时间: 2024-07-23 01:12:44 | 作者: 旋转接头系列
| 详情 |
|---|
[0001] 本发明涉及一种适用于多媒体的旋转馈通装置,用于将具有不一样粘度的不同流体介质从静止的机器部件传输到一般的旋转机器部件,以及一种适用于多媒体的旋转馈通装置,其中不同的介质,特别是有很不同的粘度的介质,例如,一种原因是可压缩介质,另一方面是更高粘度的不可压缩介质,特别是可以在压力下选择性地引入旋转接头。
旋转接头通常用于将流体介质送入旋转机器部件,例如机床的旋转主轴。为此,旋转接头包含固定部件和旋转部件之间的密封件。该密封件可以设计为轴向机械海豹。 通常,在轴向机械密封中,两个滑动环或滑动密封环相互滑动,其中一个滑动环相对于另一个滑动环与旋转轴线同轴地旋转,并且滑动环以其相对的、相邻的相互密封环形端面以保持内部空间,该内部空间用流体介质加压,以抵抗外部区域的大气压力。 通过旋转接头传输的流体介质的类型可以变化,尤其包括可压缩介质,例如气体,例如压缩空气,和液体介质,例如冷却润滑剂,也称为冷却润滑剂 (KSS),以及油,例如如切削油或液压油。 冷却润滑剂 (KSS) 主要由油水乳液组成,其粘度通常不会比纯水的粘度大很多,这在某种程度上预示着它的粘度相比来说较低。 另一方面,切削油和液压油的粘度明显更高,最高可达 60 mm
/s (cSt) 或更多。 另一种众所周知的方法是所谓的最小量润滑(MMS/MQL)。 这通常使用油气混合物形式的气溶胶,即本质上是一种可压缩介质。
有大量的旋转馈通装置,它们通常或多或少地针对一种或几种特定的上述流体介质和/或针对特定的允许操作参数范围进行了优化。 尽管旋转馈通也是已知的,它可以与具有不一样特性或粘度的不同流体介质一起操作,但已经表明,这些有时不是通用的或不可靠到所需的程度。 例如,在某些条件下和/或使用某些介质时,它们可能会过热,例如在高速下,这有几率会使旋转接头损坏。 除其他外,已经表明,一些据称 通用旋转接头,例如在干运转或高速压缩空气时,在稳定性方面有几率存在严重问题。 不使用介质加压的旋转接头的旋转操作通常称为干运转。
此外,传统的旋转接头有时在压缩空气操作中可能具有相比来说较高的泄漏率,例如高达每分钟 100 标准升或更多,这也是不希望的。
Deublin 公司的专利 EP 1 744 502 B1 和 EP 2 497978 B1 描述了一种技术,其中机械密封的负载比(有时也称为平衡比)处于特定的预选区间,并且处于较宽的压力和速度确保两个滑环之间有合适的接触压力。 Deublin 的技术在专家中也被称为 AutoSense®。
总体而言,市场上的许多传统旋转接头在对旋转接头提出的有时相互冲突的要求的整体方面不一样,例如操作参数的应用领域,流体介质的多样性,能够正常的使用,稳定性,对用户的简单性,通用性等或多或少受到限制。
从同一申请人的申请 DE 102021 111 688 和 DE 10 2021 111 670(均于 2021 年 5 月 5 日提交且之前未公开,在此通过引用并入本文)中,已知适用于多媒体的旋转接头具有两种不同的负载比用于不同粘度的介质,其中负载条件通过不同的介质入口通道来控制。 然而,对某些应用程序,为此所需的多个媒体端口可能不太理想。
本发明的任务是提供一种适用于多种介质的旋转馈通装置,特别是可压缩介质,例如一种原因是压缩空气,另一方面是具有高粘度的不可压缩介质,例如切削油或液压油。其他。
该任务的另一方面是提供一种具有多种介质能力的旋转馈通装置,该馈通装置在使用不相同介质、粘度和压力工作时具有低泄漏率,并且还具有长常规使用的寿命和很少磨损的高速工作。
该任务的另一个方面是提供一种具有多媒体功能的旋转接头,它可以与 i) 切削油或液压油、ii) 与冷却润滑剂 (KSS)、iii) 与压缩空气、iv) 与气溶胶介质一起使用 小量或微量润滑以及 v) 无介质和无压力,即在高速干运转中持久且低磨损。
该任务的另一个方面是提供一种具有多媒体功能的旋转馈线,它兼顾了广泛的通用性(“一体式”)和用户的易用性,还可以向后兼容传统旋转馈线]
该任务的另一方面是提供一种不具有上述缺点或仅具有较小程度的缺点的旋转馈通装置。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决。 本发明的有利改进在从属权利要求中限定。
根据本发明的一个方面,提供了一种适用于多介质的旋转馈通装置,用于将不同的流体介质,包括可压缩和不可压缩介质以及在同一旋转馈通装置中具有不一样、特别是高粘度的介质从静止的机器部件传送到旋转机器零件。 旋转接头包括用于安装在固定机器部分中的固定外壳部分和用于连接到旋转机器部分的转子。 静止的外壳部分包围特别是(共)轴的主介质通道,该主介质通道具有呈轴向或中央内部定子流体通道形式的中央工作空间。 例如中空轴形式的转子也具有轴向或中心转子流体通道,其中固定外壳部分的流体通道和转子彼此永久地流体连通,即也在旋转期间,使得转子相对于静止外壳部分彼此流体接触,若需要,可以非常快速地旋转,并且在旋转过程中相应的加压介质从静止外壳部分的主介质通道流入转子流体通道中。旋转的转子,以便被引导出转子流体通道进入连接的旋转机器部分。 固定的外壳部分可以设计成一件式或多件式。
