42及浮動定子內部面44，且因此促使迷宮式密封件3及浮動定子4在軸向方向上遠離壓力平衡軸封總成40之處理側(亦即，大體上在如圖9至圖12所描繪之圖的右側)。相反地，取決於密封流體系統之設計，位於壓力平衡環形通道46中之密封流體將促使迷宮式密封件3及浮動定子4在軸向方向上朝向壓力平衡軸封總成40之處理側，其可大體上抵消產品施加於壓力平衡軸封總成40上之軸向力。

圖11及12展示壓力平衡之軸封總成40之第二及第三實施例。壓力平衡之軸封總成40之第二及第三實施例大體上對應於如圖7及8所展示且在上文中詳細描述之軸封總成25之第二及第三實施例。然而，如同如圖9至10B所示之壓力平衡之軸封總成40之第一實施例，第二及第三實施例包括壓力平衡環形通道46。

本文中所描繪且描述之壓力平衡之軸封總成40之各種實施例形成有固定定子2及浮動定子4，該固定定子2及浮動定子4包括兩個相異部分。該等實施例促進壓力平衡之軸封總成40之組裝，因為在本文中所描繪之實施例中，浮動定子4之大部分定位在固定定子2內。當根據第一實施例(如圖9至10B所描繪)來安裝壓力平衡之軸封總成40時，固定定子2之第一部分(亦即，鄰近於壓力平衡之軸封總成40之處理側之部分)將附著至外殼30。接下來，可將浮動定子4及迷宮式密封件3作為一個組裝件(其中形成球形界面11之組件已被預先組裝)定位在軸1與固定定子2之第一部分之間。將浮動定子4及迷宮式密封件3置放在固定定子3內形成固定定子2與浮動定子4之間的第二軸向界面47b。最後，可將固定定子2之第二部分(亦即，最遠離壓力平衡之軸封總成40之處理側的部分)定位在鄰近於固定定子2之第一部分處且附著至固定定子2之第一部分。隨後固定定子2之第二部分之定位形成了固定定子2與浮動定子4之間的第一徑向界面47a。

或者，可將浮動定子4及迷宮式密封件3分離地定位在固定定子環形凹槽48內。舉例而言，在已將固定定子2之第一部分附著至外殼30之後，可將浮動定子4之第一部分定位在固定定子環形凹槽48內。將浮動定子4之第一部分置放在固定定子環形凹槽48內形成了固定定子2與浮動定子4之間的第二軸向界面47b。接下來，可將迷宮式密封件3定位在鄰近於軸3處，該迷宮式密封件3之置放形成浮動定子4與迷宮式密封件3之間的球面界面11之一部分。接下來，可將浮動定子4之第二部分定位在鄰近於浮動定子4之第一部分處且使用複數個抗旋轉銷8將其附著至浮動定子4之第一部分，此完成了浮動定子4與迷宮式密封件3之間的球形界面11。最後，使用複數個螺栓或鉚釘將固定定子2之第二部分附著至固定定子2之第一部分，該第二部分之置放形成浮動定子4與固定定子2之間的第一軸向界面47a。可使用熟習此項技術者已知之任何適宜緊固部件來將浮動定子4之第一及第二部分附著至彼此或將固定定子2之第一及第二部分附著至彼此。

雖然本文中所描繪之實施例係針對於壓力平衡之軸封總成40，其中固定定子2及浮動定子4包括兩個單獨部分，但在本文中未描繪之其他實施例中，固定定子2及/或浮動定子4由一個一體式部件形成。

在已描述了較佳實施例之情況下，熟習此項技術者無疑將明白本發明之其他特徵，亦將明白所說明之本發明實施例中之眾多修改及更改，所有該修改及更改可在不偏離本發明之精神及範疇的情況下達成。

1．．．軸

2．．．固定定子

2a．．．固定定子(部分線)

