CN101435507A - 密封环组合 - Google Patents

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CN101435507A CNA2008101733220A CN200810173322A CN101435507A CN 101435507 A CN101435507 A CN 101435507A CN A2008101733220 A CNA2008101733220 A CN A2008101733220A CN 200810173322 A CN200810173322 A CN 200810173322A CN 101435507 A CN101435507 A CN 101435507A
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C·霍尔德
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Abstract

传统的包括径向和切向剖分的各个密封环的组合，特别在继续的磨损中要求弹性密封环的一定的弹性变形，以便可以达到足够的密封作用。但由此可达到的磨损程度是受限制的。另一方面密封圈磨损是不受控制的，其通过通口提供高的磨损程度和高的寿命，因此联系密封圈的损坏或破坏的危险，这要求密封圈的定期的维修和更换。通过本发明的包括多体式密封圈(12)和挡圈(20)的密封环组合避免这些问题，其中在密封圈(12)的各密封段(14)上设置一轴向凸肩(16)，其在轴向方向至少部分地覆盖挡圈(20)并且轴向凸肩(16)在径向方向与挡圈(20)间隔开距离设置，从而轴向凸肩(16)从各密封段(14)的一确定的磨损起支承在挡圈(20)上，借此达到磨损停止/极限或磨损延缓。

Description

密封环组合
技术领域
本发明涉及一种密封环组合，具有一密封圈，其包括多个密封段和支承段，其中为了构成一个环，沿圆周方向交替并排地设置各密封段和支承段，并且具有一挡圈，其轴向贴紧在密封圈上；以及还涉及一种具有这样的密封环组合的压力密封体和密封装置。
背景技术
活塞式压缩机、特别是以双作用的结构形式，在气缸中沿往复的活塞杆5要求曲柄侧的压缩室的密封，在其中随时间变化的(高的)缸压力pzyl主控。典型地必须相对曲柄箱中主控的(低的)环境压力pu实现这样的密封。用于这样的密封装置4的各密封元件称为密封环6、7并且设置在一所谓的压力密封体2中，一般包括多个密封环6、7，如示例性在图1中的传统的实施形式中所示。各密封元件对此可以跟随活塞杆5的不可避免的侧向运动，而不丧失其密封作用。为了提高压力密封体2的寿命和可靠性，在一压力密封体2中串联多个这样的密封环6、7。在一密封装置4中一般接连排列多个压力密封体2。这样的压力密封体2或密封装置4由现有技术以不同的实施形式是充分已知的，例如由GB 928 749 A或US 1 008 655 A。
密封环6、7是自激活的密封体，其为了足够的密封作用、因此充分小的泄漏，一般需要一定的待密封的压力差p1-p2(图1c)。在一密封腔3中的气体压力在密封环6、7的待密封的间隙中从较高的水平p1降到在最近的密封腔3中的较低的水平p2。图1c示意地示出在密封环6、7与活塞杆5之间形成的密封间隙中的这样的卸压。关于密封环6、7的效能对该密封间隙具有重要的作用，因为在活塞杆5与环6、7之间的接触面的相对运动引起密封环6、7的磨损。这样的环磨损一般要求剖分的环形式，其能够使环在材料磨耗时自动连续地对环/活塞杆的该密封间隙调整。