用于旋轉噴嘴的隔離軸承粘性減速裝置的制作方法

本發明涉及高壓流體旋轉噴嘴系統。特別是，本發明的實施例涉及一種用于減小這種旋轉噴嘴的轉速的裝置。

背景技術：

利用反作用力旋轉噴嘴的高壓水射流清潔裝置將以非常高的速度旋轉。在很多用途中，希望減慢這種旋轉噴嘴速度，以便使得旋轉噴嘴的可用壽命最大，并有效提高這種噴嘴的清潔效率。緊固在這種旋轉噴嘴的軸上的減速裝置通常用于使噴嘴的旋轉減速。典型的粘性流體減速裝置利用粘性流體，該粘性流體沿環繞旋轉軸的限制空間中的曲折流動通路而流動，以便在噴嘴軸上產生阻力。

通常，減速裝置的工作壽命由軸承和介質(例如用于產生減速的粘性流體)的壽命來限制。例如，普通粘性減速器的無維護的使用壽命為大約40-60裝置工作小時。典型的減速器裝置具有與旋轉噴嘴連接的由軸承支承的軸，以使得軸與噴嘴一起旋轉。大致柱形的殼體容納用于支承旋轉軸的兩個支承軸承，并容納減速機構。一個這樣的減速機構有一系列滾柱軸承，這些滾柱軸承浸沒在殼體內的粘性流體中，并在端部支承軸承之間，該端部支承軸承也浸沒在粘性流體中。另一示例普通減速器是Stoneage公司的Warthog WG-1。該減速器有端部支承軸承，該端部支承軸承夾住大直徑的阻力套筒，該阻力套筒環繞殼體中的軸緊固或形成一體，而不是利用在粘性流體中的一系列軸承。這些支承軸承和阻力套筒浸沒在容納于柱形殼體內的粘性流體中。支承軸承和減速阻力套筒一起容納在兩個軸密封件之間，從而使得軸與殼體密封，并防止粘性流體逸出。因此，在WG-1中的端部支承軸承和阻力套筒浸沒在粘性流體中，并一起用于使旋轉噴嘴減速。

當減速器在殼體中旋轉時，粘性流體通過環繞所述軸的阻力套筒部分的外表面的螺旋槽并通過一系列軸向延伸孔(該軸向延伸孔穿過軸的阻力套筒部分)而在流體腔室內循環(泵送)。另外，螺旋槽用于使得流體均勻地分布在阻力套筒上方并通過端部軸承。在浸沒的軸承系統中，根據流體粘性、軸承幾何形狀、阻力套筒的表面面積以及在阻力套筒和柱形殼體之間的間隙尺寸而產生阻力。粘性流體減速器的這種實施方式產生阻力，還最終降低粘性流體的粘性。一旦粘性流體在操作過程中退化，旋轉噴嘴速度就大大增加，經常向操作人員發出粘性流體需要更換的聲音指示。然后，必須去除減速器和噴嘴，以便進行維護、拆卸、清潔和沖洗、重新裝配和裝入新粘性流體。這對于操作人員是不利的，花費維護停機時間，并可能導致增加在工具壽命中的維護成本。因此，需要一種粘性減速器裝置，它具有大大提高的使用壽命，以便解決這些問題。

技術實現要素：

本發明直接解決這些要求。根據本發明的裝置是用于旋轉噴嘴的減速或限制裝置，它在維護時間之間的使用壽命是普通粘性減速器裝置的多倍。這樣明顯的壽命增加是通過使得軸支承軸承與裝置的減速空腔中的粘性流體隔離而實現的。

根據本發明的減速器的示例實施例包括空心的大致柱形殼體，該殼體承載細長軸，該細長軸有在前部和后部支承軸承之間的減速部分。各支承軸承通過環形密封件而與在殼體內的細長軸的減速部分隔離。普通的粘性流體材料(例如齒輪油或硅酮)環繞所述軸的、在兩個環形密封件之間的減速部分而充滿殼體。

通過結合附圖閱讀下面的詳細說明，將清楚本發明實施例的其它特點、優點和特征。

附圖說明

圖1是穿過根據本發明的減速器裝置的軸向剖視圖，該減速器裝置固定在旋轉噴嘴頭部上。

圖2是圖1中所示的減速器裝置的分解透視圖，該減速器裝置與旋轉噴嘴分離。

圖3是圖1中所示的減速器裝置和噴嘴頭部的分解透視圖，表示了在裝配順序中的各個子部件。

具體實施方式

根據本發明的減速器裝置100的示例實施例在圖1中以剖視圖表示，該減速器裝置100與旋轉噴嘴200連接。減速器裝置100包括管形軸102，該管形軸102承載在大致柱形的管形殼體104內。軸102有固定在噴嘴200上的遠端106以及與進口螺母110聯接的相對端108，該進口螺母110與高壓流體軟管(未示出)連接。

