CN111520476A - 用于周向密封件的加冠的防旋转装置 - Google Patents

Abstract

一种防旋转装置(10)用于周向密封件(1)，该密封件(1)设置在壳体(3)内，并且具有环形主体(4)和带有面对的第一和第二侧的一个或多个开口。该装置包括至少一个且优选地多个凸耳(12)，每个具有与壳体(3)联接的第一轴向端部，优选地通过设置在壳体(3)内的环形承载件，相对的第二轴向端部，内外径向端部(12c、12d)，每个在第一和第二轴向端部(12a、12b)之间轴向延伸，以及相对的第一和第二保持器表面(16a、16b)，其在第一和第二轴向端部(12a、12b)之间轴向延伸并且在内外径向端部(12c、12d)之间径向延伸。至少一个保持器表面(16a、16b)是凸形弯曲的，并且每个凸耳(12)可至少部分地设置在密封开口(6)内，使得凸形弯曲的保持器表面(16a、16b)可与密封开口侧(6a、6b)之一接触，以防止密封件(1)相对于壳体(3)的角位移。

Description

用于周向密封件的加冠的防旋转装置

技术领域

本发明涉及密封件，更具体地说，涉及用于防止周向密封件的角位移的装置。

背景技术

周向密封件是已知的，并且通常包括绕轴设置的环形主体或安装在轴上的套筒。密封件具有内周向密封件，当轴绕中心轴线旋转时，该内周向密封件密封在轴或套筒上。某些周向密封件是“提升”密封件，它们在轴旋转过程中会径向向外移位，以减少对密封件的磨损。由于密封件通常在密封件壳体内自由“浮动”，因此必须提供一些装置来防止密封件绕轴轴线的角位移。

发明内容

一方面，本发明是一种用于周向密封件的防旋转装置，该密封件设置在壳体内，并且具有带有中心轴线、相对的轴向端部以及至少一个开口的环形主体，该开口在轴向端部之间大致轴向延伸并且具有面对的第一和第二侧。该防旋转装置包括至少一个凸耳，其具有与壳体联接的第一轴向端部、相对的第二自由轴向端部以及内外径向端部，每个在第一和第二轴向端部之间轴向延伸。相对的第一和第二保持器表面在第一和第二轴向端部之间轴向延伸并且在内外径向端部之间径向延伸，第一和第二保持器表面中的至少一个是大致凸形弯曲的。至少一个凸耳可至少部分地设置在至少一个密封开口内，使得凸形弯曲的保持器表面可与第一和第二密封开口侧之一接触，以防止密封件相对于壳体的角位移。

在另一方面，本发明还是一种用于周向密封件的防旋转装置，该密封件设置在壳体内，并且具有带有中心轴线、相对的轴向端部以及至少一个开口的环形主体，该开口在轴向端部之间大致轴向延伸并且具有面对的第一和第二侧。该防旋转装置包括设置在壳体内并与密封件轴向间隔开的大致环形承载件，该承载件具有相对的第一和第二轴向面。至少一个凸耳从承载件第一面轴向延伸，该凸耳具有与承载件联接的第一轴向端部、相对的第二自由轴向端部以及内外径向端部，每个在第一和第二轴向端部之间轴向延伸。相对的第一和第二保持器表面在第一和第二轴向端部之间轴向延伸并且在内外径向端部之间径向延伸，第一和第二保持器表面中的至少一个是大致凸形弯曲的。至少一个凸耳可至少部分地设置在至少一个密封开口内，使得凸形弯曲的保持器表面可与第一和第二密封开口侧之一接触，以防止密封件相对于壳体的角位移。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及对本发明的优选实施例的详细描述。为了说明本发明，在附图中示出了目前优选的示意性实施例。然而，应当理解，本发明不限于所示的精确布置和手段。在图中：

