CN103370543A

CN103370543A - 具有包括挤压凹部的楔状密封的活塞填密件

Info

Publication number: CN103370543A
Application number: CN2011800678550A
Authority: CN
Inventors: J.H.伯恩; C-F.M.杨
Original assignee: SPM Flow Control Inc
Current assignee: SPM Oil and Gas Inc
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-10-23
Also published as: AU2011343526A1; WO2012083179A3; WO2012083179A2; AR084325A1; EA201390890A1; CA2820959A1; EP2652334A2; US20120152111A1; US9249797B2

Abstract

一种密封装置，设置在位于泵腔体和泵外部之间的汽缸腔室的环形凹部中。该密封装置包括主密封件和辅助密封件，且将设置在汽缸腔室中的泵活塞密封。辅助密封件包括挤出凹部，其从与主密封件相邻的辅助密封件的表面沿着辅助密封件的内或外直径延伸。在泵送操作过程中，活塞在汽缸腔室中行进，使得主密封件挤入至挤出凹部中，以在活塞和汽缸腔室之间形成密封。

Description

具有包括挤压凹部的楔状密封的活塞填密件

技术领域

本发明大体涉及往复泵，且具体地涉及泵壳体和泵活塞之间的填密装置密封件。

背景技术

在油田操作中，往复泵通常用于多种目的。往复泵使用往复进出泵壳体的活塞以将流体移动通过泵壳体所限定的腔体。电机将连接至活塞的曲轴选转以通过流体入口将流体引入泵腔体，且通过泵出口将流体推出泵腔体。活塞延伸通过泵壳体的汽缸腔室以与所述腔体相互作用。泵壳体的汽缸腔室中的密封防止流体在泵送操作中从活塞周围泄露。总而言之，密封或填密装置由不同类型的密封件构成以改进密封装置的密封效果。该密封装置被设置在汽缸腔室的凹部中。

在一种密封装置类型中，主密封件或压力环被夹在至少两种其它密封类型之间。大体上，主密封件由顺从性的或类似橡胶的材料形成。在运行中，密封装置被压缩，使得主密封件张开，与泵壳体在汽缸腔室和活塞处接触。在运行中，主密封件的橡胶材料像浓稠的液体一样流动，这导致主密封件中的压力由于流动损耗和壁摩擦损耗而减小。该减小的压力让较高压力的泵送流体围绕主密封件的两侧流动，使得其液压地浮动并阻止了密封形成。相反，密封装置把形成在与主密封件相邻的环与壳体和活塞二者之间的窄间隙密封。主密封件的顺从性材料将流动进入间隙，增大弹性体与凹部的壁之间的接触压力。该接触压力比泵送压力更大，使得主密封件在窄间隙中形成密封。该窄的间隙分布在相邻环的长度范围上。该间隙的较窄宽度与挤入间隙的长度可能会超过主密封件的顺从特性，引起主密封件的极大的疲劳和失效，以及泵的最终失效。因此，需要密封装置，其在活塞和泵壳体之间在汽缸腔室处提供密封，同时减轻主密封件上的应力和疲劳，以延长主密封件及最终地填密装置的寿命。

发明内容

在第一方面，公开了设置在用于接收活塞的圆柱形腔室的环形凹部中的密封装置。该主密封件，具有轴线、前侧和后侧，和辅助密封件，其与所述主密封件的后侧邻接，所述辅助密封件具有内和外直径圆柱形表面。所述辅助密封件为比所述主密封件的材料更硬的材料，且可响应轴向向后的力而在所述内和外直径圆柱形表面之间的径向宽度上伸展。在所述辅助密封件的前侧上的至少一个挤出凹部，用于在所述泵活塞的向前冲程过程中接收所述主密封件的所述后侧的挤出部分。

在一些实施方式中，所述辅助密封件包括后部楔形环和前部楔形环，各所述楔形环具有圆柱形表面。所述后部楔形环和所述前部楔形环分别具有匹配的倾斜表面，该表面被配置成在所述泵的运行过程中在另一个上滑动以增加其相对于汽缸腔的轴线的组合径向宽度。

在一些实施方式中，后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述环形凹部的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在一些实施方式中，前部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述环形凹部的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在其它实施方式中，后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在一些实施方式中，前部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在一些实施方式中，至少一个挤出凹部位于所述后部和前部楔形环的相交处。

