CN1678851A - 转动密封装置 - Google Patents

Abstract

一种机械密封装置具有与轴向固定密封面(22)滑动接触的轴向浮动密封面(21)。诸如磁体的偏压装置(33)将浮动密封面偏压向固定密封面。轴向浮动密封面和偏置装置被彼此相对地转动固定，并且轴向固定密封面可相对于轴向浮动密封面自由转动。该密封装置可被用作例如轴承保护器或隔离器。

Description

转动密封装置

发明领域

本发明涉及一种转动密封装置及其在转动设备和尤其是用于防止流体或固体进入某些区域以造成设备寿命降低的特殊设备中的应用。此类密封装置经常被称为轴承保护器或轴承隔离器。然而，这种转动密封装置的应用远不止于对转动设备中轴承的保护。因此，虽然以下是针对轴承保护器做出说明，但就涉及本发明的内容而言，应当将这一术语理解为可涉及到具有广泛用途的机械密封装置。

发明背景

轴承保护器的目的是防止流体、固体和/或碎片进入轴承装置，从而防止轴承故障。轴承保护器通常分为两类：防水式(repeller)或曲径式(labyrinth)密封轴承保护器，以及机械密封轴承保护器。

防水式轴承保护器包括被安装以围绕轴旋转并相对于轴而轴向固定的部件。例如，该轴可以是泵或转动设备的其它零件。该保护器包括轴向安装并被顶紧或紧固于设备的固定部分上的静止部件。

转动部件通常具有复杂的外轮廓，该外轮廓位于与静止部件的内部复杂轮廓相邻处。这些复杂轮廓共同提供了一个曲折的轨道以防止不需要的物质进入。

防水式轴承保护器通常只工作在设备运转期间。设备静止时，该复杂的曲径设计无法保持液面，因为在水平应用中该液面径向处在高于保护器入口位置的径向面。

机械密封轴承保护器通过使用两个相对的密封面来克服曲径设计在静止时的局限性。这种保护器包括“浮动(floating)”部件和“静止”部件，“浮动”部件被安装成相对于例如泵的转轴做轴向运动，而静止部件则轴向地固定并通常固定于罩壳上。该“浮动”部分具有指向静止部件的相应密封面的平环形端密封面。该“浮动”部件通常被一个或多个弹性件推向静止部件以将密封面封闭在一起，从而形成滑动的面密封。转动部分(其在实际情况中可以是浮动部件或是静止部件)称为转动部件。其它部件不旋转并且因此被称为静止部件。转动密封装置是这样一种装置，其浮动部件是可转动的，并且在静止密封中，该浮动部件是静止的。如果在出厂前在转动部件和静止部件之间组装和预设了滑动密封，则这种密封被称为“集装密封(cartridge seal)”。如果在出厂时转动和静止部件处于未组装在一起的状态，则这种密封被称为“组件密封(componentseal)”。

机械密封被用于各种类型的行业中以用于密封各种不同的加工媒介(process media)和运行条件。术语“内部的”定义出了与加工媒介相邻的区域，术语“外部的”定义出了与大气环境相邻的区域。

理想地，机械密封轴承保护器防止了流体等的进入而与轴的旋转方向无关。此外，另一理想情况是轴承保护器在动态运转时不会产生火花。

轴承保护器通常是非常紧凑的，至少在考虑其轴向长度时如此。它们通常被用来替换所谓的唇形密封(lip seal)并被安装在以前由此类密封占据的位置中。为了使轴向长度保持紧缩，浮动部分可通过一个或多个磁体以相吸模式(Geco的US-5,078,411)或相斥模式(Burles的EP-0105616)中的任意一种获得能量。

戈科(Geco)僻陋了一种转动组件密封装置，其具有磁性固定构件以及带有多于一个的环绕该部件***间隔开的磁体的转动构件。该转动以及固定构件通过磁力互相吸引。固定密封面被限定为磁性材料并且接近于与密封媒质接触的密封面。因此，密封介质中的金属粒子被吸引到密封面上。结果，例如碳的柔软密封面容易被损坏。此外，相对转动的构件之间引力的强度受两磁体间非磁性材料的轴向程度的限制。如果该距离过大，磁引力将足以使密封面合拢。如果该距离太小，则可能发生磁力线移动。

US-4,795,168(亚当斯等人)提出了另外一种构型，其中两个相对转动的密封面通过磁力相互吸引。这一装置也易受两个相对转动的构件之间磁力线移动(flux migration)的影响。

US-5,730,447(道森等人)中又公开了一种转动组件密封装置，其具有磁性固定构件以及带有环绕该部件***的间隔开的磁性组件的转动构件。该装置仍然易受两个相对转动的构件之间磁力线移动的影响。伯利斯(Burles)公开了两个机械密封面，其相对的轴向位置通过至少一组相斥的磁体得到保持，该磁体替换了传统的压缩弹簧。斥力使固定部件分离，其中一个固定部件固定于例如设备的罩壳上，另一个固定部件轴向浮动。这类同时需要固定的和可浮动的固定部件的结构不适合用于轴承保护器。