图1是与单个密封组件的密封件接合的第一结构防旋转装置的轴向截面图，该密封件示出为绕轴设置并位于壳体内；

图2是通过偏压弹簧示出的图1的单个密封组件的轴向截面图；

图3是第一结构保持器装置的剖开放大底视图，示出了与单个密封件接合的凸耳；

图4是第一结构保持器装置的透视图；

图5是与双或串联密封组件的两个密封件接合的第二结构防旋转装置的轴向截面图，示出的密封件设置在壳体内；

图6是第二结构保持器装置的剖开放大底视图，示出了两个凸耳，每个凸耳与两个密封件中的单独一个接合；

图7是第二结构保持器装置的透视图；

图8是从保持器装置的可分离凸耳的顶部看的透视图；

图9是从图8的凸耳的底部看的透视图；

图10是图8的凸耳的侧视图；

图11是图8的凸耳的俯视图；

图12是图8的凸耳的轴向截面图，示出了安装在承载件内；

图13是从凸耳的顶部看的透视图，该凸耳与保持器装置的承载件成一体；

图14是保持器装置的优选的双弯曲凸耳的径向截面图；

图15是保持器装置的替代的单个弯曲凸耳的径向横截面；

图16A和16B，共同称为图16，是与密封件接合的凸耳的径向截面图，示出了密封件在图16A中处于初始位置，在图16B中处于径向向外移位位置；

图17A和17B，共同称为图17，是与密封件接合的凸耳的径向截面图，该凸耳处于角偏差或“翘曲”的位置，并且示出了密封件在图17A中处于初始位置，在图17B中处于径向向外移位位置；以及

图18是凸耳的更示意性的径向截面图，示出了用于计算保持器表面的最佳半径的尺寸。

具体实施方式

在以下描述中使用某些术语只是为了方便，而不是限制。词语“内”、“向内”和“外”、“向外”分别是指朝向和背离所描述元件的指定中心线或几何中心的方向，具体含义从说明书的上下文容易理解。此外，如本文中所用，词语“连接”和“联接”分别旨在包括两个构件之间的直接连接而在它们之间没有任何其他构件以及一个或多个其他构件插入其中的构件之间的间接连接。该术语包括上面具体提到的词、其派生词以及类似含义的词。

现在详细参考附图，其中在整个附图中使用相同的参考标记表示相同的元件，在图1-18中，示出了用于周向密封件1的防旋转装置10，该密封件1具有内周向密封表面1a，用于绕可绕中心轴线A_S旋转的内构件2(比如圆柱形或管状轴)的外表面2a密封。密封件1设置在大致环形壳体3内，并且包括具有中心轴线A_C(其与轴轴线A_S基本共线)和相对的轴向端部4a、4b的环形主体4，端部4b构造成密封在壳体3的径向表面3a上，如图1-3所示。优选地，密封件环形主体4由多个弓形密封段(未示出)形成，该弓形密封段具有相对的周向端部，每个端部与两个相邻的密封段的单独对应端部联接以形成环形主体4。最优选地，密封件4是“提升”密封件，其能够从内构件2的外表面径向向外移位以减小在密封表面1a上的摩擦。这样，每个密封段均设置有一个或多个提升斜面5(图6)，或者轴2(或设置在轴2上的流道(未示出))设置有多个提升凹槽(未示出)，以在每个密封段上产生径向向外的力。此外，密封环形主体4还具有至少一个开口6，该开口6在轴向端部4a、4b之间大致轴向延伸并且具有面对的第一和第二侧6a、6b，如图1、3、6、16和17所示，并且优选地在每个密封段(未示出)中具有至少一个开口6。

保持器装置10基本上包括至少且优选地多个凸耳12，每个凸耳具有直接或通过如下所述的承载件14与壳体3联接的第一轴向端部12a以及设置在密封开口6的单独一个内的相对的第二自由轴向端部12b，如下所述。每个凸耳12还分别具有内外径向端部12c、12d，每个在第一和第二轴向端部12a、12b之间轴向延伸，以及相对的第一和第二保持器表面16A、16B，每个在第一和第二轴向端部12a、12b之间轴向延伸并且在内外径向端部12c、12d之间径向延伸。第一和第二保持器表面16A、16B中的至少一个且优选地两个都是“加冠的”或大致凸形弯曲的，使得两个保持器表面16A、16B在相对于密封件轴线A_S的相对的周向方向上从凸耳中心线L_C向外延伸。这样，每个凸耳12具有在第一和第二保持器表面16A、16B之间限定的厚度t_L，该厚度在接近内外径向端部12c、12d中的至少一个且优选地两个的最小值t_Lmin和在大致在内外径向端部12c、12d之间的中央位置处且优选地在它们之间居中的最大值t_Lmax之间径向变化，如图14和15所示。

