CN102808952B - 具有密封装置的浮动辊和密封浮动辊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配备有密封装置的浮动辊，该浮动辊包括固定的轴（10）和可转动地支承在该轴（10）上的护套（11）。在轴（10）和护套（11）之间由密封装置分隔出压力室（12）。该密封装置具有密封结构（13）和，润滑剂流在该密封间隙中被导入到密封结构（13）和护套（11）的内表面（15）之间。使用气体或混合气体作为润滑剂。本发明还涉及一种密封浮动辊的方法。

Description

具有密封装置的浮动辊和密封浮动辊的方法

技术领域

本发明涉及一种配备有密封装置的浮动辊（S辊），其具有固定轴，即十字头，和可转动地支承在该轴上的护套，并由密封装置在轴和护套之间分隔出压力室，其中，该密封装置具有密封结构和密封间隙，润滑油流被导入到密封结构和护套内表面之间。此外，本发明还涉及一种密封浮动辊的方法。

背景技术

在压光机和挤压机中，压区通常由两个彼此相对挤压的辊构成，纤维幅材在这两个辊之间运行。为了产生均匀的压区压力，通常将其中一个辊设计为挠度调节辊。在进行主动挠度补偿时，借助于内部护套加载阻止这种弯曲和/或使这种弯曲具有所需要的形状，其中，在轴和护套之间施加产生这种效果的力，该力的大小是可调节的。在浮动的挠度调节辊中，在轴和护套之间的空间由于纵向以及端面密封而分隔成两个室。位于压区一侧的室为压力室，也被称为正室（Pluskammer），而相对一侧的室称为负室（Minuskammer），负室中的压力低于压力室中的压力。压力室的加压会产生使护套弯曲的力。压力室的投影面相对较大，因此所需要的压力也相对温和，一般保持在10bar以下。压力室必须在整个压迫长度上以及在端面上有充分的密封。纵向密封根据其位置也被称为侧面密封。

在挠度补偿浮动辊中，为固定的轴配置可围绕其转动的护套。使用压力油对护套加载，压力油被输送到位于轴和护套之间的压力室中。通过这种加载将补偿辊护套的挠度，从而在压区中获得均匀的压力分布。挠度调节辊通常安装在挤压机或压光机中，作为产生压区接触的辊对中的一个辊。辊内部的、主要由油的粘度所引起的摩擦随着转速的递增而增加，这样辊将因此而需要较高的驱动功率。此外，这种摩擦还将导致油的加热，但是油必须是被冷却的。

在专利文献US 5725465中描述了一种空气加载的挠度补偿浮动辊。在这种辊中使用压缩空气来替代压力油，由此降低了辊的总能源消耗。纵向密封件由两个彼此间隔设置的密封片组成，这两个密封片与护套内表面相接触。在密封片之间导入油作为润滑剂，其使密封片润滑并同时对密封片和护套内表面之间的间隙实施密封。但是油也会进入压力室中，因此必须不断地将油从那里引走。这种结构的缺点还在于形成很多的孔以及由于油与空气的混合而产生问题。

发明内容

根据本发明的利用压缩空气加载的浮动辊的工作原理基本上与目前利用油加载的浮动辊的工作原理相同。由静止的、即非旋转的轴和安装在该轴上的护套组成的机械结构也与当前所用的浮动辊相当。在空气加载的辊的压力室中，也使用空气代替油来作为压力介质。所需空气数量和供应压力根据现场使用而定。通过测算已知：供应压力作为外部加载函数是线性上升的。为了补偿设定用于示例辊的250kN/m的线性负载，需要约为5bar的供应压力。该压力水平依赖于过程，因此为了减少利用空气加载的辊的功率消耗，必须借助于密封将从压力室的逸出降低到足够低的水平。由于空气的粘度极低，因此在压力室中产生的摩擦损耗是微不足道的。对使空气加载的辊旋转所需要的驱动功率的要求也因此是相当小的。

利用本发明能够提供一种配备有密封装置的新型浮动辊，其中将使压力室获得良好的密封性，而不会出现这些存在于现有技术中的问题。本发明的另一个目的在于提出一种密封浮动辊的新方法，利用该方法可以解决密封装置的问题。根据本发明的密封装置的典型特征在于：将气体或混合气体作为润滑剂。相应地，根据本发明的方法的典型特征在于：采用气体或混合气体作为润滑剂。

