旋轉軸的非接觸式油密封機構的製作方法
2023-05-07 12:52:26 1
專利名稱：旋轉軸的非接觸式油密封機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及旋轉機械的旋轉部的潤滑油密封機構，特別是涉及一種具備與旋轉軸呈非接觸狀態而能夠防止潤滑油漏出外部的功能的旋轉軸的非接觸式油密封機構。
背景技術：
一般，在貫通旋轉機械等的旋轉軸箱的部位設置密封機構，防止從箱體外部侵入粉塵等和從箱內部向外部洩漏潤滑油。作為該密封機構大多採用O形圈、油密封或機械密封等接觸式密封。
不過，接觸式密封機構，在長期的運轉中，與旋轉軸接觸而使密封的構件發生磨損、或經年變化(經過數年使用後)而發生劣化，從而達不到密封的作用。為此，必須時常頻繁地更換部件。
由於這些，因而有時採用不與軸接觸而能夠發揮密封功能的非接觸式密封機構。這種非接觸式密封機構，被採用於不能簡單地更換部件的裝置等中，有靜壓密封和迷宮式密封等。作為靜壓密封，已知一種構成，是例如與箱等的旋轉軸突出外部的部分和軸承部等相鄰且圍繞著軸在兩個部位設置環狀槽，向其一個環狀槽送氣、從另一個環狀槽排氣這樣在軸與其貫通孔內周而之間形成薄的氣體膜以使油不會漏到外部(例如，參照專利文獻1)。
另外，上述迷宮式密封，是在旋轉軸貫通箱等壁體的孔部的內周面設置幾片翅狀密封翅片，將這些翅片前端與軸的間隔設定成微小間隔，沿軸的使用面(工作面)向外部漏出的油，由於箱內部與外部之間產生的壓力差而產生流動，基於各翅片間形成的環狀空間部，而使這種流動由於其斷續空隙的膨脹·壓縮作用而被衰減，消除差壓則可阻止油漏出(例如，參照專利文獻2)。
專利文獻1特開昭48-100554號公報專利文獻2特開平6-330893號公報不過，上述靜壓密封和迷宮式密封等這種非接觸式密封機構中，密封機構存在如下問題點。即，靜壓密封中，必須在轉動中始終供給用於密封的壓力液體(主要為空氣)。當然，其壓力液體的供給源必須另外設置。
從而，要附帶多餘的設備，同時其運轉管理也受到要求，為了使其能夠使用而只有能夠容易確保壓力液體的供給源的特定裝置才是有效的。
另外，迷宮式密封的情況，結構上簡單，不過，要求工作精度，組裝上也費工夫，結果具有高價製作的問題點。自然，也就存在若組裝精度不好則密封效果顯著下降的問題。
另一方面，作為設置後不能簡單進行維修這樣構成的機械設備的旋轉機械的軸部的密封機構，如上所述，若採用接觸式密封，則不能期望長期的密封效果，不過在如上所述的非接觸式密封機構中很難期待其效果。
發明內容
為此，本發明，即是鑑於這種現狀而產生的，其目的在於提供一種以結構簡單的非接觸式密封而能夠長期實現其目的旋轉軸的非接觸式油密封機構。
為了實現上述目的，第1發明的旋轉軸的非接觸式油密封機構，被設置在旋轉機械中，該旋轉機械具有旋轉軸和形成有旋轉自由地保持該旋轉軸的箱孔的箱，上述旋轉軸相對於上述箱孔以具有間隙的非接觸狀態被保持著，且該間隙中流通有潤滑油，其特徵在於具有油回收室，沿上述旋轉軸的圓周方向形成在上述箱孔內周面，用於回收上述潤滑油，和多個截油槽條，沿上述旋轉軸的圓周方向形成在上述旋轉軸的外周面，並沿上述旋轉軸的軸方向排列，與上述油回收室對置，上述多個截油槽條被收進上述油回收室的相同方向的寬度尺寸內。
第2發明的旋轉軸的非接觸式密封機構，其特徵在於在第1發明的旋轉軸的非接觸式油密封機構中，形成於相鄰的上述槽條間的突條，其緣部有稜角。
第3發明的旋轉軸的非接觸式密封機構，其特徵在於在第1發明及第2發明的旋轉軸的非接觸式油密封機構中，上述油回收室，沿上述旋轉軸的軸方向形成多個，上述旋轉軸上在與各油回收室相對應的位置形成上述多個槽條。