旋转接头包括在固定外壳部分和转子之间的轴向面密封件,其在旋转期间密封转子和固定外壳部分之间的流体连通。 为此,机械密封包括随转子转动的滑环或滑动密封环,即所谓的转子滑环,和不转动的滑环或滑动密封环,即所谓的定子滑环。两个滑动环以其相对且相对旋转的环形密封表明产生静止区域和旋转区域之间的过渡,密封旋转接头。 为了使机械密封能够以受控方式打开,例如在无压力空运行或压缩空气运行中,两个滑动环中的至少一个被悬挂,以便它可以稍微轴向移动。 为此,该滑环固定在可轴向移动地安装的滑环支架上,从而滑环支架和相关的滑环具有轴向 构成可移动的机械端面组件,端面密封能够最终靠端面组件的轴向运动来开启和关闭,因此端面环支架与端面环相连。 从结构的角度来看,通常更容易将定子滑环挂起来,使其可以轴向移动。 在这种情况下,可轴向移动的密封环支架形成可轴向移动的定子密封环装置,其中定子密封环附接到其上。 定子滑环组件由滑环载体轴向可滑动地支撑在静止外壳部分的内部定子流体通道中,并且优选地能够容纳一些角游隙以确保两个滑环的邻接密封表面之间的精确密封。 这种可轴向移动且可能略微倾斜的(定子)滑环在技术领域也被称为浮动(定子)滑环。
换言之,在浮动定子滑环的情况下,滑环密封件包括滑环装置,该滑环装置可在静止外壳部分中轴向移动但不旋转,其中定子滑环和互补的转子滑环旋转与转子。 转子滑环例如可以固定在转子的朝向静止的壳体部分的端面上,例如压紧和/或粘合或以其他方式固定。
但不排除浮动密封环和与其互补的密封环的排列方式相反,即将转子密封环以轴向可移动的方式悬挂,以形成转子密封环为浮动密封环。 在这两种情况下,机械密封都可以设计有 Pop-Off® 功能。 由滑环支架和滑环组成的滑环装置能可选地设计为一体的。
当主介质通道承受介质压力时,介质通过机械密封流入转子的流体通道。 同时,可轴向移动的滑环装置受到介质压力,该介质压力将第一轴向分力施加在可轴向移动的滑环装置上,该第一轴向力分量以闭合方式作用在机械密封件上。 该闭合作用的第一轴向力分量取决于负载比,即机械密封的几何表面比,并随着施加的介质压力成比例地增加。
为了能够附加地影响机械密封件上的轴向闭合力,根据本发明的旋转接头现在还在静止的壳体部分内具有可轴向移动的夹紧装置,该夹紧装置作用在可轴向移动的机械环装置上并且限定了一个非激活状态和激活状态。 当主介质通道中的介质压力超过作为压力切换值的预定压力阈值时,夹紧装置由存在于主介质通道中的介质压力激活。 张紧装置因此以液压方式启动,即以液压方式接通。 如果介质压力再次低于压力阈值,则张紧装置再次停用,即液压关闭。 换言之,张紧装置响应于旋转接头中的介质压力超过预定压力阈值而从非激活状态切换到激活状态。 响应于旋转接头中的介质压力下降到低于预定压力阈值,张紧装置从激活状态切换回非激活状态。
在激活状态下,张紧装置产生附加的第二轴向分力,该第二轴向分力除了与中等压力成比例的第一轴向分力外,还作用在可轴向移动的滑环装置上并因此有助于滑环密封件的闭合力,特别是增加定子密封环和转子密封环之间的滑环密封的闭合力。 换言之,在夹紧装置的非作用状态下,第二轴向分力不作用,使得机械密封的闭合力仅由第一轴向分力产生,而在夹紧装置的作用状态下,夹紧装置,第一和第二轴向分力加起来形成总闭合力,特别是大于由载荷比定义的第一轴向分力。
如果夹紧装置未启动,则机械密封件优选地用作平衡机械密封件,其中选择负载比,使得机械密封件至少主要地,若需要的话,排他地,液压或气动平衡。 具有特定范围内负载比的相应旋转馈通由申请人指定为 Autosense®。 本旋转接头的一个特点是机械密封在压力阈值以下作为平衡机械密封工作,即只要不启动夹紧装置,当超过压力阈值时,启动夹紧装置或液压开启,这会导致关闭力增加。
优选地,张紧装置安装在固定的外壳部分中,从而它可以相对于滑环装置轴向移动,以便将附加的第二轴向分力施加到滑环装置上,例如通过张紧装置轴向压在卡瓦上环排列。
带有浮动滑环的机械密封定义了负载比 B = FH / F,其中 FH 是由介质压力液压或气动加载的滑环装置的表面,F 是定子滑环和定子滑环之间的接触面积转子滑环。 端面组件上的第一轴向分力基于端面密封的载荷比,无论张紧器是否启动,即启动或未启动张紧器都相同,并随着旋转中的介质压力成比例增加联盟。 由张紧器在滑环组件上产生的第二个轴向分力现在基于负载比添加到第一个轴向分力,由此产生总闭合力 作用在机械密封上,当且仅当介质压力超过压力阈值并激活夹紧装置时,机械密封形成为第一和第二轴向分力的总和。 特别地,如果并且只要介质压力保持在压力阈值以下,则附加的第二轴向力分量无效。
换言之,当超过压力阈值时,夹紧装置接通附加的第二轴向分力例如助力器,其与第一轴向分力不成比例地增加闭合力。 相应地,张紧装置形成闭合力增强装置,当超过压力阈值时该闭合力增强装置接通。 闭合力增强装置的接通尤其通过介质压力以液压方式进行。
因此,例如在低于压力阈值的压缩空气运行时,即在相比来说较低的压力下,例如小于或等于 10 bar,机械密封可以在负载比 B 和负载比的情况下以平衡的方式运行B 允许机械密封以可控的方式(轻微)打开 允许空气泄漏,因此适用于旋转下的压缩空气操作。 当主介质通道被更高粘度、不可压缩的介质加压时,例如切削油或具有更高压力的液压油,特别是大于 10 bar,夹紧装置打开,导致闭合力增加,这是适用于粘度较高的切削油或液压油,过量可避免泄漏。
