專利名稱：具有多孔密封件的軸承隔離器的制作方法
技術領域：
本發明涉及旋轉軸密封件。更具體地說，本發明涉及迷宮式密封件。
技術背景迷宮式旋轉軸密封件通常包括由轉子和定子組成的兩個同心環結 構。轉子與旋轉軸密封接合，定子與軸承殼體密封接合。已經使用許多 不同類型的密封件來試圖密封旋轉的轉子與固定的定子之間的空間。這 些密封件包括O形環、橡膠唇形密封件和迷宮路徑。迷宮式密封件往往 是最有效的密封件類型。在密封環的內表面上形成特定輪廓的路徑或溝 槽，以生成在軸承殼體的外部與軸承殼體的內部之間延伸的迷宮。迷宮 路徑用作流體動力的屏障以保持軸承殼體內的流體潤滑劑并防止雜質進 入軸承殼體。路徑越復雜，雜質穿過該結構進入軸承殼體的機會越小。此外，在通常的轉子和定子構造中，必須保持某一最小間隙以防止 轉子和定子彼此接觸。在諸如飛機起落架的一些應用中，轉子可能以超 過大約5000rpm的速度旋轉。如果轉子的表面在該速度下與定子的表面接觸，就會產生摩擦熱，磨損部件，并且設備的總體效率下降、工作壽 命縮短。因此，保持轉子和定子分開是很重要的。另外，密封件用于防止雜質從軸承殼體和轉子的外部進入內部，并 且防止潤滑流體從軸承殼體和轉子的內部損失。需要快速排出進入系統 的雜質。密封件或殼體內的顆粒物質的積累會損壞密封件并且/或者導致 轉子和定子的磨損增加。另外，還必須收回被擠出系統的任何潤滑流體 并使其返回轉子內部。潤滑流體的損失會導致部件損壞并增加系統的摩 擦熱。進入系統的雜質需要被盡快排出。顆粒物質的積累會損壞密封件并 且/或者導致轉子和定子的磨損增加。另外，還必須收回被擠出系統的任 何潤滑流體并使其返回轉子內部。潤滑流體的損失會增加系統的摩擦熱 并且導致部件損壞。因此，期望提供一種迷宮式密封裝置，其具有在諸如碎煤機和水泥 研磨機的多塵環境下特別有用的改進的顆粒排除特性，并且具有減少轉 子與定子之間的接觸機會或接觸持續時間的改進性能。本發明旨在所認識到的這些需求。發明內容本發明的一個實施方式提供了一種密封件，該密封件包括構造成與 軸密封接合的轉子、以及構造成與殼體密封接合的定子。所述定子和轉 子構造成彼此接合以限定迷宮路徑。可在所述迷宮路徑內布置單元化元件(unitizing dement)和多孔密封元件以提供雜質排除特性并減少轉子 和定子彼此接觸的機會。本領域技術人員將意識到，具有單元化元件和多孔密封元件的密封 件的許多不同實施方式都是可行的。此外，本發明的另外的用途、目的、 優點和新穎特征在以下詳細說明中闡述，并且本領域技術人員在研究以 下描述或者實踐本發明之后將更加清楚。


參照附圖閱讀以下詳細說明將更好地理解本發明的這些和其它特 征、方面和優點，圖中圖1表示根據本發明一個實施方式的具有多孔密封元件的軸承隔離 器的剖面；圖2表示根據本發明一個實施方式的具有用于接收多孔密封元件和 單元化元件的空腔的軸承隔離器的剖面；圖3表示根據本發明一個實施方式的具有多孔密封元件的軸承隔離 器的局部剖面；圖4表示根據本發明一個實施方式的具有用于接收多孔密封元件和 單元化元件的空腔的軸承隔離器的局部剖面；圖5表示根據本發明一個實施方式的單元化元件的剖面；圖6表示根據本發明一個實施方式的具有用于接收多孔密封元件和 單元化元件的空腔的軸承隔離器的局部剖視圖；以及圖7表示根據本發明一個實施方式的具有多孔密封元件的軸承隔離 器的局部剖面。
具體實施方式
