CN101625028A - 用于在两个物体之间提供密封的衬垫 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在两个物体之间提供密封的衬垫。本文描述了一种衬垫(10)和密封系统。本发明的一个方面是用于在第一物体(20)和第二物体(40)之间提供密封的衬垫(10)。衬垫(10)包括用于在第一位置(21)处与第一物体(20)进行密封接合的基部(11)和自基部(11)延伸的可偏转部分(12)。可偏转部分(12)具有最初与第一物体(20)隔开的端部(16)。可偏转部分(12)可与第二物体(40)接合，以在与第二物体(40)接合且第二物体(40)朝第一物体(20)运动时，在其之间实现密封。在第二物体(40)朝第一物体(20)进一步运动时，端部(16)可在第二位置(23)处与第一物体(20)接合。

Description

用于在两个物体之间提供密封的衬垫
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于在第一物体和第二物体之间提供密封的衬垫。
背景技术
[0002]许多类型的组件利用衬垫来填充两个物体之间的空间，通常用以在处于压缩状态下时防止它们之间的泄漏。衬垫是非常有用的，且其常常通过允许在经加工的零件上有较低精度的配合表面来省钱。可使用固体和闭孔泡沫塑料衬垫材料，但是，这些材料常常需要大量的压缩力来确保紧密的密封，且这种力可能会损坏被结合的零件和/或衬垫材料本身。开口泡沫塑料衬垫需要较小的力来进行密封，但是由于流体渗透开孔而易产生泄漏。因此，存在对于需要较小的力来提供有效密封的由固体或闭孔材料制成的衬垫的需求。
发明内容
[0003]本文描述了衬垫和密封系统。本发明的一个方面是用于在第一物体和第二物体之间提供密封的衬垫。衬垫包括用于在第一位置处与第一物体进行密封接合的基部和自基部延伸的可偏转部分。可偏转部分具有最初与第一物体隔开的端部。可偏转部分可与第二物体接合，以在与第二物体接合且第二物体朝向第一物体运动时，在可偏转部分与第二物体之间进行密封。在第二物体朝向第一物体进一步运动时，端部可在第二位置处与第一物体接合。
[0004]本发明的另一个方面是用于在第一物体和第二物体之间提供密封的衬垫。衬垫包括用于在第一位置处与第一物体进行密封接合的基部和自基部延伸的可偏转部分。可偏转部分具有最初与第一物体隔开的端部。可偏转部分可与第二物体接合，以在与第二物体接合且第二物体朝向第一物体运动时在可偏转部分与第二物体之间进行密封。在第二物体朝第一物体进一步运动时，端部可在第二位置处与第一物体接合。可偏转部分包括第一腿部、第二腿部和弯曲部分。第一腿部自基部延伸，第二腿部比第一腿部短，且两个腿部由弯曲部分连接。
[0005]本发明的另一个方面是包括安装件、过滤器框架和在安装件和过滤器框架之间提供流体密封的衬垫的密封系统。衬垫包括用于在第一位置处与安装件和过滤器框架其中之一进行密封接合的基部和自基部延伸的可偏转部分。可偏转部分具有最初与安装件和过滤器框架其中之一隔开的端部。可偏转部分可与过滤器框架和安装件中的另一个接合，以在与过滤器框架和安装件中的所述另一个接合且过滤器框架和安装件中的所述另一个朝向过滤器框架和安装件的所述其中之一运动时，在可偏转部分与过滤器框架和安装件中的所述另一个之间实现密封。在过滤器框架和安装件中的所述另一个朝过滤器框架和安装件的所述其中之一进一步运动时，端部可在第二位置处与过滤器框架和安装件的所述其中之一接合。
附图说明
[0006]在参看附图阅读以下具体实施方式后，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，其中：
图1是附连到用于过滤器介质的过滤器支承件上的创造性衬垫的截面图；
图2是附连到过滤器支承件上的创造性的衬垫的截面图，其中使过滤器框架与衬垫接合；
图3是附连到过滤器支承件上的创造性的衬垫的截面图，其中过滤器框架使衬垫偏转；
图4是被压缩的创造性的衬垫和抵靠着衬垫止动器的过滤器框架的截面图；
图5是使衬垫止动器附连到衬垫上的创造性的衬垫的截面图；
图6是使衬垫止动器附连到衬垫上且邻近衬垫的第一腿而定向的创造性衬垫的截面图；以及
