具有自调整节流缝的缝隙环的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一个用于液体的输送介质的流体机械的流体节流缝的缝隙环、尤其用于叶轮泵叶轮上的节流缝。
【背景技术】
[0002]在不同的实施例中已知由缝隙环构成的、例如用于叶轮泵的节流缝。它们密封旋转的转子部件、例如叶轮泵叶轮与静止的定子、例如外壳之间的缝隙。由于在加工各个部件时必需的误差存在最小缝隙宽度,它正好防止,部件接触并由此产生摩擦和磨损。为了减少在上述缝隙上的损失,存在不同的缝隙密封实施例,但是它们按照输送介质的形式处于或多或少剧烈的磨损。在此区分轴向和径向的节流缝结构。在轴向可移动的结构部件中只能以明显的磨损实现相应的轴向密封缝。
[0003]US 1037243 A示出一个缝隙密封,它由部分与外壳连接且部分与旋转部件连接的部件组成。这个结构作为迷宫的前提条件是转子的最小位移,此外显示出高磨损并且在装配和轴向调整转子时是非常费事的。在要求转子轴向移动性时使用径向密封缝,它具有低磨损、高运行可靠性和简单装配的优点,但是具有高的损失系数或者说低的流体效率。在此由于节流缝流体效率与磨损和运行可靠性处于互为相反的关系,效率越高,磨损越高且运行可靠性越低。
[0004]EP 0905381 Al示出缝隙环在流体机械中的实施例,其中通过低的磨损不仅保证高的流体效率,而且保证高的运行可靠性。EP 0905381 Al涉及一个流体节流的静止部件,具有在节流缝中自动调整的取决于温度的阻尼特性。该节流缝由径向缝隙环构成并且具有径向在缝隙中的移动性。这个结构可以应用于各种其它的具有液体的输送介质的流体机械。
[0005]US 1037243 A示出一个缝隙密封,它可以由一个或多个部件组成,它们形成定子的一部分。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是,实现一个密封部件,它减小叶轮泵的转子与定子之间的缝隙并且自动动态地调节到最小,其中磨损最小并且保证高的运行可靠性。
[0007]这个目的由此实现,在径向限制缝隙的定子、例如外壳表面上通过现有的缝隙环构成或围成以介质充满的径向环室。这个径向环室作为缓冲起作用并且这样校准,使它定心在旋转零部件径向上。
[0008]通过u形构成的缝隙环包围该结构空间,U形缝隙环通过u形侧腿内侧面的配合在定子中导引,其中通过侧腿的专用材料选择根据温度调整这个配合,并且在运行温度时实现最小距离或者最窄配合间隙。因此使这个从静止缝隙环到定子的轴向缝隙非常小。
[0009]u形构成的缝隙环与缓冲介质一起形成迷宫密封。所述缝隙环的层受到旋转的零部件的影响。因为缝隙环悬浮地支承,它在略微偏心的位置时由于不同的压力比自动地定心在对应于力比平衡的位置。在静态缝隙环与旋转零部件之间的缝隙最小,其中总是保持无接触的节流。
[0010]所述缝隙环的工作原理以两个动态工作部位的作用原理为基础。第一部位是径向缝的典型节流路径,在此穿过转子缝隙中的液体效应产生由于与缝宽有关的定心径向力的稳定性。第二部位以缓冲器中的静止介质充满,它由缝隙环的几何形状静态地密封。在那里含有的介质可以穿过在U形缝隙环的侧腿与外壳之间的节流路径局部流动,如果由于转子偏心或者偏转(如同上段所述那样)缝隙环偏转的时候。在介质缓冲器里面局部压缩时介质自动地又从周围的流体空间再输送,由此使缓冲器总是保持相同容积。因此以介质充满的环室缓冲器具有缓冲特性,因为单位压力必需作用于介质上,用于通过它挤压缝隙侧腿的轴向缝隙。通过缝隙环的配合和材料选择对应于所述要求调整这个压力和相关的缓冲特性。这个扩展结构的另一优点是,流动的介质在缝隙侧腿上的节流路径中的润滑效果,由此使在缝隙环定心过程期间在偏转时的摩擦减小到金属对金属的正常摩擦值的一小部分,因此通过介质润滑侧腿几乎不能冻结在定子上并且保证缝隙环总是运行可靠地相对于转子自动定心。
