CN102814381A - 密封系统和密封方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及密封系统和密封方法。一种密封系统，其设置有：泵送装置，用于将流体泵送到工件的内侧；密封材料，该密封材料被插入到该工件的开口孔中，并且抑制流体从该开口孔泄漏；以及防脱装置，用于防止该密封材料从该开口孔脱离，其中该密封材料具有管状部分，该管状部分在前端侧处开口，该前端侧被插入到该开口孔中，并且该管状部分形成为用以当该工件内侧处的内侧压力因泵送流体而升高时沿膨胀方向弹性地变形；以及一种使用该密封装置的密封方法。

Description

密封系统和密封方法
技术领域
本发明涉及抑制高压流体从工件内侧泄漏的密封系统和密封方法。
背景技术
近年来，已经提出了对各种耐压部件的预应力处理的需求。“预应力处理(autofrettage)”是加工，其密封工件并且在密封状态下施加高内侧压力，以便留下工件的结构内的残余应力，从而提高强度。在预应力处理时，必须使用密封系统。WO2008/058494公开了密封系统的一个例子，该密封系统通过将锥形密封端压在工件的开口边缘上来密封工件。
然而，在以上WO2008/058494的相关技术中，工件的开口边缘成为密封位置，因此内侧压力所施加的范围最终变得更大。因此，具有不充分的强度的部件因内侧压力而导致断裂，加工精度最终偏离所需的尺寸精度，并且容易发生其它这样的问题。
当将密封位置设置在工件内侧处时，密封材料被压配合在工件的开口孔中从而密封孔，通过紧压使插入到工件的开口孔中的密封材料在工件内侧膨胀从而使孔被密封严密，或可以考虑其它手段。当使用这些手段时，密封材料最终塑性变形，因此不能反复使用密封材料。
发明内容
鉴于以上观点，本发明提供了能够重复使用插入工件内侧的密封材料的密封系统和密封方法。
为了实现以上目的，在权利要求1中所描述的本发明的方面中，提供了一种密封系统，该密封系统设置有：泵送装置(11) ，该泵送装置用于将流体泵送到工件 (1)的内侧；密封材料(12) ，该密封材料被插入到该工件(1) 的开口孔(1a) 中，并且抑制流体从该开口孔 (1a)泄漏；以及防脱装置(13, 14) ，所述防脱装置用于防止该密封材料(12) 从该开口孔(1a)脱离，其中该密封材料(12) 具有管状部分(12a)，该管状部分在前端侧处敞开，该前端侧被插入到开口孔(1a)中，并且该管状部分(12a) 形成为用以当该工件(1) 内侧处的内侧压力因泵送流体而升高时，沿膨胀方向弹性地变形。
根据这一点，如果该工件（1）的内侧压力升高，则该密封材料（12）的管状部分（12a）沿膨胀方向变形，因此插入到该工件(1)内侧的密封材料(12)能够抑制流体泄漏。此外，该密封材料（12）的变形是弹性变形，因此该密封材料（12）能够被重复地使用。
在权利要求2中所描述的本发明的该方面中，提供了本发明的该方面，其特征在于，该管状部分(12a)的内侧壁表面设置有圆形部，该圆形部用于避免应力集中。
由于这一点，该密封材料(12)相对于内侧压力的持久性能够增加。
在权利要求3中所描述的本发明的该方面中，提供了本发明的该方面，其特征在于，该管状部分（12a）设置有薄部分（12b），该薄部分用于促进因工件(1)内侧的内侧压力而导致的膨胀。
由于这一点，能够改进该密封材料(12)的密封能力。
在权利要求4中所描述的本发明的该方面中，提供了本发明的该方面，其特征在于，该管状部分（12a）设置有锥形部分（12c），该锥形部分用于促进插入到开口孔(1a)中。
由于这一点，即使该密封材料(12)和该开口孔(1a)之间的间隙很小，避免该密封材料(12)变硬以插入到该开口孔(1a)中也是可能的。
在权利要求5中所描述的本发明的方面中，提供了本发明的该方面，其特征在于，该密封材料（12）的外圆周设置有粗糙化部分（12d），该粗糙化部分用于使流体的流动阻力增加。
由于这一点，在该密封材料(12)弹性地变形之前，防止流体流入与该开口孔(1a)的间隙中是可能的，因此促进该工件(1)的内侧压力上升从而能够实现该密封材料(12)的可靠的弹性变形是可能的。
