CN102459968B - 密封组件 - Google Patents

Abstract

一种流体密封组件，由顺应性材料的密封元件组成，密封元件由密封载体保持地承载。密封载体包括相对刚性材料的、限定密封面的一个或多个元件，密封面具有断开该密封面的密封件容纳槽。密封件容纳槽具有槽限定壁，每个壁具有远端和位于密封面处的近端。槽限定壁用作密封接触表面。密封接触表面被构成为便于密封件容纳槽向其远端变窄。密封件容纳槽具有适于接受密封元件的深度和宽度，当密封元件被压缩而与密封接触表面接触时，密封元件凸出超过密封面。

Description

密封组件

技术领域

本发明主要涉及密封组件，尤其涉及用于将工具或其它装置与具有大容差和轧钢的典型表面光洁度的表面密封的密封组件。

背景技术

配置弹性体密封件(典型地为O型圈密封件)以密封组装好的第一和第二紧密配合且被凸起间隙间隔开的固体组件之间的间隙的已有方法，是在第一组件中的设置的具有可控深度(限定了槽的底部表面)和宽度(限定了槽的侧壁表面)的大致矩形的密封槽内提供弹性的、顺应性的(compliant)和基本不可压缩的密封元件(弹性体的机械性能特征)，第一组件靠近第二组件中设置的密封表面，第一组件此处称为密封载体，第二组件此处称为工件。不受约束的密封元件深度被选择超过在密封载体和工件密封表面之间的间隙与槽的深度之和，以便在密封元件和槽的底部以及组装好的组件的工件密封表面之间产生干涉配合(interference)。该干涉配合趋向于通过沿垂直于密封表面的压缩使顺应性弹性体变形，并且由于其不可压缩的整块性质，顺应性弹性体会沿横向延伸。为了容纳该延伸，密封槽宽度一般稍稍超过密封元件的变形宽度以在体积上容纳这种变形。这一般需要加强压力激励以及避免侧壁和密封元件之间的空腔内的压力截留。

如现有技术中已知的这种构造，密封元件被迫与工件表面和槽底接触，其中，密封功能的启动依赖于几何形状、表面粗糙度、弹性体顺应性和干涉量设计参数的设置，以保证初始接触压力分布足以形成密封元件和工件表面之间以及密封元件和密封槽底部之间的顺应接触。然而，这种类型的密封的有效性在一些应用中是受限制的，尤其在工件表面粗糙度高和不能被轻易控制的场合，以及凸起间隙容差大的场合。在这种情况下，难于或不可能在可获得的弹性材料相对于材料性质的允许变形极限内以及在密封负载限制内，配置可行的设计参数以提供获得可靠密封所需的干涉量。

另外，安装弹性体密封件的现有方法是在密封载体上拉伸密封元件，使其进入具有固定几何形状的槽。当密封元件厚度大于密封长度时该安装方法会变的非常难。

本发明将解决上述问题。

发明内容

广义上来说，本发明提供了流体密封组件，其包括密封载体，该密封载体由相对刚性材料制成并且限定了密封面，密封面被容纳弹性密封元件的密封件容纳槽断开(interrupted)。密封件容纳槽具有槽限定壁，每个壁具有远端(即，远离密封面)和位于密封表面处的近端。槽限定壁用作密封接触表面。槽限定壁会聚(converge)以便使密封件容纳槽向所述远端变窄。密封件容纳槽的深度和宽度适于接受密封元件，以便密封元件与密封接触表面接触时密封元件凸出密封面之外。

上述流体密封组件提供了对现有密封组件的替代物。要理解的是，使密封元件挤入会聚的密封件容纳槽有助于在增加的密封间隙范围上提供有效的密封。当不受与工件接触的限制时，密封元件将从密封载体中向外移动到中间位置(即，没有外力或外部压力促使密封元件进入密封槽)。这简化了更换坏密封件。

虽然使用上述的流体密封组件可以获得有益效果，但是在一些结构中当密封元件没有通过与工件接触被限制和已经移动到中间位置时，密封元件将从密封载体中掉出。在这样的场合，优选的是密封件容纳槽通过提供与密封件容纳槽的近端关联的密封保持装置在密封面处变窄。在优选的实施例中，通过构造至少一个槽限定壁的近端部以在密封接触表面中的至少一个的近端上形成向内凸起的密封保持面来提供密封保持装置(“向内凸起”的意思，在本文中，是密封保持面向相对的槽限定壁倾斜)。要理解的是密封保持装置可以以不同于上述的保持面的形式提供。

为了保证密封元件只被密封件容纳槽的会聚壁支撑，优选的是密封元件能够延伸进入和接触密封件容纳槽的最大深度小于密封件容纳槽的总深度，从而限定出密封件容纳槽的净空间隙(clearance interval)，其位于与密封元件接触的区域的远端。相对的槽的壁的净空间隙之间的空间限定了槽的底部，并和密封件一起包围了一个在两个密封接触间隙远端的内部压力腔。

