專利名稱：旋轉(zhuǎn)軸的密封裝置,特別是用于船舶螺旋槳軸的尾軸管密封裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，特別是用于船舶螺旋漿軸的尾軸管密封裝置，這種密封裝置具有(或者沒有)軸套管，軸套管與較冷的液態(tài)介質(zhì)(最好是水)和較熱的介質(zhì)(最好是潤滑油)相鄰，此外，在軸套管上還有兩個或多個由固定支承系統(tǒng)支承的密封環(huán)，這些密封環(huán)構成了唇形密封和/或滑環(huán)密封，軸套管還裝有冷卻密封環(huán)的裝置，該冷卻裝置具有通過軸和/或支承系統(tǒng)的構槽，這些溝槽用于在一個封閉循環(huán)中循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)。
這種類型的密封裝置已由DE-OS2239570，2409954、3535855和3818890公開，在這些密封裝置中，通過一個溝槽系統(tǒng)實現(xiàn)冷卻介質(zhì)循環(huán)，該溝槽系統(tǒng)與軸和/或通過密封環(huán)支承系統(tǒng)的溝槽接通，并且閉合在密封裝置以外的循環(huán)中。在該循環(huán)中有一輸送機構以保持循環(huán)，并且通常接通一個冷卻源或者一個與這種冷卻源共同作用的熱交換器，這樣自然就需要相當大的設備費用。另一個困難在于，這種循環(huán)介質(zhì)必須同時滿足冷卻功能和潤滑功能的要求，這兩種功能不能被充分滿足，而只是進行了某種折中。此外，當這種溝槽安置在軸或者軸套管上時，由于溝槽溢流孔的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生冷卻介質(zhì)的壓力沖擊，由此發(fā)生振動，這種振動使密封環(huán)承受額外的應力，特別是當密封環(huán)構成唇形密封時更明顯。
本發(fā)明的任務是克服上述的困難和不足，繼續(xù)發(fā)展前述類型的密封裝置，即放棄外部系統(tǒng)和冷卻源，將冷卻介質(zhì)與潤滑介質(zhì)分開，避免有害的振動。該任務是這樣解決的溝槽總是構成熱導管，或者構槽容納獨立的熱導管，每一個熱導管向外是封閉的，該熱導管具有吸收外部熱的部分(熱段)，在該部分冷卻介質(zhì)汽化，該熱導管還具有向外放出熱量的部分(冷段)，在這一部分蒸汽冷凝，同時在熱導管的熱段與冷段之間，實現(xiàn)冷卻介質(zhì)循環(huán)，為了冷凝物回流，熱導管配置了毛細管，該毛細管穿過熱導管的內(nèi)表面，必要時還可經(jīng)過熱導管內(nèi)腔的一部分而延伸，熱導管的尺寸和位置應當如此選擇，即其熱段位于密封環(huán)的區(qū)域，其冷段位于冷介質(zhì)的區(qū)域，冷卻介質(zhì)如此選擇，即其沸點在熱導管內(nèi)的壓力下略低于密封環(huán)能承受的溫度。
通過DE-OS1904105還知道，為了冷卻，已使用過熱導管(也稱熱管)，這種熱導管向外是封閉的并且設置一個從外面吸熱的部分(在這一部分冷卻介質(zhì)汽化，即熱段)和一個向外面?zhèn)鳠岬牟糠?在這一部分蒸汽冷凝，即冷段)，同時，在熱導管的熱段與冷段之間實現(xiàn)冷卻介質(zhì)的循環(huán)，為了冷凝液的回流設置了一種毛細管形的導流裝置，這種毛細管穿過內(nèi)表面，也許還經(jīng)過熱導內(nèi)腔的一部分而延伸，然而，這種熱導管至今還沒有在軸-密封裝置中用來冷卻密封環(huán)，盡管技術界早已熟知，這種熱導管在很小的溫差下可以輸送相當大的熱流。