发明内容

根据本发明，其提供了一种机械密封装置，该装置具有与轴向固定密封面滑动接触的轴向浮动密封面，以及用于将所述浮动密封面偏压向所述固定密封面的装置，所述轴向浮动密封面和所述偏压装置彼此相对地转动固定，并且所述轴向固定密封面可相对于所述轴向浮动密封面自由地转动。

优选地，所述偏压装置为一个或多个磁体的形式。虽然下文中经常提到“一个磁体”，但应该理解也可能配设多个磁体。此外，磁体可全部或部分地被其它偏压部件所替换，例如某种形式的机械偏压装置，如弹簧或者包括风箱状结构的回力弹性体部件。

优选地，所述磁体被布置于所述密封装置之内，从而在使用中不旋转。所述磁体优选地安装于非旋转的罩壳中并构成所述密封装置的一部分。

所述磁体优选地被安装成径向地朝向所述密封面的外部。所述密封装置优选地为包括设置于所述磁体和所述轴向固定密封面之间的磁性绝缘部件。

所述密封装置优选地包括罩壳，该罩壳具有至少一个径向向外定位的设备腔室定位部件(feature)。所述定位部件被设置成与径向延伸的凹槽相邻，所述凹槽包括至少一个用于将罩壳与设备腔室密封的弹性体部件。也可有至少两个径向向外定位的设备腔室定位部件，并相应地带有至少两个径向延伸的凹槽，每个凹槽都包括至少一个用于将罩壳与设备腔室密封的弹性体部件。

所述两个定位部件优选地被彼此相对地径向和/或轴向地移位。

所述密封装置优选地包括罩壳，该罩壳配设有连接罩壳的最外表面和最内表面的径向延伸的孔。

优选地，至少一个密封面是分段的。

根据本发明的密封装置可包括基本相同的两对可为模块形式的接触密封面。

本发明的密封装置的转动部件可包括至少一个非连续的、圆周的并且径向延伸的部分。

本发明的密封装置优选地可包括至少一个磁性部件，该磁性部件通过凹槽被径向地限制在罩壳中，并可按照任意角位移自由定位。

本发明的密封装置可包括至少一个磁性罩壳。本发明的机械密封装置可包括至少两个轴向地限制于罩壳之中的密封面，其第一密封面具有与轴或转动设备的其它部分一起转动的能力，其第二密封面相对于转动设备的罩壳是不可转动的。

本发明的机械密封装置可具有至少三个轴向地限制于罩壳之中的密封面，其第一密封面具有与轴或转动设备的其它部分一起转动的能力，其第二和第三密封面相对于转动设备的罩壳是不可转动的。

当从与安装有机械密封的轴成近似90°的角度观察时，本发明的机械密封装置可具有至少一个对称密封面。这种密封面可被从机械密封装置上移除并旋转180°，从而产生与转动前的至少一个密封面相对应的新的滑动表面。

本发明的密封面可包括角度分隔(angular spacing)部件，其被定位在至少一个磁性部件附近。

根据本发明的机械密封装置的实施方案可以是这样的，即，至少一个转动部件和/或一个固定部件可被机械地连接至转动设备的一部分。

本发明的密封装置可包括罩壳，该罩壳具有至少一个轴向通孔或槽以用于将螺柱(stud)或螺栓容纳在转动设备的一部分中，由此允许将机械密封装置的罩壳固定于转动设备。

本发明的密封装置优选地包括至少两个反向相对的磁性部件，所述第一磁性部件吸引第一轴向浮动密封面，而第二磁性部件吸引第二轴向浮动密封面。

本发明的密封装置优选地包括用于为接触密封面提供润滑剂的润滑装置。可在至少两组滑动表面之间提供空腔，并且所述空腔可被连接至将润滑流体自动注入空腔的润滑装置。

本发明的密封装置可为双机械密封装置，其具有足够小的尺寸以装配在具有至多5毫米的径向截面的空间内。根据本发明的双机械密封装置可以小到足以装配在具有至多6毫米的轴向尺寸的空间内。

本发明的密封装置可包括罩壳，该罩壳的外径向表面中具有用以提供密封装置内部压力释放的径向凹陷(indentation)。该径向凹陷可延伸外罩的长度和/或外罩的长度至径向延伸的肩部，由此所述凹陷将外部弹性体槽的一个轴向侧面连接至所述径向肩部。