为了加强压力激励和防止压力滞留，希望提供一种装置以允许来自密封件的高压侧的流体压力与内部压力腔连通，即，旁通位于密封件容纳槽的将是高压的一侧上的密封件容纳槽的侧壁的密封接触区域。提供这种与内部压力腔流体连通的可能装置的例子包括：提供从密封表面延伸穿过密封载体到内部压力腔的接口；横向于高压侧上的密封件容纳槽的壁的接触间隙设置的凹口；和在密封面内、横向于与高压侧上的密封件容纳槽的壁的接触间隙紧密配合的其部分表面设置的类似凹口。因此流体可以从密封面的高压侧流到与内部压力腔连通从而在差别压力增加的动作下为密封件加压，和在差别压力降低时关联地解压该区域，从而分别提供压力激励和避免压力滞留。

在轴对称的场合中，随着密封元件的横截面面积(或线性尺寸或厚度)增大，将更难通过拉伸从密封载体中取出密封元件，尤其是在厚度与直径之比相对较大时。在这种情况下，优选的是密封载体由第一和第二组件组成，每个密封载体组件包括槽限定壁之一。这有可能分开第一和第二密封载体组件，以在密封元件的厚度对通过拉伸进行拆除产生困难时帮助取出密封元件。

如现有技术中已知的，密封元件横截面为圆形的密封元件在工件和密封载体之间相对滑动的一些场合会趋于滚动。这种滚动的趋势的例子显示在已知的轴对称O型圈密封件的扭转失效模式中，O型圈密封件用于密封筒内滑动的活塞之间的环隙(annulus)。这些密封件的环形形状(toroidal shape)不能抵制绕环形轴(toroidal axis)的旋转，因此允许密封元件的区段绕环形轴滚动和蓄积可导致泄漏的扭转。在担心密封元件滚动的场合，优选的是密封件横截面改进为抵制滚动。虽然改进的密封元件横截面可以保持大致圆形，然而优选的是密封元件设有横截面基本平坦和基本对应于且紧密配合于密封件容纳槽的密封接触表面的部分。密封元件的平坦部分与平坦密封接触表面的受压接合将减少滚动。然而，抵制滚动更优选的是通过为密封件提供更加非圆形的横截面来获得以便其特征深度大于其宽度，即在垂直于工件表面的方向上拉长。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中数字标记表示类似部分，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的密封组件的横截面示意图，其具有V型密封件容纳槽。

图2是根据本发明的第二实施例的密封组件的横截面示意图，其具有单个密封保持面。

图3是本发明的密封组件的横截面示意图，每个槽限定壁具有密封保持面。

图4是图3的密封组件的横截面示意图，显示其将以大的凸起间隙、以及施加于组件底端的高压和施加于组件顶端的低压与工件接合。

图5是图3的密封组件的横截面示意图，显示其将以小的凸起间隙与工件接合。

图6是图4的密封组件的变体的横截面示意图，具有高压和低压流体接口，显示其将以大的凸起间隙以及如图4中的压力差与工件接合。

图7是图6的密封件的变体的横截面示意图，具有与密封元件一体设置的高压和低压流体接口，显示其将以大的凸起间隙以及如图6中的压力差与工件接合。

图8是主要由图6所示的圆形地构造的密封组件的横截面示意图，密封件容纳槽为环形(toroidal)结构，密封组件放置在管状工件中且与其密封抵靠。

图9是主要由图6所示的圆形地构造的密封组件的横截面示意图，密封件容纳槽为环形结构，密封组件包围管状工件且与其密封抵靠。

图10是具有根据本发明的实施例的密封组件的管状运行工具的横截面示意图，密封组件安装到其底端，显示其将与管状运行工具处于缩回的位置。

图11是图10的密封组件的横截面示意图，显示位于轴对称管状工件的内部且以相对大的凸起间隙与其密封接合。

图12是图11的密封组件的横截面示意图，显示位于轴对称管状工件的内部且以相对小的凸起间隙与其密封接合。

图13是图11的密封组件的局部横截面放大图。

图14是图11的密封组件的局部横截面放大图，显示密封组件部分地拆开以允许移走和更换密封元件。

具体实施方式

主要原理

现在将参照图1至6描述本发明的密封组件的主要原理。图1是根据本发明的一个实施例的密封组件10a的横截面示意图，与工件分开单独显示。密封组件10a包括密封载体40a和弹性密封元件20。密封载体40a具有近端面12且限定了大致V型的密封件容纳槽(或简称为“密封槽”)50a，用于容纳密封元件20。密封槽50a将近端面12断开且，在图1的实施例中，随着其深入密封载体40a宽度减小。密封槽50a由接触面42和44限定，接触面42和44延伸形成一对净空面(clearance faces)48。位于密封件容纳槽壁的远端的这些净空面或间隙延伸远离支撑密封元件且与密封元件接触的区域。此处显示净空面与V型接触面42和44毗连，但是在可选的实施例中可以是不同的构造。接触面42和44以及净空面48的长度和角度结合密封元件20的尺寸和形状进行选择，以允许密封元件20有进入密封槽50a的内向位移，以及还允许密封元件20在卸载时返回中间位置。

