CN106104109A - 旋转轴密封件 - Google Patents

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Abstract

一种旋转轴密封件，其包括：环形主体，所述环形主体具有限定中心轴线和内表面的孔；密封元件，所述密封元件至少部分地定位在所述环形主体内，其中所述密封元件配置成在所述环形主体和布置在所述环形主体的所述孔内的轴之间径向地延伸并且形成密封件；以及偏压元件，所述偏压元件在径向方向上偏压所述密封元件的至少一部分。

Description

旋转轴密封件
技术领域
本公开涉及轴密封件，并且更特别地涉及具有偏压元件的轴密封件。
背景技术
旋转式或往复式机器可以特征在于驱动轴的封闭内部机构。在一些情况下，轴可以在一个或两个端部穿过机器的外壳。在这样的情况下，有时称为唇形密封件的旋转轴密封件可以靠近出口点布置以保持外壳中的润滑流体(如油或脂)以及防止污染物(如湿气和灰尘)的侵入。旋转轴密封件可以具有提供对外壳的密封的外径，和提供对轴的密封的密封唇边。密封唇边将对轴施加径向负荷，其提供足够的密封性质而没有过度摩擦或磨损。
仍然需要具有改善的密封性质的旋转轴密封件。
附图说明
实施例作为例子被示出并且不在附图中被限制。
图1包括根据实施例的密封件的横截面平面图。
图2包括根据实施例的密封件的横截面平面图。
图3包括根据实施例的偏压元件的透视图。
图4包括根据实施例的偏压元件的透视图。
图5A包括根据实施例的密封件的横截面平面图。
图5B包括根据实施例的密封件的透视横截面图。
图6A包括根据实施例的密封件的横截面平面图。
图6B包括根据实施例的密封件的透视图。
图7A包括根据实施例的密封件的横截面平面图。
图7B包括根据实施例的密封件的透视图。
图8包括根据实施例的与轴接合的密封件的横截面平面图。
具体实施方式
与图组合的以下描述被提供以帮助理解本文中公开的教导。以下论述将聚焦于具体实现方式和教导的实施例。该聚焦被提供以帮助描述教导并且不应当被解释为限制教导的范围或可应用性。然而，可以基于如本申请中公开的教导使用其它实施例。
术语“包括”、“包含”、“具有”或它们的任何其它变型旨在涵盖非排他包括。例如，包括特征的列表的方法、制品或装置不必仅仅被限制到那些特征，而是可以包括未明确列出或这样的方法、制品或装置固有的其它特征。此外，除非相反地明确说明，“或”指的是可兼或而不是互斥或。例如，条件A或B由以下的任何一个满足：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在)。
而且，“一”的使用被用于描述本文中所述的元件或部件。这样做仅仅是为了方便和给出本发明的范围的一般意义。该描述应当被理解为包括一个、至少一个或单个，也包括多个，反之亦然，除非明确它表示另外含义。例如，当在本文中描述单个物品时，一个以上物品可以代替单个物品被使用。类似地，在本文中描述一个以上物品的情况下，单个物品可以替代一个以上物品。
除非另外限定，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。材料、方法和例子仅仅是示例性的并且不旨在限制。在本文中所述的范围内，关于具体材料和处理行动的许多细节是常规的并且可以在轴密封领域中的教科书和其它资料中找到。
在第一方面，一种轴密封件可以大体上包括主体，即环形主体，布置在主体内的密封元件，以及适合于对着旋转轴偏压密封元件的偏压元件。
初始参考图1，密封件1可以大体上包括环形主体2和至少部分地定位在环形主体2内的密封元件4。
环形主体2可以包括具有在约70到约150之间(含)的范围内(例如，在约75到约145之间的范围内，在约80到约140之间的范围内，在约85到约135之间的范围内，在约90到约130之间的范围内，在约95到约125之间的范围内，在约100到约120之间的范围内，或乃至在约105到约115之间的范围内)的布氏硬度(HB)的材料。
在特定方面，环形主体2可以包括具有至少约350兆帕(MPa)(例如，至少约360MPa，至少约370MPa，至少约380MPa，至少约390MPa，至少约400MPa，或乃至至少约410MPa)的极限抗拉强度的材料。在另外的实施例中，环形主体2可以包括具有不大于约5000MPa(例如，不大于约4000MPa，不大于约2000MPa，不大于约1000MPa，或乃至不大于约500MPa)的极限抗拉强度的材料。而且，环形主体2可以包括具有在上述值的任何一个之间(含)(例如，约275到约355之间)的范围内的抗拉强度的材料。
在另一方面，环形主体2可以包括具有约10MPa到约1000MPa之间(例如，约15MPa到约750MPa之间，约20MPa到约500MPa之间，约30MPa到约250MPa之间，约45MPa到约200MPa之间，约75MPa到约150MPa之间，或乃至约90MPa到约130MPa之间)的弹性模量(MOE)的材料。在更特别的实施例中，环形主体2可以包括具有约100MPa到约125MPa之间的MOE的材料。
在另一方面，环形主体2可以包括具有约1x10-6in/in°F到约75x10-6in/in°F之间(例如，约2x10-6in/in°F到约50x10-6in/in°F之间，约3x10-6in/in°F到约25x10-6in/in°F之间，约5x10-6in/in°F到约15x10-6in/in°F之间，或乃至约7x10-6in/in°F到约11x10-6in/in°F之间)的热膨胀系数(CTE)的材料。