第4發明的旋轉軸的非接觸式密封機構，其特徵在於在第3發明的旋轉軸的非接觸式油密封機構中，具備連接蓄存向上述間隙供給的潤滑油的油池和各油回收室且使回收到各油回收室的潤滑油返回到該油池的排洩管路，上述排洩管路與各油回收室相對應且獨立形成。
發明的效果根據第1發明，利用箱孔部的內外間的壓力差(由於旋轉驅動機構的溫度上升等而內部壓力升高)，而使附著在旋轉軸表面的潤滑油從內側向外移動，在箱孔側形成的油回收室位置，利用設置於軸上的多條截油槽的槽條間形成的突條，而能夠減弱潤滑油的軸方向移動速度。
其結果是，滯留在相鄰槽條間的突條上的潤滑油，由於隨著旋轉軸的旋轉而產生的離心力而掉落到油回收室。
從而，向間隙供給的潤滑油不會漏出箱外部，通過使被回收的潤滑油返回到蓄存潤滑油的油池、再次向間隙部供給潤滑油，從而能夠長期維持密封功能。
順便說一下，根據本發明，即使在低速旋轉的軸上，由於旋轉機的動作而產生的箱內壓力與外部壓力(大氣壓)的差壓增大，也能夠利用使上述截油槽條和油回收室對應的構成，止住要漏出的油進行回收。
通過採用第2發明的構成，即使旋轉軸的旋轉為低速旋轉，也由於突條的周緣部形成有稜角的形狀，因此，能夠利用其緣部的表面張力而發揮降低油的軸方向速度的功能，有效地將附著的油從旋轉軸上分離。
從而，即使沿著軸表面移動的潤滑油越過斷續的截油槽而順次向外側移動或者由於軸的旋轉而產生的離心力小，也能夠利用多個突條而進行截油。
通過採用第3發明的構成，從而將能夠發揮與上述第1發明同樣功能的截油槽條和油回收室成套配置在多個部位，因而，利用箱孔內外的壓力差而要漏出的油被多個臺階阻止，每上一次臺階就會被減速，從而達到阻止油流動這樣的效果。
通過採用第4發明的構成，從而由內側的油回收室和相對應的截油槽條構成油回收機構，由油回收機構回收的油通過排洩管路，向配置在外側的油回收室逆流，達到防止發生漏油的效果。總之，將排洩管路與每個油回收室獨立設置，因而，沒有連通前後油回收室，從而防止被回收的油的逆流現象，能夠確實地防止漏油。
圖1是表示本發明的旋轉軸的非接觸式密封機構的一具體例的剖視圖。
圖2是上述實施方式的主要部分的局部放大剖視圖。
圖3A是用於驗證本發明的非接觸式油機構的功能的試驗裝置的剖視圖。
圖3B是上述試驗裝置的主要部分的放大剖視圖。
圖4A是上述試驗裝置的本發明的主要部分剖視圖。
圖4B是表示利用上述試驗裝置獲得的與噴出漏油開始壓力的關係的圖表。
圖5A是上述試驗裝置的本發明的其他主要部分剖視圖。
圖5B是表示利用上述試驗裝置獲得的與噴出漏油開始壓力的關係的圖表。
圖中1-非接觸式油密封機構；3-箱孔；4-油回收室；4A、4B-空間部；5-截油槽；6-突條；6a-突條的緣部；11-箱；12-旋轉軸；14-箱蓋；15-軸承；16-排洩管路；t-間隙。
具體實施例方式
下面，參照附圖，關於本發明的旋轉軸的非接觸式油密封機構說明其圖1表示本發明的旋轉軸的非接觸式油密封機構的一具體例的剖視圖。圖2表示主要部分的局部放大剖視圖。
由該圖1所示的旋轉軸的非接觸式油密封機構1(以下，只稱為油密封機構1)是設置在旋轉機械10的從軸承部15向外部突出的低速旋轉的旋轉軸12部分上的實施方式的一具體例。
油密封機構1設置在外殼蓋14內，外殼蓋14安裝在軸承外殼13外側，軸承外殼13支撐設置在旋轉機械10的箱11上的輸入部旋轉軸12。
該油密封機構1，具備形成在箱孔13內周面的多個油回收室4、與各油回收室4位置對應且設置在旋轉軸12外周面的多條截油槽5、和設置在各油回收室的多條排洩管路16。