该径向凹陷可为螺旋的形式，其将一个轴面轴向地连接至第二个轴面。该第二个轴面可轴向地设置于第一个并且与径向偏移的包含外弹性体的槽相邻，所述弹性体提供紧的径向挤压。

本发明还提供了具有本发明的机械密封装置形式的轴承保护器。

附图简要说明

附图如下：

图1是安装于轴上并且包括一个完整轴承的防水式轴承保护器的等角视图的四分之一剖面图；

图2是本发明第一实施方案的轴承保护器的等角视图的四分之一剖面图；

图3A是图2所示的轴承保护器的端视图；

图3B是沿着图3B中AA线获得的纵向剖面图；

图4是穿过本发明的轴承保护器的第二实施方案的局部纵向剖面图；

图5A是穿过本发明轴承保护器的第三实施方案的局部纵向剖面图；

图5B是穿过本发明轴承保护器的第四实施方案的局部纵向剖面图；

图6AA是穿过本发明轴承保护器的第五实施方案的局部纵向剖面图；

图6AB是沿着图6AA中AA线的截面；

图6B示出了图6A中安装于不同大小的罩壳中的轴承保护器；

图6C是本发明的轴承保护器的第六实施方案的局部纵向剖面图；

图6D示出了用于本发明的轴承保护器的备选磁体装置；

图7A是穿过本发明轴承保护器的第七实施方案的局部纵向剖面图；

图7B是沿着图7A的轴承保护器中的箭头A方向的端视图；

图8是穿过本发明轴承保护器的第八实施方案的局部纵向剖面图；

图9是穿过本发明轴承保护器的第九实施方案的局部纵向剖面图；

图10是穿过本发明轴承保护器的第十实施方案的局部纵向剖面图；

图11是穿过本发明轴承保护器的第十一实施方案的局部纵向剖面图；

图12是穿过本发明轴承保护器的第十二实施方案的局部纵向剖面图；

图13是穿过本发明轴承保护器的第十三实施方案的局部纵向剖面图；

图14A示出了采用固定于集装密封的外端的单一密封轴承保护器形式的本发明的第十四实施方案；

图14B示出了图14A中虚线圈内部分的放大图；

图15是穿过本发明轴承保护器的第十五实施方案的局部纵向剖面图；

图16是穿过本发明轴承保护器的第十六实施方案的局部纵向剖面图；

图17是穿过本发明轴承保护器的第十七实施方案的局部纵向剖面图；

图18是本发明轴承保护器的第十八实施方案的等角视图；

图19是本发明轴承保护器的第十九实施方案的局部剖面图；

图20是本发明轴承保护器的第二十实施方案的局部剖面图；

图21是本发明的轴承保护器的第二十一实施方案的局部剖面图；

图22示出了图21中轴承保护器的另一个局部剖面图；

图23对应于图22，并且示出了用于将固定密封面偏压向旋转密封面的机械装置；

图24是穿过本发明轴承保护器的第二十二实施方案的局部剖面图；

图25是穿过本发明轴承保护器的第二十五实施方案的局部纵向剖面图；

图26是穿过本发明轴承保护器的第二十六实施方案的局部纵向剖面图；

图27是穿过本发明轴承保护器的第二十七实施方案的局部纵向剖面图；

图28是穿过本发明轴承保护器的第二十八实施方案的局部纵向剖面图；及

图29是穿过本发明轴承保护器的第二十九实施方案的局部纵向剖面图。

具体实施方案

现在将参照附图仅以举例的方式描述本发明。

通常，根据本发明的转动密封装置不仅可用于轴为转动部件而罩壳为固定部件的情况，还可用于相反的情况，即轴为固定部件而罩壳为转动部件的情况。

此外，本发明可实施于转动装置和固定装置以及带有金属组件和非金属组件的集装密封和组件密封。

参考附图中的图1，其中示出了固定于转动设备11的一个部件上的防水式(repelling)轴承保护器组件10。该设备包括转轴12和固定罩壳13。固定罩壳13容纳有轴承14。

位于轴承隔离器组件10与轴承14相对的一端的区域X部分地含有流体和/或固体和/或异物，术语“产物(product substance)”被用来描述单一的或混合的介质。

防水式轴承保护器组件10包括被设置于固定部件16附近的转动部件15。当设备不转动时，这些部件之间存在一个静止泄漏通道17。在轴速较慢的应用(例如混合和搅动应用)中，由于边缘速率过慢，防水作用将不足以阻止流体进入。

参考附图中的图2和图3，本发明的轴承保护器20的第一实施方案采用了双集装机械密封的形式，其包括固定的和轴向浮动的密封面组件21，密封面组件21被磁性地弹簧偏压向静止的转动密封面22。转动密封面22在静止密封面21上滑动，两个密封面间的界面形成密封区23。该密封区23是防止流体介质24从轴承腔室25中漏出的主密封。

流体介质24也被与轴27接触的转动弹性体26密封，从而形成第一辅助密封区。通过弹性体部件29在固定密封面21和固定罩壳28之间形成第二辅助密封区。利用弹性体部件30在固定罩壳28和轴承腔室25之间形成第三辅助密封区。

上述主密封区和辅助密封区防止流体介质24从轴承腔室25中漏出。

通过弹性体部件29和罩壳28之间的径向挤压，可防止静止密封面21转动。在其它的实施方案中，可以提供备选的防转动装置。

由于弹性体部件26和轴22之间的径向挤压，转动密封面22与轴27一起转动。再一次，在本发明的其它实施方案中，可使用备选的旋转驱动装置。

固定密封面21为紧缩配合的两部分设计。第一部分(即沿着径向向内的部分)为密封运行面31，其通常使用机械密封面材料制造，例如碳、碳化钨、碳化硅或陶瓷材料。

第二部分(即密封面21沿着径向向外的部分)为使用磁性材料制造的密封面支持器32。密封面支持器32和密封运行面31之间的界面优选地通过合适的粘合剂密封。

包括两部分的固定密封面21通过磁体33被轴向地吸引至罩壳28。这些磁体33均以柱形条状磁体的形式设置于等间隔环绕罩壳28的孔34中。在其它的实施方案中，也可使用具有不同形状和尺寸的磁体。