图7至12是创造性的衬垫的备选实施例的截面图。
部件列表：
衬垫         10
基部         11
可偏转部分   12
第一腿部     13
第二腿部     14
弯曲部分     15
端部         16
第一物体     20
第一位置     21
衬垫止动器   22
第二位置     23
过滤器介质   30
第二物体     40
具体实施方式
[0007]衬垫提供流体密封的有效性取决于衬垫被模制成其意图密封的物体的形状的能力。必须将力施加于物体其中之一或两者，以便密封衬垫。固定大小的衬垫上需要的力量取决于用于衬垫的材料的硬度，而无论其是开孔或是闭孔，其还取决于获得有效密封所需的材料压缩量。通常，诸如固体橡胶等固体衬垫材料比泡沫材料需要更大的力来进行密封，且开口泡沫塑料比闭孔泡沫塑料需要更小力来进行密封，因为对于闭孔泡沫塑料，必须压缩孔内的气体。当需要较大的力来产生密封时，可能遇到许多问题。较大的力可能对物体本身和/或衬垫材料产生损坏，且可能难以产生和保持。因此，希望拥有能够以较小量的力来产生有效的流体密封的衬垫设计。
[0008]本发明的衬垫可用于在两个物体之间需要密封的任何组件中，且特别适于需要较大夹紧力(大于100kgf)以使用传统的固体D形衬垫来产生流体密封的那些组件。这样的传统衬垫由本领域技术人员已知的许多材料制成，包括但不限于闭孔氯丁橡胶和塑料。在一个实施例中，创造性的衬垫用于在过滤器介质支承件和安装框架之间提供流体密封。过滤器可用于许多种应用，包括但不限于燃气涡轮机进气口过滤、车辆驾驶室进气口过滤、建筑物HVAC空气进气口过滤、液压流体过滤器和滤油器。被过滤的流体可以是气体或液体。
[0009]图1作为实例显示了用于燃气涡轮机入口过滤器系统中的、本发明一个方面的衬垫10的截面图。衬垫10具有大致J形倒置轮廓，且在过滤器安装件和过滤器框架之间提供流体密封。安装件是过滤器壳体的一部分。衬垫10具有在第一位置21处与第一物体20进行密封接合的基部11。第一物体20在这个方面中被显示为用于过滤器介质30的过滤器支承件或安装件。衬垫10具有自基部11延伸的可偏转部分12。可偏转部分12具有自基部11延伸的第一腿部13。可偏转部分12具有由弯曲部分15连接到第一腿部13上的第二腿部14。第二腿部14比第一腿部13短。可偏转部分12具有最初与第一物体20隔开的端部16。过滤器支承件可选地包括衬垫止动器22。
[0010]图2显示了使基部11在第一位置21处与第一物体20进行密封接合的衬垫10的截面图。在该图表中，在这个实施例中被示为过滤器安装框架的第二物体40已经相对于第一物体20运动到第一位置，从而使得第二物体40在弯曲部分15处或附近与衬垫10的可偏转部分12接合。当第二物体40在第一位置上时，衬垫10还没有显著地偏转，并且由此可偏转部分12的端部16保持与第一物体20的表面隔开一段距离，x。另外，在这个位置上，第二物体40与衬垫止动器22隔开一段初始距离，y。
[0011]第二物体40进一步朝第一物体20运动。当这种情况发生时，第二物体40抵靠着衬垫10的可偏转部分12而受压，使衬垫10弯曲，直到端部16与第一物体20在第二位置23上形成密封接合，如图3所示。在该弯曲期间，端部16可直接朝第一物体运动，或者其可远离基部11沿侧向运动，同时还朝第一物体运动。弯曲衬垫10的可偏转部分12使第二物体40能够朝第一物体20运动，且使其不用施加大量的力(例如在衬垫在该组装阶段需要压缩的情况下可能需要的)就操纵到位。当第二物体40在这个第二位置上时，第二物体40和衬垫止动器22(如果存在)之间仍然存在一段距离z的偏移。距离z小于在衬垫10显著地偏转之前第二物体40和衬垫止动器22之间的距离y。当第二物体40相对于第一物体20处在这个第二位置上时，衬垫10没有被显著地压缩。在这个组装阶段，由第二物体40施加于衬垫10的力已主要被衬垫10的可偏转部分12的弯曲吸收。在这个位置上，第一物体20和第二物体40之间存在流体密封，但是有效性可能最小。