附图说明

下面根据示出了本发明的几种实施方式的附图对本发明进行详细说明。其中：

图1a示出了从端面观察到的辊对的原理图；

图1b示出了沿机器方向观察到的如图1所示的辊对；

图1c示出了根据本发明的密封装置的第一原理图；

图1d示出了根据本发明的密封装置的第二原理图；

图2a示出了密封装置的结构原理图；

图2b示出了根据本发明的密封装置的第三原理图；

图2c示出了根据本发明的密封装置的第四原理图；

图3a示出了根据本发明的密封装置的第五原理图；

图3b以截面示出了与图3a所示原理图相应的结构；

图3c以等比例视图示出了如图3b所示的密封结构。

具体实施方式

图1a示出了辊对，其下辊为挠度补偿浮动辊。该挠度补偿浮动辊包括固定的轴10和可转动地支承在该轴上的护套11。在轴10和护套11之间通过密封装置分隔成的压力室12。另外，该密封装置还包括密封结构13和密封间隙14，在其中润滑剂流被导入到密封结构13和护套11的内表面15之间（图1c）。在图1a中还示出了负室20。根据本发明，润滑剂由气体或混合气体组成。图1b示出了沿机器方向观察到的辊对。

图2a以简化的形式示出了压力室12的密封件13，其目的在于限定来自压力室中的气流。采用气体或混合气体作为润滑剂，其同时也被密封，其从密封件13旁边经过流入压力较低的区域中。允许有从压力室的泄漏，但前提是泄露造成的对空气加载的压缩机功率要求不是太大。

一般而言，该密封件13包括密封结构和密封间隙。该密封间隙形成在密封结构和护套内表面之间。输送到密封间隙的润滑剂也一起作用于该密封件13上，并形成润滑剂膜。密封结构例如可以由密封片、薄膜、气垫、箔或其他相应的元件构成。这种润滑可以是气动式的，或者是空气静力式的，并且采用气体或混合气体（例如空气）作为润滑剂。在图1c中示出了由气垫16构成的密封结构，在图1d中示出了由箔21构成的密封结构。

尽管在本发明的描述中主要结合纵向密封进行了说明，但是需要指出的是，也可以通过端侧密封在压力室12的端面上对其进行密封，并且端侧密封和纵向密封可以共同组成一个一体的结构。

为了构成压力室12，向被加载空气的辊供应空气。根据本发明，采用气体或混合气体作为密封结构的润滑剂，在此避免了与现有技术相关的问题。这种润滑可以是气动式的或空气静力式的。在气动式润滑中，在相对的表面发生相对运动时形成润滑剂膜。由于这种润滑，在密封间隙中还产生压力分布，该压力分布使得密封件从相对表面（在此为护套内表面）升起。

空气静力式密封的运行基于导入密封间隙中的压缩气体或混合压缩气体，例如压缩空气。压缩空气使得在密封间隙中出现空气静力式的润滑情况，在此，在相对表面之间不形成接触。加载压力可以穿过密封件作为润滑剂被导入密封间隙中。这种密封也可良好地适用于高运行温度。

利用空气静力式密封件可以实现密封件的稳定工作和较低的空气消耗。所要求的承载能力是很小的，由此使得能够采用气体作为润滑剂。气体在很宽的温度范围内是化学稳定的，并且由于其的低粘度而具有较低的摩擦。此外，在使用空气的情况下润滑剂供应不会有问题，并且通常也不需要外部冷却。

图2b示出了膜密封件的结构。膜密封件的工作方式基于弹性膜17，其从下面被施以加载压力，在此优选采用空气或气体作为加载介质。该膜可以固定在设置于轴10中的槽上，当膜17***时密封间隙变小。该膜例如可以由金属或聚合材料制成。该膜可以是透气性的或非透气性的。优选同时将气体或混合气体作为润滑剂导入到膜的下面。如果用于加载的介质穿过一个或多个可渗透的膜，则密封件将根据空气静力学原理工作。

如图3所示的结构为空气静力式结构，在此，压缩空气以压力p_s穿过节气门（Drossel）被置入密封间隙中，而后，空气又由密封间隙到达周围环境中，此处的压力为p_y，同时在密封件13和护套之间形成空气润滑膜。在此，向位于密封件13下方的空间中施加单独的加载压力，但是也可以将如图2所示的供应压力作为加载压力的一部分。

优选可以降低要导入密封间隙中的气流，从而避免过大的间隙高度。大的间隙高度将导致气体消耗增加并降低刚性。例如可以利用喷嘴来降低气流，此后密封间隙本身可以作为次级节气门。替代喷嘴或者附加地，例如还可以通过多孔材料将空气导入密封间隙中，其中，节流基于材料的无数小孔实现。

在图3b中示出了一种示例性的密封结构的截面。所示出的是测试密封件13，其长度为有效纵向密封的长度的一部分。密封件①浮动地接合在机体部分②上。要输送到密封间隙中的空气通过孔③被导入密封间隙中，由此形成空气润滑膜。在密封件①的下方形成空间④，在其中通过加载压缩空气而产生加载压力。根据力平衡方程，当在密封间隙中形成空气润滑膜时，加载压力的大小决定在密封间隙中产生的压力的大小。