在一些实施方式中，挤出凹部从所述楔形环中的至少一个的所述圆柱形表面的前边缘向后延伸预定距离，在所述挤出凹部的后端限定向前台阶。

在一些实施方式中，挤出凹部具有大致在所述楔形环的至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处的入口。

在一些实施方式中，前部楔形环具有与所述主密封件的向后凹入表面相邻和接触的向前凸起表面，且所述挤出凹部被设置在所述凸起表面部分的后端。

在一些实施方式中，至少一个挤出凹部包括两个挤出凹部，分别设置在所述圆柱形表面中的一个的前边缘处。

在第二方面，公开了一种往复式泵装置。该往复式泵装置包括泵壳体，其限定在所述壳体的内部中的泵腔体和从所述泵壳体的外部延伸至所述泵腔体的汽缸腔室。活塞至少部分地设置在所述汽缸腔室中，且被配置成分别在吸入和排出冲程间以向前和向后方向往复进出所述泵腔体。环形凹部形成在所述汽缸腔室中且设置在所述泵壳体的外部和所述泵腔体之间。密封装置具有主密封件，该主密封件与设置在所述凹部中的楔形密封件邻接，所述密封装置被配置成将所述活塞与所述汽缸腔室密封。楔形密封件包括分别具有圆柱形表面的后部楔形环和前部楔形环。后部楔形环和前部楔形环具有匹配的倾斜表面，该表面被配置成在所述排出冲程过程中在另一个上滑动以增加其相对于汽缸腔的轴线的组合径向宽度。至少一个挤出凹部形成在至少一个所述楔形环上的圆柱形表面的前边缘上。在所述活塞的排出冲程过程中，所述主密封件的后部挤入所述挤出凹部。

在一些实施方式中，至少一个挤出凹部位于所述圆柱形表面的前边缘。

在一些实施方式中，后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在其它实施方式中，至少一个挤出凹部位于所述后部和前部楔形环的相交处。

在一些实施方式中，挤出凹部从所述楔形环中的至少一个的所述圆柱形表面的前边缘向后延伸预定距离，在所述挤出凹部的后端处限定向前台阶。

在一些实施方式中，在所述排出冲程，所述圆柱形表面中的一个与所述活塞接触，且另一个与所述圆柱形腔室的所述环形凹部接触。

在一些实施方式中，所述挤出凹部具有大致在所述楔形环的至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处的入口。

在一些实施方式中，所述圆柱形表面较内部的一个与所述活塞滑动接合，并且所述挤出凹部被设置在所述圆柱形表面较内部一个的圆柱形表面上。

在一些实施方式中，至少一个挤出凹部包括两个挤出凹部，分别设置在一个所述圆柱形表面的前边缘上。

在一些实施方式中，前部楔形环具有向前凸起表面，其与所述主密封件的向后凹入表面相邻和接触，所述挤出凹部被设置在所述凸起表面部分的后端处。

在一些实施方式中，挤出凹部具有大致在所述楔形环中至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处的入口。

在一些实施方式中，主密封件由比所述楔形环的材料更软的材料形成。

在第三方面，实施方式公开了一种往复泵装置中用于将活塞密封至泵壳体的方法。该方法提供具有主密封件和辅助密封件的密封装置，所述辅助密封件为比所述主密封件的材料更硬的材料，且可响应轴向向后的力而在所述内和外直径圆柱形表面之间的径向宽度上伸展，和至少一个挤出凹部用于在所述泵活塞的向前冲程过程中接收所述主密封件的所述后侧的挤出部分。该方法将所述密封装置设置在汽缸腔室的凹部中，该汽缸腔室在所述泵壳体的外部和泵腔体之间延伸。该方法将活塞插入所述汽缸腔室中，使得所述活塞的外直径与所述密封装置接触。该方法将所述活塞经由所述汽缸腔室往复进出所述泵腔体。随着所述活塞相对于所述密封装置向前移动，将所述辅助密封件的径向宽度增大并将所述主密封件的一部分挤入所述辅助密封件的所述挤出凹部。

在一些实施方式中，方法还包括挤出凹部位于所述辅助密封件的所述前侧在所述前侧与一个所述圆柱形表面相交处，且将所述挤出凹部从至少一个所述楔形环的所述圆柱形表面的前边缘向后延伸预定距离，以在所述挤出凹部的后端限定向前台阶。