[0012]图4显示了处于压缩状态的衬垫10的截面图。第二物体40已经进一步朝第一物体20运动到相对于第一物体20的第三位置。在这个位置上，衬垫10已被压缩且在两个物体之间形成了有效的流体密封。在图4所示意的实施例中，第二物体40已与衬垫止动器22发生接触，使距离z有效地为零。
[0013]创造性的衬垫10的一个重大优点是：因为端部16在第二位置23上与第一物体20形成密封接合，所以双密封有效地形成于两个物体之间。通常，在第一位置21上用胶粘带将衬垫10应用到第一物体20上，胶粘带在衬垫10和第一物体20之间可能不会完全地放平。带中可能会有小波纹，且可能会在衬垫10和第一物体20之间在第一位置21上产生间隙。即便在第一位置21上衬垫10到第一物体20的附连存在缺陷，衬垫10的端部16在第二位置23上的密封接合也确保了有效密封。
[0014]衬垫10由可制成合乎需要的形状且在施加力时将压缩且形成密封的任何材料制成，包括但不限于固体橡胶和泡沫橡胶。合适的闭孔泡沫塑料和固体材料包括三元乙丙(EPDM)橡胶、氯丁橡胶、异戊二烯橡胶、硅树脂和聚亚安酯。衬垫可由任何适当的方法制造，包括但不限于挤压和模制。在一个实施例中，衬垫的接合处被硫化。这种方法比胶粘产生更好的接合处，因为硫化确实使材料粘结在一起，而胶水仅在接合处的两面之间形成薄膜。硫化的接合处具有与母材料类似的属性，而许多胶水在接合处产生硬点，这可能对密封有害。
[0015]创造性的衬垫10的一个主要优点是当第二物体40运动到位时其无需施加过量的力就弯曲和偏转的能力。当创造性的衬垫10用于例如在燃气涡轮机入口过滤器支承件(作为第一物体20)和安装框架(作为第二物体40)之间提供密封时，安装框架不是完全平整的，但是这通过衬垫10的弯曲而不是压缩适应了。弯曲发生之后，由密封件的压缩产生了完全密封。用于这种应用的已知衬垫主要依靠压缩来适应平坦性以及密封方面的不足，并且由此需要更高的整体压缩和载荷来定位第二物体和密封衬垫。
[0016]使用通常较硬的闭孔材料的已知衬垫设计需要高载荷(力)来产生足够的压缩以实现密封。这是不合乎需要的，因为当施加力时，会对被密封的物体产生潜在的损伤。而且，施加较大的力来使物体密封可导致闭孔衬垫材料中的孔破裂，这会降低密封的有效性，因为流体可进入破裂的孔并渗透衬垫材料。这个问题的一种已知的解决办法是使用两种或更多种材料(其中一种材料与基材相比相对较软)来使用较小的力获得混合密封。然而，这些混合衬垫需要将开孔材料用作更软的材料，且这使衬垫易产生泄漏，因为流体可能会渗透那些开孔。相反，创造性的衬垫10可利用较硬的材料，因为衬垫首先弯曲，然后压缩，并且由此需要减小的力来进行组装和密封。此外，如果使用了闭孔材料，则其可被压缩和密封而不使孔破裂，因为只需要较小的力来密封衬垫。在一个方面中，创造性的衬垫使用具有20至30的肖氏00硬度的材料。
[0017]使衬垫10密封所需的减小的载荷的另外的优点是可简化用于过滤器的夹紧布置。例如，已知的衬垫常常需要较大的力来为密封件提供所需的压缩，并且由此必须具有大的夹紧机构，这对制造和组装来说是昂贵的。相反，创造性的衬垫10只需要较小的力来进行压缩和密封，并且因此可不需要夹紧组件，或者只需要对制造和使用而言成本更低的简化机构。
[0018]衬垫10可定向成以便适应物体上的任何压差。例如在过滤应用中，基部11可邻近过滤器的高压侧，而第二腿部14邻近低压侧，防止压差打开衬垫10。
[0019]不需要衬垫止动器22来在两个物体之间产生密封，但是其可包括在该组件中。衬垫止动器22将衬垫10的压缩限制为预定的限值，从而避免了可引起对衬垫材料的损害(即闭孔泡沫塑料中的孔的破裂)的过度压缩。可接受的压缩的量取决于用于形成衬垫的材料而变化。在一个方面中，压缩限制为少于50％。衬垫止动器20还防止衬垫10断裂。此外，衬垫止动器22相对于衬垫10高度的高度可设计成以便控制各个应用中实现的偏转和压缩的比率。衬垫止动器22可与过滤器框架(第一物体)20、衬垫10和安装件(第二物体)40其中之一相关联。作为实例，衬垫止动器22可以是过滤器框架或第一物体20的一体部分，如图1-4所示。或者，其可以是附连到第一物体20或第二物体40上的单个零件，或者其可附连到衬垫10上，或结合在衬垫10中，如图5和图6所示。如果结合在衬垫10中，衬垫止动器22可形成为两部分的模制品，其中止动器由硬塑料模制而成，且然后衬垫10的柔软(可压缩的)部分被直接模制到衬垫止动器22上。或者，衬垫止动器22和衬垫10可产生为在衬垫10组装到第一物体20上之前或在此期间连接在一起的单独部分。此外，衬垫止动器22可放置在其将有效地控制第二物体40的放置并限制衬垫10的压缩的任何地方。图1-5显示了衬垫止动器22邻近可偏转部分12的第二腿部14，然而，如图6所示，衬垫止动器22可备选地邻近第一腿部13。