本發明的實施方式包括用于旋轉軸與軸承殼體之間的轉子、定子、 單元化元件和多孔密封元件。轉子構造成與位于殼體中的軸接合并與其 一起旋轉，而定子構造成與殼體接合并相對其保持靜止。轉子和定子還 構造成彼此接合，但不彼此接觸，盡管有可能發生接觸。在接合時，轉 子和定子限定出從殼體外部延伸到殼體內部的迷宮路徑，以及第一和第 二空腔。迷宮路徑可有助于防止潤滑劑流出殼體內部，并且/或者可有助 于防止雜質進入殼體內部。第一空腔構造成接收單元化元件，第二空腔 構造成接收多孔密封元件。在一個實施方式中，單元化元件是成形為與由轉子和定子限定的一 個以上的空腔配合的環形圈。單元化元件使轉子和定子成一單元，并且 可防止分離并可限制運動。該單元化元件也可包含后部構件，該后部構 件在軸向運動的情況下可提供非金屬部件以防止轉子和定子接觸。此外,多孔密封元件可布置在至少一個環形空腔內。多孔密封元件可通過提供 用于顆粒物質的物理屏障，增加由轉子和定子形成的密封件的空氣顆粒 排除能力。本發明的示出實施方式包括轉子，該轉子構造成與軸接合并與其一 起旋轉，而定子構造成與殼體接合并相對其保持靜止。轉子和定子接合 并限定出可將殼體外部與殼體內部連接的迷宮路徑。在接合時，轉子和 定子可構造成保持不彼此接觸以防止它們的相應部件磨損。迷宮路徑可 構造成有助于防止雜質進入殼體內部，并且有助于防止潤滑物質流出至 殼體外部。當雜質試圖沿著迷宮路徑朝殼體內部通過時，路徑的形狀可 有助于阻礙雜質運動。此外，雜質可能遇到多孔密封元件。多孔密封元 件可構造成防止雜質穿過該多孔密封元件。例如，如果多孔密封元件內 的孔的孔徑小于雜質顆粒的直徑，那么就可防止該顆粒穿過多孔密封元 件。另外，當潤滑流體在路徑內行進時，可通過迷宮路徑的形狀將潤滑 流體朝向殼體內部導回。此外，可通過多孔密封元件防止潤滑流體逃離 殼體。下面將通過本發明的具體實施方式
進一步描述本發明，要理解本公 開應視為是對本發明原理的例示。本發明的示例性實施方式在圖中示出， 其中相同的標記指代各個實施方式的相同方面。現在參照圖i至圖4，根據本發明一個實施方式的軸承隔離器包括 定子10、轉子50、單元化元件30和多孔密封元件40。轉子50和定子 10接合而形成迷宮路徑20以及第一空腔90和第二空腔80。單元化元件 30和多孔密封元件40布置在空腔80、 90內。在本發明的一個實施方式 中，轉子50和定子10可僅限定一個空腔，單元化元件30和多孔密封元 件40可都布置在該空腔內。在轉子50轉動時，單元化元件30可通過在 轉子50與定子10之間提供低摩擦緩沖防止這兩個部件接觸，并且還可 保持軸承殼體內的潤滑劑并將雜質排除在軸承殼體之外。另外，多孔密 封元件40可提供屏障以防止雜質進入殼體，并且可防止潤滑劑流出軸承 殼體。根據本發明的一個實施方式，多孔密封元件40可包括微孔材料。例如，在本發明的一個實施方式中，微孔材料可包括硅酮泡沫。在本發明 的一個實施方式中，多孔密封元件40可包括一種以上的樹脂，例如聚氨酯、聚砜或聚乙烯。在本發明的一個實施方式中，多孔密封元件40可包 括纖維材料。本發明的某些實施方式可包括多孔密封元件40，其中限定在多孔密 封元件40內的孔的直徑可大約為500到600微米(大約0.020到0.023 英寸)。在本發明的某些實施方式中，多孔密封元件40可具有小于大約 100微米(大約0.004英寸)的孔徑。本發明的某些實施方式可包括直徑 大于等于IOO微米的孔。在本發明的某些實施方式中，可使用多個多孔密封元件。在本發明 的一個實施方式中，多個多孔密封元件中的每一個可包括直徑大致相同 的孔。在本發明的另一實施方式中，多個多孔密封元件中的每一個可包 括直徑不同的孔。例如，根據本發明的密封件可包括兩個多孔密封元件， 其中第一多孔密封元件的孔徑大于第二多孔密封元件的孔徑。在本發明 的包括多個多孔密封元件的又一實施方式中，這多個多孔密封元件中的 某些可包括直徑大致相同的孔，而某些多孔密封元件可包括直徑不同的 孔。在本發明的一個實施方式中，單元化元件30可構造成限制轉子50 相對于定子10的徑向和/或軸向運動。例如，當軸和轉子50運動時，在 軸和/或殼體上可能存在使軸和轉子50相對于殼體和定子10軸向運動 (即，沿著旋轉軸線運動)的載荷。該運動可能致使轉子50朝定子10 運動。