具有污染检测系统的轴密封组件的制作方法

本申请要求于2013年10月10日递交的美国临时申请No.61/889,411的优先权，其通过引用全部合并于此。

技术领域

本发明涉及用于旋转设备的密封组件，且具体用于轴密封组件，请涉及用于监测密封组件完整性的系统。

背景技术：

轴密封装置通常用于保护各种类型旋转设备中轴承环境的完整性。但是，许多这些密封装置可能会快速磨损或失效。在这种失效之后，污染物(例如水分)会经常进入轴承润滑贮存器(即密封装置的隔绝侧)，对旋转设备造成损坏。

目前方法用在检测密封件隔绝侧水分/污染物的行业，其通知用户密封件完整性已经丧失或变差。例如在使用机械密封件以防止潜水泵的油装填轴承组件进入泵送介质(即水)时，传感器置于油中。油中水分的检测触发警报。对于油脂装填的组件，将传感器定位在油脂中通常无法检测污染物的存在。进而，在初始运行期间通常用杆颈的油脂覆盖感测装置，由此防止污染物接触并由此触发传感器。即使传感器在润滑介质被污染时被触发，也可能已经发生了密封件隔绝侧上轴承或其他部件的不良效果或损坏。

技术实现要素：

在第一方面，提供一种用于将流体通道相对于污染物密封的密封组件。流体通道通过进入壳体中开口的旋转轴形成。流体通道连接壳体的内部和壳体的外部。密封组件包括第一密封构件和第二密封构件，它们将流体通道分为露出到壳体内部的内部部分、露出到外部的打开部分和在内部部分和打开部分之间流体密封的密封部分。传感器设置在密封部分中且配置为感测密封部分中的污染物。

在一些实施例中，密封组件进一步包括静止构件，其围绕轴且固定到壳体。密封组件进一步包括可旋转构件，其固定到轴的邻近部分。可旋转构件和静止构件，它们将连接壳体的内部和壳体的外部的流体通道分开。

在其他一些实施例中，第一密封构件固定在可旋转构件和静止构件之间。

在另一实施例中，静止构件和可旋转构件相互啮合以在流体通道中形成曲径。

在另一实施例中，曲径是第一密封构件。

在一些实施例中，第二密封构件固定到静止构件。

在其他一些实施例中，第一和第二密封构件固定到静止构件。

在另一实施例中，可旋转构件是挡环。

在另一实施例中，形成在静止部分中的端口从曲径延伸通过静止部分，使得运动构件的旋转期间，污染物在进入密封部分之前通过端口离开曲径。

在一些实施例中，第一密封构件是弹性材料密封环且第二密封构件是弹性材料密封环。

在其他实施例中，轴将马达联接到泵。

在其他一些实施例中，传感器电子地联接到控制器，所述控制器配置为发送表明检测到污染物的警报信号。

在另一实施例中，传感器固定到静止构件且延伸到形成在静止构件中的环形凹部。

在另一实施例中，传感器检测水分。

在一些实施例中，壳体包括轴承空腔。

在其他一些实施例中，壳体包括在用于泵的马达中的轴承空腔。

在第二方面，提供了用于泵的马达，其包括壳体和延伸穿过壳体中开口的可旋转轴。马达进一步包括密封组件，其围绕轴且在开口处针对壳体外部的污染物进行密封。密封组件包括围绕轴且固定到壳体的静止构件。可旋转构件固定到轴的邻近部分，可旋转构件和静止构件形成将壳体的内部连接到壳体外部的流体通道。第一密封构件和第二密封构件，将流体通道分为露出到壳体的内部的内部部分、露出到壳体的外部的打开部分、和设置在内部部分和打开部分之间并将二者密封的密封部分。至少一个传感器设置在密封部分中且配置为感测密封部分中的污染物。