对此工业标准是径向和切向剖分的环6、7，它们成对地装入压力密封体的密封腔中，以便为了磨损补偿而相互覆盖出现的对接间隙，如图1b中示意示出的。这样的径向/切向剖分的环组合是单作用的密封装置，其只向十字头的方向密封，而在活塞式压缩机1的曲柄侧的重新膨胀阶段的过程中径向切口确保没有较高的压力可以封入密封体中。在剖分的环形式中众所周知通常使用在外圆周上缠绕的螺旋弹簧(环形弹簧)9，其即使在无压力的状态下也将密封环6、7压向活塞杆5。
特别在较高的压力时在传统的设置中在活塞杆5与密封壳体或腔圆盘10之间形成的间隙中也可以产生密封6、7的值得一提的挤压。为了尽最大可能避免这样的挤压，可以在低压力侧上的环与腔圆盘10之间附加采用金属的不面状地接触活塞杆5的支承环8，如例如US 3305 241 A中公开的那样。
在一径向和一切向剖分的密封环的组合中基本上只通过切向剖分的密封环实现向活塞杆那边的密封，其各环段在磨损时可以通过切向的通口移到一起并因此保持密封作用。径向剖分的密封环基本上只用于沿轴向和径向方向密封切向的密封环的磨损间隙并且只在进入阶段受到微小的磨损。径向的密封环在此只磨损到各弓形段在圆周方向彼此贴靠的程度。因此径向和切向剖分的密封环的磨损是不同的。除切向剖分的环由于较大的单位面积压力始终比径向剖分的环较快地磨损的情况外，切向的环典型地也具有一沿圆周方向不均匀的磨损，由此可以产生切向切口的展开并且随之出现显著提高的泄漏。由此这样的环，即使它仍未达到其磨损停止(由磨损补偿间隙说明)，也可以绝大部分丧失其密封作用。此外一由径向和切向剖分的密封环构成的密封环组合在越来越大的磨损时需要各弓形段的弹性变形，以便可以保持密封作用。由此作为这样的密封环组合的材料只考虑这样的材料，其允许相应的弹性变形。
JP 05-044850 A1中已建议，采用一种六体式密封圈，它具有三个密封段，其在径向内部构成一连续的密封面。各密封段贴紧在其间设置的各楔形的支承段上。在各密封段磨损时密封段径向向内运动并且同时沿各支承段滑动，后者基本上保留在同一位置。这样的密封圈因此会受到很大的磨损，而不丧失其密封作用。但同时问题是，在各密封段过大磨损和因此或许由于机械的和/或热的负荷损坏或甚至破坏之前，必须及时地更换密封圈。但由于从外面不能识别实际的磨损，必须定期检查密封，这经常也随之出现(提前的)密封环的更换。因此可能并没有最好地充分利用密封圈的寿命。
发明内容
因此本发明的目的是，消除上述问题，特别是提供一种密封圈，其尽管可能遭受很大的磨损但仍可以最好地充分利用可支配的磨损潜力。
该目的按照本发明这样达到，即在密封圈的各密封段上设置一轴向凸肩，其在轴向方向至少部分地覆盖挡圈并且轴向凸肩在径向方向与挡圈间隔开距离设置，从而轴向凸肩从密封段的一确定的磨损起支承在挡圈上。随着密封圈越来越大的磨损，密封段径向向内移动，同时由于径向间距能够实现一具有不受阻碍的磨损的进入阶段。在本发明的实施形式中密封作用的保持基于，随着越来越大的磨损完全不需要如在传统的径向/切向剖分的环中那样的弹性变形并由此可以防止泄漏间隙或泄漏路径的断开。由于密封作用的保持完全不依靠弹性变形，该设计很特别地可适用于高性能塑料例如聚酰亚胺，其兼有最好的摩擦特性和磨损特性同时高的机械强度和刚度以及耐热性。此外本发明的密封圈的实施形式相对于制造时的尺寸偏差是很不敏感的。各个弓形段彼此间的宽度偏差只导致密封段或支承段的小的径向位移，并且各段沿轴向方向的厚度构成为保持高的密封作用的唯一的重要的尺寸，其容易以高的精度制造。各密封段因此可以在很大的范围内磨损。同时通过轴向凸肩与挡圈的配合作用确保存在一磨损停止，其阻止超出一临界程度的继续磨损。同时以充分的程度保持密封作用。