單元化元件30可提供對該軸向運動的阻力并可有助于防止轉子50 接觸定子IO，從而潛在地防止損壞轉子50和/或定子10。另外，如果在 軸上施加有致使相對于軸徑向運動(即，垂直于旋轉軸線運動)的載荷， 那么單元化元件30可提供對該徑向運動的阻力，并可有助于防止轉子50 接觸定子IO，這又潛在地防止損壞轉子50和/或定子10。在本發明的一 個實施方式中，單元化元件30可包括空隙，該空隙允許單元化元件的一 部分撓曲從而吸收由轉子相對于定子軸向和/或徑向運動引起的某些力。 本發明的一個實施方式可包括多個單元化元件。例如，有利的是將多個單元化元件結合到根據本發明一個實施方式的軸承密封件中，以用 在其中預計在轉子和/或定子上存在顯著軸向或徑向載荷的環境下。多個 單元化元件的使用可通過將轉子的接觸力散布在多個單元化元件上而有 助于延長軸承密封件的功能壽命。多個單元化元件的使用還可提高雜質 排除或潤滑劑保持特性。在本發明的一個實施方式中，本發明的單元化元件30包括適于其預 期目的的材料。可基于一種或多種因素選擇這樣的材料，所述因素包括 但不限于預期工作溫度范圍、工作壓力范圍、材料的摩擦系數或者其它 工作條件(例如，在飛機起落架或很臟的環境下，轉子顯著軸向或徑向運動的可能性)。可用在本發明的某些實施方式中的單元化元件30所用的常用材料包括氟化聚合物或樹脂。在本發明的一個實施方式中，單元化元件30包括光滑的塑性材料。在本發明的另一個實施方式中，單元化 元件30包括橡膠，例如氫化丁腈橡膠(NBR)。在本發明的另一個實施 方式中，單元化元件30包括聚四氟乙烯(PTFE)。在本發明的一個實施 方式中，單元化元件30包括填充PTFE。填充PTFE包括到處散布有填 料的PTFE。填料包括但不限于玻璃之類的結構填料以及石墨、二硫化鉬、 其它碳填料和其它固體潤滑劑之類的潤滑劑。在圖5中可更加詳細地觀察單元化元件30，圖5示出了該單元化元 件的剖視圖。在剖面中看到，該單元化元件包括轉子接合構件33、后部 構件32和定子接合構件31。在本發明的一個實施方式中，單元化元件的徑向外表面包括兩個直 徑不同的區域。所述不同直徑包括在后部構件32區域的一個直徑和在轉 子接合部件33區域的不同直徑。后部構件32與轉子接合構件33之間直 徑不等而形成壁34。該壁34可用于在組裝期間將單元化元件保持在轉子 50內，并且/或者在組裝之后使轉子50和定子10成一單元。在本發明的 一個優選實施方式中，壁34定位在單元化元件的近似軸向中點處。然而， 本領域技術人員將認識到壁34的位置可以改變。例如，在本發明的一個 實施方式中，壁34的位置可取決于單元化元件所需的功能性以及/或者轉 子和定子組件的構造。在本發明的一個優選實施方式中，壁34基本上垂直于旋轉軸線。
定子接合構件31從單元化元件30的徑向內側延伸。定子接合構件31從單元化元件30的近似中點處成一角度延伸。定子接合構件31的長 度和位置可取決于轉子50和/或定子10的特性，以及/或者有關組裝的容 易性。定子接合構件31可具有充足的長度以使密封組件成一單元，同時 具有足以在組裝期間撓曲的柔性。在本發明的一個實施方式中，轉子接 合構件33與定子接合構件31之間的區域可形成空隙35。該空隙35可提 供一區域，用于在轉子50、定子IO、多孔密封元件40和單元化元件30 共同構成密封組件時使定子接合構件31撓曲至該區域內。壁34、后部構件32、轉子接合構件33和定子接合構件31的尺寸以 及單元化元件30自身的尺寸可根據單元化元件的預期用途而異。這些尺 寸上的修改對于本領域技術人員顯而易見，其落在本發明的范圍內。因 此，根據本發明一個實施方式的單元化元件30不限于任何特定尺寸的密 封應用，并且具有廣泛的用途。在本發明的一個實施方式中，在圖6和圖7中可以看到，提供了一 種包括根據本發明一個實施方式的單元化元件30的密封組件。密封組件 包括轉子50、定子IO、多孔密封元件40和單元化元件30。