磁体33优选地通过合适的粘合剂被密封入其相应的孔34中。

位于与转动密封面22相对的固定密封面21的另一面的是静止密封面35。磁体33也将转动密封面22向静止密封面35吸引，并且转动密封面22在静止密封面35上滑动。转动密封面22与静止密封面35之间的界面提供了密封区36，该密封区36是防止流体介质37进入轴承保护器腔室38的主密封。

防止流体介质37进入轴承保护器腔室38的第四辅助密封区通过弹性体部件39被提供于固定密封面35和固定罩壳28之间。

罩壳28设置有至少一个径向延伸的孔40，其连接罩壳最外部和最内部的区域。孔40使得组装流体(assembly fluid)能够进入轴承保护器腔室38以有助于润滑密封面23和36。组装流体优选为非加压的，并且可以为固体油脂，该油脂在从机械密封面传递来的热的作用下可变为液体。

在某些应用中，特别是轴速较低的应用中，不需要组装流体并可省略孔40。在包含孔40的情况下，则当组装流体被放入腔室38后，孔40优选地被堵塞。然而，由于罩壳28最外面的表面和轴承套25之间的径向孔隙相对较小，从而可使孔40保持未堵塞，以提供用以探测内部密封面的泄漏的早期报警***。

如果密封面23被损坏，流体24将进入轴承保护器腔室38。一段时间以后，流体将充满腔室38并且在受控的状态下开始通过孔40溢出。因此，通过对从孔40中溢出流体24的观察可以在第二密封面36失效前给出对密封面23故障的早期指示。这样的一个早期报警对用户来说有重要意义，因为这可为用户提供颇有价值的时间以在设备发生严重损坏前停止转动设备并修复密封面23。

磁体33与弹性体部件29和30相反的一端被背面涂有粘合剂的垫圈41所覆盖。垫圈41防止流体37接触磁体33的背面。虽然垫圈41不是必需的，但它在轴承保护器被翻转并且可能被夹于适当位置的情况下具有额外的作用，因为随后可使用它将轴承保护器与轴承腔室25密封。

在轴承保护器20的内侧，当轴承保护器20被从轴27上移走时，簧环(circlip)42可防止固定密封面组件21被移开。

公知的机械密封轴承保护器通常具有一组密封面。如果这些密封面中的任意一个被损坏，轴承保护器将不能密封流体介质。这将导致转动设备的损坏。如图2和图3中示出的本发明的轴承保护器具有两组密封面。这增加了该轴承保护器与公知设计相比将维持得更长的可能性。

固定密封面组件21对称于与轴27的轴线成90°角的轴线。这使用户可以在紧急损坏或其它意外事件中安装第三密封面。实际上，如果密封面的滑动表面23和36在使用中都损坏，则具有较小径向剖面的运行面的密封面很可能损坏。这是因为密封面31和35通常使用相对柔软的材料例如碳制造。由于固定密封组件21是对称的，因此用户可安装以前未使用的密封面19。

为了安装密封面19，簧环42被移开，在与轴27的轴线成90°角的平面内将固定密封面组件21旋转180°。一旦簧环42被重新安装，轴承保护器20就可以被放回原处使用，直到它可能被完全磨光或被替换。

参照附图中的图4，其中示出了本发明的轴承保护器的第二实施方案，其具有紧缩配合的(shrink-fitted)密封面以及可选的保持机构(retention mechanism)。其功能由罩壳52中径向向外延伸的槽51提供。当轴承保护器54被从轴55移开时，该槽51将保持弹性体53。

图5A示出了本发明的轴承保护器的第三实施方案以及可选的保持设备(retention device)，该保持设备的形式为固定于由罩壳62径向向外延伸的槽61中的簧环60。当轴承保护器64被从轴65移开时，该簧环60将保持弹性体63。

内部的固定密封面装置66包括与磁体67相邻的径向延伸部分。这允许在不增加轴承保护器64的内部长度的情况下使用簧环60。

图5B示出了本发明的轴承保护器的第四实施方案并特别示出了另一个保持装置。在本方案中，罩壳70分为主罩壳71和端帽72两部分。端帽72机械地或化学地/黏附地连接于主罩壳71。

在本方案中，磁体73径向地暴露于转动密封面74。如果转动密封面74由磁性材料制成，则产生的结果是使转动部件74径向地居中于罩壳组件70之中。

图6AA，6AB和6B示出了本发明的轴承保护器的第五实施方案。在这种情况下，内部固定密封面组件80和外部固定密封面组件81为模块化组件并且彼此相同。这减少了用户和供应商的存货成本。固定密封面支持器82具有恒定的厚度，使得其可利用钢板通过例如挤压操作制造。这再次减少了制造成本。

内部固定密封面组件80被径向地向着罩壳83内部设置并被轴向吸引至包含于罩壳83的槽85中的柱形条状磁体84。该磁体不受罩壳83的角度限制。这允许在槽85中设置多个磁体以在密封面80、87和81、87之间实现所需的界面压力。如图6AB中所示，槽85中可包括空隙79。