在一些实施方式中，方法包括将所述活塞与所述辅助密封件的一个所述圆柱形表面接触，并将所述圆柱形腔室中的环形凹部与所述辅助密封件的另一个圆柱形表面接触。

在一些实施方式中，圆柱形表面的较内一个与所述活塞滑动接合，且方法还包括将所述挤出凹部设置在所述圆柱形表面较内一个的圆柱形表面上。

在一些实施方式中，至少一个挤出凹部包括两个挤出凹部，且方法包括将各挤出凹部设置在所述圆柱形表面中的一个的前边缘处。

根据下文中的具体说明，同时参考附图，其它方面、特征和优点将更加明显，所述附图是本公开的一部分且以示例的方式示出所公开的实施方式的原理。

附图说明

附图有助于理解多种实施方式。

图1是示出了活塞和流体端的往复泵的一部分的剖视图。

图2是如图1所示截取的，图1所示的流体端中的现有技术填密装置的细节视图。

图3是填密装置的实施方式的细节视图。

图4是图3中所示的填密装置在运行过程中的细节视图。

图5是填密装置的另一个实施方式的细节视图。

具体实施方式

参考图1，示出了用于油田压裂操作（oilfield fracturing operation）中的往复泵100的部分的剖视图。往复泵100包括活塞101和用于流体端的壳体102。活塞101连接至往复泵的电力端的曲轴（未示出）。在所示的实施方式中，曲轴水平地将活塞推进推出壳体102，以交替地将流体吸入壳体102所限定的腔103中以及将流体推出腔103。活塞101的水平冲程在活塞101从腔103移动离开或向外时可作为向后或吸入冲程，当活塞101移动朝向或进入腔103时可作为向前或排出冲程。如此，向后将大体涉及离开腔103移动。类似地，向前将大体涉及朝向腔103或者面向腔103的表面的移动。在泵100的可操作使用中，流体被推入地质构造中以压裂该构造从而促进碳氢化合物生产。在泵100的另一个可操作使用中，在钻井操作中流体可循环经过钻柱。本领域技术人员可理解这里所公开的实施方式可应用于任何类型的往复泵。

填密盖或者壳体法兰104通过至少一个螺栓105将活塞101与壳体102连接并对齐。本领域技术人员将理解，可通过多于一个螺栓105或经由其它方式将壳体法兰104连接至壳体102。在所示的实施方式中，壳体法兰104限定一尺寸和形状的汽缸108，使得活塞101可交替地推进和推出汽缸108进入腔103，以限定汽缸108的内壁与活塞101之间的最小间隙。壳体法兰104还限定从限定汽缸108的壳体法兰104的内壁向内延伸的环形凹部110。面向外的肩部111包括凹部110的环形竖直部分，其与带螺纹防松螺母107相对，如下文中将具体地说明。活塞101的外表面接近凹部110。填密装置106基本填充壳体法兰104和活塞101之间的凹部110。带螺纹的防松螺母107通过壳体法兰104限定的相互作用螺纹而连接至壳体法兰104。这样，带螺纹防松螺母107将力施加在填密装置106上，将填密装置106压靠在肩部111，且使得填密装置106在活塞101和壳体法兰104之间密封汽缸108。

现参考图2中所示的现有技术，示出了图1中的往复泵100的一部分，示出了填密装置106的更多的细节。如图2中所示，填密装置106包括黄铜套环120，辅助密封件或硬塑料环130，主密封件140，头部密封件150，压环（junk ring）160。在所示的实施方式中，黄铜套环120包括具有基本矩形横截面的环。黄铜套环120基本填充与带螺纹防松螺母107邻接的凹部110的一部分。黄铜套环120限定环形槽121，其接近壳体法兰104所限定的润滑通道112。槽121和润滑通道112被配置成让润滑剂通过壳体法兰104，以在壳体法兰104和活塞101之间在汽缸108中分配。

硬塑料环130与黄铜套环120的与带螺纹防松螺母107相反的端部邻接，基本填充凹部110的一部分。硬塑料环130的横截面被向后或环形平坦竖直平面131，内和外直径圆柱形表面132，以及与平坦竖直表面131相反的向前或环形凹入表面133限定。在所示的实施方式中，平坦竖直表面131与黄铜套环120的与带螺纹防松螺母107相反的竖直端邻接。优选地，硬塑料环130包括诸如聚醚醚硐（PEEK）的材料，尽管也可使用其它材料。