优选地，出于下面讨论的原因，至少一个凸形弯曲的保持器表面16A和/或16B具有相对平坦或“浅”的曲率。具体地，每个凸形弯曲的保持器表面16A、16B优选地形成为分别具有半径r_RA、r_RB的大致圆柱形表面部分的一部分，该半径在凸耳中心线L_C的相对侧并且与其间隔开的分别从分离的轴线A_RA、A_RB延伸。选择每个半径r_RA、r_RB以具有足够的大小来提供相对浅的或“更平坦的”凸形弯曲的表面16A和/或16B，以便消除如下所述的现有技术的防旋转装置的不利条件。

优选地，每个半径r_RA和/或r_RB的大小是H_L和θ_T的函数，并使用以下公式最佳计算：

r_R＝(H_L ²+4C_P ²)/8C_P

其中：H_L＝凸耳高度＝12c和12d之间的径向距离

C_P＝(H_L/2)*tanθ_T

θ_T＝总角度偏差＝θ_L+θ_O

θ_L＝凸耳与中心轴线A_S的角度偏差

θ_O＝开口侧6a或6b与轴线A_S的角度偏差

利用优选的凸耳高度H_L(参见图18)和期望的最大角度偏差θ_L和θ_O，计算每个保持器表面16A、16B的半径的最佳大小。最优选地，凸耳12形成为使得保持器表面半径r_RA和/或r_RB与凸耳高度H_L之比即r_R/H_L在约2.4至约2.8之间的范围内。

参照图1、5、16和17，至少一个凸耳12可至少部分地设置在至少一个密封开口6内，使得凸形弯曲的保持器表面16A或16B可与第一和第二密封开口侧6a或6b之一接触，以防止密封件1绕中心轴线A_C并相对于壳体3的角位移。更具体地，一个或多个凸耳12中的每一个由于第一凸耳端部12a与固定壳体3的联接而相对于轴轴线A_S固定，从而在密封件主体4上的任何扭矩将一个密封开口侧6a或6b推靠在固定凸耳12的面对的凸耳保持器表面16A、16B上，从而防止密封件1绕中心轴线A_C的转动或角位移。此外，当轴2仅能绕轴线A_C沿一个方向旋转时，凸耳12可形成有仅一个凸形弯曲的接触表面16A或16B，如图15所示，由于密封件1上的扭矩只会发生在旋转方向上，因此凸耳12将接合在仅一个密封开口侧6a或6b上。然而，当密封件12可沿任一方向旋转时，优选地，两个保持器表面16A、16B都是凸形弯曲的，如图8、9、11、14、16和17最佳所示，因为密封开口侧6a或6b可接合在凸耳12上以防止角位移。

此外，由于密封件1优选地是提升密封件，所以每个密封段必须能够相对于轴中心轴线A_S径向向外并且可替代地径向向内移位。在密封段的这种径向运动期间，根据密封件1上的扭矩T的方向，每个段开口6的侧6a、6b中的至少一个在相应的凸耳保持器表面16A或16B上滑动。为了消除如下所述的现有技术防旋转装置的重大问题，每个凸耳12构造成使得每个凸形弯曲的保持器表面16A和/或16B的径向和轴向延伸的中央接触部分17分别接合在第一和第二密封开口侧6a、6b中的近端面向的一个上，而弯曲的保持器表面16A、16B的其余部分与一个密封开口侧16A、16B沿周向(即绕中心轴线A_C)间隔开，如图16和17所示。