在又一方面，环形主体2可以包括具有不大于约60％(例如，不大于约55％，不大于约50％，不大于约45％，不大于约40％，不大于约30％，不大于约20％，或乃至不大于约10％)的断裂伸长率(EAB)的材料。在另外的实施例中，环形主体2可以包括具有不小于约0.5％(例如，不小于约1％，不小于约2％，或乃至不小于约5％)的EAB的材料。而且，环形主体2可以包括具有在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约45％到约55％之间)的范围内的EAB的材料。
在某些实施例中，环形主体2可以包括金属。例如，在特定实施例中，环形主体2可以包括铝、青铜、铜或铅。
在其它实施例中，环形主体2可以包括合金。例如，在非限制性实施例中，环形主体2可以包括铜锌合金，铜锌铅合金，铜镍锌合金，含铅铜，黄铜，青铜，铁，铁合金，乃至钢。本公开不旨在以任何方式由如以上实施例中所述的环形主体2的材料限制。例如，在另外的其它实施例中，环形主体2可以包括聚合物，如例如，超高分子量聚氯酯(UHMWPE)，聚(氯乙烯)(PVC)，脂肪族聚酰胺，乃至对位芳酰胺(如)。
环形主体2可以为大体圆柱形并且还可以包括限定内表面8的孔6和中心轴线10。在特定方面，孔6可以与中心轴线10同轴或大致同轴。
在某些实施例中，环形主体2可以由连接在一起的多个部件形成。多个部件可以由本领域中已知的任何方法(例如，通过熔融、烧结、焊接、螺纹或非螺纹接合或它们的任何组合)接合以形成环形主体2。
环形主体2可以包括同质组分或者可以包括具有不同组分的两个或更多个分立部分。
而且，在一个非限制性实施例中，尽管不可应用于所有实施例，环形主体2可以不包括聚合物，并且更特别地，可以基本上没有任何/所有聚合物。在特定方面，环形主体2可以包括没有任何涂层或表面层的单一材料。
环形主体2可以不被处理或被处理以增强其物理或化学性质。例如，在特定实施例中，环形主体2可以使用诸如激光熔融或消融、机械喷砂或化学清洗的技术进行处理。在另外的实施例中，环形主体2可以通过电镀、铬酸盐或磷酸盐处理或阳极氧化进行处理。
在特定方面，当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时环形主体2可以具有大体C形横截面。在另一方面，当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时环形主体2可以具有任何其它形状，例如，大体I形，大体J形，乃至大体L形。
在特定实施例中，环形主体2可以限定具有第一端部14和与第一端部14相对的第二端部16的外构件12。第一凸缘18可以邻近外构件12的第一端部14布置并且可以从其径向向内延伸。第二凸缘20可以邻近外构件12的第二端部16布置并且可以从其径向向内延伸。
第一和第二凸缘18和20均可以相应地延伸从外构件12的最内表面测量的径向距离D1和D2。
在一些实施例中，D1可以等于D2。
在其它实施例中D1可以不小于D2。例如，D1/D2可以为至少约1.01，例如，至少约1.05，至少约1.25，至少约1.50，至少约1.75，至少约2.0，至少约2.25，至少约2.50，至少约2.75，或乃至至少约3.0。在另外的实施例中，D1/D2可以不大于约6.0，例如，不大于约5.0，不大于约4.0，或乃至不大于约3.5。而且，D1/D2可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约2.0到约2.75之间)的范围内。
外构件12可以具有由第一和第二端部14和16之间的距离测量的高度HOM。在特定实施例中，HOM/D2可以为至少约0.5，例如，至少约0.75，至少约1.0，至少约1.25，至少约1.5，或乃至至少约2.0。在另外的实施例中，HOM/D2可以不大于约8.0，例如，不大于约7.0，不大于约6.0，不大于约5.0，不大于约4.0，或乃至不大于约3.0。而且，HOM/D2可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约1.75到约2.25之间)的范围内。
在某些实施例中，HOM/D1可以为至少约0.75，例如，至少约1.0，至少约1.25，至少约1.5，或乃至至少约2.0。在另外的实施例中，HOM/D1可以不大于约10.0，例如，不大于约9.0，不大于约8.0，不大于约7.0，不大于约6.0，或乃至不大于约5.0。而且，HOM/D1可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约2.0到约2.5之间)的范围内。
在特定实施例中，环形主体2可以限定从中心轴线10径向向外延伸到环形主体2中的环形腔22。环形腔22可以与中心轴线10同轴。在某个方面，环形腔22可以包含在形成于外构件12的内表面8与第一和第二凸缘18和20之间的空间内。
当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时环形腔22可以限定大体直线横截面。而且，环形腔可以包括一个或多个圆角、圆形边缘、成角部件或它们的任何组合。
密封元件4可以至少部分地布置在环形主体2内。具体地，密封元件4可以部分地布置在环形主体2的环形腔22内。
在特定实施例中，密封元件4可以限定第一凸缘24和第二凸缘26。密封元件4的第一凸缘24可以布置在环形主体2的第一和第二凸缘18和20之间。构件28可以在第一和第二凸缘24和26之间延伸或联结。