在此很特别有利的是，一密封段的两个沿圆周方向看的端面相互平行地设置。通过这样的通口产生一种运动学，其中各支承段以有利的实施形式保持其位置，而各密封段径向向内移动。借此可以确保，总是只各密封段贴紧在待密封的构件上并因此只有各密封段磨损。在具有平行的端面的密封段中还有利的是，在一支承段中设置一必要时存在的防转装置，因为其保持就位并且防转装置因此基本上不受剪切应力。
特别有利的是，一密封段的两个沿圆周方向看的端面在径向内部是斜切的，因为借此各密封段在运送或安装过程中对损坏有抵抗能力。此外借此可以容易地把密封圈安装到密封壳体中。
有利地设置一径向剖分的密封环，其在密封圈的面对高压的轴向端面上轴向贴紧在密封圈上。该方案的特点在于，密封圈由于较小的气体压力在密封间隙中以一比径向剖分的密封环较大的力压向待密封的构件并因此也受到较大的磨损，在其内径上可以遭受大的材料磨耗，而不丧失其密封作用。通过各密封段的这样的强制的对称磨损，最好地充分利用密封圈材料并且在适当的磨损率时达到一最大可能的寿命，而另一方面通过各密封段的径向高度的简单的增加可以延长密封圈的寿命。
在一有利的实施形式中将轴向凸肩设置在密封圈的面对低压的侧面上。同时挡圈可以是刚性的或弹性的。挡圈对此可以构成为一刚性的支承环，其在低压侧贴紧密封圈并且至少部分地由轴向凸肩包围；或构成为一弹性环，其在低压侧轴向贴紧密封圈并且至少部分地由轴向凸肩包围。在应用刚性的支承环时也可以径向在轴向凸肩与支承环之间设置一弹性环。在应用刚性的止挡装置时产生一确定的磨损停止，此时只再经由各密封段的弹性变形才可能有继续的磨损。在应用弹性的止挡装置时可以校准一磨损延缓，从而逐渐降低磨损率。在对紧密性要求高时有利的是，设定一磨损延缓，在对紧密性要求较低时一磨损停止(Verschleiβstopp)可以是足够的。两种方案中通过大的可支配的磨损范围共同的是长的寿命。
或者轴向凸肩也可以设置在密封圈的面对高压的侧面上。挡圈则可以有利地是径向剖分的密封环本身或一高压侧的刚性的支承环，其轴向贴紧密封圈。径向剖分的密封环作为止挡装置的应用在此特别是很有利的，因为在这种情况下密封圈和串联的径向剖分的密封环以一定的任意可调的密封圈相对磨损起以相同的速率磨损。因此消除了密封圈比串联的径向剖分的密封环始终较快磨损的困难性并且对磨损最好地利用提供的环材料。因此也可以借此达到磨损延缓。
附图说明
以下借助示出简化的、示例的并且不限制的和有利的实施形式的图1至9描述本发明。其中：
图1示出一活塞杆的包括径向和切向剖分的密封环的一已知的密封装置；
图2和3示出一密封环组合或压力密封体的一有利的实施形式；
图4和5示出一本发明的密封环组合包括被倒角的边缘的一密封圈的有利的实施形式；和
图6至9示出一密封环组合或一压力密封体的其他的有利的实施形式。
具体实施方式
参照图2和3描述一压力密封体26(例如一压缩机的活塞5的密封装置)的一本发明的密封环组合的一实施形式。压力密封体26在此设置在一密封壳体的一密封腔3(例如通过邻接的腔圆盘10形成)中并同时在一具有一高压p1的侧面与一具有一低压p2的侧面之间密封。密封在上下文中意味着，将高压p1通过压力密封体26或密封环组合降到低压p2。密封环组合包括一密封圈12，其在该实例中构成为八体式的，和一挡圈20。密封圈12在这里在密封圈12的径向外部区域内并且面对具有高压p1的侧面地具有一轴向凸肩16。