在一些实施例中，静止构件和可旋转构件彼此相互啮合，以在流体通道中形成曲径。

在其他一些实施例中，端口形成在静止构件中，且从曲径延伸通过静止构件，使得在可旋转构件的旋转期间，污染物在进入密封部分之前通过端口离开曲径。

在另一实施例中，曲径是第一密封构件。

在另一实施例中，至少一个传感器是检测水分的传感器。

在其他一些实施例中，至少一个传感器电子地联接到控制器，所述控制器配置为发送信号以告知在密封部分中检测到污染物。

在另一实施例中，至少一个传感器固定到静止构件且延伸到形成在静止构件中的环形凹部。

在另一实施例中，第一和第二密封构件固定到静止构件，以形成密封部分。

在一些实施例中，第一密封构件固定到在静止构件和可旋转构件之间；第二密封构件固定到静止构件。

在其他一些实施例中，壳体包括轴承空腔。

在第三方面，提供用于将密封组件固定到电动机壳体的方法。密封组件将进入壳体的旋转轴相对于污染物密封。方法包括将静止构件固定到壳体，以便围绕旋转轴；可旋转构件固定到旋转轴的邻近部分用于与之旋转。可旋转构件定位在静止构件附近，以在它们之间形成流体通道。流体通道连接壳体的内部和壳体的外部。第一密封构件和第二密封构件设置为将流体通道划分为内部部分、打开部分和密封部分。内部部分露出到壳体的内部，打开部分露出到壳体的外部，且密封部分设置在内部部分和打开部分之间。传感器定位在密封部分中以感测密封部分中的污染物。

在一些实施例中，可旋转构件和静止构件形成为使得它们相互啮合且在流体通道中形成曲径。

在其他实施例中，设置第一密封构件包括在打开部分中形成曲径。

在另一实施例中，方法包括在静止构件中机加工出至少一个腔室，以承装传感器。

在另一实施例中，将传感器定位在密封部分中包括将传感器定位为用于检测密封部分中的水分。

在一些实施例中，方法进一步包括将水分传感器联接到控制器，所述控制器配置为发送信号以告知中检测到污染物。

在其他一些实施例中，设置第一密封构件包括设置弹性材料密封环，且设置第二密封构件包括设置弹性材料密封环。

在另一实施例中，设置第一和第二密封构件包括将第一和第二密封构件固定在静止构件上，以密封地接合可旋转轴。

在另一实施例，设置第一和第二密封构件包括将第一密封构件固定在静止构件和可旋转构件之间且将固定到静止构件。

在另一实施例中，将可旋转构件固定到旋转轴的邻近部分包括将挡环固定到旋转轴。

在第四方面，提供一种用于提供用于检测密封件完整性丧失的方法。密封件具有第一密封构件和与第一密封构件间隔开的第二密封构件且形成用于将轴承空腔相对于污染物密封的密封部分。方法包括通过传感器监测密封部分以检测密封部分中污染物的存在。

在一些实施例中，检测污染物的存在包括检测密封部分中的水分。

在其他一些实施例中，监测密封部分包括在水分进入第一密封构件之后和在水分进入轴承空腔之前检测水分的存在。

在另一实施例中，响应于检测到污染物的存在，产生警告以通知密封件完整性的丧失。

其他方面、特征和优点从下列的详细描述并接合附随的附图可以得到理解，所述附图为本发明的一部分且通过例子显示了本发明的原理。

附图说明

图1是具有污染物检测系统的ROTO动力泵系统的示意性侧视图。

图2A是具有污染物检测系统的密封组件的截面侧视图。

图2B是图2A的密封组件的近距视图。

图2C是沿线2C—2C截取的图2B所示密封组件的截面图。

图3是配置为检测污染物的密封组件的额外实施例的截面侧视图。

具体实施方式

图1是ROTO动力泵(roto-dynamic pump)系统100，其中密封组件115采用污染物检测系统101以在污染物进入且污染密封区域之前检测污染物的存在且由此检测密封组件115的完整性的丧失。在图1示出的实施例中，泵系统100包括泵105，例如离心泵，用于将流体从流体入口102泵送通过流体出口104。设置在壳体120中的马达130经由旋转轴110驱动所述泵105，所述旋转轴110延伸通过马达壳体120中的开口112。

如图1所示，轴110被支撑为在壳体120中通过一对轴承142和144作旋转运动。密封组件115和第二密封组件116用于将轴承润滑腔室140中的润滑剂进行密封和防止污染。例如，密封组件115固定到壳体120以防止和/或基本上消除进入壳体120和润滑腔室140的污染物，且由此防止对轴承144造成污染和潜在地造成损坏。如下文详细描述的，污染物检测系统101配置为在污染物进入润滑腔室140之前警告用户密封组件115的完整性例如已经变差，以降低或消除对轴承144的损坏。

参见图2A-2C，示出了具有密封组件250的ROTO动力泵系统200的实施例。在图2A-2C示出的实施例中，密封组件250配置为将流体通道240相对于污染物密封。具体如图2B所示，密封组件250包括第一密封构件252和与第一密封构件252间隔开的第二密封构件254，两者围绕轴210。第一密封构件252和第二密封构件254将流体通道240划分为露出到壳体205的内部221的内部部分246、露出到围绕壳体205的外部区域223的打开部分242、和在内部部分246和打开部分242之间流体密封的密封部分244。如下文详细描述的，污染物检测系统101(图1)经由延伸进入密封部分244中的一个或多个传感器260通过检测密封部分244中污染物(即水分和/或其他不期望物质)的存在而监测密封组件250的完整性，且具体监测第一和第二密封构件252和254的完整性。在密封部分244内部的这种检测用于在进入壳体205的内部221(且特别是在轴承220内部)的这种污染物对其造成损坏之前对密封组件250的完整性丧失做出指示。