3．．．迷宮式密封件

3a．．．圓角化面

4．．．浮動定子

5．．．流體返回路徑

6．．．軸封間隙

7．．．第一O形環

8．．．抗旋轉銷

9．．．通風口

10．．．抗旋轉凹槽(浮動定子)

11．．．球形界面

12．．．抗旋轉銷

13．．．第二O形環

14．．．迷宮式密封件圖案凹槽

15．．．第一O形環通道

16．．．用於抗旋轉裝置(固定定子)之腔

17．．．迷宮式密封件之軸面

18．．．浮動定子之軸面

19．．．第二O形環通道

20．．．浮動定子/固定定子之間的第一間隙

21．．．浮動定子/固定定子之間的第二間隙

22．．．節流閥凹槽

23．．．迷宮圖案環形凹槽

24．．．套管

25．．．軸封總成

26．．．節流閥(對準滑座)

27．．．浮動定子環形凹槽

28．．．迷宮式密封件通路

29．．．浮動定子通路

30．．．外殼

31．．．未對準角度

32．．．軸承及軸承腔

33．．．安裝螺栓

34．．．容器壁

40．．．壓力平衡之軸封總成

42．．．迷宮式密封件內部面

44．．．浮動定子內部面

45．．．浮動定子徑向外部表面

46．．．壓力平衡環形通道

47a．．．第一徑向界面

47b．．．第二徑向界面

48．．．固定定子環形凹槽

48a．．．環形凹槽徑向內部表面

圖1為軸封總成之外部透視圖；圖2為軸元件對準之軸封總成之外部端視圖；圖3為如圖2所示並安裝至外殼之軸封總成之第一實施例之截面圖；圖3A說明在有角度及徑向軸對準期間之第一表面密封件-軸完整性；圖3B說明在有角度及徑向軸對準期間之第二表面密封件-軸完整性；圖4為軸未對準之外部端視圖；圖5為應用軸之有角度及徑向未對準兩者之如圖3所示之第一實施例的截面圖；圖5A說明在有角度及徑向軸未對準期間由關節式連接實現之第一密封件-軸完整性；圖5B說明在有角度及徑向軸未對準期間由關節式連接實現之第二密封件-軸完整性；圖6為如圖2所示之軸封總成之第二實施例的截面圖；圖7為如圖2所示之第三實施例之截面圖；圖8為如安裝至容器壁之第四實施例之透視圖；圖9為安裝至外殼之壓力平衡之軸封總成之第一實施例的橫截面圖，其中軸處於對準狀態；圖9A為壓力平衡之軸封總成之第一實施例之鄰近於通風口的部分的詳細視圖，其中軸處於對準狀態；圖9B為壓力平衡之軸封總成之第一實施例之鄰近於流體返回路徑的部分的詳細視圖，其中軸處於對準狀態；圖10為在軸未對準期間所展示之壓力平衡之軸封總成之第一實施例的橫截面圖；圖10A為壓力平衡之軸封總成之第一實施例之鄰近於通風口的部分的詳細視圖，其中軸處於未對準狀態；圖10B為壓力平衡之軸封總成之第一實施例之鄰近於流體返回路徑的部分的詳細視圖，其中軸處於未對準狀態；圖11為壓力平衡之軸封總成之第二實施例之橫截面圖，其中軸處於對準狀態；及圖12為壓力平衡之軸封總成之第三實施例之橫截面圖，其中軸處於對準狀態。

1．．．軸

2．．．固定定子

2a．．．固定定子(部分線)

3．．．迷宮式密封件

4．．．浮動定子

6．．．軸封間隙

7．．．第一O形環

8．．．抗旋轉銷

9．．．通風口

10．．．抗旋轉凹槽(浮動定子)