在所示的实施方式中，主密封件140与硬塑料密封件130的与黄铜套环120相反的凹入表面133邻接，基本填充凹部110的一部分。主密封件140的横截面由向后的环形凸起表面141限定，该向后的环形凸起表面141邻接并匹配硬塑料环130的环形凹入表面133。横截面还由内和外直径圆柱形表面142以及与凸起表面141相反的向前环形凹入表面143限定。主密封件140包括软橡胶材料，如氢化丁腈橡胶（HNBR）等等，尽管还可使用其它材料。

头部密封件150与主密封件140的与硬塑料密封件130相反的凹入表面143邻接，基本填充凹部110的一部分。头部密封件150的横截面由环形凸起表面151限定，该环形凸起表面151邻接且匹配主密封件140的环形凹入表面143。该横截面还由内和外直径表面152，以及与环形凸起表面151相反的环形竖直表面153限定。该竖直表面153限定环形凸起154，与朝向压环160延伸的环形凸起表面151相反。在自然状态，内直径表面152向内径向突出。活塞101将内直径表面152变形，使得其在主密封件140上施加轴向驱动力。优选地，头部密封件150包括比主密封件140更软的材料。

压环160包括与头部密封件150的竖直表面153以及由壳体法兰104限定的肩部邻接的环。压环160基本填充凹部110的剩余部分，从而在壳体法兰104中紧固填密装置106。压环160的横截面由与头部密封件150的竖直表面153邻接的环形表面161限定。当填密装置106被驱动时，如下文中将详细说明的，表面161将头部密封件150的凸起154变形。压环160的横截面还由内和外直径表面162，与表面161相反的环形竖直表面163限定。压环160的内直径162比活塞101的外直径更大，从而限定环形间隙114。

在运行中，带螺纹的防松环107被拧紧，向黄铜套环120施加轴向力。由带螺纹防松环107施加的力引起肩部111中的反作用力。该反作用力经由填密装置106传递，且使得头部密封件150和凸起154变形。头部密封件150和凸起154的变形向主密封件140施加调整力，将内和外直径表面142按压接触壳体法兰104的内壁和活塞101的表面。主密封件140的HNBR材料如浓稠的液体一样流动，由于主密封件140朝向硬塑料环130从头部密封件150移动离开，沿着主密封件140的长度的流动损失和摩擦损失造成主密封件140的内部压力下降。在运行中，主密封件140这样的较小内部压力允许较高压力的泵送流体在内外直径表面142，活塞101，和壳体法兰104之间流动，使主密封件140液压地浮动。

汽缸108的密封发生在硬塑料环130和壳体法兰104之间，以及硬塑料环130与活塞101之间的窄区域中。在活塞101的泵送冲程过程中，主密封件140的材料流动至硬塑料环130的内和外直径表面132、活塞101和壳体法兰104之间的非常窄的区域中。随着主密封件140流动或挤入硬塑料环130、壳体法兰104和活塞101之间的窄的区域，狭窄的空间将主密封件140、壳体法兰104和活塞101之间的接触压力增加至比泵送压力更大的压力。这样，填密装置106将活塞101和壳体法兰104之间的空间密封。在活塞101的吸气冲程过程中，泵送压力下降，且主密封件140从硬塑料环130、壳体法兰104和活塞101之间的窄间隙流出。

主密封件140的挤出或流动沿着在硬塑料环130、壳体法兰104和活塞101之间的窄间隙的长度发生，超出主密封件140的延伸性能且使主密封件140疲劳。在主密封件140与活塞101相邻且与硬塑料环130接触的转角处，即，主密封件140的后跟处，由于活塞101的运动，所以在操作过程中主密封件140承受极大的剪切载荷（sheer loads）。因此，主密封件140疲劳且首先失效。主密封件140的重复挤出和返回至硬塑料环130、壳体法兰104和活塞101之间的窄间隙使得挤出部分开始破裂和剥落。最终，足够的主密封件140体积损失，且不能够再挤入硬塑料环130、壳体法兰104和活塞101之间的窄间隙。当这发生时，泵送流体的高压力引起填密装置106的彻底失效。