[0011]在本发明的有利扩展结构中,在密封部件中规定,可以调整所述轴向节流缝的配合。如上所述,缝隙环可以在径向缝隙中对应于作用的复位力自由运动。通过缝隙环在定子上的轴向两侧的节流路径调整缓冲特性。通过在缝隙环前面与后面之间的压力差调整穿过轴向缝隙在低压力室方向上的压力流,在此以介质和压力加载环室。夹杂在缝隙中的介质起到静压缓冲器的作用。在缝隙中的介质在转子移动时穿过缝隙环的节流缝顶压到泵的流体室。缝隙越窄,用于克服节流缝所需的力越大,在缝隙中的静压缓冲效果越好。调整轴向节流缝引起静压缓冲效果。
[0012]在另一扩展结构中,由至少一金属材料构成密封部件。在这里通过相应的几何变化、例如壁厚差或应力刻槽可以实现所致力的缝隙环凸起的变形,用于所述的节流效果。
[0013]备选地所述缝隙环由双金属缝隙环构成,其中内层、即面对位置固定的外壳的层具有比面对流体室的外层小得多的热膨胀系数。
[0014]两个实施例实现取决于热量的节流效果和取决于热量的转子缓冲。如果缝隙侧面在加入热量时凸起地向外变形,并且使与定子部件的缝隙变窄,则提高转子的静压缓冲。
[0015]在另一扩展结构中,所述密封部件由一个或多个部件组成,它们形状锁合地挤压或旋紧在定子几何形状上。为了实现径向偏转在缝隙环外部设有相应的自由的环空间,径向长度按照所期待的转子偏转的大小校准。
[0016]在另一实施例中附加地设有防扭转,例如由长孔和销子组成。由此附加地排除在缝隙环与位置固定的定子外壳之间的不期望的相对运动。在此保留在同心方向上的运动性。
【附图说明】
[0017]借助于实施例详细解释本发明。附图示出按照本发明的密封结构。具体地示出: 图1按照本发明的密封结构的第一扩展结构和图2按照本发明的密封结构的第二扩展结构。
【具体实施方式】
[0018]在图1中详细示出按照本发明的缝隙环密封结构的第一实施例,其中在示例中使用叶轮泵。示出叶轮泵叶轮1,它在这个结构中是旋转的转子部件,其中它相对于外壳2和导轮3旋转,它们位置固定地视为定子。
[0019]按照本发明通过U形的一体或多体的圆柱形缝隙环7包围缝隙。缝隙环通过节流或叶轮泵叶轮I的缝隙直径6设置在由外壳2和导轮3组成的定子里面,其中缝隙环通过u形的侧腿7和10或12
和13为了导向相应地配合在外壳里面。
[0020]缝隙环7实现两个径向功能缝,现有的径向节流或叶轮泵叶轮的缝隙直径6作为总是通流的缝隙和在上述的U形缝隙环结构内部的封闭的犹如静态的环缝空间4。在轴向存在轴向缝5,它能够实现缝隙环7在外壳2里面和/或在导轮3上的运动性。
[0021]由于压力差少量所输送介质穿过缝隙4和5不断地运动,由此得到足够的表面润滑。按照本发明的缝隙环7的第一变体在叶轮泵中由多个部件组成,其中在图1的示例中可能的扁平轮廓的环与L形轮廓的环通过固定8连接。这个固定8例如可以通过一个或多个附加的零部件例如螺栓形成,或者通过焊接、尤其通过激光焊接工艺制成。由于现有的缝隙,组成的缝隙环在径向上是活动的,其中最大偏转通过径向间隙9确定。
[0022]根据使用领域有利的是,缝隙环7可以完全自由地运动。尤其存在由此减小取决于速度和距离的摩擦力的可能性。但是对于许多应用有利的是,缝隙环7固定在其位置。为此在缝隙环里面可以设有径向取向的长孔,在其中嵌入销子,销子例如与外壳连接。这个防扭转10在图1中只示意地表示。
[0023]图2示出按照本发明的缝隙环7的另一扩展结构,其中这个缝隙环由挤压在定子里面的、环绕封闭的双金属带11制成。缝隙环7如同在上面的示例中所示是位置固定的部件的组成部分。
[0024]在双金属缝隙环结构中使用2层材料,其内层11具有比外层小得多的膨胀系数。缝隙的侧面在加入热量时凸起地向外变形并且使与定子部件的缝隙5变窄,由此提高旋转的零部件的静压缓冲。双金属结构实现取决于热量的节流作用和取决于热量的转子缓冲。取决于热量的节流作用和取决于热量的转子缓冲也可以通过有目的地影响由纯钢制成的缝隙环的几何形状实现。多体和一体的结构可以分别以纯钢和双金属实现。