第一和第二凸缘24和26均可以相应地延伸从构件28测量的长度L1和L2。在特定实施例中，L1可以等于L2(图1)。
在另一实施例中，L1可以不小于L2。例如，L1/L2可以为至少约1.01，例如，至少约1.05，至少约1.25，至少约1.50，至少约1.75，至少约2.0，至少约2.25，至少约2.50，至少约2.75，或乃至至少约3.0。在另外的实施例中，L1/L2可以不大于约6.0，例如，不大于约5.0，不大于约4.0，或乃至不大于约3.5。而且，L1/L2可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约1.05到约1.25之间)的范围内。
在某些实施例中，密封元件4可以具有在未变形状态下由第一和第二凸缘24和26之间的最大径向距离测量的径向宽度WM。WM/L2可以为至少约0.05，例如，至少约0.1，至少约0.25，至少约0.5，至少约0.75，或乃至至少约1.0。WM/L2可以不大于约3.0，例如，不大于约2.0，不大于约1.5，不大于约1.25，或乃至不大于约1.05。而且，WM/L2可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约0.15到约0.25之间)的范围内。
第一凸缘24可以具有在未变形状态下(即，在密封件1与轴接合之前)对着构件28测量的相对角A1。在特定实施例中，A1可以大于约90度，例如，大于约100度，大于约110度，大于约120度，大于约130度，或乃至大于约140度。在另外的实施例中，A1可以小于约180度，例如，小于约170度，小于约160度，或乃至小于约150度。而且，A1可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约105度到约115度之间)的范围内。
类似地，第二凸缘26可以具有在未变形状态下对着构件28测量的相对角A2。在特定实施例中，A2可以大于约90度，例如，大于约100度，大于约110度，大于约120度，大于约130度，或乃至大于约140度。在另外的实施例中，A2可以小于约180度，例如，小于约170度，小于约160度，或乃至小于约150度。而且，A2可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约105度到约115度之间)的范围内。
在未变形状态下，角A1和A2可以相同或不同。而且，L1和L2可以相同或不同。在这方面，当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时密封元件4不需要对称横截面。例如，现在参考图2，在特定实施例中，密封元件4可以具有分段或多边形横截面轮廓。
再次参考图1，在特定实施例中，当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时密封元件4可以包括大体上V形横截面。第一和第二凸缘24和26可以形成在未变形状态下在其间测量的相对角A3。在某个方面，A3可以不小于约20度，例如，不小于约30度，不小于约40度，不小于约50度，不小于约60度，不小于约70度，不小于约80度，或乃至不小于约90度。在另一方面，A3可以不大于约150度，例如，不大于约140度，不大于约130度，不大于约120度，不大于约110度，或乃至不大于约100度。而且，A3可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约45度到约55度之间)的范围内。
在某个方面，密封元件4可以由整体构造形成。在另一方面，密封元件4可以由通过本领域中已知的任何手段(例如，通过机械变形(例如，压接或花键)、粘合剂、焊接、熔融或它们的任何组合)联结在一起的多个部件形成。
在特定实施例中，密封元件4可以包括具有不小于约0.01吉帕(GPa)(例如，不小于约0.5GPa，不小于约0.75GPa，或乃至不小于约1.0GPa)的弹性模量(MOE)的材料。在另外的实施例中，密封元件4可以包括具有不大于约5.0GPa(例如，不大于约4.0GPa，不大于约3.0GPa，不大于约2.0GPa，或乃至不大于约1.5GPa)的MOE的材料。而且，密封元件4可以包括具有在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约0.45到约1.5之间)的范围内的MOE的材料。
在某些实施例中，密封元件4可以包括聚合物。例如，密封元件4可以包括下列的材料，包括：聚酮，聚芳醚酮(PEAK)，如聚醚醚酮(PEEK)，聚芳酰胺，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚苯硫醚，聚醚砜，聚砜，聚苯酚，聚酰胺酰亚胺，超高分子量聚乙烯，含氟聚合物，聚酰胺，聚苯并咪唑，或它们的任何组合。示例性含氟聚合物包括氟化乙烯丙烯(FEP)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏二氟乙烯(PVDF)，全氟烷氧基(PFA)，四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物(THV)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)，乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)，乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)，或它们的任何组合。根据特定实施例使用含氟聚合物。
