CN103380320A - 高压密封圈 - Google Patents

Abstract

一种用于液压组件的高压密封圈，其具有大致为“L”形的主体，所述主体具有腿部和足部，其中外部跟部设计为提供与在汽缸或活塞中的支座密封接触的“滚动”线，其中所述主体固定在气缸或活塞中。

Description

高压密封圈

技术领域

本发明涉及高压密封圈。

本发明特别涉及但并不限于适用于液压组件密封中的高压密封圈。本发明特别应用于在高压和/或高温下工作的液压组件（如液压拉伸千斤顶或螺母）。

可以采用密封圈的液压组件包括原子核能、发电、蒸汽发生和海运装置中使用的液压组件。

背景技术

在高压和/或高温液压组件中形成密封的密封环失效可能具有灾难性的后果，包括放射性物质、过热蒸汽、有害的液体或气体（包括酸和碱）、其它流体（包括油和其它基于石油化工的产物）的释放；和/或可导致机器的机械故障。

国际公开号WO2005/080837的图2A-2Q（国际专利申请PCT/AU2005/000253）（Bucknell,John Wentworth）和所附的说明书公开了液压组件中的密封圈的多种替代性轮廓，包括在液压紧固件和螺母中使用密封圈。

美国专利6,494,465（Bucknell）（国际公开号WO98/00660，国际专利申请号PCT/AU97/00425）还公开了适用于高压和/或高温应用的早期密封圈。

上面提到的现有密封圈存在的问题包括：

a）需要复杂并精确的装配程序，包括为了能够安装密封圈，活塞和/或汽缸的选择性加热和/或冷却；

b）需要在密封圈与插入工具（例如压机）之间插入垫圈-其中垫圈可位于密封圈上表面的凹槽中并且向上方延伸，并且密封圈留在原位，和/或

C）需要完全更换密封圈，如果例如出于维护或修理的目的在尝试拆卸和重新组装后在（之前使用的）密封圈与汽缸壁之间未能达到可接受的再密封。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种密封圈，所述密封圈可改善或者至少最大限度地减少现有技术密封圈的问题。

通过以下说明，本发明的其它优选目的将变得很明显。

广义上，本发明涉及一种用于具有可滑动地容纳于汽缸中的活塞的液压组件类型的密封圈，所述密封圈包括：“大致为L形”横截面的环形圈主体，所述主体具有腿部和足部，该腿部和足部通过具有弯曲轮廓的外部跟部互连。

优选地，外部跟部具有凸起轮廓以形成与安装圈体的汽缸或活塞中的支座密封接触的“滚动”线。

在一种优选的实施方案中，所述腿部具有在腿部的外密封面中间的密封凸起，所述密封凸起具有插入到一对倾斜的斜面之间的圆柱形密封面，所述密封凸起和外密封面的末端部在圈主体与安装圈主体的相邻汽缸或活塞之间形成两条密封接触线。

优选地，所述足部具有足尖部，其相对于圈主体的中心轴具有处于1°-5°的范围内的后角α。

优选地，所述密封圈在腿部的外密封面上具有凸起，或者外部跟部可容纳于在相邻的汽缸或活塞中的凹槽，从而将密封圈“锁定”在适当的位置。

附图说明

为了能够充分理解本发明，将参考附图描述优选的实施方案，其中：

图1是由澳大利亚昆士兰州沃野市界限路2/677（邮编：4077）（2/677Boundary Road,Richlands,Queensland 4077,Australia）的泰克努法斯特工业有限公司以注册商标“TECHNOFAST”和“EziTite”制造并销售的液压螺母的等距视图；

图2是配有根据本发明的第一种实施方式的密封圈的图1的液压螺母的侧视图；

图3是图2中的外部密封圈的顶视图；

图4是在图3上沿剖面E-E获取的密封圈的侧视图；

图5是在图4上的视图F处获取的比例放大的密封圈的横截面视图；

图6是内部密封圈和图2的相关的汽缸和活塞的比例放大的侧视图；

图7是本发明的第二种实施方式的密封圈和相关的汽缸和活塞的类似于图6的侧视图；

图8是本发明的第三种实施方式的密封圈和相关的汽缸和活塞的类似视图；

图9是本发明的第四种实施方式的密封圈和相关的汽缸和活塞的类似视图；

图10是配有本发明的第五种实施方式的一对密封圈的液压螺母的改良版的侧视图；并且

图11是图10的密封圈之一的放大视图。

注意：图上的任何尺寸和/或注释仅作为说明的方式，并没有以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