在权利要求6中所描述的本发明的该方面中，提供了一种密封方法，其使用权利要求1至5中任一项所描述的本发明的该方面，其特征在于，包括：将所述密封材料(12) 插入到所述开口孔 (1a)中的步骤；在通过所述防脱装置(13,14)防止所述密封材料(12)从所述开口孔(1a)脱离的同时，泵送装置(11)的步骤；以及通过所述流体的泵送来升高所述工件 (1) 内侧处的内侧压力并且使所述管状部分(12a) 沿所述管状部分(12a) 的膨胀方向弹性地变形的步骤。
在上文中，给定了如下情况的解释：将本发明视为密封系统和密封方法的发明，但是，本发明也可被视为预应力处理系统和预应力处理方法的发明。此外，本发明也能够被视为用于制造共轨的系统和制造共轨的方法的发明。
附图说明
图1是示出第一实施例中的预应力处理系统的横截面图。
图2A和图2B是解释第一实施例中的预应力处理的过程的截面图。
图3是第二实施例中的密封销的横截面图。
图4是第三实施例中的密封销的横截面图。
图5是第四实施例中的密封销的横截面图。
具体实施方式
第一实施例
下面将解释第一实施例。在本实施例中，将解释用在柴油发动机中的共轨的部件的预应力处理的例子。
工件1具有直通孔1a（开口孔）和水平孔1b，该水平孔与直通孔1a垂直地相交。在本例子中，通孔1a和水平孔1b的截面形状是圆形。
预应力处理系统是用于工件1的预应力处理的系统，并且设置有高压泵11、密封销12、密封销支座13、液压缸14、和盖子15。
高压泵11是泵送装置，用于将预应力处理流体（工作油）泵送至工件1的内侧，并且该高压泵具有排放喷嘴11a，该排放喷嘴可以插入到工件1的通孔1a的一端（图1中的左端）中。
排放喷嘴11a形成为带有锥形部分或台阶部分。排放喷嘴11a的锥形部分或台阶部分被设计成紧靠着形成在工件1的通孔1a处的锥形部分或台阶部分。
高压泵11所泵送的预应力处理流体的压力被设计成通过压力计11b测量。
密封销12是密封材料，该密封材料抑制预应力处理流体从工件1的通孔1a的另一端（图1中的右端）泄漏，并且被插入到通孔1a的另一端中。在该例子中，密封销12由金属形成。
密封销12的外径优选地与工件1的通孔1a的内部直径相同，但是工件1的通孔1a的加工上的变化（误差）是不可避免的，因此密封销12的外径被设计成正好比工件1的通孔1a的内部直径仅稍微小点。
密封销12具有管状部分12a，该管状部分朝插入的前端侧（图1的左端侧）开口。管状部分12a形成为用以当工件1内侧压力因泵送预应力处理液体而升高时，在直径方向上沿向外膨胀的方向（即，沿紧密接触通孔1a的内壁的方向）弹性地变形。
密封销支座13和液压缸14是防脱装置，用于防止密封销12从工件1的通孔1a脱离。密封销支座13被布置用以堵住通孔1a。液压缸14将密封销支座13推挤到工件1一侧。通过液压缸14推动密封销支座13，工件1推靠着排放喷嘴11a。
盖子15抑制预应力处理流体从工件1的水平孔1b泄漏。特别地，盖子15刻有外螺纹并且形成为带有锥形部分或台阶部分。盖子15的外螺纹与水平孔1b的内螺纹紧固。因此，盖子15的锥形部分或台阶部分压在水平孔1b的锥形部分或台阶部分上进行密封。盖子15的前端也可以通过将球状物压在水平孔1b的锥形部分上而被密封。
接着，将解释使用以上预应力处理系统的预应力处理方法（密封方法）。首先，用盖子15封闭工件1的水平孔1b。由于这一点，工件1的水平孔1b利用锥形部分或台阶部分被密封。
接着，将密封销12设置（插入）到工件1的通孔1a中，然后将工件1设置在高压泵11和密封销支座13之间。将高压泵11的排放喷嘴11a插入到工件1的通孔1a的一端，密封销支座13封闭工件1的通孔1a的另一端，并且液压缸14向下压密封销支座13。
接着，用高压泵11将预应力处理流体泵送到工件1的内侧。此时，如图2A中所示，密封销12的外圆周和工件1的通孔1a的内圆周之间存在的微小间隙泄漏预应力处理流体，但是由于供给预应力处理流体比从间隙的泄漏更快，所以能够使工件1的内侧压力上升。预应力处理流体的供给速率能够根据密封销12和通孔1a之间的间隙的尺寸、预应力处理流体的粘度等计算。