该轴向凸肩16在此可以只在各密封段14上或者不仅在密封段14上而且在支承段13上设置。密封圈12以对置的低压侧的轴向端面贴紧在密封壳体10的壁上并且因此在径向方向看相对在密封腔3中作用的高压p1密封。挡圈20在该实例中构成为径向剖分的密封环30并且在高压侧轴向贴紧在密封圈12上。密封圈12的轴向凸肩16同时在轴向方向至少部分地覆盖挡圈20。在此轴向凸肩16的内部的圆周面17和挡圈20的外部的圆周面19在径向方向彼此间隔开距离设置，其中相对于轴向凸肩16的圆周面17在径向内部设置挡圈20。但代替一径向剖分的密封环30也可以通过一刚性的支承环实现挡圈20，其在高压侧轴向贴紧在密封圈12上。密封圈12的轴向凸肩16则在一定的磨损以后靠在支承环的外圆周面上。
图4中示出六体式的密封圈12并且在该实施例中包括各三个密封段14和支承段13，它们沿圆周方向看交替地贴靠设置并且构成一个环。在径向内部形成一连续的圆形圆周面11，其同时对待密封的构件、在这里例如是活塞杆5形成密封面。沿该密封面将高压p1降到低压p2。在密封圈12或各密封段14和各支承段13的径向外圆周面上，可以按已知的方式设置一凹槽用以安装一环形弹簧9。
各密封段14的两个沿圆周方向看的端面21在此优选是相互平行的。在各密封段14磨损时，因此由在径向外部作用的高压p1径向向内推动各密封段14，由此各支承件13基本上保持就位而各密封段14沿各支承段13径向向内滑动。由此只有密封段14发生磨损。当然一个密封段14的两个端面也可以彼此具有一角度。但在这样的结构中通过各密封段14的磨损也可以使各支承段13沿径向方向移动。因此在一这样的实施形式中要注意，例如通过各支承段13的结构上的构型使内圆周面11保持封闭，以便可以保持密封环12的密封作用。
为了避免各密封段14的密封面侧的边缘例如在安装时或在运输时的损坏，可以设定，在径向内部对密封段14的沿圆周方向看的各端面21倒角，例如通过一径向的切口24，如图5中借助一八件式的密封圈12所示的。同样可以在径向内部对支承段13倒角，例如通过一切向的切口25。在安装密封圈12时将各密封段14通过环形弹簧9压紧到一预定的内径(其由各密封段14的倒角斜面确定)上，并且相互贴紧各倒角斜面，由此达到一确定的安装状态。
但通过斜切形成一轴向间隙22，其破坏密封环12的密封作用。因此在一这样的实施形式中需要密封该轴向间隙22。按照本发明为此可以在高压p1的侧面上为了密封该间隙22设置一径向剖分的密封环30，其轴向贴紧在密封圈12上。一这样的有利的设置示于图2和3中并且随后描述。
径向剖分的密封环30，在这里同时是挡圈20，在此设置在由轴向凸肩16构成的轴向凹槽中并且轴向贴紧在密封圈12上。因此径向剖分的密封环30沿圆周方向由轴向凸肩16至少部分地包围。随着各密封段14继续的磨损，它们径向向内移动并且轴向凸肩16的圆周面17接近挡圈20并最终支承在其上(图2中用虚线说明)。由于高压p1在径向外面作用在密封圈12上，现在径向剖分的密封环30，其对此有利地构成为至少三件的，也由密封圈12带动并且与密封圈12一起被压紧在待密封的构件上并因此与密封圈12一起磨损。但由于现在明显加大的压紧表面因此显著地延缓磨损率，借此可以达到磨损延缓。借此即使已到达挡圈，但仍确保至少对于一定的时间间隔的可靠的密封功能。