如图1中以举例方式所示，密封载体40a可选地包含在密封载体40a的近端面12和选定净空面上的选定位置之间延伸的高压流体接口45，以便密封槽50a的远端(即内部)区域与高压源流体连通。高压流体接口45的目的和功能将在之后的说明书中详细描述。

根据密封槽50a的结构，密封组件10a的密封槽几何形状可能允许密封元件20在卸载时可完全脱离密封槽50a，在这种情况下可能需要一些保持装置。在密封载体和工件的形状大致轴对称的情况下，密封保持可通过密封元件20中的卡箍应力起效。然而，希望具有附加的或可选的密封保持装置，其例子图示在图2至6中。

图2是根据本发明的第二实施例的密封组件10d的横截面示意图，包括密封载体40d和密封件容纳槽50d，该密封件容纳槽50d由单个密封保持面43、接触面42和44和一对净空面48限定。在该实施例中，净空面48的角度不相等，接触面42被构造为便于其垂直于工件(未显示)的密封表面。密封组件的该实施例有助于将密封元件20保持在槽50b内，无论槽的其它三维面如何，如一般依赖于卡箍应力进行密封保持的轴对称密封件。

图3是根据本发明的第三实施例的密封组件10b的横截面示意图。密封组件10b包括具有密封件容纳槽50b的密封载体40b，密封件容纳槽50b由两个保持面41和43，接触面42和44和一对净空面48限定，密封元件20设置在槽50b内。密封组件的该实施例有助于将密封元件20保持在槽50b中，无论密封槽的结构如何，并且与槽几何形状的其它三维面无关。

图4图示了密封组件10b与工件30关联地安装且在密封载体40b的近端面12与工件30的接触面31之间具有相对较大的凸起间隙G。密封载体40b的密封槽50b具有保持面41和43、接触面42和44以及一对净空面48。相对于由接触面42和44共同提供的会聚楔形，保持面41和43共同形成发散楔形47。结合密封元件20的尺寸和形状来选择保持面41和43的长度和角度，以防止在与工件30接合和分离过程中失去对密封元件20的牵制。另外，保持面41和43的作用在于将密封元件20定位在中间位置以保证在间隙宽度G的范围上与工件30接合。

再次参照图3，密封元件20显示处于中间位置，初始密封接合将发生时的最大间隙宽度用G₀标识。再次参照图4，间隙G小于间隙G₀，从而与工件30干涉密封，如受压时启动密封所需的。

现在参照图5，密封组件10b显示以小于图4中的凸起间隙G与工件30接合，迫使密封元件20进一步进入密封槽50b，以便其脱离与两个保持面47的接触和增加与两个接触面42和44的接触，但是没有移动到足够深入与净空面48接合。

再次参照图4，接触面42和44以及净空面48的长度和角度结合密封元件20的尺寸和形状来选择以允许密封元件20在基本垂至于工件30的接触面31的方向上有内向位移，从而为选定范围的间隙宽度G留出空间。另外，接触面42和44的角度在考虑了摩擦力后进行选择以保证密封元件20将在卸载时趋向于回到其中间位置，以防止密封元件20“卡”在密封槽50b内。

基本明显的是，本发明为具有给定横截面的密封元件提供了一种增加可允许干涉或“挤压”量或范围的手段，因此使得密封能够在较大范围的间隙宽度G上起作用，而不会是具有类似横截面的密封元件保持在具有传统、大致矩形几何形状的密封槽内。将进一步明显的是这种理想的功能是因为由给定的增量减小缝隙G(即，增加干涉度)产生的变形应力的量小于相同量的“挤压”施加于工件和传统密封件装载槽之间的具有类似横截面的传统O型圈上将产生的。

仍参照附图4，本实施例中的密封元件20在不受压时具有圆形横截面，且概略性显示其即将被压缩和与工件30的接触面31接合以及在接触面41、42、43和44上与密封载体40b接触。然而，要理解的是本发明使用的密封元件不局限于这种横截面，也可选择其它密封形状以配合特定的设计需求或偏好。密封形状可选择提供了以下的任意或所有的对圆形横截面密封元件的功能作出改进的几何特征：