[0025]这个结构一般引起,缝隙环7在安装状态在与位置固定的外壳2的间隙6与旋转的零部件I之间自由地活动。缝隙环7在静止状态在最终位置放置在旋转零部件上。如果径向缝6通过旋转的零部件I的旋转轴向以介质通流,缝隙环7由于洛马金(Lomakin)效应自动地向着旋转的零部件I定心并且在缝隙环7与旋转的零部件I之间建立居中的间隙。如果旋转的零部件I由于非稳的或稳定的运行状态径向偏转,缝隙环7动态地在这个部位使叶轮I与缝隙环7之间的缝隙6变小,这导致在这个部位缝隙流速提高。这种在缝隙6中的速度提高与偏转力相反地产生在缝隙6中的对应力,直到叶轮I又与缝隙环7居中地通流或者实现与旋转的零部件的均匀的径向名义间隙。
[0026]通过这个动态的自动调整不会使转子与定子在这个部位擦抹或冻结。
[0027]缓冲特性通过缝隙环7的轴向两侧的节流路径5在凸起上调整。通过在缝隙环7前面与后面之间的压力差建立穿过轴向缝隙5在低压方向上的通流,在此缝隙4以介质和压力加载。加杂在缝隙4里面的介质作为静压缓冲器起作用。在缝隙4里面的介质在转子移动时穿过缝隙环7的节流缝5顶压到泵的流体室里面。缝隙5越窄,所需的用于克服节流缝5必需的力越大,同时这对应于缝隙4中的更高的静压缓冲效果。通过轴向节流缝5的配合调整静压缓冲效果。
[0028]由于在叶轮I偏转时挤压在径向缝隙5里面的介质产生泄漏流,它减小在叶轮偏转时运动的与位置固定的零部件、尤其是外壳2和导轮3之间的摩擦。通过节流缝5显著降低位置固定的零部件在假想的接触位置上的磨损,这附加地提高运行可靠性。
[0029]这个动态的、运动的缝隙环7的所有变体可以配有相应的在缝隙6中的流体轮廓,因此可以实现更小的缝隙和更好的叶轮泵效率。
[0030]附图标记清单 I叶轮
2外壳 3导轮 4缝隙 5轴向缝隙 6径向缝隙 7缝隙环 8固定 9径向间隙
10防扭转
11双金属板
12内层 13外层
【主权项】
1.一种用于使旋转的零部件(I)相对于位置固定的外壳(2)密封的密封部件(7),其中在旋转的零部件(I)与外壳(2)之间存在节流缝(6),在其中设有缝隙环(7),其特征在于,在径向限制流体机械的节流缝(6)的在位置固定的外壳(2,3)上的表面上构成封闭的以介质充满的环室(4),其中所述环室(4)这样校准,使它径向与旋转的零部件(I)同心地对中,其中所述环室(4)利用u形构成的缝隙环(7)包围,其中在u形缝隙环(7)与位置固定的外壳(2,3 )之间形成轴向缝(5 ),并且在u形缝隙环(7 )与环室(4)之间形成径向缝(4)。2.如权利要求1所述的密封部件,其特征在于,所述轴向节流缝(5)的配合可以调整。3.如权利要求1或2所述的密封部件,其特征在于,所述缝隙环(7)由至少一金属材料构成。4.如权利要求1至3中任一项所述的密封部件,其特征在于,所述缝隙环(7)由一体挤压的或者多体的双金属缝隙环构成,其中内层(12)具有比外层(13)小得多的热膨胀系数。5.如上述权利要求中任一项所述的密封部件,其特征在于,所述缝隙环(7)由一体挤压的或多体的板型材构成。6.如上述权利要求中任一项所述的密封部件,其特征在于,在缝隙环(7)中设有长孔,它与销子(10)处于功能连接,该销子与外壳(2)连接。
【专利摘要】一种密封部件,作为具有自动调整的节流缝(6)的缝隙环用于使旋转的零部件(1)相对于位置固定的外壳(2)密封,其中在旋转的零部件与外壳之间的缝隙中设有缝隙环(7),其中,在径向限制缝隙的在位置固定的外壳上的表面上构成以介质充满的环室(4),其中所述环室这样校准,使它与旋转的零部件同心,其中所述环室通过u形构成的缝隙环(7)包围,其中在u形缝隙环(7)与外壳(2)之间设有轴向节流缝,并且在缝隙环(7)与旋转的零部件(1)之间设有以介质充满的且通流的径向缝。
【IPC分类】F04D29/16
【公开号】CN104903588
【申请号】CN201380053213
【发明人】J.H.伦克
【申请人】Ksb 股份公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年9月17日
【公告号】DE102012218606A1, EP2906829A1, US20150275912, WO2014056682A1