/s (40°C)。 通过激活的夹紧装置,旋转接头也可以填充低粘度液体介质,例如冷却润滑剂 (KSS),例如粘度在 1 mm 范围内
因此,旋转接头可以与可压缩介质和不可压缩介质一起使用,每个都在高速下,例如高达大于或等于 24,000 rpm
在滑环不会过热的情况下运行。 然而,一方面,旋转引导件在压缩空气运行中可具有可接受的低空气泄漏率,另一方面,在同样具有较高粘度的不可压缩或液体介质下工作,基本上没有泄漏。
在压缩空气操作中,有利地在机械密封的两个密封表面之间形成小间隙(机械密封的受控开口),从而没有磨损并且发生有意的、受控的、轻微的空气泄漏。 另一方面,在切削油或液压油等高粘度液体介质的情况下,两个滑环以增加的闭合力相互压靠,即滑环密封关闭,从而扩大了避免了差距。 因此,旋转接头优选地定义如下至少两种运作时的状态:
1. 当使用低于压力阈值的介质压力施加压力时,旋转接头定义压缩气体运作时的状态,用于使用可压缩介质运行。 在加压气体模式下,机械密封最小程度地打开以允许受控泄漏。 在可压缩介质的加压气体模式下,张紧装置不启动。 所以只有第一个轴向分力基于载荷比起作用。
2、当介质压力高于压力阈值时,旋转接头定义了高介质压力下可压缩介质的液体介质运作时的状态。 在液体介质运作时的状态下,机械密封关闭,张紧装置启动。 因此,在液体介质运行状态下,第一轴向分力基于载荷比B作用在机械密封上,此外,由张紧装置启动引起的第二轴向分力加在一起作为共同的闭合力. 其结果是,在使用切削油、液压油等高粘度介质的中压高的情况下,可以在一定程度上完成充分的密封性。
压缩气体运作时的状态和液体介质运作时的状态之间的切换通过旋转接头中存在的介质压力以液压方式进行。
以这种方式,可以以有利的方式创建通用的支持多种介质的旋转馈通,这适用于使用非常不同的介质施加压力时,一种原因是可压缩介质,例如压缩空气,以及高粘性液体介质另一方面,例如切削油或液压油,在所有使用的介质中都具有高速稳定性和低泄漏率,特别是对于基本无泄漏的液体介质。
如果主介质通道中没有介质压力,则机械密封上没有关闭力。 可选地,辅助密封可以在减压状态下缩回浮动滑环(所谓的 PopOff@ 功能)。 因此,滑环密封面在干运转时不接触,高速干运转也可以无限期地进行。
因此,旋转导向装置能定义第三运作时的状态,即干转运作时的状态。 干转运作时的状态发生在旋转接头无压力时,机械密封处于全开状态。 在全开空转运作时的状态下,两个密封圈之间有足够大的间隙,这样旋转接头就可以在没有介质的情况下进行空转旋转,密封圈不可能会出现磨损。 当介质压力超过预定压力阈值时,张紧装置施加在滑环装置上的附加的第二轴向力分量本身能是与压力无关的,或者-在高于压力阈值的压力范围内-与压力有关在介质压力上,例如与介质压力成正比。 因此,第二轴向分力可以在从0巴到压力阈值的压力范围内恒定为零并且例如可以在压力阈值处不连续地增加和/或在压力阈值之上成比例地增加。
张紧装置能具有一个或多个弹簧,这些弹簧通过存在于主介质通道中的介质压力相对于固定的壳体部分张紧。
例如,如果弹簧张力超过预定阈值,则当且仅当超过弹簧张力阈值时,张紧器可被激活并将附加的第二轴向分力施加到滑环组件。
根据示例性实施例,滑环支架具有外(环)法兰,张紧装置作用在该外法兰上,以便将张紧装置的附加的第二轴向力分量传递到滑环装置。
此外,张紧装置可具有力分配环,其将由张紧装置施加的附加的第二轴向分力以环形均匀分布在滑动环载体上,例如在法兰上。
张紧装置优选地在静止的壳体部分中具有一个或多个弹簧加载的活塞,这些活塞由旋转馈通中的介质压力致动并且在致动状态下将第二轴向力分量施加到滑环装置上。 换言之,当且仅当旋转接头中的介质压力超过压力时,至少一个活塞由介质压力抵抗弹簧力张紧并且将张紧装置的附加的第二轴向力分量施加到滑环装置上。阈值。
为此目的,一个或多个轴向孔优选地设置在静止的壳体部分中,弹簧加载的一个或多个活塞分别安装在该轴向孔中,以便可轴向移动并且通过施加的介质压力相对于相应的弹簧张紧。
一个或多个弹簧加载的活塞优选地通过密封环密封在相应的相关的轴向孔中,从而压力介质基本上不会通过一个或多个弹簧加载的活塞逸出 根据示例性实施例,来自主介质通道的介质压力作用在一个或多个活塞的后端面(背离转子)上,以便在固定装置中的相应轴向孔中的压力下移动一个或多个活塞。外壳部分抵抗机械密封方向上的弹簧载荷。
张紧装置优选地具有至少两个或三个、优选地两个至六个、优选地两个、三个或四个弹簧加载的活塞,它们尤其均匀地围绕滑动环支架布置在静止的壳体部分中。 例如,通过两个径向相对的弹簧加载活塞,可以实现向滑环装置对称地施加力并且可以防止滑环装置倾斜。 此外,这已被证明在向后兼容性方面是有利的,尤其是出于旋转馈通内空间的原因。
根据一个实施例,当超过压力阈值时,一个或多个弹簧加载活塞轴向靠在滑环支架的外法兰上或轴向靠在力分配环上,以便施加张紧的附加的第二轴向分力。装置直接到外法兰或直接传递到力分配环,这在固定外壳部分内的空间条件方面是经济的。
例如,固定的壳体部分具有用于弹簧加载的活塞的止挡件,其限制弹簧加载的活塞的轴向流动,因为当压力加载时弹簧加载的活塞撞击相应的相关止挡件。超过阈值并激活张紧装置。 此外,弹簧加载的活塞可以分别具有闭合力启动弹簧,该闭合力启动弹簧在张紧装置的启动状态下对滑环装置施加与介质压力无关的恒定弹簧力,从而由张紧装置施加在滑环装置上的附加的第二轴向分力是恒定的,与介质压力无关,如果并且只要夹紧装置被激活。