如图2B中所示，由于工件1的内侧压力上升，所以在密封销12的内侧和外侧之间出现压力差。由于该压力差，密封销12的管状部分12a沿膨胀方向弹性地变形，因而该管状部分紧密地接触工件1的通孔1a的内圆周。由于这一点，预应力处理流体的流动受阻，并且获得了充分的密封。
当工件1的内侧压力上升到预应力处理所需的预定压力（例如，500兆帕或更高的超高压）时，逆向操作高压泵11以使内侧压力降低。在内侧压力降低之后，密封销12恢复其原形。以这种方式，能够通过预应力处理来加工工件1。
根据本实施例，如果工件1的内侧压力升高，则密封销12的管状部分12a沿膨胀方向变形，因此插入工件1内侧的密封销12能够用来抑制预应力处理流体的泄漏。此外，密封销12的变形是弹性变形，因此密封销12能够被重复地使用。
能够自由地将密封销12设置在工件内侧的密封位置中，只要该密封销能够插入到工件1内侧即可。出于这个原因，具有弱强度段的部件或要求高精度的部件能够容易地通过预应力处理进行加工，因为密封位置能够合适地设置在工件的内侧。
第二实施例
在该第二实施例中，密封销12的管状部分12a被制成易于变形并且耐久的形状。特别地，如图3中所示，密封销12的管状部分12a的内壁表面被弄圆以避免应力集中。此外，密封销12的管状部分12a形成为带有能够容易地膨胀的薄部分12b。
第三实施例
在该第三实施例中，密封销12成形为用于容易地插入到通孔1a中，即使与通孔1a的间隙非常小。特别地，如图4中所示，密封销12的管状部分12a的最前端形成有锥形部分12c，以促进插入到通孔1a中。
第四实施例
在该第四实施例中，密封销12的形状被设置成使得在密封销12弹性地变形之前，预应力处理流体不会轻易地流入与通孔1a的间隙中。特别地，如图5中所示，密封销12的外圆周形成为带有粗糙化的部分12d，该粗糙化的部分具有大的表面粗糙度。
根据此点，粗糙化的部分12d使预应力处理流体的流动阻力在间隙处增加，因此可以促进工件1的内侧压力上升并且能够可靠地实现密封销12的弹性变形。
其它实施例
注意，以上实施例可以适当地组合。
此外，在以上实施例中，已经结合本发明的在共轨的部件上进行预应力处理时进行密封的应用的例子给出了解释，但是本发明并不限于此。本发明能够广泛地应用于各种工件的密封。

Claims (6)

1. 一种密封系统，其设置有：
泵送装置，所述泵送装置用于将流体泵送到工件的内侧；
密封材料，所述密封材料被插入到所述工件的开口孔中，并且抑制所述流体从所述开口孔泄漏；以及
防脱装置，所述防脱装置用于防止所述密封材料从所述开口孔脱离；其中
所述密封材料具有管状部分，所述管状部分在前端侧处开口，所述前端侧被插入到所述开口孔中，并且
所述管状部分形成为当所述工件内侧处的内侧压力由于所述流体的泵送而升高时，沿膨胀方向弹性地变形。
2. 如权利要求1中所述的密封系统，其特征在于，所述管状部分的内侧壁表面设置有用于避免应力集中的圆形形状。
3. 如权利要求1中所述的密封系统，其特征在于，所述管状部分设置有薄部分，所述薄部分用于有助于由于在所述工件内侧处的内侧压力而导致的膨胀。
4. 如权利要求1中所述的密封系统，其特征在于，所述管状部分设置有锥形部分，所述锥形部分用于有助于插入到所述开口孔中。
5. 如权利要求1中所述的密封系统，其特征在于，所述密封材料的外圆周设置有粗糙化的部分，所述粗糙化的部分用于使所述流体的流动阻力增加。
6. 一种使用如权利要求1至5中任一项所述的密封系统的密封方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述密封材料插入到所述开口孔中的步骤；
在通过所述防脱装置防止所述密封材料从所述开口孔脱离的同时，通过所述泵送装置将流体泵送到所述工件的内侧的步骤；以及
通过泵送所述流体来升高所述工件内侧处内侧压力并且使所述管状部分沿所述管状部分的膨胀方向弹性地变形的步骤。
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