盘式堆叠离心分离器的制作方法

本发明涉及一种盘式堆叠离心分离器，其包括主轴及围绕主轴布置的密封件。

背景技术：

盘式堆叠离心分离器包括连接至主轴的转子，该主轴由包括例如电动马达的驱动布置驱动。转子内存在分离空间，其中布置了截头圆锥形分离盘的堆叠。流体进料混合物供给到分离空间和盘堆叠中，且在转子的旋转期间分离成至少轻流体相和重流体相。轻流体相和重流体相可持续地引导到转子外。

主轴通常垂直地布置在离心分离器的壳体中。主轴在主轴的第一轴向端部处轴颈支撑在壳体中，且转子连接至主轴的第二轴向端部。主轴在固定地定位于壳体中的轴承布置中在第一轴向端部处轴颈支撑。尽管主轴可在沿主轴的另外的位置处轴颈支撑，但轴承布置为主轴唯一的轴颈支撑，其相对于壳体固定。

主轴从轴承布置到转子延伸穿过壳体的两个或更多空间。理想地，该不同空间彼此密封，且随着时间已尝试过许多密封布置。然而，三个方面使沿盘式堆叠离心分离器的主轴密封复杂化。主轴与转子一起以超临界速度旋转，上面提及的在主轴的仅一个轴向端部处固定地轴颈支撑，以及主轴的高圆周速度。

与在主轴的仅一个端部处固定地轴颈支撑轴承布置一起，超临界转速导致主轴的偏移。因此，主轴不沿着直轴线居中，而是可在沿着主轴的一个或多个位置处偏移达到几毫米。偏移量取决于例如离心分离器大小、转子重量及主轴尺寸。高圆周速度会对抵靠主轴的橡胶或聚合物材料造成损坏。因此，抵靠主轴且跟随主轴的任何偏移的弹性密封元件的使用不可用。例如，普通的翻唇密封件(simmeringseal)可使用达到约12m/s的圆周速度。包括ptfe的密封件使用达到约30m/s的圆周速度，但将不能以如此高的圆周速度承受主轴的径向运动。离心式分离器的主轴处的圆周速度可达到50m/s或以上。

在盘式堆叠离心分离器的壳体的两个空间之间围绕主轴使用的一种已知类型的密封元件包括u形ptfe环。ptfe环利用ptfe环与主轴之间的空间围绕主轴延伸，使得偏移主轴不与ptfe环接触。虽然ptfe环与主轴之间的狭窄空间在一定程度上提供密封，但仍然可发生在壳体的两个空间之间沿着主轴的流体的一些转移。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种盘式堆叠离心分离器，其带有围绕其主轴的有效密封。

根据本发明的方面，该目的通过用于从流体进料混合物分离轻流体相和重流体相的盘式堆叠离心分离器实现。离心分离器包括壳体、主轴和转子，其中主轴在主轴的第一轴向端部处轴颈支撑在壳体中，且转子连接至主轴的第二轴向端部。主轴仅在第一轴向端部处固定地定位在壳体中的轴承布置中轴颈支撑。离心分离器包括布置在主轴和壳体之间的密封件。密封件布置在距轴承布置一定距离处，在该处，主轴遭受偏移。密封件包括与壳体相关联的圆柱形内表面、主轴中或与主轴相关联的旋转部件中的圆形开槽，以及布置在开槽中且抵靠圆柱形内表面的活塞环。

由于密封件包括布置在开槽中且抵靠圆柱形内表面的活塞环，故提供了在主轴和壳体之间经受主轴偏移的密封件。结果，实现了上述目的。

盘式堆叠离心分离器（其在下文中也可称为离心分离器）可由驱动布置（例如包括电动马达和传动装置）驱动，其可包括带驱动和/或齿轮，或包括直接安装于主轴上的马达。换句话说，连接到其上的主轴和转子通过驱动布置围绕旋转轴线旋转。转子内存在分离空间，其中布置了截头圆锥形分离盘的堆叠。流体进料混合物可包括至少两种不能混合的流体相（气体和/或液体），且还可选地包括固体物质。因此，根据一些实施例，在转子的旋转期间，流体进料混合物不仅可分离成轻流体相和重流体相，而且可分离成包含固体物质的淤渣。