将径向剖分的密封环30、在图3中为一具有四个密封环段32的密封环30在此设置成使得在各密封环段32之间形成的径向间隙33位错于密封圈12的轴向间隙22，以便将其密封，如图3中所示。在径向剖分的密封环30与密封圈12之间还有利地设置一防转装置，以便保持该偏位。防转装置可以是一简单的销，其被压入密封圈12上和挡圈20上的对准的孔隙中。但也可设想任何其他的适合的防转装置。在一具有平行的端面21的实施形式中，其中各支承段13保持其位置，将一在密封圈12与挡圈20之间可能出现的防转装置特别有利地设置在其中一个支承段13上，因为防转装置在这种情况下在各密封段14磨损时基本上不受剪切应力并且因此防转装置断裂的危险是微小的。
本发明的另一有利的实施形式示于图6和7中。在这里密封圈12的轴向凸肩16处在低压p2的侧面上。在这里在低压p2的侧面上，作为挡圈20，一刚性的未剖分的支承环40轴向贴紧密封圈12。支承环40在此设置在密封圈12与密封壳体10的一壁之间并且承担密封圈12相对于在密封腔3中作用的高压p1的径向密封。支承环40在此优选比轴向凸肩16的长度较宽，如图7中所示，以便避免在制造技术上不利的双重配合。在密封圈12的低压侧的端面上还设置一弹性环41，其径向设置在支承环40与轴向凸肩16之间。该弹性环41优选与轴向凸肩16的内圆周面17径向间隔开距离设置并且也可以与支承环40的外圆周面42径向间隔开距离设置。如果轴向凸肩16到达弹性环41，则由于进一步磨损使弹性环41受压缩，这延缓磨损率。随着继续的磨损，弹性环41在某个时候也支承在支承环40上，这进一步延缓磨损率。因此可以逐渐地降低磨损率，直到不再能进一步磨损。磨损延缓，通过弹性环41的径向可缩性给出，在此可以通过弹性环41的径向高度和/或所采用的材料来调整。但也可设想，弹性环41从开始就贴紧在轴向凸肩16上，借此从开始就出现磨损延缓。
自然也可以没有附加的支承环40地采用这样的弹性环41并且它在这种情况下构成挡圈20。在这种情况下为了径向密封，优选密封圈12贴紧在密封壳体10的壁上并且弹性环41与轴向凸肩16径向间隔开距离。
在本发明的另一有利的实施形式中只设置一刚性的支承环43，如图8和9中所示。在轴向凸肩16由于磨损贴紧在支承环43的外圆周面44上以后，密封圈12的继续磨损只有经由密封圈12的弹性变形才再是可能的，因此实现简单的磨损停止。
一径向剖分的密封环30的应用，如在图2和3以及6至9中描述的，并不限于具有在密封圈12的各密封段14之间的轴向间隙22的实施形式。在按图4的密封圈12的一实施形式中也可以以不同的设置采用一这样的径向剖分的密封环30，特别是和特别有利地与一面对高压侧的轴向凸肩16相结合，如图2和3中描述的。在这种情况下代替径向剖分的密封环30也可以设置一高压侧的刚性支承环作为挡圈20。
密封圈12的轴向凸肩16自然不是必须设置在密封圈12的径向外部区域内，而且也可以例如设置在中间区域或径向内部区域内，只要其开始与挡圈20径向间隔开距离设置。径向间距、特别是与磨损延缓相关联，基本用于能够实现一进入阶段，期间各密封段14可不受阻碍地磨损并且由此可以配合于待密封的构件。径向间距在此可以优选处于0.5mm与2mm之间。
本发明的密封圈12，必要时与一径向剖分的密封环30和/或与一支承环40、43和/或一弹性环41相组合，优选用于一压力密封体26中。在此也可以轴向接连设置多个这样的压力密封体26以便构成一密封装置4，例如如图1中所示。但也可设想，在密封装置4的不同的压力密封体中使用不同的密封环或密封环组合，例如在各第一压力密封体26中使用一按照本发明的设置(例如按图2、3或6至9)而在随后的压力密封体中使用一传统的具有径向和切向剖分的密封环的压力密封体2(例如按图1)。

Claims (20)