·插入过程中对旋转和扭转增强的抵制力，其通过提供与一个或两个接触面接合的平坦表面获得，或者，更优选地，通过提供具有非圆形横截面、具有大于其宽度的特殊深度的密封元件获得，即在与工件表面垂直的方向上拉长；

·插入过程中减少的径向负载，其通过提供密封元件与接触面之间的较小接触面积获得；和

·增加的或减小的初始接触压力，其通过改进接触半径和/或在密封元件和工件或密封载体之间提供平坦接触界面获得。

参照图3至5，密封组件10b的成对保持面47、接触面42和44和净空面48显示从顶部到底部对称。然而，要理解的是任一或两个保持面47、任一或两个接触面42和44以及任一或两个净空面48可以是非对称的，如一些场合可能需要的。这样，密封元件20的变形不一定局限于与工件30的接触面31垂直的方向。

再次参照图4，密封元件20由具有充分的顺应性(即弹性)的材料制成，以便在图示的组件中，其将与接触面31、41、42、43和44大致共形接触(conforming contact)以产生如下五个腔：

·外部LP(即low-pressure，低压)腔51，其位于工件接触面31和密封载体40b的近端面12之间的密封组件的LP侧上；

·外部HP(即high-pressure，高压)腔52，其位于工件接触面31和密封载体40b的近端面12之间的密封组件的HP侧上；

·内部LP腔53，由密封元件20的LP侧和接触面41和42的相邻区域界定；

·内部HP腔54，由密封元件20的HP侧和接触面43和44的相邻区域界定；

·远端腔55，由密封元件20的远端面和接触面42和44的相邻远端区域界定。

高压流体接口45连接外部LP腔51和远端腔55，以便远端腔55暴露于作用在密封组件一侧(即图4中的较低的一侧)的高压HP源，而位于密封组件的另一侧上的外部HP腔52暴露于相对低压LP源。要理解的是，虽然其不直接连接到高压HP源，内部HP腔54可大致被认为处于相同的高压，这是被处于高压的外部LP腔51和远端腔55包围的结果。

还要理解的是，对于密封元件20将密封地接合到密封载体40的保持面41还是保持面42，还有一些不确定性。图6图示了根据可选实施例的密封组件10c，其中这种不确定性通过提供与腔52和53连接的低压流体接口46来解决，从而保证腔52和53连接到密封元件20的低压侧(LP)。共形接触可以保持在密封元件20和所有五个接触面31、41、42、43和44之间，如几何形状所允许的，但是只有面31和42需要与密封元件20密封地接合。

图7是本发明的密封组件10e的横截面示意图。密封组件10e是图6中的密封组件的变体，其具有与密封元件20一体提供的高压流体接口56和低压流体接口57。HP流体接口56，在图7中显示为穿过密封元件20的槽，连接高压腔51、54和55。LP流体接口57，显示为穿过密封元件20的槽，连接低压腔52和53。虽然HP流体接口56和LP流体接口57每个都显示为单个槽，但是要理解的是密封元件20可以设有多个这样的沿其长度布置的槽或接口。

设有接口的密封元件提供类似于参照图6描述的实施例的设有接口的槽的流体连通性。密封元件如此构造时，密封保持件可以被构造为沿在槽的近端和远端之间延伸的密封槽的中心线对称。因此，单向的密封载体变成双向的，同时密封元件变为单向的。这样，为了反转密封方向，密封元件可以以相反的方位来安装，在这种情况下其将高压接口放置在密封组件的顶部和低压接口放置在密封组件的底部(如图7中所示)。要理解的是，该密封元件可以只设有高压接口以提供类似于参照图1至5所述的功能。还要理解的是如此构造的密封元件可以被组装带有还包括如参照图1-6所述的高压和/或低压接口的密封载体，而不会失去单向密封功能。

图8图示了大致显示在图6中的密封组件的圆形地构造的实施例，密封件容纳槽为环形结构，密封组件同轴地设在管状工件内且密封抵靠管状工件，密封组件和工件具有共有的中心线(C/L)。

图9图示了图6中的密封组件的可选的圆形地构造的实施例，密封件容纳槽是环形结构，密封组件同轴地包围且密封抵靠管状工件。

用于管状运行工具的密封组件

图10至14图示了本发明的密封组件的优选实施例，其被结合到管状运行工具100的下端101。如图10所示，密封组件110包括上部密封保持件120、下部密封保持件140、密封组件保持元件160和密封元件180。图10中显示的密封组件110将与管状运行工具100处于缩回位置(即，不与管状工件接合)。在这种情况下，密封元件180显示具有圆形横截面，密封元件180处于中间、不受压状态，部分地凸出在上部和下部密封保持件120和140之外。要理解的是，这样的目的在于图示上部密封保持件120、下部密封保持件140和密封元件180之间的干涉配合，组装好的密封元件180将被上部和下部密封保持件120和140部分压缩。这样，所以密封元件180完全被限制成该图中所示，密封元件180将与上部和下部密封保持件120和140共形接触，并且将与上部密封保持件120密封地接合。