在特定实施例中，密封元件4可以包括具有低温硬涂层(如例如，浸渍在其中的类金刚石涂层(DLC))的材料。在特定实施例中，DLC可以具有类似于金刚石的晶格结构，其中每个碳原子包括相等间隔的四个碳原子。替代地，密封元件4可以包括通过使用高速氧燃料(HVOF)涂层浸渍在其中的材料。HVOF涂层可以通过显著地增加密封元件的耐磨损和腐蚀性延长密封表面寿命。而且，HVOF涂层可以用超过约10,000磅每平方英寸的结合强度实现更平滑的表面光洁度。
在特定方面，密封元件4还可以包括一种或多种填充物，例如，石墨，玻璃，芳香族聚酯铜，锌，氮化硼，碳，和/或聚酰亚胺。诸如PTFE的聚合物中的这些填充物的每一种的浓度可以大于1％(重量)，例如，大于5％，大于10％，或乃至大于20％。
另外，密封元件4还可以包括润滑以增强在轴上的滑动特性。示例性润滑剂可以包括二硫化钼，二硫化钨，石墨，石墨烯，膨胀石墨，氮化硼，滑石，氟化钙，或它们的任何组合。另外，润滑剂可以包括氧化铝，二氧化硅，二氧化钛，氟化钙，氮化硼，云母，硅灰石，碳化硅，氮化硅，氧化锆，碳黑，颜料，或它们的任何组合。
参考图2，当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时密封元件4可以包括厚度TSE。在特定方面，TSE可以在密封元件4各处变化或基本一致。
在特定实施例中，TSE可以不小于约0.05英寸，例如，不小于约0.10英寸，不小于约0.15英寸，或乃至不小于约0.20英寸。在另外的实施例中，TSE可以不大于约1.5英寸，不大于约1.25英寸，不大于约1.0英寸，不大于约0.75英寸，不大于约0.5英寸，或乃至不大于约0.25英寸。而且，TSE可以在上述值的任何一个之间(含)的范围内。
在另一实施例中，当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时密封元件4可以具有总宽度WsE，即L1+L2+WM，并且WsE/TsE可以为至少约10，例如，至少约25，至少约50，至少约75，至少约100，至少约125，至少约150，或乃至至少约200。在另外的实施例中，WsE/TsE可以不大于约1000，例如，不大于约900，不大于约800，不大于约700，不大于约600，不大于约500，不大于约400，或乃至不大于约300。而且，WsE/TsE可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约30到约45之间)的范围内。
再次参考图1至7，在某些实施例中，密封件1还可以包括邻近密封元件4定位的偏压元件30。
在某些实施例中，当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时密封元件4可以布置在偏压元件30和环形主体2之间。以这样的方式，偏压元件30可以对密封元件4的至少一部分施加至少部分径向力。
在更特别的实施例中，偏压元件30可以至少部分地沿着密封元件4的内表面32定位，如例如径向地在密封元件4的第一和第二凸缘24和26之间。以这样的方式，偏压元件30可以将径向偏压力提供给密封元件4的第一和第二凸缘24和26。
在某些实施例中，偏压元件30可以包括弹簧，其适合于在径向或大致径向方向上偏压密封元件4的至少一部分。在更特别的实施例中，偏压元件30可以包括环形弹簧，如例如，卡紧弹簧(图6)，有边缘弹簧(例如，图3)，或弯曲形成圆环的压缩弹簧(螺旋形弹簧)。
在非限制性实施例中，当在垂直于从中心轴线10径向延伸的平面的方向上观察时偏压元件30可以包括大体L形横截面(图2和3)。在例如图5A和5B所示的其它实施例中，偏压元件30可以包括任何其它形状，如例如，大体V形，大体U形，大体C形，或它们的任何组合。
在某些实施例中，偏压元件30可以包括至少部分地沿其轴向长度延伸的轴向间隙34。相比于没有轴向间隙的圆周连续偏压元件，轴向间隙34可以允许密封件1的更容易制造和组装。在某些实施例中，由轴向间隙34形成的圆周边缘可以固定在一起以形成连续主体。圆周边缘可以通过用于联结相邻主体的任何已知工艺固定，例如，通过焊接、机械变形(例如，压接)、粘合剂、紧固件(螺纹或非螺纹)或它们的任何组合。
如图3中所示，偏压元件30可以包括环形构件36和从环形构件36延伸的环形凸缘38。当在未变形状态下观察时，即在与密封元件4接合之前，相对角A4可以形成于环形构件36和环形凸缘38之间。在特定实施例中，A4可以大于约90度，例如，大于约100度，或乃至大于约110度。在另外的实施例中，A4可以小于约150度，例如，小于约140度，小于约130度，或乃至小于约120度。而且，A4可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约110度到约120度之间)的范围内。
偏压元件30的环形构件36可以具有径向宽度WAM，并且环形凸缘38可以具有由环形凸缘38从环形构件36延伸的距离测量的径向长度LAF。在某些实施例中，LAF/WAM可以不小于约1.0，例如，不小于约1.25，不小于约1.5，不小于约1.75，或乃至不小于约2.0。在其它实施例中，LAF/WAM可以不大于约10，例如，不大于约5.0，不大于约4.0，不大于约3.0，或乃至不大于约2.5。而且，LAF/WAM可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约4.0到约4.5之间)的范围内。