還有，該旋轉軸12在貫通突出的軸端安裝沒有圖示的旋轉體，若旋轉體旋轉，則旋轉軸12由軸承部15支撐，同時在旋轉軸12及箱孔3間的間隙t中流通潤滑油，從而，實現順暢的旋轉。還有，間隙t越小越好，不過，由於在旋轉軸12的旋轉中旋轉軸12不能與外殼蓋14接觸，因此，一般優選是確保0.5mm左右的間隙。
上述油回收室4如圖2所示，分別以剖面矩形的凹形槽構成，在比軸承部15靠旋轉軸12端部側的箱孔13內周面形成2處，凹形槽沿旋轉軸12圓周方向連成一周。還有，本實施方式中，內側的油回收室4的沿旋轉軸的寬度尺寸W1設定為例如20mm、深度尺寸D1設定為例如20mm。
在各油回收室4的凹形槽底部連有排洩管路16，與圖1中內側形成的油回收室4相連的排洩管路16從外殼蓋14至箱11，排洩管路16的另一端省略圖示，不過，與油池連接。該油池是用以向軸承部15供給潤滑油而蓄存潤滑油的部分，由油回收室4回收的潤滑油，經由排洩管路16返回到油池。還有，本實施方式中，排洩管路16的與油回收室4連通部分的內徑尺寸，期望是儘可能地大，因而設定為比油回收室4的寬度尺寸稍小的18mmΦ。還有，將排洩管路16設定為這樣的直徑，是因為若不能快速地回收從後述的截油槽5落下到油回收室4的潤滑油，則潤滑油滯留在油回收室4內而再漏出到間隙。
這種排洩管路16，可以通過從箱11底面部(圖2中下面)向上方用鑽頭等開孔，再與之交叉地從箱11後部端面正交方向用鑽頭開孔，用彈性構件等填料(封住構件)等塞住各孔端面從而形成。
還有，圖1中，外側(圖1中右側)的油回收室4上也與上述排洩管路16獨立地形成與上述同樣的排洩管路，使之通到油池，不過，若按圖1中所述，則兩排洩管交叉，為方便起見省略附圖所述。
另外，在外側的油回收室4的更外側附設塞住箱孔3的密封環18。該密封環18由彈性材料形成，其功能是作為油密封機構1的輔助密封構件。
上述截油槽5，是在旋轉軸12外周面的圓周方向形成一周的槽條，如圖2所示，與油回收室4的位置相對應地，作為多條截油槽5的組群刻劃設置在旋轉軸12上。
截油槽5的組群任意一個均以窄幅且隔開要求的間隔刻劃設置。在該截油槽5間由於槽的刻劃設置而形成突條6。
該突條6，優選是旋轉軸12的直徑方向前端的構成角部的兩端部6a形成有稜角的狀態。這樣一來，則隨著旋轉而附著在軸周面上流出的油的軸方向速度，在與截油槽5連接的突條6前端，由於表面張力而減弱這種油的軸方向速度，對甩落油有效。
在此，各油槽5的寬度、深度由上述突條6的兩端部6a的形狀和旋轉軸12的直徑方向前端的突條6的端面長度決定。從而，截油槽5的寬度尺寸W2及深度D2與旋轉軸12的直徑(本實施方式中為120mmφ)基本無關。本實施方式中，各截油槽條5的寬度尺寸W2及深度尺寸D2大致為3mm。
另外，截油槽條5的組群，如果沒有形成至少2條以上的組群，則不會產生效果，例如，相對於1處油回收室只有1條截油槽，則不能達到本發明的效果。本實施方式中每一組群形成3條截油槽5，其間形成2條突條6，突條6的寬度尺寸W3與截油槽5的寬度大致相同為3mm，3條截油槽5的組群的寬度尺寸W4，設定為W1＞W4，以使其被收納在寬度尺寸W1的油回收室4內部。
再有，配置在各油回收室4的截油槽5組群間的距離W5，越長則潤滑油流動的距離越長，在潤滑油的漏出上為優選，不過，本實施方式中，由於箱蓋14設計的制約而設定為20mm。
接下來，關於這樣構成的油密封機構1的作用進行說明。
該油密封機構1，設置在從低速旋轉的旋轉軸12的軸承部15向外部突出的箱孔3上。
設有該油密封機構1的旋轉機械10中，若箱11內部的氣壓比箱外部的大氣壓高，則由於氣壓差的存在，從而，容易發生油通過旋轉軸12的外周和箱孔3內周形成的細微間隙t、從箱11內向外部被壓出而漏出的現象。