压力阈值优选地大于压缩空气操作的旋转接头的最大允许操作压力。 这确保了夹紧装置不会在压缩空气运行的整个允许压力范围内被激活,并且旋转接头在压缩空气运行中以负载比旋转并且没有额外的第二分力,因此可以形成和控制气隙可能发生漏气 (AutoSense®)。 为此,压力阈值例如可以大于5巴,优选大于或等于10巴,优选在5巴和100巴之间,优选在10和50巴之间,优选在10巴和30巴之间. 换言之,优选将压力阈值选择得至少高到使得关闭力增强装置在压缩空气运行中不被激活,即保持关闭 旋转馈通还具有用于连接介质压力管线的连接端口,以便将所需介质引入具有介质特定的所需介质压力的介质主通道。 旋转馈通优选地是单端口旋转馈通,即它仅具有用于连接介质压力管线的单个连接端口和单个主介质通道,(或者)所有期望的不同介质都通过该主介质通道。 因此,旋转馈通装置被制备成使得可压缩介质,特别是压缩空气和不可压缩介质,特别是切削油或液压油,都可以在压力下通过相同的连接端口引入到相同的主介质通道中。 所有介质通过相同的连接端替(非同时)引入,并且当前存在的介质的压力增加至高于单个主介质通道中的压力阈值导致夹紧装置以液压方式开启和/或压降当前存在于单个主介质通道中的介质的压力阈值低于关闭夹紧装置的压力阈值
有利地,旋转馈通因此可以通过用于连接介质压力管线的单个连接端口进行管理,以便将所有期望的介质引入介质主通道,每个介质具有相关联的特定于介质的期望介质压力,并且旋转馈通仍然是合适的对于可压缩介质,特别是压缩空气,和不可压缩介质,特别是切削油或液压油,可以通过相同的连接端口在压力下将其送入相同的主介质通道,机械密封的关闭力有利地在适用于所有介质压力的范围,即用于压缩空气操作或 MQL/MQL 中压力相对较低的受控空气泄漏,以及在使用切削油、液压油或 KSS 操作时具有相对较高的介质压力时可靠地关闭机械密封。
连接端口优选地是(同轴)连接端口。 然而,对于特殊的客户要求,原则上不应排除使用径向连接端口和/或多个连接端口,尽管这些对于旋转馈通的多媒体适用性不是必需的。
主介质通道优选地(同轴)地延伸,特别是从连接端口到机械密封件。 主介质通道优选地从连接端口到机械密封件永久打开,即同轴主介质通道本身优选地不包含会干扰从连接端口通过主介质通道进入转子的介质流动的阀流体通道。 除其他外,这可以防止主介质通道中出现不必要的分离,例如,如果旋转接头在微量润滑 (MMS/MQL) 下运行。 用户在旋转接头外部的介质分配网络上设置当前所需的介质和相应的介质压力。 为此目的,至少两个介质源、两个介质供应管线、分配器和用于不同介质的介质供应管线中的外部阀,特别是具有不同粘度的,特别是至少一种可压缩介质,例如压缩空气,并且包括至少一种不可压缩的液体介质,例如切削油、液压油或KSS。 介质供应管线,特别是一方面用于压缩空气,另一方面用于切削油、液压油或 KSS,通过分配器在旋转接头外部互连,以便通过以下方式从旋转接头外部选择所需介质外部阀门的装置,并通过单个连接端口为其提供所需的介质压力 启动(最好是单个)主介质通道。 这意味着所有允许的介质都在旋转接头之外打开和关闭,并且优选地通过相同的连接端替地送入旋转接头,即一个接一个。
优选地,机械密封的负载比在大约0.40到0.65的范围内,优选在大约0.45到0.60的范围内,优选在大约0.47到0.60的范围内,优选在大约0.50到大约0.57的范围内。 在压缩空气操作中,这可以控制机械密封的打开,从而控制不会过大的空气泄漏。
滑环支架优选地被安装和密封,使得它可以通过弹性辅助密封件在静止的外壳部分中轴向移动。 辅助密封件可以例如包括弹性体环,该弹性体环布置在端面环载体的外径上并且具有例如U形横截面。 当机械密封在压力下关闭时,二级密封可以轴向张紧,当压力释放时,可以将带有定子密封环的机械密封支架拉离转子密封环,以便将机械密封打开足够远用于干运转(所谓的 PopOff® 功能)。 因此,可以例如通过恢复弹性环来支持在干运转中机械密封的打开。 这有助于在高速下几乎无限的无磨损干运转。
两个滑环中的至少一个,尤其是滑环密封件的两个滑环,优选设计为碳化硅滑环(SiC)。
用户通过外部压缩气体供应管线和外部分配器(例如多路阀)将外部压缩气体源连接到旋转接头的连接端口和带有不可压缩液体介质(例如油)的外部介质容器,特别是粘度大于或等于6毫米的切削油或液压油
/s 或 KSS,通过外部液体介质压力供应管线和外部歧管连接到旋转接头的同一连接端口。 在操作期间,然后在第一时间间隔内将压缩气体,例如压缩空气,在比油或冷却润滑剂低的压力下,特别是在小于或等于10巴的压力下,通过以下方式引入主介质通道压缩气体供应管线和连接端口,在夹紧装置未启动的情况下,旋转接头随压缩气体旋转,并在机械密封上施加关闭力,该关闭力由机械密封和受控气体的负载比定义发生泄漏,加压气体随后再次关闭。
在随后的第二个时间间隔中,不可压缩的液体介质,尤其是粘度大于或等于6mm的切削油或液压油,通过液体介质压力供给管路、外部分配器和相同的连接端口供给。