在另外的实施例中，如图4中所示，偏压元件30可以包括与环形凸缘38相对从环形构件36延伸的至少一个尖头40。至少一个尖头40可以形成相对于环形构件36的相对角A5。在特定实施例中，A5可以大于约90度，例如，大于约100度，或乃至大于约110度。在另外的实施例中，A5可以小于约150度，例如，小于约140度，小于约130度，或乃至小于约120度。而且，A5可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约110度和约120度之间)的范围内。
偏压元件30可以替代地包括多个尖头40，如例如，至少2个尖头，至少3个尖头，至少4个尖头，至少5个尖头，至少6个尖头，至少7个尖头，至少8个尖头，至少9个尖头，至少10个尖头，至少20个尖头，或乃至至少50个尖头。在优选实施例中，相邻尖头40可以圆周地围绕偏压元件30均匀地间隔。在另一实施例中，相邻尖头40可以围绕偏压元件30的环形构件36的圆周以不同距离间隔。
每个尖头40可以具有由尖头40从环形构件36延伸的距离测量的径向长度LT。在特定实施例中，LAF/LT可以不小于约0.75，不小于约1.0，不小于约1.25，不小于约1.5，不小于约1.75，或乃至不小于约2.0。在其它实施例中，LAF/LT可以不大于约10.0，例如，不大于约5.0，不大于约4.0，不大于约3.0，或乃至不大于约2.5。而且，LAF/LT可以在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约4.5到约5.5之间)的范围内。
在某些实施例中，偏压元件30可以包括具有不小于约5.0吉帕(GPa)(例如，不小于约10.0GPa，不小于约25.0GPa，不小于约50GPa，不小于约100GPa，或乃至不小于约150GPa)的弹性模量的材料。在另外的实施例中，偏压元件30可以包括具有不大于约300GPa(例如，不大于约250GPa，或乃至不大于约225GPa)的弹性模量的材料。而且，偏压元件30可以包括具有在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约120MPa到约180MPa之间)的范围内的弹性模量的材料。
在特定方面，偏压元件30可以包括具有不小于约1000兆帕(MPa)(例如，不小于约1200MPa，或乃至不小于约1500MPa)的抗拉强度的材料。在另外的实施例中，偏压元件30可以包括具有不大于约2500兆帕(MPa)(例如，不大于约2000MPa，或乃至不大于约1800MPa)的抗拉强度的材料。而且，偏压元件30可以包括具有在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约1600MPa到约1750MPa之间)的范围内的抗拉强度的材料。
在另一方面，偏压元件30可以包括具有约5.0x10-6in/in°F到约15.0x10-6in/in°F之间(例如，约7.0x10-6in/in°F到约12.0x10-6in/in°F之间，约8.5x10-6in/in°F到约11.5x10-6in/in°F之间，或乃至约10.0x10-6in/in°F到约10.5x10-6in/in°F之间)的热膨胀系数(CTE)的材料。
在具体实施例中，偏压元件30可以包括金属。在另外的更特别的实施例中，偏压元件30可以包括钢，如弹簧钢。
现在参考图7，在特定实施例中，密封件1可以包括将密封元件4保持在外壳2内的压环42。压环42可以包括大体环形圈。而且，压环42可以可选地在凸缘18处附连到外壳2。例如，压环42可以通过焊接、粘合剂、花键、机械变形(例如，压接)或它们的任何组合附连到外壳2。在替代实施例中，压环42可以与外壳2形成干涉配合。
在某些实施例中，在组装期间，压环42可以沿着密封件1的中心轴线10滑动直到压环42的顶表面与外壳2的顶表面齐平，在这时，密封元件4可以被固定。在替代实施例中，压环42的顶表面可以在外壳2的顶表面下方或上方。
图8包括根据本文中的实施例的围绕轴100接合的密封件1的横截面图。以这样的方式，密封元件4的一部分可以形成与轴100的接触表面44。密封元件4可以在径向方向上由偏压元件30偏压，由此增加由密封元件4的接触表面44对轴100施加的力。
如图1中所示，密封元件4可以具有由密封元件4的直径相对内侧之间的最小距离测量的最小直径DMIN。本领域的普通技术人员将理解处于自由状态(即，在与轴接合之前)的密封元件4的直径DMIN可以小于轴100的直径。以这样的方式，密封件1(即，密封元件4)可以形成对轴100的有效密封。
在特定实施例中，当安装在密封件1中时，偏压元件30可以适合于提供至少约1.0千帕(KPa)(例如，至少约5KPa，至少约10KPa，至少约25KPa，至少约50KPa，至少约100KPa，或乃至至少约250KPa)的径向偏压力。在另外的实施例中，偏压元件30可以适合于提供不大于约500KPa(例如，不大于约400KPa，或乃至不大于约300KPa)的偏压力。而且，偏压元件30可以适合于提供在上述值的任何一个之间(含)(如例如，约225KPa到约275KPa之间)的范围内的偏压力。