现参考图3，填密装置106的实施方式包括楔形辅助密封件或硬塑料环200。该楔形辅助密封件200包括后部楔形环201和前部楔形环202。在所示的实施方式中，后部楔形环201包括大致三角形横截面区域，其由后部环形竖直表面203，与活塞101相邻的圆柱形内直径205，和前部倾斜表面207限定，其中所述后部环形竖直表面203与黄铜套环120的与带螺纹防松螺母107（图3中未示出）相反的一端邻接，所述前部倾斜表面207在竖直表面203的上端和内直径表面205的与黄铜套环120相反的一端之间延伸。

圆柱形内直径表面205包括与活塞101相邻的平坦表面，圆柱形壁表面216，和平坦端壁214。圆柱形壁表面216可以是横向于或垂直于凹部110，且连接至平坦端壁214以形成圆形的90度转角。平坦端壁214可以是横向于或平行于凹部110。在另一个实施方式中，圆柱形壁表面216和平坦端壁表面214连接以形成转角，其角度范围为从大于30度至少于150度，从大于大约30度至大约120度，或从大约60度至大约100度。

后部楔形环201限定环形内挤出凹部210的一部分，其接近主密封件140’，且从内直径表面205朝向壳体法兰104竖直地延伸。该内挤出凹部210处于内直径205与倾斜表面207的相交处。内挤出凹部210从竖直表面203延伸选定的距离，终止于平坦端壁214。该内挤出凹部210由圆柱形壁216限定，其距倾斜表面207较短距离。环形内挤出凹部210还由前部楔形环202的转角和主密封件140’的环形凸起表面141’限定。当活塞101位于前部位置时，活塞101限定环形内挤出凹部210的底表面。当活塞101位于后部位置时，环形内挤出凹部210不具有底表面且可向汽缸108敞开。

前部楔形环202包括的横截面区域由邻接主密封件140’的与头部密封件150相反的一端的前部环形凸起表面204，与壳体法兰140相邻的圆柱形外直径表面206，和在凸起表面204的下端和外直径表面206的接近黄铜套环120的一端之间延伸的后部倾斜表面208限定。前部楔形环202的倾斜表面208邻接后部楔形环201的倾斜表面207并与之对应。

后部和前部楔形环201、202的倾斜表面207、208被确定为使得楔形环的内和外表面205、206将压力施加在活塞101和壳体法兰104上，所述压力的量稍高于主密封件140’和活塞101之间以及主密封件140’与壳体法兰104之间的接触压力。

一个实施方式提供的倾斜表面207、208可彼此成余角，例如207的角度和208的角度一共等于约90度。后部和前部楔形环201、202的表面207、208的倾斜可相对于与凹部110的纵轴线垂直的轴线从约20度至约85度且在凹部110处具有转角，或者可相对于与活塞101的纵轴线垂直的轴线从约20度至约85度且在活塞101处具有转角。在可选的实施方式中，后部和前部楔形环201、202的表面207、208的角度可相对于与凹部110的纵轴线垂直的轴线从约25度至约70度且在凹部110处具有转角，或者可相对于与活塞101的纵轴线垂直的轴线从约25度至约70度且在活塞101处具有转角。

参考图3，后部楔形环201的倾斜表面207被定向为相对于竖直表面203或者与凹部110的纵轴线垂直的轴线成约45度，且在凹部110处具有转角。前部楔形环202的倾斜表面208具有与倾斜表面207互成余角的角度。例如但非限制性的，前部楔形环的倾斜表面208具有相对于与凹部110的纵轴线垂直的轴线成45度的角A，且在凹部110处具有转角。

前部楔形环202限定环形外挤出凹部211的一部分，其接近主密封件140’且从外直径表面206朝向活塞101竖直地向内延伸。外挤出凹部211位于外直径表面206与凸起表面204的相交处。外挤出凹部211从凸起表面204延伸预定距离，终止于前部楔形环202的平坦端壁215。平坦端壁215横向于或平行于汽缸110。外挤出凹部211还由距凸起表面204短距离的圆柱形壁217进一步限定。圆柱形壁217横向于或垂直于汽缸110。优选地，平坦端壁215与圆柱形壁217相交的转角是圆角且为约90度角度。然而，在其它实施方式中，平坦端壁215与圆柱形壁217连接以形成转角，该转角的角度范围为从大于30度到小于150度，从大于30度至大约120度，或从大约60度至大约100度的角度。汽缸110限定外挤出凹部211的上表面。主密封件140’的环形凹入表面141’限定外挤出凹部211的前表面。本领域技术人员应理解，该实施方式可仅包括内挤出凹部210或外挤出凹部211，或者可包括内和外挤出凹部210、211两者，如所示。