图6B示出了图6AA中的轴承保护器，但其位于具有不同大小的罩壳83中。这通过使用设置于槽91中的弹性体部件92替换在图6AA装置的方案中设置于槽94中的弹性体材料94a来实现。

图6C示出了本发明的轴承保护器的第六实施方案。这一实施方案与图6中示出的实施方案类似，但在本方案中保护器可位于三个具有不同大小的罩壳中。位于槽100a中的弹性体部件100允许轴承保护器密封于罩壳98。使用位于槽101或槽102任意一个中的弹性体部件使得轴承保护器可被设置于具有不同大小的罩壳中。

图6D示出了用于在本发明的轴承保护器中放置磁体84的备选装置。绝缘套78配设有堞形部分(castellation)77，其数量与磁体84的数量相对应。堞形部分77环绕绝缘套78的周围等间隔排列并且有角度地分开磁体84。重新参考图6AA，磁体84被绝缘套86径向地支撑，绝缘套86防止从磁体84到转动密封面87的任何径向磁引力。这减少了产生火花的可能性。

罩壳83具有简单的形状且不包含绕其圆周具有非旋转均匀性的部件。因此，罩壳83可通过车床2的简单旋转操作进行制造，而不需要任何复杂的和费时的铣削或钻削操作。

轴承腔室外罩89和轴90的径向剖面的不同使得供应商难于提供一个全面的轴承保护器系列以适合于各种转动设备的结构。实际上，已知的轴承保护器置只适合于单一的轴承腔室外罩结构。

罩壳83的槽91不仅可用于容纳弹性体部件92(见图6B)，也可用于从轴承腔室89移走轴承保护器88(图6AA)。

因此，从图6的各图中可以看出，本发明的轴承保护器可被翻转因此其可被安装于多于一个的轴承腔室外罩结构中。仅此就可以将供应商和传统的存货水平减少一半。此外，图6C示出了本发明的轴承保护器不只局限于两种轴承腔室外罩结构。图6A中的实施方案提供了第三种选择。在其它的实施方案中，本发明的轴承保护器可被设计为用于任何数量的轴承套结构。

参照图6C，优选地但不是必需地在内部长度和径向距离Z之间保持1∶1的关系。举例来说，如果径向距离Z为0.500单位，则内部长度y应最大为0.500单位。这保证了轴承保护器99的内部长度y总是适合轴向轴承腔室外罩98，因此这一关系通常可用于需要替换轴承保护器98的唇形密封和/或包装。

参照附图中的图7A和图7B，本发明的轴承保护器109的第七实施方案具有至少一个可逆的(reversible)分段密封面110。这一密封面110对称于与轴90成90°角的平面，并且例如由图76B中111所指示的那样被分段为多于一个的部分。

弹簧或弹性体的部件112被设置于分段密封面110的外表面上的槽中。此弹簧112支撑密封面111的彼此之间相对的分段部分。该可逆的分段密封面110提供了前面描述的可逆密封面的所有优点。另外，密封面的分段允许在不将轴承保护器从轴90移开的情况下替换运行密封面116。这一点可在以下方式中实现。在流体113发生泄漏时，轴承保护器109被从轴承腔室117移开但并不轴90上取下。虽然轴承保护器保留在原处环绕轴90，但簧环118被移开以允许将固定密封面组件119与弹性体120一同移走。然后分段密封面110可被从固定器121和聚集的弹性体112移开，以允许分段密封面110的各部分被扭转180°。这使得分段密封面110的112的端尾部被移至运行面116，从而为轴承保护器提供新的、平坦的密封面，该密封面将提供一个与转动部件123相连的***漏的表面。

一旦分段密封面110的所有部分都被翻转至它们新的位置，弹性体部件112可被环绕密封面110的最外端部分重新定位。其继而被推进支持器121以形成新的固定密封面组件119。然后密封面组件119和弹性体120可被重新定位入罩壳124以及重新配置的簧环118。然后轴承保护器109可被重新定位回轴承腔室外罩117中，并可重新启动转动设备。正如应该预见到的那样，不用从轴上移开轴承保护器就可替换密封面这一点是相当有益的。

参照附图中的图8，本发明的轴承保护器的第八实施方案是这样的，转动部件130被通过机械装置固定于轴131，因此必要时可移走并替换转动部件。该装置包括至少一个固定螺钉132以将转动部件130的延伸部分固定于轴131。转动部件130配设有弹性体133，通过设置弹性体133以防止流体134进入到转动部件130径向最里面的部分与轴131之间。

可以预见到，在其它的实施方案中，轴可为固定部件而罩壳为转动部件。本发明的轴承保护器可同样工作在这样的应用中，其中磁性部件简单地随罩壳转动。可选地，该装置可以是这样的，即非转动组件可被设置为与轴相邻。

参照附图中的图9，本发明的轴承保护器的第九实施方案包括泵环140，其与转动密封面142为一个整体。泵环140包括至少一个径向延伸的槽141并且起到使流体在轴承保护器腔室143中循环的作用。