1.一种密封环组合，具有一密封圈(12)，该密封圈包括多个密封段(14)和支承段(13)，其中为了构成一个环沿圆周方向交替并排地设置各密封段和支承段(14、13)，并且具有一挡圈(20)，该挡圈轴向贴紧在密封圈(12)上；其特征在于，在密封圈(12)的各密封段(14)上设置一轴向凸肩(16)，该轴向凸肩在轴向方向至少部分地覆盖挡圈(20)并且轴向凸肩(16)在径向方向与挡圈(20)间隔开距离设置，从而轴向凸肩(16)从密封段(14)的一确定的磨损起支承在挡圈(20)上。
2.按照权利要求1所述的密封环组合，其特征在于，相互平行地设置一密封段(14)的两个沿圆周方向看的端面(21)。
3.按照权利要求2所述的密封环组合，其特征在于，在密封圈(12)与挡圈(20)之间设置一防转装置，其中防转装置设置在密封圈(12)上，在一支承段(13)上。
4.按照权利要求1至3之一项所述的密封环组合，其特征在于，一密封段(14)的两个沿圆周方向看的端面(21)在径向内部被倒角。
5.按照权利要求1至4之一项所述的密封环组合，其特征在于，设置一径向剖分的密封环(30)，该密封环轴向贴紧在密封圈(12)上。
6.按照权利要求5所述的密封环组合，其特征在于，径向剖分的密封环(30)同时是挡圈(20)。
7.按照权利要求1至5之一项所述的密封环组合，其特征在于，作为挡圈(20)设置一刚性的支承环(40、43)。
8.按照权利要求7所述的密封环组合，其特征在于，沿径向在轴向凸肩(16)与支承环(40)之间设置一弹性环(41)。
9.按照权利要求1至5之一项所述的密封环组合，其特征在于，作为挡圈(20)设置一弹性环。
10.按照权利要求1至9之一项所述的密封环组合，其特征在于，在各支承段(13)上设置一轴向凸肩，从而与各密封段(14)的轴向凸肩(16)一起产生一沿圆周方向封闭的轴向凸肩。
11.包括一按照权利要求1至10之一项所述的密封环组合的压力密封体，其设置在一密封壳体的一密封腔(3)中，其中密封环组合在一具有高压(p1)的侧面与一具有低压(p2)的侧面之间密封。
12.按照权利要求11所述的压力密封体，其特征在于，径向剖分的密封环(30)在高压(p1)的侧面上轴向贴紧在密封圈(12)上。
13.按照权利要求11或12所述的压力密封体，其特征在于，轴向凸肩(16)设置在密封圈(12)的面对低压(p1)的侧面上。
14.按照权利要求13所述的压力密封体，其特征在于，作为挡圈(20)设置一刚性的支承环(40、43)，该支承环在低压侧轴向贴紧在密封圈(12)上。
15.按照权利要求14所述的压力密封体，其特征在于，沿径向在轴向凸肩(16)与支承环(40)之间设置一弹性环(41)。
16.按照权利要求13所述的压力密封体，其特征在于，作为挡圈(20)设置一弹性环，该弹性环在低压侧轴向贴紧在密封圈(12)上。
17.按照权利要求11或12所述的压力密封体，其特征在于，轴向凸肩(16)设置在密封圈(12)的面对高压(p1)的侧面上。
18.按照权利要求17所述的压力密封体，其特征在于，作为挡圈(20)设置所述径向剖分的密封环(30)。
19.按照权利要求17所述的压力密封体，其特征在于，作为挡圈(20)设置一刚性的支承环，该支承环在高压侧轴向贴紧在密封圈(12)上。
20.用于在一刚性的构件、特别是压缩机壳体与一可移动的构件、特别是压缩机的活塞杆(5)之间密封的密封装置，包括多个轴向并排设置的压力密封体，它们分别设置在一密封壳体中，其中至少一个压力密封体按照权利要求11至19之一项所述构成。
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