11．．．球形界面

12．．．抗旋轉銷

13．．．第二O形環

14．．．迷宮式密封件圖案凹槽

15．．．第一O形環通道

16．．．用於抗旋轉裝置(固定定子)之腔

17．．．迷宮式密封件之軸面

18．．．浮動定子之軸面

19．．．第二O形環通道

20．．．浮動定子/固定定子之間的第一間隙

40．．．壓力平衡之軸封總成

42．．．迷宮式密封件內部面

44．．．浮動定子內部面

45．．．浮動定子徑向外部表面

46．．．壓力平衡環形通道

47a．．．第一徑向界面

47b．．．第二徑向界面

48．．．固定定子環形凹槽

48a．．．環形凹槽徑向內部表面

Claims (25)

1. 一種軸封總成，其包含：a.一固定定子，其中該固定定子緊固於一外殼內，且其中該固定定子沿其徑向內部表面之一部分形成有一環形凹槽；b.軸密封部件，其中該軸密封部件裝配在該固定定子之該環形凹槽內，且其中該軸密封部件包含：i.一浮動定子，其中該浮動定子之徑向外部表面在徑向維度上與該環形凹槽徑向內部表面分離一預定量以在該浮動定子與該固定定子之間形成一第一間隙，其中該浮動定子之徑向內部表面為大體凹入形狀；及ii.一迷宮式密封件，其中該迷宮式密封件具有一擁有一大體凸起形狀之徑向外部表面，其對應於該浮動定子之該徑向內部表面以便在其間形成一球形界面，其中該迷宮式密封件具有一擁有複數個迷宮圖案環形凹槽之徑向內部表面，且其中該迷宮式密封件徑向內部表面鄰近於一可旋轉軸定位；且其特徵在於：該浮動定子具有一環形凹座且該固定定子具有一對應於該環形凹座之表面以在其中形成一壓力平衡環形通道，用以平衝潤滑溶液及加壓密封流體的軸向負荷。
2. 如請求項1之軸封總成，其中該浮動定子之該徑向外部表面為非線性的。
3. 如請求項1之軸封總成，其中該浮動定子穿過該浮動定子與該固定定子之該環形凹槽之間的第一及第二徑向界面而軸向定位。
4. 如請求項3之軸封總成，其進一步包含分別形成於該固定定子中該第一及該第二徑向界面處之第一及第二O形環通道，其中在每一該第一及該第二O形環通道中定位有一個O形環。
5. 如請求項1之軸封總成，其中複數個徑向定向之抗旋轉凹槽形成於該迷宮式密封件中，且其中複數個對應之抗旋轉銷定位在該等抗旋轉凹槽內且在該浮動定子之鄰近於該迷宮式密封件中之該等抗旋轉凹槽的一部分內。
6. 如請求項1之軸封總成，其中複數個軸向定向之抗旋轉凹槽形成於該固定定子中，且其中複數個對應之抗旋轉銷定位在該等抗旋轉凹槽內且在該浮動定子之鄰近於該固定定子中之該等抗旋轉凹槽的一部分內。
7. 如請求項1之軸封總成，其進一步包含形成於該浮動定子之該徑向內部表面中之複數個O形環通道，其中在每一該O形環通道中定位有一個O形環。
8. 如請求項1之軸封總成，其進一步包含一形成於該迷宮式密封件中之第一流體返回路徑、一形成於該浮動定子中之第二流體返回路徑及一形成於該固定定子中之第三流體返回路徑，其中該第一、該第二及該第三流體返回路徑彼此流體連通。
9. 如請求項1之軸封總成，其中該浮動定子經進一步界定為由附著至彼此之兩個相異部分構成。
10. 如請求項1之軸封總成，其中該固定定子經進一步界定為由附著至彼此之兩個相異部分構成。
11. 如請求項1之軸封總成，其進一步包含一形成於該固定定子中之通風口，其中該通風口將該固定定子之外部與形成於該固定定子中之該環形凹槽以流體方式連接。