在图3中所示的实施方式中，主密封件140’的横截面由与前部楔形环202的凸起表面204邻接的环形凹入表面141’限定。该横截面还包括内和外直径表面142’，以及与竖直表面141’相反的环形凹入表面143’。密封装置106的剩余部分包括参考图2示出和说明的密封装置106的部分，其包括头部密封件150和压环160。

如图4所示，在运行中，带螺纹防松环107（未示出）被拧紧，向黄铜套环120施加轴向力。带螺纹的防松环107（未示出）施加的力引起肩部111（未示出）的反作用力。该相反的力经由填密装置106传递且使得软的头部密封件150如图4中所示地变形。该头部密封件150的变形向主密封件140’施加调节力，将相对的内外直径表面142’压至与壳体法兰104的内壁和活塞101的外表面接触。当活塞101如图4中所示水平地推动时，主密封件140’上的高压将后部楔形环201推至与活塞101紧密接触。类似地，主密封件140’上的高压力使得前部楔形环202的倾斜表面208沿着后部楔形密封件201的倾斜表面207向上滑动至与壳体法兰104紧密接触。因此，与图2中所示的硬塑料环130不同，楔形硬塑料环200、活塞101和壳体法兰104之间的窄间隙被闭合。

在优选的实施方式中，主密封件140’的一部分接着被挤至内挤出凹部210和外挤出凹部211中。内挤出凹部210和外挤出凹部211的几何形状被选择为使得主密封件140’流动或挤入至挤出凹部210、211以在主密封件140’、活塞101和壳体法兰104之间形成比泵送流体压力更大的接触压力，但不会让挤出超过主密封件140’的延伸特性。本领域技术人员将理解可选的实施方式可包括仅一个挤出凹部。

活塞101的吸入冲程减轻了腔103（未示出）中的高压，且主密封件140’的挤出部分返回至其初始形状。因此，挤出凹部210、211提供了用于主密封件140’的受控挤出的区域，其限制在运行中挤出的薄度。由于允许预设的挤出体积进入挤出凹部210、211，和参考图2所述的主密封件140相比，减小了施加在主密封件140’的挤出部分上的应力的强度。此外，限定挤出凹部210、211的圆形转角消除了图2的主密封件140上的硬塑料密封件130的转角引起的主密封件140’中的额外的局部应力。主密封件140’上的应力减小延长了图3和图4的主密封件140’的寿命，同时允许汽缸108在壳体法兰104和活塞101之间实现紧密密封。

图5示出了填密装置106的实施方式，包括楔形辅助密封件或者硬塑料环200’。该楔形辅助密封件200’包括后部楔形环201’和前部楔形环202’。在所示的但非限制性的实施方式中，前部楔形环201’包括与图3中所示的实施方式相似的大致三角形横截面区域。然而，与图3中不同，后部楔形件201’的倾斜表面207’与一轴线成角度且在活塞101处具有转角，该轴线与活塞101的纵轴线垂直。

前部楔形环202’包括三角形横截面，具有与一轴线成角度的倾斜表面208’且在活塞101处具有转角，该轴线与活塞101的纵轴线垂直。前部楔形环202’包括在三角形的顶部处的挤出凹部，用于主密封件180的受控挤出。挤出凹部被设置在后部和前部楔形环201’、202’的相交处且位于前侧。

后部和前部楔形环201’、202’的倾斜表面207’、208’可相对于与活塞101的纵轴线垂直的轴线倾斜约20度至约85度且在活塞101处具有转角，或者可相对于与活塞101的纵轴线垂直的轴线倾斜25度至约70度且在活塞101处具有转角。

形成在后部和前部楔形环201’、202’的前侧上的倾斜表面207’、208’和挤出凹部被选择为使得部分主密封件流动或挤入至挤出凹部，以在主密封件180、活塞101和壳体法兰104之间形成接触压力，该接触压力比泵流体压力更大，但该挤出没有超过主密封件180的延伸性能。在主密封件180上的应力的减小延长了图5的主密封件180的寿命，且同时使汽缸108在壳体法兰104和活塞101之间实现紧密密封。