如图2A所示的，壳体205的内部221流体连接到轴承220，所述轴承被通过润滑端口211提供的润滑剂润滑。取决于针对轴承220选择的具体轴承类型，润滑剂包括油或油脂或任何其他适当的润滑物质。润滑剂保持在润滑壳体213中形成的润滑腔室214中，其固定到壳体205。在本文公开的实施例中，润滑剂通过端口211进入腔室214。多余润滑剂随后通过润滑剂排出部216排出并进入壳体205。

图2A和2B所示的密封组件250包括静止构件215和可旋转地定位在静止构件215附近的可旋转构件225。具体说，静止构件215围绕轴210且经由端部覆盖件217固定到壳体205，所述覆盖件固定到壳体205且相对于壳体205保持静止。可旋转构件225定位在静止构件215附近且绕轴210固定以用于与之旋转。在图2A所示的实施例中，挡环(flinger)227可选地设置为绕轴210固定且可与之旋转，使得在运行期间挡环227阻挡污染物和其他碎屑进入密封组件250。

可旋转构件225与静止构件215互相啮合以形成流体通道240的打开部分242。由此，流体通道240形成在静止构件215的内壁和轴210的外表面之间且进一步在可旋转构件225和静止构件215之间形成的通道之间延伸。在图2A和2B示出的实施例中，形成在可旋转构件225和静止构件215之间的通道240的部分径向地向外延伸到外部区域223，在图2B示出的实施例中，外部区域223形成曲径258，其在下文进一步详细描述，其用作轴210旋转期间的密封结构。

具体参见图2B，第一密封构件252固定在流体通道240中且设置在分别形成于静止构件215和可旋转构件225中的沟槽262和264中。第二密封构件254绕静止构件215固定且设置在静止构件215中形成的沟槽266中。根据一些实施例，密封构件252和254是弹性材料密封环，例如腈或尼龙O型环，其大小设置为分别到装配沟槽262、264和266中。

继续参考图2B，在轴210和旋转构件225旋转期间，离心力有助于防止污染物沿朝向第一密封构件252的方向行进通过曲径258。在该构造中，因此，通过第一密封构件252提供的功能是对可能经过曲径258的污染物进行密封，其动态地密封所述密封部分244。离心力排出和/或迫使位于打开部分242中(包括在曲径258中)的污染物经过通过静止构件215形成的端口270且进入外部区域223。根据一些实施例，密封组件250可操作为使得第一密封构件252是曲径258，使得曲径和第二密封构件254形成密封部分244。

污染物检测系统101包括固定到静止构件215的传感器260，所述传感器260延伸到形成于密封部分244中的环形凹部268中，用于感测由于密封组件250的完整性的丧失而在其中迁移的污染物。例如，在第一密封件252被损坏且无法密封的情况下，传感器260检测密封部分244中水分或任何其他污染物的存在。在图2A示出的实施例中，传感器260经由有线连接而连接到检测电路290，但是在替换实施例中这种连接包括通过例子方式实施的无线连接。响应于检测污染物的传感器260，信号被发送到检测电路290，其又输出警报信号，以通知密封组件250的失效。根据一些实施例，单个传感器260用于检测；然而，在其他实施例中，两个或更多传感器260固定到静止构件215用于改善准确性和/或可靠性。如图2C所示的，多个传感器280和282径向地置于静止构件215中且延伸到环形凹部268中。传感器260可以是能检测污染物的任何类型的传感器，例如用于基于导电性的改变而检测水分的传感器。例如，在图2C示出的实施例中，密封部分244中污染物的积累形成一对传感器280和282之间的导电路径，其将用于触发警报信号的电路闭合。根据一些实施例，基于电导水平，可以识别密封件252、254中的哪个已经失效。例如，油具有与水不同的电导率，且因此，警报可配置为基于使得进入密封组件250的流体类型(例如水进入了密封件252)警告操作者具体的密封件失效。

图3是通常显示为密封组件300的另一密封组件的截面图。类似于密封组件250，密封组件300被泵系统100或任何其他相似系统采用。密封组件300配置为将旋转轴310和壳体305之间的间隙进行密封，防止受到从外部区域323进入的污染物的影响。