不過，在設有本實施方式的油密封機構1的位置，由於與上述油回收室4部分對置配置的截油槽5的橫線(突條6的兩端部6a)形成稜角的關係，因而使沿旋轉軸12周面從內部向外部移動的油，基於表面張力作用減弱軸方向速度、基於重力從軸表面脫落。
在此沒有被甩落的油，再經由相鄰的截油槽5的突條6而被甩落。落到截油槽5的油，之後經由上述動作順次被甩落到油回收室4且被分離，從而逐漸地去除附著在軸表面的油。
這樣，在第1截油槽組群部位5A防止大部分油的移動，不過，若由於某些理由而使箱內部氣壓進一步升高，則油的移動速度加快，有時不能充分發揮降低效果。
為此，利用第1密封機構1a不能密封而移動的油，利用稍稍離開設置的第2密封機構部1b，按照上述要點而阻止該油的移動。
該第2密封機構部1b，阻止不能利用第1密封機構部1a去除的油的移動，再利用在該位置設置於軸側的截油槽5的組群和油回收室4，按照上述要點去除附著在軸12上的油。
在由該第2油回收室4形成的空間部4B中，即使不能利用由第1油回收室形成的空間部4A將油全部回收，而由於第2密封機構部1b前後的壓力差(空間部4A和4B的壓力差)小，因此，從第2密封機構部1b向空間部4B噴出的油的軸方向速度小，利用第2密封機構部1b能夠容易地回收油，充分發揮非接觸的油密封功能。
另外，上述中，使設置在第1油回收室4的排洩管路16和設置在第2油回收室4的排洩管路(圖上為重複狀態，因此，省略有符號表示)分別獨立地與箱11內連接，從而，由第1油回收室回收的油通過排洩管路、向第2油回收室逆流而能夠防止漏油、發揮油密封功能。
實施例1接下來，為了驗證低旋轉軸上的非接觸式油密封的功能，而通過上述實施例進行試驗。還有，該實施例中，採用圖3A所示的試驗裝置進行。
(實驗例1)該試驗裝置20中，與支撐貫通箱21的旋轉軸22的前後軸承23、23′中的與前部軸承外殼24相鄰地裝入密封機構。
另外，旋轉軸22由可變速馬達25以要求的旋轉被驅動。作為密封機構，如圖3B主要部分P的放大圖所示，與旋轉軸22設置細微尺寸的間隙t，其前側形成減壓室26(與油收納室相對應)。另外，前端安裝透明的丙烯酸板27，形成內部可視的狀態。
這種構成中，作為容易漏油的條件，是使軸線前傾5°地由支撐結構28配置在基座29上。
採用如上所述的試驗裝置，在下述條件下進行試驗。
(1)旋轉軸22的軸徑(Φ120旋轉速度1800rpm(高速旋轉))旋轉軸22的軸徑(Φ120旋轉速度20rpm(高速旋轉))(2)用於試驗的潤滑油種及油溫油種EO10油溫38℃動粘度37cSt供給油量30L/min還有，向箱11內送入空氣並進行確認，以使箱內的壓力升高，(3)間隙t的尺寸0.5mm減壓室26的寬度尺寸×深度尺寸＝20mm×20mm旋轉軸上的截油槽無排洩管的直徑尺寸18mmΦ根據上述試驗結果，首先，作為箱內壓升高時的漏油原因，經目視可確認有(a)空氣從箱21經由排洩管30逆流到減壓室26，落到排洩管30的油從排洩口130′噴射而產生的噴射漏洩；(b)通過間隙t的油向軸方向以一定流速噴出而產生的噴出漏洩。由於知道了上述(a)的漏油原因，因此，排洩管30的管徑越大，則在密封性方面為優選。另外，還已知具有多個油密封機構的情況下，其排洩管路分別獨立地與箱連接的密封性好。
(實驗例2)根據上述結果可知，作為噴出漏油措施如圖4A所示，採用在旋轉軸22上與減壓室26對置設置截油槽32的結構，將其與上述實驗例1按照同樣要點進行試驗，與圖3B所示的結構進行比較。
在此，在與減壓室26對應位置的旋轉軸12的外周面形成3條截油槽32。還有，以截油槽32形成3條、各自寬度尺寸×深度尺寸為3mm×3mm、相鄰的截油槽間突條的寬度尺寸也為3mm，進行試驗。