当每个凸耳12与密封件1基本成角度地对准时，中央接触部分17通常在凸耳径向端部12c、12d之间居中，如图16所示。然而，当凸耳12相对于密封件1角偏差或“翘曲”时，中央接触部分17位于更靠近一个凸耳径向端部12c或12d，如图17所示。在任何情况下，每个密封开口侧6a和/或6b主要在相对较浅的保持器表面中央部分17上滑动，使得接触压力分布在密封侧6a、6b的较大区域上，如图16和17所示。

这种更大的接触面积优于现有技术装置的圆柱形销的更线性的接触，其最终导致密封件材料的腐蚀，直到销嵌入密封件内，从而抑制或阻止了密封件的径向运动，并且在某些情况下破裂。另外，由于在每个凸形弯曲的保持器表面16A和/或16B的中央部分17中发生密封接触，并且径向端部12c、12d与密封件1的所得周向间隔，所以防止在凸耳径向端部12c、12d处与相对窄或尖锐的边缘19接触。在具有矩形杆或叶片的现有技术防旋转装置中，这种边缘接触侵蚀密封件的材料并导致将杆/叶片嵌入密封件中，这也抑制/阻止了密封件的径向运动。

参照图8-12，一个或多个凸耳12中的每一个包括大致矩形实心主体30，其中两个最大面30a、30b提供保持器表面16A、16B，两个矩形面30c、30d分别提供内外径向端部12c、12d，并且至少一个端面30e提供第二自由轴向端部12b。在具有两个凸形弯曲的保持器表面16A、16B的优选的凸耳12的情况下，主体30具有带有大致截短的椭圆形的径向横截面，如图14、16和17所示。在图8-12所示的某些结构中，每个凸耳12是与承载件14或壳体3分离的部件，无论是永久地附接到任一部件还是可拆卸地与任一部件连接，并且包括另一端面30f和从端面30f大致轴向延伸的联接器突起32。每个凸耳12的突起32优选地是圆柱形的，并且可设置在承载件14或壳体3(未示出结构)的单独的联接器开口15(图12)内。

在如图13所示的其他结构中，每个凸耳12的第一轴向端部12a与承载件14(如图所示)或与壳体(未示出)一体地形成，使得矩形主体30不包括与端面30e相对的可识别面。此外，每个凸耳12的至少保持器表面16A、16B且优选地是整个主体30和优选的承载件14的表面涂覆有降低摩擦的材料，最优选地是高磷化学镍，但可以是任何其他合适的涂层材料。

现在参照图1-7和13，保持器装置10优选地还包括承载件14，其设置在壳体3内并与之联接，使得承载件14绕轴轴线A_S成角度地固定或不可旋转。承载件14与密封件12轴向间隔开，并且还设置在图5-7所示的双密封组件中的两个密封件12之间。承载件14包括大致环形主体40，其优选地形成为大致垫圈状的圆形板，并且具有中心轴线43以及相对的第一和第二轴向面44A、44B。每个凸耳12的第一端部12a可拆卸地与承载件14联接，永久地附接到承载件14，或者与承载件14一体形成；在图1-4所示的单个密封组件中，凸耳12仅从承载件第一面44A延伸，并且在图5-7所示的双或串联弹簧组件中，凸耳12从两个面44A、44B延伸。此外，多个凸耳12绕承载件中心轴线43且因此绕轴轴线A_C周向间隔开，其中每个凸耳12至少部分地设置在多个密封开口6中的单独一个中。尽管承载件14是优选的，但保持器装置10可以替代地形成为不具有承载件，在这种情况下，每个凸耳12的第一轴向端部12a通过任何适当的方式与壳体3直接连接(例如整体地形成或可拆卸地或永久地附接)。

除了“承载”凸耳12之外，承载件14还用作弹簧保持器；更具体地，承载件第一轴向面44A为至少一个弹簧50的端部50a提供弹簧保持表面46，该弹簧用于在单个密封组件(图2)中轴向偏压密封件2，在双密封组件中，两个承载件面44A、44B为多个弹簧50(图6)的端部50a提供单独的保持表面46。最优选地，除凸耳12的结构外，保持器装置10大致类似于在2018年2月28日提交的美国专利申请序列号15/908109中公开的保持器装置，其全部内容通过引用并入本文。