在图3示出的实施例中，密封组件300包括围绕轴310的静止构件317且固定到壳体305。可旋转构件327(例如是挡环)可选地固定到轴310以用于与之旋转。可旋转构件327在定位在静止构件317附近时形成将壳体305的内部321连接到外部区域323的流体通道340。内部321流体连接到的形成在润滑壳体313中的润滑腔室314。在操作中，润滑端口311提供用于让润滑剂进入壳体305的路径，以便对轴承320进行润滑。润滑剂(在油的情况下)循环通过轴承320和润滑腔室314且经由排出部316离开，用于最后通过润滑端口311返回到壳体305。

在图3示出的实施例中，密封组件300包括第一密封构件352和第二密封构件354，两者固定到静止构件317。如所示的，密封构件352和354将流体通道340划分为内部部分346、打开部分342和设置在内部部分346和打开部分342之间的密封部分344。在图3示出的实施例中，内部部分346流体连接到壳体305的内部321，且打开部分342流体连接到外部区域323。至少一个传感器360设置在密封部分344中且配置为感测存在于密封部分344中的污染物，例如水分。

在一些实施例中，静止构件317和可旋转构件327彼此互相啮合，以在流体通道340的打开部分342中形成曲径358。如之前所述的，曲径358配置为响应于轴310和可旋转构件327的旋转而将污染物重新引导离开壳体305。具体说，捕获的污染物响应于可旋转构件327的旋转而通过静止构件317中的端口399从打开部分342排出。

根据一些实施例，类似于传感器260，传感器360是用于检测已经进入第一密封构件352中的水分的传感器。传感器360电子联接到警报系统390，所述警报系统配置为警告用户或操作者第一或第二密封构件352或354中的至少一个失效。在一些实施例中，第一和第二密封构件352是弹性材料密封环，但是应理解密封构件352和354可以以其他方式形成。

本文公开的实施例还提供用于将密封组件250、300固定到马达壳体120的方法。方法包括将静止构件217、317固定到壳体205、305，以围绕旋转轴210、310和保持密封组件250、350。可旋转构件227、327固定到旋转轴210、310的邻近部分，用于与之旋转。可旋转构件227、327定位在静止构件215、317附近且形成流体通道240、340。流体通道240、340连接壳体205、305的内部221、321和壳体205、305的外部区域223、323。第一密封构件252、352和第二密封构件254、354设置为将流体通道240、340密封地划分为内部部分246、346、打开部分242、342和密封部分244、344。内部部分246、346露出到壳体205、305的内部221、321，打开部分242、342露出到壳体205、305的外部区域223、323，且密封部分244、344设置在内部部分246、346和打开部分242、342之间。传感器260、360定位在密封部分244、344中以感测密封部分244、344中的污染物。

本文公开的实施例提供的优点例如是检测密封组件的完整性的丧失，使得密封件的修理和/或更换可在对轴承造成损坏或对内部部分造成污染之前执行。对于油脂装填的组件，将传感器置于在油脂中不一定能检测到污染物的存在。干净油脂可在初始运行期间覆盖感测装置且由此污染物不能穿透该油脂而触发传感器。进一步，如果传感器仅在润滑介质被污染时触发，则对轴承或密封区域的负面效果可能已经发生。由此，本文提供的实施例提供了在水分或其他污染物进入主或第一密封件之后且进入密封区域之前检测其存在的传感器设备。进而，本文提供的实施例将传感器与油脂或其他润滑剂隔离，以确保检测能力。

在一些实施例的前面描述中，出于清楚的目的给出了具体术语。然而，本说明书不是要限制为如此选择的具体术语，且应理解，每一个具体术语包括以相似的方式以实现相似的技术目的的其他技术等价形式。例如“左”和“右”、“前”和“后”、“高"和“低”等术语出于方便使用，以提供参考点且不应被认为是限制性。

在本说明书中，词语“包括”应被理解为其是开放式的，即有包含的意思，且由此不应被限制为关闭式的(其为仅具有的意思)。相应的含义对应于词语“包括”、“包含”、和“具有”。

此外，前面仅描述了本发明的一些实施例，且在不脱离公开实施例的范围和精神的情况下可以做出替换、修改、增加和/或改变，实施例是说明性的而不是限制性的。

进而，本发明并不限于示出的实施方式，相反的，目的是覆盖包括在本发明的精神和范围中的各种修改和等效结构。还有，如上所述的各种实施例可以与其他实施例结合实施，例如一个实施例的方面可以与另一实施例的方面组合，以实现其他实施例。进一步地，每一个独立的特征或任何给定组件的部件可以构成额外的实施例。