/s或冷却润滑剂,具有比压缩气体更高的压力,特别是压力超过10巴的压力,被引入主介质通道,其中夹紧装置由液体介质的更高压力启动,即液压开启,旋转接头随液体介质旋转,并在机械密封上附加闭合力,该附加闭合力由第一轴向分力和附加的第二轴向分力组成,第一轴向分力由液体压力的负载比产生,附加的第二轴向力分量由激活的夹紧装置产生。 不可压缩的液体介质随后再次被关闭,由此张紧装置再次被停用。
因此,旋转接头可以通过相同的连接端口和相同的主介质通道在适当的压力下使用不同的介质(包括可压缩介质和不可压缩介质)顺序操作,并响应介质压力增加到压力阈值以上,合模装置开启,合模力加强。
然后,在第三时间间隔中,旋转接头可以在没有介质的情况下空转旋转,其中张紧装置不被激活并且机械密封件保持打开,特别是通过二级密封件,例如通过U形杯环。
滑环支架的远离滑环密封件的后端优选地通向工作空间或主介质通道,其尤其与转子、滑环密封件和/或滑环支架同轴地延伸。 转子优选地仅具有单个中央转子流体通道。 此外,旋转馈通优选地仅具有单个轴向面密封件。
下面使用示例性实施例并参考附图更详细地解释本发明,其中相同和相似的元件有时配备有相同的附图标记并且不同示例性实施例的特征可以相互组合。 人物简要说明
[0020] 图1示出了通过根据本发明的一个实施例的旋转馈通的纵向截面,其中机械密封件打开,
图 2 与图 1 类似,但机械密封处于压缩空气操作状态且未激活夹紧装置,
图 3 与图 1 相同,但带有封闭式机械密封,用于使用不可压缩介质和激活的夹紧装置进行操作,
[0028] 图7示出了根据本发明的另一实施例的旋转馈通的纵向截面,其中机械密封打开,
图 8 与图 7 类似,但机械密封处于压缩空气操作状态且未激活夹紧装置,
图 9 与图 7 相同,但带有封闭式机械密封,用于使用不可压缩的介质和激活的夹紧装置进行操作,
图13显示了通过根据本发明的另一实施例的旋转馈通件的纵向截面,其中机械密封件打开,
图 14 与图 13 类似,但机械密封处于压缩空气操作状态且未激活夹紧装置,
图 15 与图 13 相同,但带有封闭式机械密封,用于使用不可压缩介质和激活的夹紧装置进行操作,
图19显示了用于计算负载比B的具有浮动滑环的滑环布置的直径比的示意图,
具体实施方式参考图1至图18,衬套10在后部具有固定的外壳部分12,在本示例中,该固定外壳部分被构造成几个部分。 转子16,在这些示例中为 用于连接到机器主轴18的空心轴可旋转地安装在带有主滚柱轴承的静止外壳部分12中,例如滚珠轴承。 旋转馈通装置10特别地具有在固定外壳部分12中的单个主介质通道20和单个连接端口22,例如具有用于连接到合适的软管或管道系统的单个旋入式配件24,以便馈送介质。期望的流体介质进入旋转馈通10的固定外壳部分12经由相同的连接端口22将加压引入到与旋转馈通10的旋转轴线X同轴延伸的相同主介质通道20中。 在这种情况下,介质主通道20交替地而不是与来自一组合适介质的当前期望介质同时被加压。 合适的媒体组包括可压缩和不可压缩媒体。 合适的介质组一方面可以包括压缩空气、微量润滑或微量润滑 (MMS/MQL) 作为可压缩介质,另一方面包括冷却润滑剂 (KSS)、切削油和/或液压油作为不可压缩介质. 尤其可以一方面至少使用压缩空气和另一方面使用油,例如切削油或液压油来操作旋转馈入件。
静止的壳体部分12和转子16通过轴向面密封件30密封。 机械密封件30包括机械密封组件32,其具有轴向可移动的机械密封件载体34和固定到机械密封件载体34的机械密封件36。定子的机械密封件36,或简称定子机械密封件36,用其密封。转子侧轴向环形密封表面36a抵靠转子16的互补机械密封件38的后轴向环形密封表面38a。转子16的滑环38或简称转子滑环38被紧固到定子侧端在这些示例中,转子16的表面16a被压入和/或胶合到环形凹槽42中,尽管其他紧固技术也是可能的。
定子滑环36的滑环支架34例如设计为空心活塞44并且尤其安装在静止的壳体部件12中,使得它不能旋转,但是可以轴向移动。 滑环支架34在转子侧具有法兰46,该法兰46容纳在固定壳体部件12的转子侧的相应凹部48中,从而其不能旋转。 例如,可以通过固定外壳部分12中的两个轴向销来实现防扭转装置,这两个轴向销在滑环支架法兰46上的相对凹槽中形成形状配合(为了便于理解,图中未示出)。明晰)。 定子滑环36在正面上被紧固到滑环支架34或中空活塞44的转子侧端部34a,例如压入或胶合,尽管其他紧固技术也是可能的。 在本实施例中,定子滑环36例如永久地固定在滑环支架34的凹槽52中,更准确地说是固定在法兰46中。
在本示例中,机械密封件30的封闭可以通过中空活塞44的轴向孔47中的内筛网45来改进。
固定外壳部分12优选地设计为多部分的引入外壳,从而由于模块化设计,它可以容易地适应现有的外壳形状。 在里面 在本示例中,固定壳体部分12分为三部分并且包括转子壳体12a,转子16通过滚珠轴承14安装在其中,中间壳体部分12b包括滑环装置32安装在中间壳体部分12b中。以便它可以轴向移动并且其中布置有夹持装置100,以及后壳体部分12c,主介质通道20在其中轴向延伸并且连接端口22轴向通入其中。 然而,其他外壳形状也是可能的。