图11是同轴地设置在具有内表面202的管状工件200中的密封组件110的横截面图，密封元件180与内表面202圆周地密封接合。工件200的内表面202的直径是密封组件110的特定允许范围的上限值(即间隙G相对较大)。上部密封保持件120具有上面121、下面122、内面123和外(或远端)面124。上部密封保持件120的下面122具有多个垂直定位的螺栓孔125以便于连接到下部密封保持件140。上部密封保持件120还具有面向下的肩部131和双面的半个密封槽126，该半个密封槽126由在外面124附近的保持面128和接触面127限定。上部密封保持件120还具有多个径向定位的销孔129，其设置在外面124上和通过泄压接口130连接到下面122，泄压接口130在保持面128和接触面127的会聚点将半个密封槽126断开。

仍参照图11，下部密封保持件140具有上面141、下面142、内面143、外面144、以及多个在下面142和上面141之间延伸的螺栓孔145。下部密封保持件140的上面141具有双面的半个密封槽146，该半个密封槽146包括在外面144附近的保持面147和接触面148，以及面向上的肩部158。下部密封保持件140的面向上的肩部158和上部密封保持件120的面向下的肩部13共同形成一对肩部150。下部密封保持件140的下面142在这种情况下被构造为斜刺引导部，其形状基本为截头圆锥体，且被构造为在插入工件200的近端201的过程中与外壳运行工具(未显示在图11中)对中。

上部和下部密封保持件120和140被构造为彼此刚性地相互连接，例如，在图示的情况下，通过螺进上部密封保持件120的孔125中的多个帽螺钉190，其头部肩靠在下部密封保持件140的反向开孔的孔145中。帽螺钉190的应力作用穿过成对肩部150。

密封元件180设置在密封槽153内的上部和下部密封保持件120和140之间。在图示的实施例中，密封元件180为环形形状，即具有圆形横截面的轴对称。虽然显示处于被压的状态，但是，由于由有足够弹性和顺应性的材料制成，密封元件180基本顺应密封槽153的形状，且径向被工件200的内表面202限定。密封槽153由一对接触面148和127，净空面151，和一对保持面152和128限定，其中接触面127和148的角度方位被选定以提供驱动反弹的弹力(即，回弹)和防止密封元件180“卡住”的抵制力，其中“卡住”被定义为当组件110离开工件200时密封元件在其密封槽内保持在径向向内位移的位置的趋势，而不是弹性地反弹到中间位置。保持面127和147的角度方位被选择以防止失去对密封元件180的牵制，这被定义为密封元件在插入工件200和密封组件离开工件200的过程中离开密封槽的趋势。成对保持面152被构造为便于当密封元件180不承压时，它们促使或偏向于使密封元件朝向中间位置。

可以结合密封元件180的直径来选择密封槽153的最大高度的径向位置，以提供密封元件180的预应力卡箍压缩或膨胀而使其偏向于接触或缩回，以及定位密封元件180。

仍参照图11，定位在上部密封组件120的内部且与其同轴的组件保持件160被设置为与上部密封保持件120分开，并且具有位于下端162的面向上的肩部161和位于上端164的螺纹元件163。要理解的是组件保持件160可以与上部密封保持件120成一体，而在图示的实施例中显示为分开的组件，如因为材料强度和可得性需求这在一些情况中是必须或需要的。

沿组件保持件160的外表面165设置的是收容密封元件166、167和168的圆周槽。组件保持件160布置为便于密封元件167和168密封地与上部密封保持件120的内面123接合，同时密封元件166和螺纹元件163共同密封地和螺纹地与管状运行工具100的下端101接合(未显示在图10中)。

在图示的实施例中，密封元件180具有圆形横截面。然而，要理解的是根据本发明的密封组件不局限于使用这种横截面轮廓的密封元件。适用于与密封组件一起使用的密封元件不局限于任何的特定形状或结构，只要其提供：在间隙G的宽度范围上与工件的内表面交界的接触界面；相对于工具的轴足够小的裸露接触角度以方便在安装到工件200内时密封元件位移进入密封槽；和分别与上部和下部密封保持件120和140的保持面和接触面交界的接触界面。

图12是组件110的横截面，与工件200同轴地定位且密封地接合，工件200具有位于允许范围的下限值的内径(即间隙G相对较小)。密封元件180，与接触面128和148以及净空面151结合，允许在工件200的内表面202具有允许范围的小端的直径时，密封元件180径向向内位移。密封元件180，当不受压时可具有圆形横截面，显示在该图中被压缩在密封保持件120和140以及工件200之间。