本领域技术人员将意识到，可以在不脱离本发明的广泛发明构思的情况下对上述实施例进行改变。因此，应理解，本发明不限于所公开的特定实施例，而是旨在涵盖在所附权利要求书中总体上限定的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (10)

1.一种用于周向密封件(1)的防旋转装置(10)，该密封件(1)设置在壳体(3)内，并且具有带有中心轴线(A_S)、相对的轴向端部(4a、4b)以及至少一个开口(6)的环形主体(4)，该开口(6)在轴向端部(4a、4b)之间大致轴向延伸并且具有面对的第一和第二侧(6a、6b)，所述装置(10)包括：

至少一个凸耳(12)，其具有与壳体(3)联接的第一轴向端部(12a、12b)、相对的第二自由轴向端部、内外径向端部(12c、12d)，每个在第一和第二轴向端部(12a、12b)之间轴向延伸，以及相对的第一和第二保持器表面(16a、16b)，其在第一和第二轴向端部(12a、12b)之间轴向延伸并且在内外径向端部(12c、12d)之间径向延伸，第一和第二保持器表面(16a、16b)中的至少一个是大致凸形弯曲的，至少一个凸耳(12)可至少部分地设置在至少一个密封开口(6)内，使得凸形弯曲的保持器表面(16a、16b)可与第一和第二密封开口侧(6a、6b)之一接触，以防止密封件(1)相对于壳体(3)的角位移。

2.如权利要求1所述的防旋转装置，其中，所述至少一个凸耳(12)构造成使得至少一个凸形弯曲的保持器表面(16a、16b)的轴向延伸的中央部分接合在第一和第二密封开口侧(6a、6b)中的一个上，而弯曲的保持器表面(16a、16b)的其余部分与一个密封开口侧(6a、6b)沿周向间隔开。

3.如权利要求1或2所述的防旋转装置，其中，所述至少一个凸耳(12)在第一和第二保持器表面(16a、16b)之间具有厚度，该厚度在接近于第一和第二径向端部(12c、12d)中的至少一个的最小值和在第一和第二径向端部(12c、12d)之间的中心位置处的最大值之间径向变化。

4.如前述权利要求中任一项所述的防旋转装置，其中，所述凸耳(12)具有在第一和第二轴向端部(12a、12b)之间延伸的中心线，并且至少一个凸形弯曲的保持器表面(16a、16b)形成为大致圆柱形表面的一部分，圆柱形表面的半径从与凸耳中心线间隔开的轴线延伸。

5.如权利要求4所述的防旋转装置，其中，所述凸耳(12)在凸耳内外径向端部(12c、12d)之间具有高度，并且所述凸耳(12)形成为使得保持器表面(16a、16b)的半径与凸耳高度之比在约2.4至约2.8之间的范围内。

6.如前述权利要求中任一项所述的防旋转装置，其中，所述第一和第二保持器表面(16a、16b)中的每一个都是凸形弯曲的。

7.如权利要求6所述的防旋转装置，其中，所述至少一个凸耳(12)具有在第一和第二轴向端部(12a、12b)之间延伸的中心线，并且每一个第一和第二保持器表面(16a、16b)在相对于密封件轴线的相对的周向方向上从中心线向外延伸。

8.如前述权利要求中任一项所述的防旋转装置，其中，所述至少一个凸耳(12)的第一轴向端部与壳体(3)或者与设置在壳体(3)内的承载件直接连接。

9.如前述权利要求中任一项所述的防旋转装置，还包括设置在所述壳体(3)内的大致环形承载件，所述至少一个凸耳(12)的第一轴向端部与承载件可拆卸地联接、永久地附接到承载件或者与承载件一体形成。

10.如前述权利要求中任一项所述的防旋转装置，其中，所述至少一个凸耳(12)包括绕中心轴线(A_S)周向间隔开的多个凸耳(12)，所述多个凸耳(12)中的每一个至少部分地设置在多个密封开口(6)中的单独一个内。

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