参照附图中的图10，其中示出的本发明的轴承保护器的第十实施方案安装有密封盘(gland plate)145。如果轴承腔室外罩147其最内部的径向部分147不能接纳轴承保护器148，则可使用密封盘。流体149通过垫圈150被密封。密封盘145设置有至少一个孔151，其可固定于轴承腔室外罩147上。

在图11所示的备选实施方案中，轴承保护器可设置有整体的密封盘152。

参照附图中的图12，本发明的轴承保护器的第十二实施方案中设置有两个分离的、磁性相吸的固定密封面组件160和161。每个固定密封面组件160、161被分别吸引至转动密封面以及磁体163和164。磁体163吸引固定密封面组件160，磁体164吸引固定密封面组件161。因此每个密封面相对于其它密封面独立工作。

参照附图中的图13，本发明的轴承保护器的第十三实施方案与图5B中所示的类似，其具有完整的柱形磁体165，该磁体设置于罩壳167最内部的径向部分166上，从而提供环形的暴露磁体。该装置可作为如前述附图所示多个较小圆柱形条状磁体的替选方案使用。

参照附图中的图14a和14b，本发明的第十四实施方案采用了固定于集装密封装置的外端的单一密封轴承保护器的形式。至少一个磁体172吸引密封面组件173以与转动密封面174接触。转动密封面174的相反的轴向面通过靠近压紧环176的弹性体175支撑。流体177通过转动密封面174和固定密封面173之间的滑动界面178密封。转动密封面174通过弹性体175上的向着筒套(cartridge sleeve)179的径向挤压被驱动，或者如图14B所示地通过突入位于转动密封面174内的槽181中的驱动装置被驱动。

图14中的装置示出了由集装密封1 71容留的屏蔽流体(barrier fluid)177，该屏蔽流体填充内弹性表面182和外弹性表面178之间的屏蔽腔室(barrier cavity)。

参照附图中的图15，本发明的轴承保护器的第十五实施方案具有外润滑装置184，该外润滑装置184为轴承保护器腔室186提供流体185。装置184的外部润滑优选为由流体(例如油或油脂)填充的无维护的罐(no-maintenance pot)，当流体由滑动密封面的表面187和188使用时，其被提供给腔室186。

参照附图中的图16，本发明的轴承保护器的第十六实施方案与图6AA中所示的类似，其不同之处在于轴承保护器190的内部长度通过去除固定密封面弹性体被缩短。由于流体191与外弹性表面192的最外部的径向表面相接触，因此使得轴承保护器190可作为单独的密封装置使用。从而除了润滑的并且冷却的弹性表面193之外，流体191还润滑并冷却滑动表面192。即使轴承保护器190作为单独的密封装置使用，但由于磁力不受可能产生火花或具有其它不良效果的两个相反的转动表面的影响，因此本发明的主要优点仍被保留。如图16所清楚示出的，来自于固定磁体194的力吸引固定密封面组件195。

参照附图中的图17，其中示出了本发明的轴承保护器的第十七实施方案。在本实施方案中，轴承保护器在其外体(outer body)202的外表面中配设有径向凹陷(radial indentation)201。该径向凹陷201连接外体202的径向表面203和径向肩部(radial shoulder)205的轴向表面204。径向表面203位于与设置在外部径向槽207中的弹性体206相邻的位置。弹性体206具有轻的径向挤压，其防止流体在较低的压力下流出或进入密封的轴承腔室。然而，若超过一定的压力，则弹性体206将不能再继续承受流体的压力。此时加压的流体209流过弹性体206并流入径向凹陷槽(indentation groove)201。由于径向凹陷槽201与单元的大气侧210相连，因此流体压力被大气所释放。

这一压力的减小防止了轴承保护器外罩202被从轴承腔室外罩211压出。

参照附图中的图18，本发明轴承保护器的第十八实施方案具有外体202，其具有将一个轴向表面与另一个连接起来的螺旋形径向凹陷212。在另一实施方案中，该螺旋形式可被其它连接两个轴向表面的径向凹陷所取代。

在某些应用例如100千瓦的变速驱动电机中，转轴到电机框架之间的接地将产生电流。这将通过轴承产生火花。滚珠或滚子作为轴承元件与外部和内部轴承座圈起到点或线接触作用，该火花会在这些元件中造成点蚀效果，显著降低其预期寿命。因此期望利用一种可将转动元件和固定元件之间有效接地的装置，以消除火花在轴承元件中传播的需要。

参照附图中的图19，本发明轴承保护器的第十九实施方案具有接地/共地的带220，该接地/共地带220确定地通过簧环223将外罩221连接至固定密封面支持器222。任何电流被从轴承套224传输至外罩221并流入簧环223。电流从簧环223进入由导电材料制作的接地带220。接地带220与固定密封面支持器222连接，而固定器222则与密封面***物(insert)225相接触，***物225由碳或其它适合的导电材料制成。然后电流进入转动密封面226并由此进入轴227。