該柱形殼體104還在其內承載第一支承軸承112和第二支承軸承114，該第一支承軸承112和第二支承軸承114一起可旋轉地支承所述軸102。各軸承112和114夾在一對軸密封件116和118之間。

軸102還有在兩個軸密封件118之間的減速套筒部分120。該套筒部分120優選是軸102的整體部件，具有較大直徑的外部柱形表面122，該外部柱形表面122的尺寸設置成緊密裝配在殼體104內。該表面122具有周邊螺旋槽124，該螺旋槽124從套筒部分120的一端延伸至另一端。套筒部分120還有多個軸向延伸孔126，這些軸向延伸孔126環繞軸向孔128而間隔地穿過軸102。

套筒部分120在殼體104內通過前部和后部的內側密封件118而被置于軸102上。一對螺紋孔130使得高粘度流體能夠充滿在殼體104內以及環繞套筒部分120和在該套筒部分120內的空間，該高粘度流體例如硅酮流體，具有在200cSt至60000cSt范圍內的動態粘度，更優選是在200cSt至15000cSt范圍內。減速器100的速度范圍由粘性流體的粘度和施加給噴嘴200的高壓流體來確定。減速器100的減速能力由粘性流體粘度、柱形表面122的長度和外徑以及在柱形表面122和殼體104之間的間隙確定。這種減速能力用于對抗當施加高壓流體例如水時由噴嘴200產生的扭矩。所產生的凈力支配噴嘴200相對于減速器100的轉速。還有附加的輔助減速力、來自高壓密封件的操作力矩、固有的軸承阻力和軸密封件阻力。不過，這些力根據相關部件的設計結構和合理壽命而基本固定。這些力將由減速機構和噴嘴扭矩來控制。

前部和后部的外側密封件116將水和外部污染物擋在軸承112和114之外。內側密封件118將粘性減速器流體擋在軸承112和114之外。使得軸承112和114與粘性流體分離將完成兩件事。首先，軸承112和114使得軸102在沒有粘性流體的阻力的情況下利用它們自身的最佳潤滑介質而自由地旋轉，這將增加軸承壽命。第二，密封件118防止軸承使得粘性流體由于施加在該粘性流體上的軸承剪切力而退化。可選實施例可以利用密封的軸承來實現，以便使得軸承部件和潤滑劑與粘性流體和減速機構隔離。

軸承112和114可以是密封軸承。也可選擇，可以使用開式軸承，該開式軸承由油脂來填塞。加油脂嘴配件或油池配件也可以安裝在殼體104中，以便適應這樣的開式軸承結構。

本發明的隔離軸承的創新來源于對普通粘性流體減速器進行的長時間測試。定制的工具測試器用于控制在普通減速器結構上的輸入扭矩、速度和溫度的多種排列。發現普通的減速器結構在該測試器上平均堅持大約40小時。故障模式是由于流體中的粘性變化而導致的速度失控。通過分析在速度失控之前和之后的粘性流體，了解到軸承的滾轉接觸以一定速率來剪切硅酮粘性流體的分子，該速率是旋轉噴嘴速度的函數。這種剪切導致穩定的可預測的流體粘度的降低以及可重復的工具轉速的增加。

通過由額外設置的內側密封件118來使得軸承112和114與粘性流體分離以及使得各軸承112和114還有一組軸外側密封件116，根據在前述工具測試器上進行的測試和測量，在減速器100的維護間隔之間的使用壽命為平均1000小時或更多。使用壽命的這種明顯提高證明了工具性能的顯著提高。

通過從減速機構中除去使得粘性流體退化的主要裝置(軸承)，還能夠實現更一致的可維持的轉速。轉速可預測為部件幾何形狀和流體粘度的函數。因此，減速器100的特征能夠是這樣：用戶能夠安裝不同粘度的流體(在推薦的粘度范圍內)，以便對于給定噴嘴旋轉扭矩而言獲得不同的轉速。從制動機構中除去軸承還使得減速器能夠在更高速度下可靠地起作用。在以前的裝置中，浸沒的軸承由于它們的幾何形狀而使得有害的剪切特性倍增，且由于流體粘度基于旋轉而被破壞，因此不能維持更高速度操作。從減速機構中除去軸承導致更一致的減速。當機構減少至阻力套筒、柱形殼體和粘性流體時，減速能力更可靠而且可預測。