再次参照图11，下部密封保持件140设有多个流体接口149，其允许流体在下部密封保持件140的外表面144和上表面141之间流动，和流到密封元件180内侧的密封槽153中，从而提供作用到密封元件180的内侧的压力，以作为促进和提升密封元件180在工件200的内表面202上的密封接合的进一步的方法。密封槽153和流体接口149可以填充有油或其它的在工具运作温度范围上具有相对高粘性的物质以保持接口149内的加压流体的相对自由的流通，否则接口149可能被钻孔泥或其它含有流体的固体堵塞，从而阻碍或防碍密封组件110的压力平衡和正常功能。

密封组件110的功能和运作参照图13后很容易理解，图13是图12所示的密封组件110和工件200的放大的部分横截面图。在本图中显示密封元件180与上部和下部密封保持件120和140在面127、128、147和148的四个位置接触且接合，且还与工件200的内表面202接合，要理解的是如果内表面202的直径相对于允许的内径范围较小，必然发生的密封元件180的径向移动将导致失去与面127和147的接合。这样，密封元件180将只与面128和148接合。作为这种潜在的间歇式接触的后果，来自工件200的内表面的碎屑会积聚在表面127和147上，这样，对于随后的接合，会削弱在上部和下部密封保持件120和140上的密封性能。

还要理解的是密封件的高压侧被流体接口149接通以包括腔155，156和157，同时密封件的低压侧被流体接口129接通以包括腔135和136。因此，密封接合发生在表面128和202上。

现在参照图14，所显示的密封组件110部分地拆开以允许移去密封元件180和安装新的密封元件180。在该结构中，密封组件110的帽螺钉190被部分地移去，允许分别附加上部和下部密封保持件120和140的间隔，在该位置，密封元件180可以在密封槽153中被侧向地移去，以便一侧的位置与临近密封组件的中间半径的负载成对肩部150相邻，而密封元件180的相对端径向地位于密封组件110的外部，并且只要密封元件的直径足够小且由有足够强度、弹性和顺应性的材料如典型的用于流体密封的弹性体制成就能被移去。

总而言之，上述密封组件包括具有密封件容纳槽的密封载体，密封件容纳槽由承载了能与工件的密封表面接合以密封密封载体与工件之间的间隙的弹性体密封元件的两个侧壁限定，其中：

·侧壁(这里也称作接触面)被构造为便于密封槽的宽度从其外部(或近)端向其内部(远)端减小；

·弹性体密封元件被构造为与接触面紧密配合，两个侧壁相对于工件的密封表面的角度方位被选择为允许密封元件在基本垂直于密封表面的方向移动同时在接触面之间被侧向压缩；和

·当与工件一起组装时，弹性体密封元件的未变形形状被设置为与工件的限制表面和槽的侧壁共同干涉配合(interfere)，从而引起对这些限制表面的接触压力，这些接触压力进而趋向于密封在工件和密封载体之间的间隙。

考虑预期的摩擦力来选择密封槽的几何结构，以便当密封组件从工件上拆离时，密封元件从密封槽向外朝其中间位置移动。根据密封元件的形状和密封槽的几何形状，有可能密封元件会完全跑出密封槽外，这时将需要提供与密封槽关联的密封保持工具。

在某些轴对称密封件的场合，即密封槽和工件是圆形或圆柱形，密封保持可通过使用密封元件自身的卡箍刚度来完成。然而，在这种保持手段不充分或不可获得的场合(例如在面密封的场合)，密封槽的至少一个侧壁可设有第二锥面(这里称为保持面)形式的密封保持件。这样，密封槽的几何形状被选择为便于槽的宽度较小接近密封载体的外(或近)表面，其中至少一个侧壁的最外端的区域用作保持面，其从相对的槽的侧壁上的保持面开始向远端呈锥形，直到保持面与密封槽侧壁的内侧面交接处的最大宽度的点，上文定义为接触面。

密封槽的侧壁的面的交点限定了密封元件的中间位置；即密封元件在不受压或不与工件接合时所定位的位置。中间位置结合密封元件的几何形状来选择以将密封元件定位成与工件接合和在工件/密封载体的间隙宽度范围上提供一些初始接触接合。一对保持面相对于工件的密封面的角度被选择为将密封元件在不受压时定位在中间位置和通过减小密封槽的开口宽度防止失去密封保持。

本发明的密封组件是单向的，而槽的几何形状可以是对称的。组件被设置为便于密封元件内侧的槽连通密封件的高压侧。这样，密封元件密封地与工件的密封表面和密封件低压侧的接触面接合。