图3c示出了一种示例性的密封结构的等轴图。压缩空气通过拧在端面上的连接件①输送，空气通过5个孔②流入密封间隙中。喷嘴通过槽③彼此连接，槽③用以平衡压力分布，并防止密封件在较高的滑动速度下的倾斜。密封件的表面材料例如可以由工程塑料构成。密封件的表面材料和密封件主体材料可以是相同或不同的。优选将这些材料选择为，能够使滑动表面短时间地相互接触。密封件可以浮动地固定在轴10上，这样，在轴弯曲时护套内表面和轴中心点之间的相互距离改变，可以实现均匀的间隙高度。

根据本发明的密封装置具有用于产生润滑剂流的装置18。该装置18包括流动支承件19，如图2c所示，该流动支承件19使密封结构13断开。流动支承件19可以沿密封结构的纵向和/或横向延伸。例如在图3b中，在密封结构中设置纵向支承件，横向支承件从这里朝向密封间隙开放。此外，密封结构13还具有加载压力加载装置，该装置在如图2c所示的实施方式中构造为润滑剂供应装置的部件。

考虑到空气加载的浮动辊的总功率损耗，力求能够通过压力室之间的流动使压缩机功率要求保持在最小程度。在构成压力室时，浮动辊的纵向密封件的密封性能是一个重要的因素。根据本发明的密封结构已在模拟行业标准中的辊护套内表面的条件下进行了测试。在测试中，密封件的相对面由圆柱形的钢管构成。正如在测试中所证实的那样，当选择等于或大于压力室压力的压力作为密封件的间隙压力时，可以使压力室是完全空气密封的。即便是提高密封间隙压力也能够实现无泄漏的压力室，但这将使供应给密封件中的气流相应地增加。此外还确定了：密封件的平均间隙高度与转速无关而保持不变，在此流也保持不变。目标是将密封件设计为浮动的和“安装错误自适应的”。在此，使由几何误差造成的流动最小化。优选通过相同的供应管道输送施加于密封件的空气和对密封间隙进行润滑的空气。与目前的浮动辊不同的是，空气加载的浮动辊的总功率消耗几乎与转速无关，因为当速度上升时，只有辊的机械功率损耗在增加。虽然前面参考一种结构对本发明做了详细说明，其中在密封间隙中的润滑剂压力大于或等于的压力室压力，但是在对密封间隙润滑时可以使用在室之间所发生的流动。在此密封间隙中的压力低于压力室中的压力，但高于负室中的压力。

空气加载的浮动辊的应用领域例如为纤维幅材制造机器（例如纸板机和造纸机）的挤压机、压光机和金属带挤压机。也可以在金属带压光机中例如作为导辊设置无驱动挠度调节辊，其中，利用一个（单独的）受驱辊通过带循环使多个导辊在转动中移动。

Claims (8)

1.一种配备有密封装置的浮动辊，其包括固定的轴(10)和可转动地支承在所述轴(10)上的护套(11)，在所述轴(10)和护套(11)之间通过该密封装置分隔出的压力室(12)，该密封装置具有密封结构(13)和密封间隙(14)，在该密封间隙(14)中润滑剂流被导入所述密封结构(13)和所述护套(11)的内表面(15)之间，其特征在于，使用气体作为润滑剂，所述密封装置包括用于形成润滑剂流的装置(18)，该用于形成润滑剂流的装置(18)具有流动支承件(19)，其被引导穿过所述密封结构(13)。

2.如权利要求1所述的浮动辊，其特征在于，所述润滑剂由流动的压缩气体构成。

3.如权利要求1所述的浮动辊，其特征在于，所述润滑剂流的压力等于或大于所述压力室(12)中的压力。

4.如权利要求1所述的浮动辊，其特征在于，所述润滑剂流的压力小于所述压力室(12)中的压力。

5.如权利要求1所述的浮动辊，其特征在于，所述流动支承件(19)沿所述密封结构(13)的纵向和/或横向延伸。

6.如权利要求1所述的浮动辊，其特征在于，所述密封结构(13)包括加载压力加载装置，该加载压力加载装置被构造为润滑剂供应装置的部件。

7.如权利要求1所述的浮动辊，其特征在于，将所述润滑剂流设置为，使所述密封结构(13)和所述护套(11)的内表面(15)之间的密封间隙(14)小于50μm。

8.一种密封如权利要求1到7中任一项所述的浮动辊的方法，其中，在隶属于所述辊的固定的轴(10)和可转动地支承在该轴(10)上的护套(11)之间，通过密封装置分隔出压力室(12)，并向隶属于该密封装置的密封间隙(14)中导入润滑剂，其特征在于，使用气体作为润滑剂。