在特定实施例中，密封件1可以适合于接收具有不大于约50mm(例如，不大于约15mm，不大于约10mm，不大于约9mm，不大于约8mm，不大于约7mm，不大于约6mm，或乃至不大于约5mm)的直径的轴100。在其它实施例中，密封件1可以适合于接收具有约51mm到约100mm之间的直径的轴。在另外的其它实施例中，密封件1可以适合于接收具有大于约100mm的直径的轴。
密封件1可以适合于在宽温度范围内操作，同时保持有效密封率。例如，密封件1可以适合于在约-275℃到约300℃之间的范围内(例如，在约-250℃到约250℃之间的范围内，在约-100℃到约100℃之间的范围内，或乃至在约-40℃到约20℃之间的范围内)的温度下操作，同时具有小于约10mL/min/mm(例如，小于约9mL/min/mm，小于约8mL/min/mm，小于约7mL/min/mm，小于约6mL/min/mm，小于约5mL/min/mm，小于约4mL/min/mm，小于约3mL/min/mm，小于约2mL/min/mm，小于约0mL/min/mm，小于约0.75mL/min/mm，小于约0.5mL/min/mm，小于约0.25mL/min/mm，小于约0.1mL/min/mm，或乃至小于约0.01mL/min/mm)的泄漏率。而且，密封件1可以适合于在上述温度范围内操作，同时具有约0mL/min/mm的泄漏率。
例子
样品1是包括外壳的密封件，V形密封元件部分地布置在外壳内。密封元件具有：0.4mm的厚度；在测试之前测量的0.1的表面粗糙度；根据ASTM D1708测量的150％的伸长率；以及根据ASTM D1708测量的17.2MPa的抗拉强度。样品1的密封件没有内部偏压元件。
样品2是根据本文中的实施例的密封件，其包括外壳，部分地布置在外壳内的V形密封元件，以及具有L形并且在大体径向方向上偏压密封元件的偏压元件。密封元件具有：0.4mm的厚度；在测试之前测量的0.1的表面粗糙度；根据ASTM D638测量的450％的伸长率；以及根据ASTM D638测量的26.9MPa的抗拉强度。
首先使用插入具有腔孔的外部件中的圆柱形轴进行静态测试。将每个密封件插入轴和腔孔之间的环形空间中。在室温(大约23℃)下保持样品并且记录泄漏率。样品1和2以预定速率在-40℃到160℃之间循环并且记录泄漏率，轴相对于密封件和外部件的腔孔静止。重复测试三次并且计算样品1和2两者的平均泄漏率。
表1-样品1测试数据
表2-样品2测试数据
如表1和2中所示，样品2具有在完整温度循环各处测量的大约10mL/min的平均泄漏率，而样品1具有大约22mL/min/mm的平均泄漏率。因此，样品2相比于样品1的平均泄漏率具有大约45％的平均泄漏率。
然后使用插入具有腔孔的外部件中的往复式圆柱形轴测试密封件。将每个密封件插入轴和腔孔之间的环形空间中。在室温(大约23℃)下保持样品并且记录泄漏率，轴以1个线性循环每秒往复移动(1个循环包括轴在腔孔内的一个完整线性运动)。密封件均受到测试条件的六个阶段。在阶段1中，系统具有0.00mbar的压力，即在密封件的侧之间没有压力梯度，并且运行200,000个循环。在阶段2中，系统具有1,000mbar的压力，即存在1,000mbar的压力梯度，并且运行800,000个循环。在阶段3中，系统具有2,000mbar的压力并且运行500,000个循环。在阶段4中，系统具有2,000mbar的压力并且运行1,000,000个循环。在阶段5中，系统具有2,000mbar的压力并且运行2,000,000。在阶段6中，系统具有3,000mbar的压力并且运行500,000个循环。
表3-样品1和2测试数据
如表3中所示，样品2在测试的所有六个阶段期间当暴露于以1个线性循环每秒往复移动的轴时具有相等或更低的泄漏率。
项
项1.一种旋转轴密封件，其包括：
环形主体，所述环形主体具有限定中心轴线和内表面的孔；
密封元件，所述密封元件至少部分地定位在所述环形主体内，其中所述密封元件配置成在所述环形主体和布置在所述环形主体的所述孔内的轴之间径向地延伸并且形成密封件；以及
偏压元件，所述偏压元件在径向方向上偏压所述密封元件的至少一部分。
项2.一种旋转轴密封件，其包括：
限定中心轴线的环形主体，其中所述环形主体具有保持元件；
密封元件，所述密封元件至少部分地定位在所述环形主体内；以及
偏压元件，所述偏压元件在径向方向上偏压带凸缘的密封元件的至少一部分。
项3.一种旋转轴密封件，其包括：
限定中心轴线的环形主体，其中当在垂直于从所述中心轴线径向延伸的平面的方向上观察时所述环形主体具有大体C形横截面；以及
密封元件，所述密封元件至少部分地定位在所述环形主体内，其中当在垂直于从所述中心轴线径向延伸的平面的方向上观察时所述密封元件具有大体U形横截面。
项4.根据项2或3中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述主体限定与所述中心轴线同轴的孔。
项5.根据项3或4中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述旋转轴密封件适合于通过所述孔接收轴，所述轴具有不大于约50mm，不大于约15mm，不大于约10mm，不大于约9mm，不大于约8mm，不大于约7mm，不大于约6mm，或不大于约5mm的直径。
项6.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述旋转轴密封件适合于在约-275℃到约300℃之间，在约-250℃到约250℃之间，在约-100℃到约100℃之间，或在约-40℃到约20℃之间的范围内的温度下操作。