主轴可垂直地布置在壳体中。主轴仅在第一轴向端部处固定地定位在壳体中的轴承布置中轴颈支撑需要主轴可在沿其延伸部的另外的点处受支撑或轴颈支撑。然而，在这种情况下，此支撑或轴颈支撑弹性地定位在壳体中。换言之，轴承布置为主轴唯一的轴颈支撑，其相对于壳体固定。

活塞环可由金属材料制成。活塞环可为内燃机中使用的用于使活塞相对于圆柱孔密封的类型。活塞环可包括缝隙（例如径向缝隙）以允许活塞环安装于开槽中。开槽可具有比活塞环小的内径。开槽可在主轴的轴向方向上比活塞环更宽。活塞环可为弹性的且相对于圆柱形内表面向外偏置。

密封件可布置在壳体的两个空间之间。其中一个空间可为与离心分离器的周围环境连通的空间。

根据实施例，壳体可包括邻近圆柱形内表面的圆锥形表面。如此，可以容易地组装密封件。在将主轴插入壳体中之前，使活塞环布置在主轴或旋转部件中的开槽中。当主轴插入壳体中时，活塞环抵靠圆锥形表面且随着主轴进一步插入壳体中达到其最终轴向位置在活塞环沿着圆锥形表面滑入圆柱形内表面时受压。

根据实施例，与主轴相关联的旋转部件可包括皮带轮，且开槽可设置在旋转部件中。如此，密封件可与离心分离器的驱动布置的皮带轮相关联地设置。

根据实施例，密封件可邻近主轴的第二轴向端部设置。如此，密封件可将包围转子的转子空间与壳体沿着主轴的其它部分密封。

根据实施例，密封件可邻近壳体内的排液空间设置，排液空间围绕主轴且邻近壳体内包围转子的转子空间布置。如此，可沿主轴密封排液空间。

根据实施例，主轴可构造成以超临界速度旋转。

根据实施例，离心分离器可包括多于一个与根据本文公开的方面和/或实施例的类型相同的密封件。

根据实施例，离心分离器可构造成在浮动船只上使用。离心分离器可例如用于将油与舱底水分离，用于清洁内燃机中使用的重燃料油，用于清洁润滑油等。根据备选实施例，离心分离器可构造成用于通常使用离心分离器的一种或多种其它应用中。

在研究所附权利要求和以下详细描述时，本发明的另外的特征和优点将变得显而易见。

附图说明

本发明的各个方面(包括其特定特征及优点)将从以下详细描述和附图中论述的示例性实施例容易地理解，其中：

图1示出了穿过根据实施例的盘式堆叠离心分离器的截面，

图2a和图2b示出了图1的离心分离器的主轴和密封件的细节，以及

图3示出了根据实施例的盘式堆叠离心分离器的主轴的细节。

具体实施方式

现在将更充分地描述本发明的方面。相似的数字始终是指相似的元件。为了简洁和/或清楚起见，不一定对众所周知的功能或构造详细描述。

图1示出了穿过根据实施例的盘式堆叠离心分离器2的截面。离心分离器2包括壳体4、主轴6和转子8（示意性示出）。壳体4可包括多于一个独立部分，且因此可由多个部分组装。离心分离器2的驱动布置构造成使主轴6和转子8以超临界速度围绕旋转轴线10旋转。在这些实施例中，驱动布置包括电动马达（未示出），且带驱动包括连接至主轴6的皮带轮12。转子6内存在分离空间14，其中布置了截头圆锥形分离盘16的堆叠。离心分离器2构造成用于从流体进料混合物分离轻流体相和重流体相。在图1中省略了用于流体进料混合物的入口和用于分离相的出口。

在这些实施例中，主轴6基本垂直地布置在壳体4中。主轴6在主轴6的第一轴向端部18（即，在这些实施例中的主轴6的下端部）处轴颈支撑在壳体4中。转子8连接至主轴6的第二轴向端部20，即，在这些实施例中的主轴6的上端部。在其它实施例中，转子可悬置在主轴的下端部处，且主轴可在其上端部处轴颈支撑。