在具体实施方式的前述说明中，采用具体术语用于清楚的目的。然而，本公开不用于限制所选择的具体术语，且应理解个具体术语包括其它的技术等同，其以相似的方式完成相似的技术目的。诸如“左”和“右”，“前”和“后”，“上”和“下”等的术语作为方便的词语提供参考位置而不应构成限制性术语。

在本说明中，词“包括”应理解为其“开放”意义，即“具有”的意思，因此不应被限制为“封闭”意义，即“仅包括”的意思。相应的意思也适用于相应的词“包括”，“包括有”等。

此外，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。

此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。

Claims

1.一种密封装置，其设置在用于接收活塞的汽缸腔室的环形凹部内，所述密封装置包括：

主密封件，具有轴线、前侧和后侧；

辅助密封件，其与所述主密封件的后侧邻接，所述辅助密封件具有内直径圆柱形表面和外直径圆柱形表面；

所述辅助密封件的材料比所述主密封件的材料硬，且所述辅助密封件可响应于轴向向后的力而在所述内直径圆柱形表面和所述外直径圆柱形表面之间的径向宽度上伸展；和

在所述辅助密封件的前侧上的至少一个挤出凹部，用于在泵活塞的前向冲程过程中接收所述主密封件的所述后侧的挤出部分。

2.如权利要求1所述的密封装置，其中所述辅助密封件包括：

后部楔形环和前部楔形环，各所述楔形环具有圆柱形表面；

其中所述后部楔形环和所述前部楔形环分别具有匹配的倾斜表面，该表面被配置成在所述泵的运行过程中相互抵靠滑动，以增加其相对于汽缸腔室的轴线的组合径向宽度。

3.如权利要求2所述的密封装置，其中所述后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述环形凹部的纵轴线垂直的轴线的角度范围为约20度至约85度。

4.如权利要求2所述的密封装置，其中所述前部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述环形凹部的纵轴线垂直的轴线的角度范围为约20度至约85度。

5.如权利要求2所述的密封装置，其中所述后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线的角度范围为约20度至约85度。

6.如权利要求2所述的密封装置，其中所述前部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线的角度范围为约20度至约85度。

7.如权利要求2所述的密封装置，其中所述至少一个挤出凹部位于所述后部楔形环和所述前部楔形环的相交处。

8.如权利要求2所述的密封装置，其中所述挤出凹部从所述楔形环中的至少一个的所述圆柱形表面的前边缘向后延伸预定距离，在所述挤出凹部的后端限定向前台阶。

9.如权利要求2所述的密封装置，其中所述挤出凹部具有入口，该入口大致位于所述楔形环中的至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处。

10.如权利要求2所述的密封装置，其中：

所述前部楔形环具有向前凸起表面，该向前凸起表面与所述主密封件的向后凹入表面相邻并与之接触；且

所述挤出凹部被设置在所述凸起表面部分的后端。

11.如权利要求2所述的密封装置，其中所述至少一个挤出凹部包括两个挤出凹部，分别设置在所述圆柱形表面中的一个的前边缘处。

12.如权利要求2所述的密封装置，其中所述挤出凹部具有入口，该入口大致位于所述楔形环中的至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处。

13.一种往复式泵装置，包括：

泵壳体，其限定在所述壳体的内部中的泵腔体和从所述泵壳体的外部延伸至所述泵腔体的汽缸腔室；

活塞，其至少部分地设置在所述汽缸腔室中，且被配置成分别在吸入和排出冲程间以向前和向后方向往复进出所述泵腔体；

环形凹部，其形成在所述汽缸腔室中且设置在所述泵壳体的外部和所述泵腔体之间；

密封装置，其具有主密封件，该主密封件与设置在所述凹部中的楔形密封件邻接，所述密封装置被配置成将所述活塞密封至所述汽缸腔室；

其中所述楔形密封件包括分别具有圆柱形表面的后部楔形环和前部楔形环；

其中所述后部楔形环和所述前部楔形环具有匹配的倾斜表面，该表面被配置成在所述排出冲程过程中相互抵靠滑动，以增加其相对于汽缸腔室的轴线的组合径向宽度；

形成在至少一个所述楔形环上的至少一个挤出凹部；和

其中在所述活塞的排出冲程过程中，所述主密封件的后部挤入所述挤出凹部。

14.如权利要求13所述的泵装置，其中所述至少一个挤出凹部位于所述圆柱形表面的前边缘。

15.如权利要求13所述的泵装置，其中所述后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述环形凹部的纵轴线垂直的轴线的角度范围为约20度至约85度。