通過本發(fā)明的具體實施例，克服所說的不足，可實現(xiàn)冷卻過程的自主控制，因為利用了冷卻作用，即當密封環(huán)的溫度由于摩擦升高到一定程度時，熱段進入氣化過程，當溫度降低時氣化過程停止，冷卻也停止了。這種控制過程也可以理解為一種安全過程，例如，在快要結(jié)冰的水流中，密封環(huán)的過度冷卻會導致有害的冰形成。
本發(fā)明的特征還在于可使用水、乙醇或其它具有相近沸點的液體作為冷卻介質(zhì);
熱導管僅僅配置在密封環(huán)的支承裝置的區(qū)域;
在一個具有軸套管的軸上，熱導管僅僅配置在軸套管的壁內(nèi);
軸套管沿縱向分成兩個套筒形部分，用于熱導管的溝槽設置在這兩部分的接合區(qū)域;
當使用具有多個軸向并列設置的密封環(huán)的密封裝置時，這些密封環(huán)的一部分朝向熱介質(zhì)，另一部分朝向冷介質(zhì)，導熱管的長度和相對密封環(huán)的軸向位置應當如此選擇，即冷卻作用只對這些密封環(huán)中的幾個有利;
熱導管的“熱段”僅僅延伸至朝向冷介質(zhì)的密封環(huán)區(qū)域;
熱導管的“熱段”僅僅延伸至朝向熱介質(zhì)的密封環(huán)區(qū)域，并且熱導管壁在朝向冷介質(zhì)的密封環(huán)區(qū)域是絕熱的;
毛細管通過至少一根沿著熱導管內(nèi)壁的線構成。
毛細管通過在熱導管內(nèi)壁設置平行的，最好是螺旋線形走向的構槽構成。
如權利要求2所述，作為冷卻介質(zhì)，可利用水、乙醇或其它具有相近沸點的液體，同時它們也應具有優(yōu)良的熱傳導性。
按照權利要求3和4，用于熱導管的溝槽僅僅在軸或軸套管內(nèi)或者在密封環(huán)的支承系統(tǒng)內(nèi)設置，同時，第一實施例是最佳的，因為該實施例可使熱導管盡可能地靠近最大摩擦和熱的形成段(密封環(huán)與軸的接觸段)。
權利要求5介紹了在具有軸套管的密封裝置中使熱導管進入軸套管壁的一種較簡單的解決方案。
權利要求6-8提出了一些解決方案，這些解決方案在一定先決條件下能滿足要求，這里不是冷卻整個密封環(huán)，而是僅僅冷卻密封環(huán)的一部分，密封環(huán)的其它部分不冷卻。
按照權利要求9和10，毛細管結(jié)構如此改進，即在長時間運行之后可以避免毛細管基體的脫落或變形。
7幅附圖大致表示了本發(fā)明的幾個實施例。


圖1設置了軸套管的船舶螺旋漿軸密封裝置的縱向剖視圖，該密封裝置具有在軸套管內(nèi)配置的熱導管。
圖2一個有關圖1冷段改型的實施例。
圖3圖1所示的軸套管的橫截面的一部分。
圖4和圖5一個改型實施例(相對圖1至圖3)的軸套管的縱向截面及橫截面。
圖6和圖7放在海水中的具有縮短的熱作用段(相對圖2)的密封裝置。
在全部的附圖中，同一零件用同樣標號表示。
用1表示船舶螺旋漿軸，在該軸上裝著一個軸套管2，該軸套管2通過一個法蘭2a與螺旋漿(沒有表示出)固定連接，軸套管2的一端伸到外部水W中，另一端伸到軸承(沒有表示出)的潤滑油腔S內(nèi)。
在軸套管2上緊貼著4個構成唇形密封的密封環(huán)8a-8d，這些密封環(huán)以一定距離并列配置著，兩個密環(huán)8c，8d面向要密封的外部介質(zhì)W，兩個密封環(huán)8a，8b面向潤滑油腔S。
密封環(huán)8a-8d用一個支承系統(tǒng)支承著，該支承系統(tǒng)由5個環(huán)形零件3，4，5，6，7構成，這些環(huán)形零件在軸向并列配置著，鄰近潤滑油腔S的環(huán)形零件3固定在尾軸螺帽N上，由此支承了整個密封裝置。