参考图1和2，液压螺母10设计为用于高压和/或高温应用，包括蒸汽轮机和燃气轮机以及其它原子核能或化石燃料发电厂的固定。

液压螺母100具有管状液压螺母主体1，所述液压螺母主体1具有穿过其中的螺纹孔11，以与待张紧的螺栓、螺母或螺纹部件（未示出）可释放的啮合。环形延伸部12形成可滑动地容纳于活塞2的主体22的内部环形孔21中的圆柱形壁13。

活塞2设置在球形垫圈4中，球形垫圈4通过张紧的螺栓、螺母或螺纹部件支撑待固定的相邻部件（未示出）。

可将任选的牺牲环（未示出）插入活塞2的主体22与锁环3的螺纹管状主体31之间，所述锁环3的螺纹管状体31与围绕螺母主体1的外螺纹14啮合。

将螺纹接头适配器8和密封塞9安装在螺母主体1的外部环形面15上，并且将它们与螺母主体1中的口部（port）16连接，而口部16又与由螺母主体1中的环形延伸部12和活塞2的内部环形孔21所限定的内部环形腔17连接。螺纹接头适配器8中的螺纹接头10将液压螺母100与高压液压流体源（未示出）连接。

根据本发明，外部密封圈5和内部密封圈6分别位于内部环形腔17和外部环形腔18（由围绕螺母主体1的圆柱形壁19和活塞2的外部环形孔23限定）中。将注意到的是围绕螺母主体1的圆周凸缘19A将外部密封圈5保持在外部环形腔18中。

由于外部密封圈5和内部密封圈6具有相同的截面结构，参考图3至5将针对内部密封圈6，详细描述。

现在参考图3至5，内部密封圈6具有环形结构，在如图3所示的俯视图中其具有环形主体61。

如图4和5所示，圈主体61具有“改进的L形”横截面。

圈主体61具有“腿部”62和“足部”63，在它们之间的连接的内侧上具有“凹部”64。

足部63具有“足尖部”63A与螺母主体1上的环形延伸部12的圆柱形壁13密封啮合。足部63上的“足尖部”63A相对于密封圈6的中心轴具有例如1°～5°的后角α，参见图5。

圈主体61外部上弯曲即凸出的“跟部”65使腿部62和足部63互连。

腿部62外面的外部密封面62A具有任选的第二密封凸起66，其在倾斜的斜面68、69中部具有（基本上为圆柱形的）密封面67。

在使用中，凸起的跟部65允许密封圈主体61在活塞2中的内部环形孔21的拐角处的支撑表面上“滚动”，使得腿部62的外部密封面62A的末端部可偏转成与内部环形孔的圆柱形侧壁密封接触。

另外，也要求密封凸起66的圆柱形密封面67与活塞2中的内部环形孔21的壁密封接触，从而密封圈主体61的腿部62与活塞2中的内部环形孔21之间存在两条密封啮合线。

腿部62上的环形端面62B可以由每个部件的相应对接面（例如图2：22或1）啮合，使密封圈6安装在活塞2中的内部环形孔中而不需要垫圈，因为环形端面62B与插入工具之间的啮合将会有利地影响腿部62与内部环形孔21之间的密封啮合。

如上所述，弯曲的跟部65在圈主体61与环形内部孔21的拐角之间提供了“滚动接触”线，随着环形腔17中的液压压力增加或减少，使腿部62移动分别进入或脱离与活塞2的密封接触。这可以确保当在初始的增加/减少循环后液压压力增加时，腿部62（和密封凸起66）可以再次与活塞2中的内部环形孔21有效密封接触。

选择用于制造密封圈6的（一种或多种）材料和密封圈主体61各部分的尺寸和/或结构，以适应待安装密封圈6的液压组件的特定目的的应用。

如图2中所示，可以将两个或多个密封圈5、密封圈6安装到单一液压组件如液压螺母100。

如比例放大的图6所示，第二密封凸起66可容纳于活塞2的外部环形孔23中的凹槽24内。凹槽24具有倾斜的对接面25，该对接面25通过第二密封凸起66上的上斜面69可啮合以相对于活塞2“锁定”或者至少定位密封圈6。（第二密封凸起66与凹槽24之间的接触还增大了密封圈6与活塞2之间的密封接触面积）。

图7示出了密封圈106的第二实施方式，其中围绕腿部162以外周凸缘的形式提供第二密封凸起166；并且第二密封凸起166的上表面169可以啮合或受限于活塞102中的凹槽124的互补对接面125。对接面125垂直延伸到凹槽124的圆柱形底板126，底板126与下斜面127连接。

在如图8所示的第三种实施方式中，凹槽224相对于凹槽124高度降低；并且第二密封凸起266具有与类似于凹槽124的对接面125的对接面225可啮合的上表面269。第二密封凸起具有直角三角形轮廓。

在第二种和第三种实施方式中，在装配程序期间，密封圈106、密封圈206的腿部162、腿部262的末端部比在第二密封部分166、266和跟部165、265中间的部分具有更厚的横截面。