一般理解的是在密封元件的过早材料损坏发生之前，一般固体的弹性体密封件的干涉或“挤压”极限，如O型密封圈，是大约30％。这用作可允许的变形应力的计量，其中材料可以被预期为不失效地容纳。对本领域技术人员来说显而易见的是，具有减小的变形应力与间隙位移之比的密封组件将允许可密封间隙宽度的增加而不会失效。在本文中，“干涉位移”被定义为工件的密封表面与位于密封载体中的不受压弹性体密封件之间的差值，主要是在密封表面接触的密封体失去以前间隙尺寸可增大的量。

根据本发明的基本轴对称的密封组件提供的优点是方便移走和更换密封元件的能力，如因为磨损或损坏而需要的话。一般，弹性密封件通过在密封载体上拉伸密封元件使其进入固定几何形状的槽来安装。当密封元件的厚度相对密封长度增加时这会变得异常困难，因为需要更大的卡箍应力和更多压力。为了解决这一问题，根据本发明的密封载体可选择性地包括上部和下部部分，以便这些部分可部分地拆卸，密封槽的几何形状可以被选择为便于密封元件可侧向移动和无需拉伸密封元件即可从密封载体中取出。

本领域普通技术人员很容易理解的是可以在不脱离不发明的范围和教导下做出本发明的各种改进，包括可使用之后设计或发展的等同结构或材料的改进。特别要理解的是，本发明的目的不在于局限于任何描述的或图示的实施例，请求保护的元件或特征的变体的替换，只要无须任何实质性地最后改变本发明工作，将不构成对本发明范围的偏离。还要意识到的是这里描述和讨论的实施例的不同教导可以分开应用或任意何时地组合以产生所需的结果。

在本专利文件中，词语“包括”的任何形式被理解为其非限制性含义，即包括该词语之后的任何项目，但是不排除非有特别提及的项目。用非限定性词语“a”标示的元件不排除存在多个该元件，除非文中清楚地表明有一个和只有一个该元件。词语“连接”、“接合”、“耦接”、“附接”的任何形式的任何使用，或描述元件之间的相互作用的任何其它术语不在于将相互作用限制在目标元件之间的直接相互多作用，而还可包括元件之间的间接相互作用，例如通过第二或中间结构。相关的术语如“平行”、“垂直”、“一致”、“交叉”、“等距”目的不在于指示或要求绝对的几个精度。相应地，这些术语将被理解为只是指示或要求大概的精度(例如，基本平行)除非文中清楚地另外要求。

Claims (19)

1.一种流体密封组件，包括：

(a)顺应性材料的密封元件；

(b)密封载体，包括相对刚性材料的、限定密封面的一个或多个元件，密封面具有断开该密封面的密封件容纳槽；

其中：

(c)密封件容纳槽具有相对的槽限定壁，每个壁具有远端和位于密封面处的近端；

(d)槽限定壁用作密封接触表面，密封接触表面中的至少一个向内会聚以使密封件容纳槽向所述远端变窄；和

(e)密封件容纳槽具有适于接受密封元件的深度和宽度，当密封元件被压缩而与密封接触表面接触时，密封元件凸出超过密封面；

(f)密封件容纳槽的深度超过密封元件的最大深入长度从而朝向密封接触表面的远端形成内部压力腔；和

(g)接口从密封面开始延伸穿过密封载体到达内部压力腔，从而来自位于密封件容纳槽的被选择一侧的密封面的流体与内部压力腔连通。

2.如权利要求1所述的流体密封组件，其中，密封件容纳槽通过密封接触表面中的至少一个的近端处的向内凸出的密封保持件而在密封面处变窄。

3.如权利要求1所述的流体密封组件，其中，密封元件具有大致圆形的横截面。

4.如权利要求3所述的流体密封组件，其中，密封元件的大致圆形的横截面具有大致对应于密封件容纳槽的密封接触表面的平坦部分。

5.如权利要求1所述的流体密封组件，其中，密封元件是轴对称的且具有内周表面、外周表面和大致圆形的横截面。

6.如权利要求5所述的流体密封组件，其中，轴对称密封元件的大致圆形的横截面具有大致对应于密封件容纳槽的密封接触面的平坦部分，所述平坦部分中的至少一个从外周向内周会聚。