如图19中所示，在转动面226和轴227之间可有一个小的径向间隔。在这种情况下，由于转动密封面226和轴227共同转动，因此电流可在受控状态下在该径向间隙内弧光放电。在一个可选实施方案中，转动弹性体由导电材料制成，因此允许电流通过弹性体229由转动密封面226传入轴227。

在某些应用中，例如在柱形块组件(pillar block assembly)中，设备的转动件的轴需要角度位移(angularly misalign)。因此希望利用可以提供这种角度位移的轴承保护器。

参照附图中的图20，其中示出了安装于自对准罩壳251中的本发明的轴承保护器250的另一个例子。罩壳251定位于轴承框罩252中。罩壳251相对于轴承保护器250的外罩253径向偏移。罩壳弹性体254和自对准罩壳251一起与外罩253轴向地连接。通过簧环255防止轴承保护器250出现轴向散开(falling apart)。止动销256旋转地将外罩253与自对准罩壳251连接。这种结构允许轴承保护器与轴258一起角弯曲，同时使自对准251保持由轴承框罩252设定的角度。

参照附图中的图21，其中示出了安装于备选的自对准罩壳261中的本发明的轴承保护器260。该装置的枢轴点由自对准罩壳261和外罩263中的两个球形表面262形成。

可以预见到，除了以上描述的方法外，还有多种不同的方法可实现自对准。例如，该结构可包括一个或多个锥形表面、一个或多个球形表面或球形和锥形表面的任意组合。

参照附图中的图22，本发明的轴承保护器300的另一个实施方案具有固定密封面302、303，该密封面通过一个或更多弹簧301获得能量。图23与图22相对应并示出了这样一个机构，该机构允许弹簧板沿着箭头A的方向将外侧固定密封面321轴向地吸引至转动密封面322。

固定密封面321包括一个或多个接合在弹簧板320的槽324中的径向延伸的凸起323。槽324径向延伸至固定密封面321的对侧，但在穿透弹簧板320的轴向相对面前终止。这种结构提供了位于固定弹性体326附近的坚固的、连续的轴面325。

参照附图中的图24，其示出了一个与图22中所示类似的备选实施方案，在该方案中，端板(end plate)350通过一个或多个固定件被固定至外罩351。

图25示出了本发明的一个备选设计，其中外罩360容纳有至少一个磁体361。磁体361被径向地包含和固定于外罩中，并且轴面362与外罩360的轴向肩部363径向地成一条直线。当轴承保护器364被固定于轴承套365时，磁体永持久地将外罩360吸引至轴承套365。

优选地，将多个磁体361环绕外罩360的圆周间隔放置，从而外罩360和轴承套365之间的引力将足够大以抵抗任何使外罩360移位的作用力。因此本发明的这一实施方案提供了可恢复的并可再次使用的外罩360，因为其不需与轴承套365径向干扰配合。磁体361也被径向地定位和固定于外罩360中以提供作用在轴承套365的径向部分上的吸引力。

参照附图中的图26，本发明的另一个实施方案为轴承保护器375，其中外罩376通过例如焊接被连接到至少一个风箱状(bellow-like)部件377。部件377在图中被显示为图形376中的单个风箱跨度(bellows span)，但它可选地为堆叠的形式，该堆叠形式包括按照这样的方式焊接在外周上的多个风箱跨度，以提供如图27中所示的弹簧状部件。

在图26中，风箱377连接于不转动的轴向浮动密封面378。风箱377为轴向移动密封面378提供朝向轴向固定密封面379的轴向偏压。轴向固定密封面379通过弹性体381密封在轴380上，弹性体381也提供从轴380到密封面381的旋转驱动。

轴向浮动密封面378和风箱377对称于转动密封面379的相对于轴380的垂直中心线。图26示出了上述的内部轴向浮动密封组件381。

如果被安装在如图28所示的滑动罩壳400中，本发明的轴承保护器可容纳任何量的轴向运动。在由于物理和/或化学热膨胀的因素导致轴的运动过量的情况下，本装置尤其具有好处。

某些类型的转动设备具有大的轴直径。这类设备在拆开并替换失效的轴承保护器时将花费几小时、几天或者几个星期的时间。在这种应用中，希望可以在原处安装轴承保护器而不需要拆开转动设备。

参照图29，其中示出了带有磁体411的轴向分离的双密封轴承保护器410，该磁体411将两个轴向浮动密封面412、413吸引向共轴固定但转动的密封面414。转动密封面414通过转动弹性体416被轴415旋转驱动。

该装置的两半被通过合适的固定装置(例如一个或多个帽螺钉414a)连接在一起。定位在这两半之间的是垫圈415。备选地，这两半可被叠在一起以使二者保持平坦并由此形成一个整体的密封面。

在安装至设备的转动件单元期间，轴承保护器的这两半可通过适合的粘合剂和/或密封剂粘合在一起。其后，如果确实考虑需要的话，可通过适合的扣件例如联接螺旋夹、簧环、扣环、束带(tie-wrap)和/或一系列的螺丝钉使这两半机械地固定和结合。

本发明的这一实施方案显著的优点在于，其在转动设备上的安装十分简单并且与非分离的设计相比耗时较少。此外，轴承保护器通常是一种零加工压力和零温度的小功率应用。因此，通过密封剂或粘合剂将轴承保护器的两半包括弹性体简单固定在一起是适当和实用的。