图9示出了密封圈306的第四种实施方式，其中省略了腿部362中的第二密封凸起，但是其中跟部365容纳于凹槽324中以定位和限制活塞302中的密封圈306。

本领域技术人员将会理解凹槽324中的跟部365的定位将仍然能够使在环形主体361与活塞302的凹槽324之间保持“滚动接触”线；并且足部363与螺母主体301保持密封接触；随着环形腔317的液压压力增加或减少，腿部362进入或脱离与活塞302的密封接触。

图10示出了第五种实施方式的密封圈405、密封圈406，这与第一实施方式的密封圈6密切相关，特别是参考图6。

密封圈406具有圈主体461，圈主体461具有腿部462和足部463。足尖部463A相对于螺母主体401的相邻壁413具有例如1°～3°的后角α。

活塞402的环形孔423在向下的方向为向内锥形，并且圈主体461的部分465A具有向下至弯曲的跟部465的相应“锥度”。

由于跟部465随着液压压力增大而滚动，足尖部463A移动进入与壁413的充分接触以增加其间的密封。该相应的“锥度”通过将部件（例如图2：1和22）挤压在一起的动作允许自动预加载密封，消除了对加热冷却和滑动接触面上的引导性锥度的需要。

如上文相对于现有技术所讨论的，以前的设计提出了两部分的密封机构。通过抵抗密封保持槽的静态和滑动接触的密封边缘的动作来产生第一密封机构。然后，随着汽缸壁径向向外移动以响应密封中增加的液压压力，通过密封主体滑动填充并且密封“密封挤出间隙”的能力来产生第二密封机构。

随着将密封圈在适当的位置插入，本发明的密封圈由密封圈轻微的弹性弯曲产生的弹簧力的作用产生了初始的密封作用。该弯曲使密封圈的“跟部”进入到它各自的支座和（足尖部的）“密封边缘”抵住汽缸壁。由于密封腔中液压压力增加，通过增加随着密封圈在其“跟部”上弯曲和滚动以跟随汽缸壁径向向外的运动而产生的内部和外部的径向推力将进一步增强密封机构。描述和示出的实施方式的替代性设计预测并且允许密封主体一定程度的弯曲以不断地使（足尖部的）“密封边缘”与汽缸壁对齐。

如图6中的实施方式所示，可以在密封的“L”形的上部（或腿部）制成密封圈（的腿部）与密封件保持槽的“密封载体”侧的密封。

另外，如图7至9中所示，可以包含物理上保持密封圈的机构。这些机构也可以将密封圈的“L”形的上部（或腿部）的密封功能与机械定位功能结合在一起。

本领域技术人员将会理解本发明的密封圈的下列额外优点：

A）密封圈的形状使得易于插入，从而避免需要复杂的装配程序。

B）不需要在液压螺母或其它液压组件内具有永久安装但松散的垫圈，所述垫圈是该密封结构的主要部分。

C）如与密封圈形状相关的密封方法。通过简单地在适当的位置插入，将密封圈“预加载”使用。然后通过密封圈适应液压充料压力的经预测和受控制的挠曲来维持和改善密封。

D）根据该设计的密封圈的可重复利用性。在操作期间密封圈的任何部分都不过载。因此，可以将其清洗和重新组装。

对所描述和示出的实施方式可以做出各种变化和修改而不脱离本发明。

Claims (6)

1.一种用于具有可滑动地容纳于汽缸中的活塞的液压组件类型的密封圈，所述密封圈包括具有“大致为L形”横截面的环形圈体，所述环形圈体具有通过有弯曲轮廓的外部跟部互连的腿部和足部。

2.根据权利要求1所述的密封圈，其中，所述外部跟部具有凸起的轮廓以形成与安装圈主体的汽缸或活塞中的支座密封接触的“滚动”线。

3.根据权利要求1或2所述的密封圈，其中，所述腿部具有在腿部的外部密封面中部的密封凸起，所述密封凸起具有插入一对倾斜的斜面之间的圆柱形密封面，所述密封凸起和外部密封面的末端部形成圈主体与安装圈主体的相邻汽缸或活塞之间的两条密封接触线。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封圈，其中，所述足部具有足尖部，其相对于圈主体的中心轴具有1°~5°范围内的后角α。

5.根据权利要求4所述的密封圈，其中，所述足尖部与在其中安装密封圈的汽缸或活塞相关的活塞或汽缸的壁部啮合，并且由于跟部随着汽缸与活塞之间的液压压力增加而在支座上滚动，足尖部移动进入与壁部的全密封接触。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的密封圈，其中，所述密封圈在可容纳于在其中固定密封圈的汽缸或活塞中的凹槽中的腿部或外部跟部的外部密封表面上具有凸起。

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