根據本發明的減速器100的另一改進是包括可更換的定心器葉片210。普通的減速器設計(例如Stoneage的WG減速器裝置)具有在歷史上就有的徑向翅片，該徑向翅片焊接在單獨的柱形套筒上，該柱形套筒安裝在減速器的殼體的外表面上。這些徑向翅片必須與柱形套筒一起更換。

在圖1-3所示的減速器100中，殼體104是設有六個軸向延伸的外部狹槽202的柱形管。殼體104的后端由有螺紋的進口螺母110來關閉，殼體104的前端由前端螺母206來關閉。前端螺母有朝向后的周邊環形凹口208，如圖1和3中所示。關閉殼體104的進口螺母110裝配有可拆卸的環形后端帽204。類似的，該后端帽204有朝向后的環形凹口212(圖1中可見)。后端帽204通過一系列的六個螺紋緊固件214(例如螺栓)而緊固在進口螺母110上。

各葉片210是具有大致等腰梯形形狀的板，優選是由硬化鋼材料來制造。也可選擇，由塑料或復合材料制造的葉片也可以使用。這些葉片210被置于狹槽202內，且葉片端部被捕獲在凹口208和212內。葉片210可以在不拆卸減速器100的情況下只通過拆卸緊固件214和拆卸端帽204而被拆卸和更換。然后，葉片210能夠簡單地滑出狹槽202外，并安裝新的葉片210。

根據本發明的減速器100的另一改進是包括在進口螺母110和旋轉軸102的后端108之間的硬化面密封件對300。該密封件對300包括兩個元件：螺母凸緣式管形高壓后部面密封件302，該螺母凸緣式管形高壓后部面密封件302裝配在進口螺母110中的六邊形凹口內；以及螺母凸緣式管形軸高壓前部面密封件304，該螺母凸緣式管形軸高壓前部面密封件304裝配在軸102的近端108中的互補六邊形凹口內。這些密封件302和304通過O形環306而保持在它們的相應凹口中，并通過環繞各密封件302和304的桿部分的波紋彈簧308而被偏壓向彼此。這些高壓密封件允許軸102相對于進口螺母110旋轉，同時有最少的高壓水泄露。

密封件對300允許從裝配的減速器100上拆卸進口螺母110，用于高壓面密封件300的維護和/或定心器葉片210的更換，而不需要干擾軸承114和內側密封件118，因此不會損害在容納粘性流體的殼體104內的粘性流體空腔的完整性。類似的，前端螺母206可以從殼體104上拆卸，而并不損害軸承112和內側密封件118的完整性以及在殼體104內的粘性流體空腔的完整性。

本發明的減速器的另一改進是一系列特征允許在沒有任何另外的減速器100拆卸的情況下拆卸噴嘴200。六邊形鍵、工具、桿或具有合適軸直徑的螺絲刀能夠在孔207處插入減速器100的前端螺母206中。當軸102相對于前端螺母206合適地順時針轉動時，該插入工具與軸102中的狹槽209接合，并使得軸102與前端螺母206鎖定。一旦工具合適地插入且軸102鎖定時，開口端部扳手能夠施加在前端螺母206的扁平部分上和(類似地)施加在噴嘴200的扁平部分上，以便從減速器100的軸102上拆卸噴嘴200。孔207的進入部分可以有螺紋，并由互補的固定螺釘來塞入，以便防止碎屑在工具操作過程中填充和停止軸旋轉。

可以對裝置進行很多變化，這是本發明的閱讀者顯然所知的。例如，螺旋槽124可以有英制梯形螺紋型面、鋸齒螺紋型面或者55度或60度螺紋型面。密封件302和304可以有與上述的六邊形不同的形狀。它們可以有用于裝配至進口螺母110中或軸102的近端108中的互補凹口內的任意形狀。盡管噴嘴200的后部面表示為與螺母208的前部面平齊，但是它們之間有間隙，因為噴嘴200與軸106一起旋轉。噴嘴200可以比圖中所示更遠地與螺母208間隔開，且它的后部面可以向外漸縮，以便防止碎屑集中在兩個旋轉表面之間。根據這里所述的特征和優點的所有這些變化、改變和等效件都在本發明的范圍內。可以引入任意或全部這些變化和改變，而并不脫離由下面的權利要求和它們的等效物所確定的本發明精神和廣義范圍。