主轴6仅在第一轴向端部18处固定地定位在壳体中的轴承布置22中轴颈支撑。在这些实施例中，轴承布置22包括一个球形滚子轴承。在这些实施例中，主轴6还在第二轴向端部20下方轴颈支撑。与在第一轴向端部18处轴颈支撑相反，在第二轴向端部20下方轴颈支撑包括弹性地定位在壳体4中以允许第二轴向端部20的偏移的轴承。在备选实施例中，轴承布置22可包括多于一个轴承，例如两个、三个或更多轴承。

离心分离器2包括布置在主轴6与壳体4之间的密封件24。密封件24将参照图2a和图2b详细论述。在这些实施例中，密封件24邻近壳体4内的第一空间23布置。第一空间34围绕主轴6，且构造成在离心分离器2的操作期间包含油雾。如此，密封件24可防止油雾及油沿主轴6逸出第一空间23。

在其它实施例中，密封件24可布置在围绕主轴6的其它位置处，以将壳体4的两个空间彼此密封。根据另外的实施例，离心分离器2可包括多于一个本文公开的类型的密封件24。

图2a和图2b示出了图1的离心分离器的主轴6和密封件24的细节。参考图2a，密封件24布置在距轴承布置22一定距离处，在该处，主轴6由于仅在其第一轴向端部18处固定地定位在壳体4中而遭受偏移。此偏移可在0.1mm至5mm或更大的范围内，这取决于例如距轴承布置22的距离及主轴6的尺寸。密封件24和轴承布置22之间的距离可为例如50mm或更大。在具有包括多于一个轴承的轴承布置22的实施例中，密封件24布置为距所述多于一个轴承中最接近密封件24的那个轴承一定距离。

参照图2b，密封件24包括与壳体4相关联的圆柱形内表面26、与主轴6相关联的旋转部件30中的圆形开槽28以及布置在开槽28中且抵靠圆柱形内表面26的活塞环32。在这些实施例中，与主轴6相关联的旋转部件30包括驱动布置的皮带轮12。圆形开槽28设置在旋转部件30中。在其它实施例中，圆形开槽同样设置在主轴中。

活塞环32在主轴6的旋转方向上是静止的，且活塞环32可沿着圆柱形内表面26轴向移动。因此，在离心分离器的使用期间，活塞环32仅相对于主轴6且不相对于圆柱形表面26遭受旋转相对运动。活塞环32和旋转部件30之间的旋转相对运动发生在圆形开槽28中。活塞环32沿着圆柱形内表面26的轴向可动性允许密封件24的容易的组装，以及在离心分离器的使用期间主轴6和圆柱形内表面26之间的轴向移位。此轴向移位可例如由于从转子8排出淤渣相或在汹涌的波涛期间当离心分离器在浮动船只上使用时发生。

开槽28具有径向深度，其在活塞环32抵靠圆柱形内表面26时允许活塞环32带有径向游隙布置在开槽28中，从而允许主轴6径向偏移而不在密封件24上施加任何应变。因此，径向游隙适当地略大于主轴6在密封件24处的偏移。活塞环32可由例如铸铁制成。活塞环32可为用在内燃机中以用于将活塞相对于圆柱孔密封的类型。活塞环32可具有例如3-12mm的径向厚度以及例如2-8mm的轴向高度。活塞环32可为弹性的，径向向外朝圆柱形内表面26偏置，以确保相对于圆柱形内表面26的可靠的抵靠和密封。因此，在未组装状态下，活塞环32具有比圆柱形内表面26更大的直径。活塞环32可构造成容易地定位在开槽28中。因此，活塞环32可包括例如径向缝隙，或相对于旋转轴线倾斜的径向缝隙，或包括在轴向方向上可见的至少两个重叠梯级的缝隙，或者活塞环32可包括两个或更多的邻接的螺旋形匝。开槽28在主轴6的轴向方向上比活塞环32更宽，以允许活塞环32和旋转部件30之间的相对旋转。仅作为示例提及，开槽28可在轴向方向上比活塞环32宽0.05-0.2mm。