[0020]创造性的衬垫10的基本形状包括之前所述的元件，然而，其在形状和大小两方面可定制成以便适应特定的预期用途。图7-12显示了可利用的多个实施例的截面图，其各具有基部11和自基部11延伸的可偏转部分12，可偏转部分12具有自基部11延伸的第一腿部13，且第二腿部14由弯曲部分15连接到第一腿部13上。第二腿部14比第一腿部13短，使得可偏转部分12具有最初与第一物体20隔开的端部16。通常，基部11更宽，其比第二腿部14具有更大的截面积。虽然不需要，但这是有利的，因为它提供了用于与第一物体20接触的足够的表面积，以使得在基部11和第一物体20用粘结剂附连时它们之间能够有良好的粘结。此外，更宽的基部11有助于防止衬垫10在弯曲和压缩期间翻滚。
[0021]本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括实现和使用任何装置或系统以及实施任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些实例具有与权利要求书的字面语言没有差别的结构性元件，或者如果这些实例包括与权利要求书的字面语言没有实质性差别的等效结构性元件，则这些其它实例意图处于权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于在第一物体(20)和第二物体(40)之间提供密封的衬垫(10)，所述衬垫(10)包括：
用于在第一位置(21)处与所述第一物体(20)进行密封接合的基部(11)；以及
自所述基部(11)延伸且具有最初与所述第一物体(20)隔开的端部(16)的可偏转部分(12)，所述可偏转部分(12)可与所述第二物体(40)接合，以在与所述第二物体(40)接合且所述第二物体(40)朝向所述第一物体(20)运动时在所述可偏转部分(12)与所述第二物体(40)之间进行密封，并且在所述第二物体(40)朝向所述第一物体(20)进一步运动时，所述端部(16)可在第二位置(23)处与所述第一物体(20)接合。
2.根据权利要求1所述的衬垫(10)，其特征在于，所述衬垫(10)进一步包括定向成以便在密封期间限制所述衬垫(10)的压缩的衬垫止动器(22)。
3.根据权利要求2所述的衬垫(10)，其特征在于，所述衬垫止动器(22)与所述第一物体(20)、所述衬垫(10)和所述第二物体(40)其中之一相关联。
4.根据权利要求2所述的衬垫(10)，其特征在于，所述衬垫止动器(22)将所述衬垫(10)的所述压缩限制为少于百分之五十。
5.根据权利要求1所述的衬垫(10)，其特征在于，所述衬垫(1)由闭孔材料制成。
6.根据权利要求5所述的衬垫(10)，其特征在于，所述闭孔材料选自由三元乙丙(EPDM)橡胶、氯丁橡胶、异戊二烯橡胶、硅树脂和聚亚安酯组成的组。
7.根据权利要求1所述的衬垫(10)，其特征在于，所述衬垫(10)由具有20至30的肖氏00硬度的材料制成。
8.根据权利要求1所述的衬垫(10)，其特征在于，所述衬垫(10)制造成用于在燃气涡轮机入口过滤系统中使用。
9.根据权利要求1所述的衬垫(10)，其特征在于，所述可偏转部分(12)包括第一腿部(13)、第二腿部(14)和可与所述第二物体(40)接合的弯曲部分(15)，其中：
所述第一腿部(13)自所述基部(11)延伸；
所述第二腿部(14)比所述第一腿部(13)短；以及
所述两个腿部由所述弯曲部分(15)连接。
10.根据权利要求9所述的衬垫(10)，其特征在于，所述基部(11)比所述第二腿部(14)具有更大的截面积。
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