轉子50與穿 過密封組件的中央運轉的軸密封接合。轉子50包括軸向延伸的環形凸緣 52，該凸緣52包括位于其徑向內側上的轉子溝槽54。定子10與軸承殼 體密封接合并包括軸向延伸的環形凸緣12，該環形凸緣12包括位于其徑 向外側上的定子溝槽14。包括轉子接合構件33、定子接合構件31和后 部構件32的單元化元件30位于由轉子環形凸緣52與定子環形凸緣12 之間的空間形成的區域內。單元化元件30可局部位于轉子溝槽54和定 子溝槽14的每一個中，并且后部構件32朝向定子后壁19延伸。圖7表示單元化元件30不在原地的本發明的一個實施方式。在本發 明的一個實施方式中，密封組件包括轉子50，轉子50通過O形環60密 封接合到軸上。轉子包括環形凸緣52，該環形凸緣52包括位于其徑向內 側上的溝槽54。溝槽54包括兩個相對壁58a和58b。同樣，定子10包 括含有溝槽14的環形凸緣12。定子溝槽14也包括兩個相對壁18a和18b。在本發明的一個優選實施方式中，轉子溝槽的相對壁58a、 58b和定子溝 槽的相對壁18a、 18b近似垂直于軸的軸線。在本發明的一個實施方式中，轉子溝槽的每個相對壁與定子溝槽的 對應相對壁軸向對齊，使得相對壁58a與相對壁18a軸向對齊而相對壁 58b與相對壁18b軸向對齊。該構造形成矩形剖面區域，單元化元件30 的轉子接合構件33和內部接合構件31容納在該區域中。在本發明的一個實施方式中，定子溝槽54的至少一個壁偏離轉子溝 槽14的對應壁，使得所述對轉子溝槽壁58a或58b中的一個與對應的定 子溝槽壁18a或18b不軸向對齊。在本發明的另一個實施方式中，定子IO還包括位于定子的大氣側上 的排除口。該排除口可以將進入密封區域的任何雜質從組件排出。在本發明的一個實施方式中，密封組件包括轉子50和定子10，并 在其中容納有單元化元件30。單元化元件30的轉子接合構件33與轉子 溝槽54接合，使得轉子接合構件33的軸向外側與轉子溝槽54的相對壁 接觸。在本發明的一個實施方式中，轉子接合構件33在轉子溝槽54內 "漂浮"，從而使操作期間的接觸和摩擦最小化。當轉子和定子相對于彼 此產生軸向移位時，轉子接合構件36就可與轉子溝槽54的對應壁接觸。同樣，定子接合構件31與定子溝槽和/或溝槽壁18a接觸。在操作期 間，單元化元件在轉子與定子之間形成的空腔內"漂浮"。然而，如果組 件在操作期間移位，那么柔性附接到單元化元件30上的定子接合構件31 可以通過與定子溝槽14的壁18a接觸而提供將單元化元件30保持在適 當位置的手段。在本發明的一個實施方式中，單元化元件30還包含后部構件32。 后部構件32可防止轉子50和定子10在朝向彼此軸向運動的情況下彼此 直接接觸。如果轉子50朝定子IO移位，那么單元化元件30的后部構件 32可在轉子50與定子10直接接觸之前與定子后壁19接觸。轉子50可 通過轉子溝槽54的相對壁中的一個壁58a接觸和/或壓靠單元化元件30。 該動作可迫使單元化元件30的后部構件34壓靠定子后壁19。在單元化 元件30由光滑的塑性材料構成的實施方式中，單元化元件30與轉子50之間以及單元化元件30與定子10之間的摩擦力可明顯小于轉子50與定 子10之間直接接觸時的摩擦力。從而單元化元件30可在轉子50與定子 10的組件之間提供耐磨緩沖。這可用于通過使轉子和定子的磨損最小化 而延長這兩個部件的使用壽命。當單元化元件30達到其使用壽命終了時， 可對其進行更換，其操作停機時間和更換成本小于與更換轉子和定子相 關的操作停機時間和更換成本。在本發明的一個實施方式中，單元化元件30通過填充空腔90并與 轉子溝槽的相對壁58a、 58b接觸而使轉子50和定子10成一單元。接合 構件31在溝槽14內安置在定子10上，但在正常操作期間不與相對壁18a、 18b接觸。