在軸套管2的壁上設置了許多孔9，這些孔9的縱軸平行于軸套管2的縱軸，其直徑大約是軸套管壁厚的一半。在這些孔中總是齊平地放置著熱導管10(也稱熱管)。這樣的熱導管由導熱的材料構成，并且兩端封閉形成一個腔。在這個腔中配置著毛細管體11，該毛細管體11或接觸熱導管的整個內(nèi)壁，或僅僅沿著一條母線接觸該內(nèi)壁。毛細管體11也具有管狀的外型，一般由金屬絲網(wǎng)制成，金屬絲網(wǎng)用一種可以汽化的液體介質(zhì)(在本實施例情況下是水)充滿。如果腔壁的一個端部(在本實施例情況下為密封環(huán)8a至8d的區(qū)域)的介質(zhì)被加熱至沸點，那么這一區(qū)域的介質(zhì)從毛細管體11中蒸發(fā)出去(由雙箭頭表示)。然后，蒸汽流向沒有加熱的或者冷卻了的腔壁，在本實施例情況下流向外部水直接或間接作用的熱導管10的端部區(qū)域10”，并且在那里放出汽化熱后冷凝。
在毛細管體11內(nèi)，由于毛細力可將冷凝物送回汽化部分10’。在本實施例情況下，熱導管10的長度這樣選擇，即加熱部分10’(熱段)超過最里面的密封環(huán)8a再向里延伸一段，冷卻部分10”(冷段)延伸至軸套管2的由外部水W沖刷的區(qū)域。
圖2是圖1所示裝置的改型，即熱導管10的冷段10”從軸管2的壁中伸出，直接由外部水W沖刷，這樣，與外部水的熱交換就加強了。
由僅僅表示了軸套管2的壁的一部分橫截面的圖3可以看出，用于熱導管10的孔9以一定的距離分布在軸套管2的壁內(nèi)，此距離根據(jù)要帶走的熱量和外部水W的估計溫度預先確定。為了對比給出圖5，圖5中該距離減小了。
按照圖4和圖5，軸套管2被加工成兩個套筒形的部分2’和2”。套筒形部分2’，2”由位于套筒形部分2’，2”前端和后端的密封環(huán)12’、12”密封，為保證扭轉(zhuǎn)安全，設置了無頭螺釘13或類似物。
圖6或圖7是圖1和圖2所示裝置的改型，只有朝向外部水W的密封環(huán)8c、8d或朝向潤滑油腔8的密封環(huán)8a、8b被包括在冷卻系統(tǒng)內(nèi)。因此，熱導管10可以以簡單的方式如此設置，即其熱段10’僅僅延伸至朝向外部水W的密封環(huán)8c、8d區(qū)域(圖6)，或當熱導管10具有全部長度時，在朝向外部W的密封環(huán)8c、8d區(qū)域?qū)崿F(xiàn)外壁絕熱或者圍繞一絕熱層14。
權利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，特別是用于船舶螺旋漿軸的尾軸管密封裝置，這類密封裝置具有(或者沒有)軸套管，該軸套管與較冷的液態(tài)介質(zhì)(最好是水)和與較熱的介質(zhì)(最好是潤滑油)相鄰，此外，在軸套管上還有兩個或多個由固定支承系統(tǒng)支承的密封環(huán)，這些密封環(huán)構成了唇形密封和/或滑環(huán)密封，軸套管還裝有冷卻密封環(huán)的裝置，該冷卻裝置具有通過軸和/或支承系統(tǒng)的溝槽，這些溝槽用于在一個封閉循環(huán)中循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)，其特征在于，溝槽(9)總是構成熱導管(10)，或者該溝槽容納獨立的熱導管(10)，每一個熱導管向外部是封閉的，該熱導管具有吸收外部熱的部分(10’)(熱段)，在這部分冷卻介質(zhì)汽化，該熱導管還具有向外面放出熱量的部分(10”)(冷段)，在