项7.根据项1所述的旋转轴密封件，其中当在垂直于从所述中心轴线径向延伸的平面的方向上观察时所述环形主体具有大体C形横截面。
项8.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体限定具有第一端部和第二端部的外构件，邻近所述外构件的第一端部布置并且从所述外构件径向向内延伸的第一凸缘，以及邻近所述外构件的第二端部布置并且从所述外构件径向向内延伸的第二凸缘。
项9.根据项8所述的旋转轴密封件，其中所述第一凸缘延伸从所述外构件测量的径向距离D1，其中所述第二凸缘延伸从所述外构件测量的径向距离D2，并且其中D1不小于D2。
项10.根据项9所述的旋转轴密封件，其中D1/D2为至少约1.01，至少约1.05，至少约1.25，至少约1.50，至少约1.75，至少约2.0，至少约2.25，至少约2.50，至少约2.75，或至少约3.0。
项11.根据项8或9中的任一项所述的旋转轴密封件，其中D1/D2不大于约6.0，不大于约5.0，不大于约4.0，或不大于约3.5。
项12.根据项9-11中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述外构件具有高度HOM，并且其中HOM/D2为至少约0.5，至少约0.75，至少约1.0，至少约1.25，至少约1.5，或至少约2.0。
项13.根据项12所述的旋转轴密封件，其中HOM/D2不大于约8.0，不大于约7.0，不大于约6.0，不大于约5.0，不大于约4.0，或不大于约3.0。
项14.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体限定与所述孔的中心轴线同心并且从所述中心轴线向外延伸到所述环形主体中的环形腔。
项15.根据项14所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件至少部分地布置在所述环形腔内。
项16.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体包括具有在约70到约150的范围内，在约75到约145的范围内，在约80到约140的范围内，在约85到约135的范围内，在约90到约130的范围内，在约95到约125的范围内，在约100到约120的范围内，或在约105到约115的范围内的布氏硬度(HB)的材料。
项17.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体包括具有至少约350兆帕(MPa)，至少约360MPa，至少约370MPa，至少约380MPa，至少约390MPa，至少约400MPa，或至少约410MPa的抗拉强度的材料。
项18.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体包括具有不大于约5000MPa，不大于约4000MPa，不大于约2000MPa，不大于约1000MPa，或不大于约500MPa的抗拉强度的材料。
项19.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体包括铜锌合金。
项20.根据项19所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体还包括铅。
项21.根据项1、2或4-20中的任一项所述的旋转轴密封件，其中当在垂直于从所述中心轴线径向延伸的平面的方向上观察时所述密封元件具有大体U形横截面。
项22.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件限定具有第一端部和第二端部的构件，邻近所述构件的第一端部布置并且至少部分地从所述构件径向向内延伸的第一凸缘，以及邻近所述构件的第二端部布置并且至少部分地从所述构件径向向内延伸的第二凸缘。
项23.根据项22所述的旋转轴密封件，其中所述第一凸缘延伸从所述外构件测量的径向距离D1，其中所述第二凸缘延伸从所述外构件测量的径向距离D2，并且其中D1不小于D2。
项24.根据项23所述的旋转轴密封件，其中D1/D2为至少约1.01，至少约1.05，至少约1.25，至少约1.50，至少约1.75，至少约2.0，至少约2.25，至少约2.50，至少约2.75，或至少约3.0。
项25.根据项23或24中的任一项所述的旋转轴密封件，其中D1/D2不大于约6.0，不大于约5.0，不大于约4.0，或不大于约3.5。
项26.根据项23-25中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述外构件具有宽度WM，并且其中WM/D2为至少约0.05，至少约0.1，至少约0.25，至少约0.5，至少约0.75，或至少约1.0。
项27.根据项26所述的旋转轴密封件，其中WM/D2不大于约3.0，不大于约2.0，不大于约1.5，不大于约1.25，或不大于约1.05。
项28.根据项22-27中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述第一凸缘形成在未变形状态下测量的与所述外构件的相对角A1，并且其中A1大于约90度，大于约100度，大于约110度，大于约120度，大于约130度，或大于约140度。
项29.根据项28所述的旋转轴密封件，其中A1小于约180度，小于约170度，小于约160度，或小于约150度。