7.如权利要求1所述的流体密封组件，其中，第一密封接触表面由密封载体的第一元件承载，第二密封接触表面由密封载体的第二密封元件承载。

8.如权利要求1所述的流体密封组件，其中，密封元件由弹性体材料制成。

9.一种流体密封组件，包括：

(a)顺应性材料的密封元件；和

(b)密封载体，包括相对刚性材料的、限定密封面的一个或多个元件，密封面具有断开该密封面的密封件容纳槽；

其中：

(c)密封件容纳槽具有相对的槽限定壁，每个壁具有远端和位于密封面处的近端；

(d)槽限定壁用作密封接触表面，密封接触表面中的至少一个向内会聚以使得密封件容纳槽向所述远端变窄；

(e)密封件容纳槽具有适于接受密封元件的深度和宽度，当密封元件被压缩而与第一和第二密封接触表面接触时，密封元件凸出超过密封面；

(f)密封件容纳槽的深度超过密封元件的最大深入长度从而朝向密封接触表面的远端形成内部压力腔；和

(g)接口延伸穿过密封元件以使位于密封件容纳槽的被选择一侧的密封面与内部压力腔流体连通。

10.一种流体密封组件，包括：

(a)具有目标密封表面的工件；

(b)顺应性材料的密封元件；和

(c)密封载体组件，包括：

c.1相对刚性材料的且具有外形与工件的目标密封表面紧密配合的密封面的一个或多个元件；和

c.2断开密封面的密封件容纳槽，所述密封件容纳槽由第一密封接触表面和第二密封接触表面限定，第一和第二密封接触表面均具有近端部和远端部；

其中：

(d)第一和第二接触表面的远端部会聚使得密封件容纳槽向远端变窄；

(e)密封件容纳槽具有适于接受密封元件的深度和宽度，当密封元件被压缩而与第一和第二密封接触表面接触时，密封元件凸出超过密封面；

(f)密封件容纳槽的深度超过密封元件的最大深入长度从而朝向密封接触表面的远端形成内部压力腔；和

(g)接口从密封面开始延伸穿过密封载体到达内部压力腔，以使位于密封件容纳槽的被选择一侧的密封面与内部压力腔流体连通。

11.如权利要求10所述的流体密封组件，其中，密封件容纳槽通过密封接触表面中的至少一个的近端处的向内凸出的密封保持件而在密封面处变窄。

12.如权利要求10所述的流体密封组件，其中，密封元件具有大致圆形的横截面。

13.如权利要求12所述的流体密封组件，其中，密封元件的大致圆形的横截面具有大致对应于密封件容纳槽的密封接触表面的平坦部分。

14.如权利要求10所述的流体密封组件，其中，密封元件是轴对称的且具有内周表面、外周表面和大致圆形的横截面。

15.如权利要求14所述的流体密封组件，其中，轴对称密封元件的大致圆形的横截面具有大致对应于密封件容纳槽的密封接触面的平坦部分，所述平坦部分中的至少一个从外周向内周会聚。

16.如权利要求10所述的流体密封组件，其中，第一密封接触表面由密封载体的第一元件承载，第二密封接触表面由密封载体的第二密封元件承载。

17.如权利要求10所述的流体密封组件，其中，密封元件由弹性体材料制成。

18.一种流体密封组件，包括：

(a)具有目标密封表面的工件；

(b)顺应性材料的密封元件；和

(c)密封载体组件，包括：

c.1相对刚性材料的且具有外形与工件的目标密封表面紧密配合的密封面的一个或多个元件；和

c.2断开密封面的密封件容纳槽，所述密封件容纳槽由第一密封接触表面和第二密封接触表面限定，第一和第二密封接触表面均具有近端部和远端部；

其中：

(d)第一和第二接触表面的远端部会聚使得密封件容纳槽向远端变窄；

(e)密封件容纳槽具有适于接受密封元件的深度和宽度，当密封元件被压缩而与第一和第二密封接触表面接触时，密封元件凸出超过密封面；

(f)密封件容纳槽的深度超过密封元件的最大深入长度从而朝向密封接触表面的远端形成内部压力腔；和

(g)接口延伸穿过密封元件以使位于密封件容纳槽的被选择一侧的密封面与内部压力腔流体连通。

19.一种流体密封组件，包括：

(a)具有目标密封表面的工件；

(b)顺应性弹性体密封元件；和

(c)密封载体组件，包括：

c.1相对刚性材料的且具有外形与工件的目标密封表面紧密配合的密封面的多于一个元件；和

c.2断开密封面的密封件容纳槽，所述密封件容纳槽由第一个元件承载的第一密封接触表面和第二个元件承载的第二密封接触表面限定，第一和第二密封接触表面均具有近端部和远端部；

其中：

(d)第一和第二接触表面的远端部会聚使得密封件容纳槽向远端变窄；和

(e)密封件容纳槽具有适于接受密封元件的深度和宽度，当密封元件被压缩而与第一密封接触表面和第二密封接触表面接触时，密封元件凸出超过密封面；

(f)密封件容纳槽的深度超过密封元件的最大深入长度从而朝向密封接触表面的远端限定出内部压力腔，接口从密封面开始延伸穿过密封载体到达内部压力腔，从而来自位于密封件容纳槽的被选择一侧的密封面的流体与内部压力腔连通。