滑环36、38优选地均由碳化硅(SiC)制成,因此经常使用术语SiC-SiC滑环密封件30。 SiC-SiC 机械密封 30 经久耐用,在使用润滑良好的液体介质运行时具有出色的密封性能。 然而,一些传统的旋转接头在使用压缩空气操作或使用碳化硅密封件干运转时存在稳定性问题。 例如,如果 SiC 滑动环在没有润滑剂的情况下运行并且彼此之间没有充分分离,则可能会过热,这可能导致旋转接头完全失效。 这可以通过本发明来避免。 然而,也可以考虑用于滑动环36、38的其他材料,例如碳-石墨(CG),例如CG-SiC机械密封件,或碳化钨/碳化钨(TC)。
滑动环装置32,在该示例中为定子,或者简称为定子滑动环装置32或中空活塞44,通过辅助密封件60以轴向可移动的方式安装在固定壳体部分12中。 在这些示例中,辅助密封件60包括呈弹性环密封件形式的辅助密封环64。 在本示例中,弹性环密封件64具有U形横截面,其具有在高压侧开口并与主介质通道20流体连通的凹槽66。 该密封环64因此有时被称为U形杯形环。
通过弹性环密封件64安装滑环支架34或中空活塞44允许滑环装置32或定子滑环36限制轴向移动性,以便能够关闭和打开轴向机械密封件30再次。 通常,机械密封件30在使用具有液体润滑剂组分(例如KSS、切削油或液压油)的加压流体介质的操作期间被关闭,从而至多发生最小的、可能以液滴方式的泄漏(所谓的出汗)。 当机械密封件30关闭时,这种介质确保两个碳化硅滑动表面36a、38a之间的充分润滑。 然而,当干运转或在闭合状态下使用压缩空气运转时,两个碳化硅滑环36、38可能相互摩擦并过度发热。 为了避免这种情况,机械密封件 30 在没有压力或在压缩空气运行时打开,其中滑动环支架 34 或中空活塞 44 与定子滑动环 36,即滑动环装置 32,从转子滑环38并稍微轴向远离它移动,进入本图中的右侧。 弹性辅助密封件60因此实现了滑动环装置32的双重功能,即一方面作为轴向可移动的轴承,另一方面作为固定壳体部分12中的密封件抵抗来自固定侧的流体介质的加压手。
由于通过弹性密封环64的安装,滑动环装置32也可以略微倾斜,从而机械密封件的两个滑动环36、38的密封表面36a、38a作为主密封件30在加压状态下完全平贴并产生相应良好的密封效果。 这种轴向可移动地安装并且可能略微倾斜的定子滑环36在本领域中也被称为浮动滑环。
参考图19,浮动滑环的负载比B由液压或气动负载面积FH与两个滑环36,38之间的接触面积F的面积比FH/F定义。 因此,载荷比 B 可以使用直径 D1、D2 和 D3 进行几何计算,如下所示:
式中,D1为承压机械密封座的外径或有效直径,D2为机械密封接触面的外径,D3为机械密封接触面的内径。
如果没有介质压力,则将定子滑环组件32从二级密封件60拉回(图中向右),从而使滑环组件30完全打开,使机械密封件30旋转干转在没有介质的情况下,两个滑环36、38之间的距离足够大。 在机械密封件30的这种完全打开状态(图1、4、7、10、13、16)中,在滑环36、38之间存在足够大的间隙39,用于无介质的干运转。
如果主介质通道 20 用压缩空气加压,则这发生在较低的介质压力下,例如最大允许压力为 10 bar,从而不超过压力阈值 ps 并且夹紧装置或闭合力助力装置 100未激活。 结果,只有闭合的第一轴向分力K1作用在滑环装置32上的滑环密封件30上,其由在本示例性实施例中约为0.5至0.57的负载比B产生。 相对小的负载比B产生了一个小的密封间隙40,它允许受控的空气泄漏,防止密封面的磨损。 如果向主介质通道20施加最小量润滑(MMS/MQL),则优选地也使用低于压力阈值ps的介质压力来完成。 结果,只有第一轴向力分量变得有效,这足以使MMS/MQL允许MMS/MQL以基本上无泄漏的方式流入转子16的流体通道17。 图2、5、8、11、14、17显示了机械密封在压缩空气运行时的运行状态,压缩空气运行时的密封间隙40小到无法在图中显示。
夹紧装置100安装在固定外壳部分12中,具体在本示例中安装在滑环支架34的法兰46的后部。在本示例中,夹紧装置100包括两个径向相对的压力活塞102,其在固定壳体部分12中的相关孔104中设置有可轴向移动的孔104。 只要介质压力不超过预定压力阈值,压力活塞102各自通过压缩弹簧106抵抗介质压力保持在非激活状态,在本示例中为右侧。 压力活塞102因此被容纳在具有打开压力弹簧106的固定壳体部件12中。
主介质通道20与后压力室108流体连通,使得当压力施加到主介质通道20时,介质压力通过后压力室108作用在后压力室108的相应后端面112上。背向转子的压力活塞102和压力活塞102在机械密封件30的关闭方向上抵抗弹簧106的应变。 压力活塞102各自通过相关联的孔104中的密封件114被密封,使得存在于压力室108中的介质压力施加与压力活塞102上的压力成比例的轴向力分量,以抵抗弹簧的弹簧张力106 . 现在选择弹簧106的弹簧张力,使得压力活塞102不被激活,即,只要介质压力低于预定压力阈值ps,就不对滑环装置32施加任何力。
压力活塞102的面积比和弹簧106的弹簧力因此被选择为使得压力活塞102不对定子滑环装置32施加低于压力阈值ps的任何力,如图中所示并且,夹持装置100因此处于非激活状态。 在夹持装置100的这种非激活状态下,机械密封件30的闭合力仅由介质压力引起,仅根据机械密封件30的负载比,即基于机械密封件上的面积比FH/F。密封件30作为闭合第一轴向分力K1。