壳体4包括与圆柱形内表面26相邻的圆锥形表面34。如上面论述的那样，这有助于密封件24的组装。圆锥形表面34连接到圆柱形内表面26。因此，活塞环32可在密封件24的组装期间沿圆锥形表面34滑入圆柱形内表面26。圆锥形表面34设置在壳体4的单独部分35中。仅作为示例提及，圆锥形表面34可与主轴6的旋转轴线10成例如10-45度的范围内的角度延伸。在所示实施例中，圆锥形表面34以与主轴6的旋转轴线10成25度的角度延伸。

仅作为示例提及，离心分离器2具有为5.5m³/h的液压容量且包括以12000rpm驱动的转子8、具有约30mm的直径的主轴和在密封件24处具有约80mm的直径的旋转部件30，其可在轴承布置22的上轴承与密封件24之间具有约60mm的距离。在此离心分离器中，当主轴6经过临界速度时，密封件24处的最大径向偏移约为1mm，且密封件24处的超临界速度下的径向偏移约为0.1mm。因此，活塞环32在开槽28中的径向游隙可为1.2mm，以允许主轴6经过临界速度而不损坏密封件24。

另外，仅作为示例提及，离心分离器2具有38m³/h的液压容量且包括以5300rpm驱动的转子8、具有约70mm的直径的主轴6和在密封件24处具有约165mm的直径的旋转部件30，其可在轴承布置22的上轴承与密封件24之间具有约90mm的距离。在此离心分离器中，当主轴6经过临界速度时，密封件24处的最大径向偏移约为1.5mm，且密封件24处的超临界速度下的径向偏移约为0.3mm。因此，活塞环32在开槽28中的径向游隙可为1.7mm，以允许主轴6经过临界速度而不损坏密封件24。

图3示出了根据实施例的盘式堆叠离心分离器2的主轴6的细节。离心分离器2与图1的实施例为相同的类型。在这些实施例中，结合图2b论述的类型的密封件24邻近主轴6的第二轴向端部20设置。此外，在这些实施例中，离心分离器2包括结合图2b论述的类型的两个密封件24,24'。

第一密封件24沿着主轴6将转子空间36与转子空间36下方的排液空间38密封。转子空间36形成于壳体4中且包围转子（未示出）。排液空间38可设置成从转子空间36收集泄漏的流体，以安全地排出此流体，而不是让流体污染壳体4的剩余空间。因此，第一密封件24邻近排液空间38设置。第二密封件24'与第一密封件24相对地设置在主轴6的周围。因此，可密封排液空间38以免泄漏到壳体4的下部空间中。

另外，每个密封件24,24'包括与壳体4相关联的圆柱形内表面26,26'、与主轴6相关联的旋转部件30,30'中的圆形开槽28,28'和布置在开槽28,28'中且抵靠圆柱形内表面26,26'的活塞环32,32'。开槽28,28'设置在旋转部件30,30'中。与主轴6相关联的旋转部件30,30'中的每一个在这些实施例中包括凸缘40,40'。此外，壳体4包括邻近圆柱形内表面26的圆锥形表面34，以助于密封件24,24'的组装。圆锥形表面34设置在壳体4的单独部分中，此单独部分在主轴6已经放置在壳体4中且在主轴6的第一轴向端部处放置在轴承布置中之后组装。

本发明不应解释为仅限于本文所阐述的实施例。本领域技术人员将认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本文公开的实施例的不同特征可以组合以产生不同于本文所描述的那些的实施例。虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，许多不同的改变、修改等将变得显而易见。离心分离器可例如包括图3中所示的实施例的密封件24,24'中的仅一个。根据另外的实施例的离心分离器可包括图1-图2b中所示的密封件以及图3中所示的密封件24,24'中的一者或两者。因此，应当理解，前述内容是各种示例性实施例的示范，且本发明仅由所附权利要求限定。

如本文所使用的用语“包括”或“包含”是开放式的，且包括一个或多个所述特征、元件、步骤、部件或功能，但不排除其中存在或添加一个或多个其它特征、元件、步骤、构件、功能或其组合。