如果施加使轉子50遠離定子10的軸向力，那么相對壁58b可 能在壁34的區域中與轉子接合構件33接觸。這可迫使單元化元件30與 轉子50 —起運動。單元化元件30的運動可被定子接合構件31與定子溝 槽14的相對壁18a的接觸阻止。通過該動作，包括轉子50、單元化元件 30、多孔密封元件40和定子10的密封組件可成一單元。在本發明的一個實施方式中，除了密封組件中的單元化效果之外， 單元化元件30還可產生轉子50與定子10之間的非接觸關系。在轉子50 朝向定子10軸向運動的情況下，轉子可與單元化元件30接觸并迫使后 部構件32與定子后壁19接觸。單元化元件30可設計成使得后部構件32 朝定子延伸得比轉子環形凸緣52更遠。因而，防止轉子環形凸緣52與 定子后壁接觸，從而通過防止部件的不當磨損而增加轉子50和定子10 的使用壽命。雖然已經參照具體實施方式
描述了本發明，但應認識到，這些實施 方式僅僅是對本發明原理的例示。本領域普通技術人員將理解到，本發 明的單元化元件和組件可以通過其它材料按照其它方法和實施方式構造 和實施。因此，這里的描述不應理解為限制本發明，其它實施方式也落 在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種密封件，該密封件包括轉子，該轉子構造成與軸密封接合；定子，該定子與所述轉子接合以限定迷宮路徑以及第一空腔和第二空腔，該定子構造成與殼體密封接合；布置在所述第一空腔內的至少一個單元化元件；以及布置在所述第二空腔內的至少一個多孔密封元件。
2. 如權利要求1所述的密封件，其中，所述多孔密封元件包括微孔 材料。
3. 如權利要求2所述的密封件，其中，所述微孔材料包括硅酮泡沫。
4. 如權利要求2所述的密封件，其中，所述微孔材料包括聚氨酯、 聚砜或聚乙烯中的至少一種。
5. 如權利要求2所述的密封件，其中，所述微孔材料包括纖維材料。
6. 如權利要求1所述的密封件，其中，所述多孔密封元件包括直徑 為大約500至U 600微米的孔。
7. 如權利要求1所述的密封件，其中，所述多孔密封元件包括直徑 小于大約100微米的孔。
8. 如權利要求1所述的密封件，其中，所述多孔密封元件包括直徑 大于等于大約100微米的孔。
9. 如權利要求1所述的密封件，該密封件還包括多個多孔密封元件。
10. 如權利要求1所述的密封件，其中，所述單元化元件包括轉子 接合構件、定子接合構件和后部構件。
11. 如權利要求1所述的密封件，其中，所述單元化元件包括橡膠、 氟化聚合物或樹脂。
12. 如權利要求1所述的密封件，其中，所述單元化元件包括光滑 的塑性材料。
13. 如權利要求1所述的密封件，其中，所述單元化元件包括填充 聚四氟乙烯。
14. 如權利要求1所述的密封件，該密封件還包括多個單元化元件。
15. —種設備，該設備包括 可旋轉的軸；殼體；轉子，該轉子與所述可旋轉的軸密封接合；定子，該定子與所述殼體密封接合，并與所述轉子接合以限定迷宮 路徑以及第一空腔和第二空腔；布置在所述第一空腔內的至少一個單元化元件；以及 布置在所述第二空腔內的至少一個多孔密封元件。
全文摘要
一種用于密封旋轉軸的具有多孔密封元件的軸承隔離器組件，其包括構造成與軸密封接合的轉子、以及構造成與組件殼體密封接合的定子。所述定子和轉子構造成彼此接合以限定迷宮路徑和一個以上的空腔，可在所述空腔中布置單元化元件和多孔密封元件。所述多孔密封元件提供屏障以防止顆粒雜質進入殼體內部，并且防止潤滑劑從殼體內部流出。所述單元化元件限制轉子相對于定子的軸向和/或徑向運動，并在操作期間通過有助于防止轉子與定子接觸而有助于防止轉子和/或定子磨損。
文檔編號F16J15/447GK101273224SQ200680031433
公開日2008年9月24日 申請日期2006年8月29日 優先權日2005年8月30日
發明者伊麗莎白·奇特恩 申請人:卡勒克密封技術公司