這部分蒸汽冷凝，同時，在熱導管(10)的熱段與冷段之間實現(xiàn)冷卻介質(zhì)的循環(huán)，為了冷凝物的回流，熱導管裝置配置了毛細管(11)，毛細管(11)穿過熱導管(10)的內(nèi)表面，必要時還可經(jīng)過熱導管(10)內(nèi)腔的一部分而延伸，熱導管的尺寸和位置應當如此選擇，即其熱段(10’)位于密封環(huán)(8a、8b、8c、8d)區(qū)域，其冷段(10”)位于冷介質(zhì)區(qū)域，同時冷卻介質(zhì)如此選擇，即其沸點在熱導管的壓力下比密封環(huán)(8a、8b、8c、8d)能承受的溫度略低一點。
2.按照權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，可使用水、乙醇或者其它沸點相近的液體作為冷卻介質(zhì)。
3.按照權利要求1或2所述的密封裝置，其特征在于，熱導管(10)僅僅配置在密封環(huán)(8a至8d)的支承裝置(3、4、5、6、7)的區(qū)域。
4.按照權利要求1或2所述的密封裝置，其特征在于，在一個具有軸套管(2，2')的軸(1)上，熱導管(10)僅僅配置在軸套管(2)的壁內(nèi)。
5.按照權利要求4所述的密封裝置，其特征在于，軸套管(2，2a)沿縱向分成兩個套筒形的部分(2’，2”)，用于熱導管(10)的溝槽(9)配置在這兩部分(2’，2”)的接合區(qū)域。
6.按照權利要求1-5中的任何一個所述的密封裝置。其特征在于，當使用具有多個軸向配置的密封環(huán)(8a-8d)的密封裝置時，這些密封環(huán)的一部分(8a、8b)朝向熱介質(zhì)(S)，另一部分(8c、8d)朝向冷介質(zhì)(W)，熱導管(10)的長度和相對于密封環(huán)的軸向位置應當如此選擇，即冷卻作用只對這些密封環(huán)中的幾個有利。
7.按照權利要求6所述的密封裝置，其特征在于，熱導管(10)的“熱段”(10’)僅僅延伸至朝向冷介質(zhì)(W)的密封環(huán)(8c、8d)的區(qū)域(圖6)。
8.按照權利要求6所述的密封裝置，其特征在于，熱導管(10)的“熱段”(10’)僅僅延伸至朝向熱介質(zhì)(S)的密封環(huán)(8a、8b)的區(qū)域，熱導管(10)的壁在朝向冷介質(zhì)(W)的密封環(huán)(8c、8d)區(qū)域是絕熱(14)的(圖7)。
9.按照權利要求1至8中的任何一個所述的密封裝置，其特征在于，毛細管(11)通過至少一根沿著熱導管(10)的內(nèi)壁的線構成。
10.按照權利要求1至9中的任何一個所述的密封裝置，其特征在于，毛細管(11)通過在熱導管(10)內(nèi)壁設置的平行的、最好是螺旋線形走向的溝槽構成。
全文摘要
一個公知的借助所謂熱導管冷卻加熱物體的原理被本發(fā)明應用在旋轉(zhuǎn)軸的密封裝置中，特別是應用在船舶螺旋槳軸的密封裝置中。按照該原理，一個向外封閉的、用一種液體工作介質(zhì)填充的、在縱向延伸的腔，一方面伸到要冷卻的物體中，另一方面伸到冷介質(zhì)中，實現(xiàn)了一種連續(xù)的熱循環(huán)，即在腔的熱區(qū)域工作液體汽化，蒸汽流向腔的冷區(qū)域并在那里冷凝，冷凝物借助一個毛細管結(jié)構返回到熱區(qū)域。
文檔編號F28D15/02GK1082155SQ9211342
公開日1994年2月16日 申請日期1992年10月30日 優(yōu)先權日1991年10月30日
發(fā)明者E·-P·馮堡根, G·皮奇 申請人:布隆福斯造船公司