参照图 3、6、9、12、15、18,旋转接头可以通过相同的连接端口 22 和相同的主介质通道 20 供应具有显着更高介质压力的不可压缩液体介质,例如高达140 bar、210 bar 或可能更高,例如切削油、液压油或冷却润滑剂。 一旦不可压缩介质的介质压力上升到压力阈值ps以上,在该示例中约为10巴,压力活塞102上的介质压力对抗弹簧106的弹簧力的作用力超过阈值弹簧106的弹簧力以这样的方式进行,即压力活塞102作为柱塞抵靠在滑环支架34的法兰46上 并使其在第一轴向分力K1之外还受到闭合的第二轴向分力K2。 这将面密封件30上的总闭合力放大到超过由B负载比引起的闭合力。
如果介质压力,特别是在使用KSS或切削油/液压油时,即超过预定的压力阈值ps,则夹紧装置100被激活并且将附加的闭合第二轴向分力K2施加到机械密封件30上。 在本示例中,压力阈值ps被选择为等于或略大于压缩空气的最大允许压力,即ps^10bar。
夹紧装置100因此用作闭合力放大装置,其响应于主介质通道20中的介质压力超过压力阈值ps而被激活并且在压力阈值ps以下不被激活。 在本示例性实施例中,通过高于压力阈值ps的介质压力激活夹紧装置100或闭合力增强装置
关闭介质后,可以使用 Pop-Off® 功能再次分离滑环 36、38。
在图 1-6 所示的示例性实施例中,压力活塞 102 的转子侧端面 116 将力直接施加到滑环支架 34,或更准确地说直接施加到滑环支架 34 的法兰 46,其中第二轴向分力K2。 由夹持装置100引起的第二轴向分力K2以及由负载比B引起的第一轴向分力均与施加的介质压力成比例。
参考图7-12所示的示例性实施例,张紧装置100还可具有力分配环122,压力活塞102在其上施加第二轴向分力K2。 当超过压力阈值ps时,压力活塞102的端面116与力分配环122的外环区域124接触,以便将第二轴向分力K2施加到力分配环122。
力分配环122具有环形力分配环突出部126,其面向机械密封件30并且当张紧装置100被启动时与法兰46接触。 力分配环122因此将由压力活塞102施加的第二轴向分力传递到滑环支架34或其法兰46。这允许第二轴向分力围绕旋转轴线X均匀地传递到滑环载体34或浮动滑环38。而不会产生不希望的倾斜力矩。 此外,对滑环支架施加力 相对于压力活塞102的径向位置,通过环形突出部126径向向内移位34。 结果,可以减少或防止滑环支架34的变形。
力分配环122被安装成使得它可以在静止的壳体部分12中轴向移动,特别是使得它可以相对于滑环支架34轴向移动并且可以相对于压力活塞102轴向移动。 力分配环122例如以环形同轴方式围绕滑环载体34。
在用于压缩空气运行的运行状态(图8和11)中,在力分配环122和滑环装置32之间尤其没有接触。 在图 9 和 12 所示的操作状态下,当通过压力阈值 ps 以上的可压缩介质施加压力时,压力活塞 102 通过压力分配环在压力活塞 102 上产生由介质压力引起的合力。 122 在滑环装置 32 上。第二个轴向分力 K2 也与介质压力成正比
参考图13-18所示的示例性实施例,压力活塞102可各自具有关闭力启动弹簧132,该关闭力启动弹簧132布置在压力活塞102的面向机械密封件30的端面上。 例如,较小的闭合力致动弹簧132被放入压力活塞102的端孔134中。
只要介质压力保持在压力阈值ps以下,夹紧装置100就不起作用并且闭合力启动弹簧132不对滑环支架34的法兰46施加任何力。 当主介质通道20和压力室108中的介质压力已经足够超过压力阈值ps时,压力活塞102克服弹簧106的弹簧力在机械密封件30的方向上轴向移动闭合力致动弹簧通过滑动环支架34施加第二轴向分力,在本示例中通过法兰46施加到浮动密封环36上。 在该示例性实施例中,当压力阈值ps被充分超过时,压力活塞102撞击止挡件136,然后第二轴向分力K2仅通过闭合力致动弹簧132施加在滑环支架34上。 结果,即使主介质通道20中的介质压力继续增加,第二轴向分力K2也不会继续增加。 一旦压力阈值ps被充分超过,第二轴向分力保持恒定,与压力无关,由闭合力激活弹簧132的恒定弹簧张力引起压力活塞102作用,闭合力激活因此,弹簧132在滑环装置32上施加与压力无关的恒定的第二轴向分力K2。 与图1-12中的示例性实施例一样,压力活塞102通过打开压力弹簧106容纳在固定壳体部分12中。 然而,与图1-12中的示例性实施例相比,图13-18中所示的示例性实施例中的压力活塞102的冲程受到止动件136的限制并且还可以延伸至止动件的最大值当以远高于压力阈值ps 136的压力施加压力时,在固定外壳部分12内延伸。 当到达止挡136时,闭合力致动弹簧132以恒定的力同时作用在滑环装置32上。闭合力致动弹簧132的弹簧力例如为每个弹簧5N。 如在其他示例性实施例中,一个或多个压力活塞102,例如二至六个,优选地二至四个压力活塞102,在空间上是可能的。 例如,三个或四个压力活塞102,可选地具有闭合力启动弹簧132,可以围绕滑环载体34布置成环。
在图14和17所示的低于压力阈值ps的非激活状态下,例如在压缩空气操作中,闭合力激活弹簧132和法兰46之间没有接触。
1.当没有压力时,旋转接头10定义了机械密封30的完全打开状态(干转运行状态)。 在完全打开的空转运行状态下,两个滑环36、38间隔开足够大的间隙39,使得旋转导通件10可以在没有介质的情况下旋转空转,滑环36、38不会出现磨损。 .