其結果，如圖4B中比較帶槽和不帶槽的圖表所示。還有，壓力按照0.002MPa＝1的方式表示成相對值。已知，若在旋轉軸上設置截油槽(表示為槽)，則低速旋轉中，噴出漏油開始壓力有不帶槽時的約4倍那麼高。
另外，利用目視可以確認的狀況是槽緣的突條部利用表面張力進行截油。也就是說，可以明確的是槽緣上有稜角為好。
另外，高速旋轉中，油由於離心力而離開軸，因此，即使不設置槽，耐壓也高，即使附加上截油槽，噴出漏油開始壓力也沒有變化。
(實驗例3)為此，如圖5A所示，取代上述試驗裝置的減壓室形成部件26A，而更換成具有部件26的部件26B，部件26具有兩處減壓室26、26′，同時，在與那些減壓室對應的旋轉軸22的外周面相對於各減壓室26、26′形成多個截油槽32進行截油，與上述實驗例1同樣進行試驗。
對設置兩個上述減壓室和截油槽組合的情況下的噴出漏油開始壓力進行測量，結果如圖5B中圖表所示，可知，由於設置兩處密封機構，因而噴出漏油開始壓力高到4倍，其結果是具有高於低速旋轉軸的不帶槽的軸16倍的噴出漏油開始壓力這樣，根據本發明的油密封機構，與旋轉軸側不帶槽的狀態的密封方式相比較，能夠保持約16倍的噴出漏油開始壓力，換言之，與現有的非接觸式油密封機構相比較，即使在旋轉機械的箱內部和旋轉軸的突出外部之間產生較大差壓，也能夠防止油的噴出，提高密封效果。
從而，根據本發明，在低速旋轉的旋轉軸的密封部採用則能夠發揮效力，因此，在例如風力發電裝置這樣設置高處位置、不能簡單進行驅動部分維修的設備的旋轉部採用則能夠期待優異的效果。
產業上的利用領域本發明，能夠適於用作要求長期耐久性的旋轉機械的密封機構，例如，能夠適用於風力發電等所使用的旋轉機構的密封機構。
權利要求
1.一種旋轉軸的非接觸式油密封機構，被設置在旋轉機械中，該旋轉機械具有旋轉軸和形成有旋轉自由地保持該旋轉軸的箱孔的箱，上述旋轉軸以具有間隙的非接觸狀態被上述箱孔所保持，且該間隙中流通有潤滑油，其特徵在於具有油回收室，沿上述旋轉軸的圓周方向形成在上述箱孔的內周面，用於回收上述潤滑油，和多個截油槽條，沿上述旋轉軸的圓周方向形成在上述旋轉軸的外周面，並沿上述旋轉軸的軸方向排列，與上述油回收室對置，上述多個截油槽條被收進上述油回收室的相同方向的寬度尺寸內。
2.根據權利要求1所述的旋轉軸的非接觸式油密封機構，其特徵在於形成於相鄰的上述槽條間的突條的緣部有稜角。
3.根據權利要求1或2所述的旋轉軸的非接觸式油密封機構，其特徵在於上述油回收室沿上述旋轉軸的軸方向形成有多個，在上述旋轉軸上的與各油回收室相對應的位置形成有上述多個槽條。
4.根據權利要求3所述的旋轉軸的非接觸式油密封機構，其特徵在於還具備排洩管路，該排洩管路連接著蓄存向上述間隙供給的潤滑油的油池和各油回收室，用於使在各油回收室回收的潤滑油返回到該油池，上述排洩管路與各油回收室相對應地獨立形成。
全文摘要
一種旋轉軸的非接觸式油密封機構，設在旋轉機械上，該旋轉機械具有旋轉軸(12)和形成有旋轉自由地保持該旋轉軸(12)的箱孔(3)的箱，旋轉軸(12)相對於箱孔(3)以具有間隙(t)的非接觸狀態被保持著，且設置在該間隙(t)中流通有潤滑油，這種非接觸式密封機構，具有沿旋轉軸(12)的圓周方向形成在箱孔(3)內周面的用於回收潤滑油的油回收室(4)和沿旋轉軸(12)的圓周方向形成在箱孔(3)外周面並沿旋轉軸(12)的軸方向配置而與油回收室(4)對置的多個截油槽條(5)，多個截油槽條(5)，以收進油回收室(4)同方向寬度尺寸(W1)內的方式形成。
文檔編號F16J15/00GK1806139SQ20048001624
公開日2006年7月19日 申請日期2004年10月7日 優先權日2003年10月29日
發明者秋田純, 高橋知之 申請人:株式會社小松製作所