16.如权利要求13所述的泵装置，其中所述前部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述环形凹部的纵轴线垂直的轴线的角度范围为约20度至约85度。

17.如权利要求13所述的泵装置，其中所述后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线的角度范围为约20度至约85度。

18.如权利要求13所述的泵装置，其中所述前部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线的角度范围为约20度至约85度。

19.如权利要求13所述的泵装置，其中所述至少一个挤出凹部位于所述后部楔形环和所述前部楔形环的相交处。

20.如权利要求14所述的泵装置，其中所述挤出凹部从所述楔形环中的至少一个的所述圆柱形表面的前边缘向后延伸预定距离，在所述挤出凹部的后端处限定向前台阶。

21.如权利要求13所述的泵装置，其中在所述排出冲程过程中，所述圆柱形表面中的一个与所述活塞接触，且另一个与所述汽缸腔室的所述环形凹部接触。

22.如权利要求13所述的泵装置，其中所述挤出凹部具有入口，该入口大致位于所述楔形环中的至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处。

23.如权利要求13所述的泵装置，其中：

所述圆柱形表面中较内部的一个与所述活塞滑动接合；并且

所述挤出凹部被设置在圆柱形表面中所述较内部的一个的圆柱形表面上。

24.如权利要求13所述的泵装置，其中所述至少一个挤出凹部包括两个挤出凹部，分别设置在所述圆柱形表面中的一个的前边缘上。

25.如权利要求13所述的泵装置，其中：

所述前部楔形环具有向前凸起表面，其与所述主密封件的向后凹入表面相邻并与之接触；且

所述挤出凹部被设置在凸起表面部分的后端处。

26.如权利要求13所述的泵装置，其中所述挤出凹部具有入口，该入口大致位于所述楔形环中的至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处。

27.如权利要求13所述的泵装置，其中所述主密封件由比所述楔形环的材料软的材料形成。

28.一种用于在往复泵装置中将活塞与泵壳体密封的方法，该方法包括：

（a）提供具有主密封件和辅助密封件的密封装置，所述辅助密封件的材料比所述主密封件的材料硬，且所述辅助密封件可响应于轴向向后的力而在内直径圆柱形表面和外直径圆柱形表面之间的径向宽度上伸展；和至少一个挤出凹部，用于在泵活塞的前向冲程过程中接收所述主密封件的后侧的挤出部分；

（b）将所述密封装置设置在汽缸腔室的凹部中，该汽缸腔室在所述泵壳体的外部和泵腔体之间延伸；

（c）将活塞插入所述汽缸腔室中，使得所述活塞的外直径与所述密封装置接触；

（d）将所述活塞经由所述汽缸腔室往复进出所述泵腔体；以及

（e）随着所述活塞相对于所述密封装置向前移动，将所述辅助密封件的径向宽度增大并将所述主密封件的一部分挤入所述辅助密封件的所述挤出凹部。

29.如权利要求28所述的方法，其中步骤（a）还包括挤出凹部位于所述辅助密封件的前侧，位于所述前侧与一个所述圆柱形表面相交处，且将所述挤出凹部从至少一个楔形环的所述圆柱形表面的前边缘向后延伸预定距离，以在所述挤出凹部的后端限定向前台阶。

30.如权利要求28所述的方法，其中步骤（e）包括将所述活塞与所述辅助密封件的所述圆柱形表面中的一个接触，并将所述汽缸腔室中的环形凹部与所述辅助密封件的另一个圆柱形表面接触。

31.如权利要求28所述的方法，其中所述圆柱形表面中较内的一个与所述活塞滑动接合，且步骤（a）还包括将所述挤出凹部设置在圆柱形表面中所述较内的一个的圆柱形表面上。

32.如权利要求28所述的方法，其中所述至少一个挤出凹部包括两个挤出凹部，且步骤（a）包括将各挤出凹部设置在所述圆柱形表面中的一个的前边缘处。

33.如权利要求28所述的方法，其中所述至少一个挤出凹部位于后部楔形环和前部楔形环的相交处。