12. 如請求項1之軸封總成，其中該固定定子經進一步界定為經由該固定定子之徑向外部表面之一部分及形成於一外殼中之一孔隙之一對應徑向內部表面而緊固至該外殼。
13. 如請求項1之軸封總成，其中該固定定子經進一步界定為經由複數個安裝螺栓而緊固至一外殼，該複數個安裝螺栓穿過該固定定子中之對應複數個孔隙並在該外殼中之對應複數個螺栓孔中終止。
14. 如請求項1之軸封總成，其進一步包含：a.　一環形密封件流體凹槽，其形成於該迷宮式密封件之該徑向內部表面中；b.　一密封件流體入口，其形成於該固定定子之該徑向外部表面中；c.　一第一通路，形成於該浮動定子中，其中該第一通路與該密封件流體入口成流體連通；d.　一第一通路，形成於該迷宮式密封件中，其中該迷宮式密封件中之該第一通路與該浮動定子中之該第一通路及該環形密封件流體凹槽成流體連通；e.　一密封件流體出口，其形成於該固定定子之該徑向外部表面中；f.　一第二通路，形成於該浮動定子中，其中該第二通路與該密封件流體出口成流體連通；及g.　一第二通路，形成於該迷宮式密封件中，其中該迷宮式密封件中之該第二通路與該浮動定子中之該第二通路及該環形密封流體凹槽成流體連通。
15. 如請求項14之軸封總成，其進一步包含一對準滑座，其定位在該複數個迷宮圖案環形凹槽之每一該環形凹槽中。
16. 如請求項15之軸封總成，其中該等對準滑座經進一步界定為具有接觸該可旋轉軸之所需尺寸。
17. 如請求項16之軸封總成，其中該軸封總成經進一步界定為包括一經加壓密封流體，其穿過該密封件流體入口引入至該軸封總成中。
18. 如請求項17之軸封總成，其中該經加壓密封流體經進一步界定為一氣體。
19. 如請求項17之軸封總成，其中該經加壓密封流體經進一步界定為一液體。
20. 如請求項18之軸封總成，其中該軸封總成經進一步界定以使得該迷宮式密封件中之該複數個迷宮圖案環形凹槽與該可旋轉軸之間的間隙使得一預定量之該經加壓密封流體可在該複數個迷宮圖案環形凹槽與該可旋轉軸之間通過。
21. 如請求項19之軸封總成，其中該軸封總成經進一步界定以使得該迷宮式密封件中之該複數個迷宮圖案環形凹槽與該可旋轉軸之間的間隙使得一預定量之該經加壓密封流體可在該複數個迷宮圖案環形凹槽與該可旋轉軸之間通過。
22. 如請求項19之軸封總成，其中該密封件流體出口經進一步界定為包括用於該經加壓密封流體之一沖洗流。
23. 一種軸封總成，其包含：a.　一軸，自一容器或外殼突起；b.　一第一密封構件，其鄰近於該軸，且該軸與該第一密封構件之間具有一經界定之間隙，該軸可相對於該第一密封構件而軸向移動；c.　一第二密封構件，該第一密封構件被部分包圍在第二密封構件內並經由一大體球形界面與該第二密封構件協作連通，使得該第一及該第二密封構件協作以回應於該軸之有角度未對準，同時維持該軸與該第一密封構件之間的該經界定之間隙，其中該第二密封構件包括一形成於其中之壓力平衡環形通道；及d.　一第三密封構件，該第二密封構件被部分包圍在該第三密封構件內並與該第三密封構件協作連通，使得該第一及該第二密封構件與該第三密封構件協作以允許該第一及該第二密封構件回應於由該軸之徑向擾動產生的力，同時維持該軸與該第一密封構件之間的該經界定之間隙，該第三密封構件附接至該外殼或容器。
24. 如請求項23之軸封總成，其中一密封流體經引入以對該軸封總成加壓。
25. 如請求項23之軸封總成，其中該對於有角度未對準之相對回應係可控制的。