Claims (37)

1.一种机械密封装置，其具有与轴向固定密封面滑动接触的轴向浮动密封面，以及用于将所述浮动密封面偏压向所述固定密封面的装置，所述轴向浮动密封面和所述偏压装置彼此相对地转动固定，并且所述轴向固定密封面能够相对于所述轴向浮动密封面自由地转动。

2.如权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，所述偏置装置为一个或多个磁体的形式。

3.如权利要求2所述的机械密封装置，其特征在于，所述磁体或所述每个磁体是非转动的。

4.如权利要求3所述的机械密封装置，其特征在于，所述磁体或所述每个磁体被安装在非转动的罩壳中。

5.如权利要求2至4中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述磁体被安装成径向地朝向所述密封面的外部。

6.如权利要求2至5中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括位于所述磁体和所述轴向固定面之间的磁性绝缘部件。

7.如权利要求2至6中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置配设有两个或多个由分隔元件沿圆周分开的磁体。

8.如权利要求7所述的机械密封装置，其特征在于，所述分隔元件由径向延伸的堞形部分提供，所述堞形部分来自于径向地朝向所述磁体内侧定位的支撑部件。

9.如权利要求2至8中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括第一和第二轴向浮动密封面以及磁体，所述磁体的一端吸引所述第一轴向浮动密封面，其另一端吸引所述第二轴向浮动密封面。

10.如权利要求2至8中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括至少两个反向相对的磁性部件，所述第一磁性部件吸引第一轴向浮动密封面，而第二磁性部件吸引第二轴向浮动密封面。

11.如权利要求2至10中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括外罩，所述外罩包含至少一个固定于其中的磁体。

12.如权利要求11所述的机械密封装置，其特征在于，所述磁体与所述外罩上的肩部平齐。

13.如权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，所述偏压装置为机械偏压装置。

14.如权利要求13所述的机械密封装置，其特征在于，所述偏压装置包括一个或多个弹簧。

15.如权利要求14所述的机械密封装置，其特征在于，所述弹簧为压缩弹簧。

16.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括罩壳，所述罩壳配设有连接罩壳的最外表面和最内表面的径向延伸孔。

17.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，至少一个所述密封面是分段的。

18.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括两对基本相同的接触密封面。

19.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，当从与其上可安装机械密封装置的轴成近似90°的角度观察时，所述密封装置具有至少一个对称密封面。

20.如前述权利要求中任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括用于为所述接触密封面提供润滑剂的润滑装置。

21.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置为双机械密封装置，其具有足够小的尺寸以装配在具有至多1.5毫米的径向截面的空间内。

22.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置为双机械密封装置，其小到足以装配在具有至多6毫米的轴向尺寸的空间内。

23.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括罩壳，所述罩壳的外径向表面中具有用以提供密封装置内部压力释放的径向凹陷。

24.如权利要求14所述的机械密封装置，其特征在于，所述径向凹陷为螺旋形式。

25.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括外罩，所述外罩轴向和径向地与自对准罩壳接合。

26.如权利要求25所述的机械密封装置，其特征在于，所述两个罩壳的接合位于两个具有球形轮廓的匹配表面之间。

27.如权利要求25所述的机械密封装置，其特征在于，所述两个罩壳的接合为一个具有球形轮廓的表面与锥形表面的匹配。

28.如权利要求25所述的机械密封装置，其特征在于，所述两个罩壳的接合通过弹性体接头提供，所述弹性体接头将所述两个罩壳轴向地和径向地分开。

29.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括弹簧板，所述弹簧板包括压缩弹簧并具有至少一个隐槽(blind slot)，所述隐槽与所述轴向浮动密封面径向地偏移，所述密封面包括至少一个径向延伸的堞形部分，所述堞形部分突入所述隐槽并被轴向地连接。

30.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括外罩，所述外罩与至少一个风箱状部件连接，所述风箱状部件连接至轴向浮动密封面并提供轴向偏压以维持浮动面与相应的密封面的接触，所述的相应的密封面能够相对于所述轴向浮动密封面自由地转动。

31.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括外罩，所述外罩与两个风箱状部件连接，所述风箱状部件与两个分开的轴向浮动密封面相连，所述两个分开的轴向浮动密封面被定位在轴向固定密封面的任意一侧，所述轴向固定密封面能够相对于所述轴向浮动密封面自由地转动。

32.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置包括接地装置，所述接地装置导电性地连接固定外罩和转动装置。

33.一种机械密封装置，其如前述权利要求中的任意一个所述，并且包括一个或多个弹性体或由导电材料制成的密封部件。

34.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置被安装在滑动罩壳中，并且能够相对于固定至轴承套的滑动罩壳轴向地自由移动。

35.如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置，其特征在于，所述密封装置沿着其中心线被轴向地分开，以提供固定在一起的两半密封装置。

36.如权利要求35所述的机械密封装置，其特征在于，所述两半密封装置被机械地固定在一起。

37.一种轴承保护器，其具有如前述权利要求中的任意一个所述的机械密封装置形式。

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