2. 当使用低于压力阈值 ps 的介质压力进行加压时,旋转接头定义了使用可压缩介质运行的运行状态(压缩气体运行状态)。 在这种压缩气体运行状态下,机械密封只是最小程度地打开,只是为了允许受控的(空气)泄漏。 允许受控(空气)泄漏的密封间隙40非常小,以至于在相应的图2、5、8、11、14、17中看不到。 在可压缩介质的压缩气体操作状态下,张紧装置100不被激活。 只有第一轴向分力K1作用在机械密封件30上。
3. 当施加压力高于压力阈值ps的介质压力时,旋转接头定义了高介质压力下可压缩介质的运行状态(液体介质运行状态)。 在图3、6、9、12、15、18所示的液体介质工作状态下,机械密封关闭,夹紧装置100处于关闭状态。 活性。 因此,在液体介质运行状态下,第一轴向分力基于负载比B作用,此外,由启动的夹紧装置100引起的第二轴向分力加在一起作为共同的闭合力作用在机械上。密封 30。即使在高粘度介质(如切削油或液压油)的操作中,也能确保在高介质压力下实现足够的密封性。 当使用冷却润滑剂运行时
因此,通过仅由施加的介质压力激活的夹紧装置100,能轻松实现闭合力的有针对性的增加。 通过旋转接头10内的介质压力超过压力阈值ps并且响应超过压力阈值ps而激活夹紧装置100来引起闭合力放大,结果是第二轴向分力机械密封 30 上的 K2 被激活。 在压缩气体运行状态下,机械密封 30 处有一定的漏气率,例如 此外,本发明的旋转引线具有优异的干运转特性,因为在干运转中可以避免滑环36、38的过度加热。 因此,旋转馈通可以在没有任何压力的情况下高速运行,特别是在允许的压力范围内(例如高达 10 bar)的压缩空气。
如果主介质通道 20 中根本没有压力,则夹紧装置 100 不会被激活,并且辅助密封件 60 能够最终靠所谓的 Pop-off® 效应拉回浮动滑环 36,从而有滑环密封面36a、38a之间没有接触,而是在它们之间存在足够大的间隙39,并且还可以进行无限制的空转。 这是因为当面部密封件30关闭时,U形杯环64可能会稍微变形。 在减压位置,恢复有助于打开机械密封件30。然而,本发明也可以配备不同的辅助密封件60
总之,夹紧装置或闭合力增强装置100的启动响应于存在于主介质通道20中的介质压力水平而被控制或触发。 如果压力低,则不启动夹紧装置或闭合力增强装置,如果压力较高,则打开夹紧装置或闭合力增强装置,即在液压控制下自动启动。 因此,特别地,单个主媒体通道就足够了,所有需要的媒体可以交替地一个接一个地引入到该主媒体通道中。 因此,张紧装置或动力增强装置的激活和/或去激活完全机械地/物理地通过分别引入的介质的介质压力水平来执行,即通过将压力提高到压力阈值ps以上或降低压力低于压力阈值 ps,特别是通过减压。
通过增加夹紧装置100启动时的闭合力,在使用冷却润滑剂或切削油或液压油(液体介质操作条件)和压缩气体操作(压缩气体运行条件),例如使用压缩空气,相对较低的空气泄漏率和良好的干运行性能(干运行运行条件),特别是具有 Pop-Off® 功能和高稳定性可以相互协调。 此外,当使用冷却润滑剂操作时,可以操作例如特别是大于90巴的高压并且泄漏率仍然保持在可接受的范围内,或者机械端面密封件30基本上无泄漏。 例如,示例性实施例可以使用液体介质 KSS 或切削油,例如高达 140 bar 或什至高达 210 bar 或更高,以及高达 10 bar 的压缩空气和高达 10 的 MQL酒吧。
冷却润滑剂或切削油或液压油的漏气或少量残留(切换)泄漏可通过泄漏口91排出。 泄漏连接接头可连接到泄漏端口91,以便从机械密封30外部的泄漏空间94排出泄漏液体或受控的空气泄漏。
参考图20,根据图1-18中的实施例的旋转接头10由外部介质分配网络400提供所需的流体介质。 对于压缩空气操作,压缩空气源402通过控制阀404和压缩空气供应管线。 为了使用切削油、液压油或 KSS 进行操作,油箱 412 作为用于切削油、液压油或 KSS 作为液体介质的介质储存器,通过泵 414 连接到马达 416,外部液体介质压力供应管线为切削油、液压油或KSS产生所需的介质压力P1,例如可以高达210巴。 为了防止过压,流体压力由泄压阀 422 限制,泄压阀 422 回馈到罐 412。 当液体介质被关闭时,液体介质的剩余压力能够最终靠返回管线中,以便对主介质通道20减压。
在本示例中,外部分配器410被设计为三通阀(压缩空气、液体、回流)并且形成介质选择分配器以便选择相应的所需介质。 压力管线作为用于所有介质的公共连接管线,以便在压力下交替地通过相同连接端口22将所有介质引入相同的介质主通道20。 总之,可以提供适用于所有介质的可靠的旋转馈通装置10,可压缩介质例如压缩空气或MQL/MQL和不可压缩介质例如冷却润滑剂(KSS)、切削油或液压油可以依次引入其中在压力下进入同一个主要媒体渠道 20。 保证了使用所有不同介质进行操作时的高度可靠性和可变性。
对本领域技术人员而言,显然上述实施例应理解为示例并且本发明不限于这些,而是可以在不脱离权利要求的保护范围的情况下以多种方式变化。 诸如前或后之类的空间定向术语不能在空间上绝对理解,而是用于指定部件的相对关系,其中“前”表示转子侧,“后”或“后”表示相对的轴向定子侧转子。 此外,很明显,这些特征,无论它们是否在说明书、权利要求书、附图中或其他方式中公开,也单独定义了本发明的基本部分,并且因此被认为是单独公开的,即使它们被一起描述具有其他功能。 为了尽最大可能避免不必要的重复,结合示例性实施例之一描述的所有特征也适用于结合每个其他示例性实施例所公开的,除非另有明确说明。
粤公网安备 贝博体育下载狼堡|艾弗森代言