项30.根据项22-29中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述第二凸缘形成在未变形状态下测量的与所述外构件的相对角A2，并且其中A2为至少约90度，至少约100度，至少约110度，至少约120度，至少约130度，或至少约140度。
项31.根据项30所述的旋转轴密封件，其中A2小于约180度，小于约170度，小于约160度，或小于约150度。
项32.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中当在垂直于从所述中心轴线径向延伸的平面的方向上观察时所述密封元件具有大体V形横截面。
项33.根据项32所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件包括具有在未变形状态下在其间测量的相对角A3的第一凸缘和第二凸缘，并且其中A3不小于约20度，不小于约30度，不小于约40度，不小于约50度，不小于约60度，不小于约70度，不小于约80度，或不小于约90度。
项34.根据项33所述的旋转轴密封件，其中A3不大于约150度，不大于约140度，不大于约130度，不大于约120度，不大于约110度，或不大于约100度。
项35.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件包括具有不小于约0.05吉帕(GPa)，不小于约0.5GPa，不小于约0.75GPa，或不小于约1.0GPa的弹性模量(MOE)的材料。
项36.根据项35所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件包括具有不大于约5.0GPa，不大于约4.0GPa，不大于约3.0GPa，不大于约2.0GPa，或不大于约1.5GPa的MOE的材料。
项37.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件包括聚合物。
项38.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件包括含氟聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE)。
项39.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件包括聚芳醚酮(PEAK)，如聚醚醚酮(PEEK)。
项40.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件包括单件。
项41.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中当在垂直于从所述中心轴线径向延伸的平面的方向上观察时所述密封元件包括平均厚度TSE，并且其中TSE不小于约0.05英寸，不小于约0.10英寸，不小于约0.15英寸，或不小于约0.20英寸。
项42.根据项41所述的旋转轴密封件，其中TSE不大于约0.75英寸，不大于约0.5英寸，或不大于约0.25英寸。
项43.根据项3所述的旋转轴密封件，其中所述旋转轴密封件还包括在径向方向上偏压所述密封元件的至少一部分的偏压元件。
项44.根据项1、2或4-43中的任一项所述的旋转轴密封件，其中当在垂直于从所述中心轴线径向延伸的平面的方向上观察时所述密封元件定位在所述偏压元件和所述环形主体之间。
项45.根据项1、2或4-44中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括弹簧。
项46.根据项1、2或4-45中的任一项所述的旋转轴密封件，其中当在垂直于从所述中心轴线径向延伸的平面的方向上观察时所述偏压元件包括大体L形。
项47.根据项46所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括环形构件和从所述环形构件延伸的环形凸缘，其中相对角A4形成于所述环形构件和所述环形凸缘之间，并且其中A4大于约90度，大于约100度，或大于约110度。
项48.根据项47所述的旋转轴密封件，其中A4小于约150度，小于约140度，小于约130度，或小于约120度。
项49.根据项47或48中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形构件具有径向宽度WAM，其中所述环形凸缘具有径向长度LAF，并且其中LAF/WAM不小于约1.0，不小于约1.25，不小于约1.5，不小于约1.75，或不小于约2.0。
项50.根据项49所述的旋转轴密封件，其中LAF/WAM不大于约10.0，不大于约5.0，不大于约4.0，不大于约3.0，或不大于约2.5。
项51.根据项46-50中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件还包括与所述环形凸缘相对从所述环形构件延伸的至少一个尖头，所述至少一个尖头具有在所述至少一个尖头和所述环形构件之间测量的相对角A5，并且其中A5大于约90度，大于约100度，或大于约110度。
项52.根据项51所述的旋转轴密封件，其中A5小于约150度，小于约140度，小于约130度，或小于约120度。
项53.根据项51或52中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述至少一个尖头包括至少2个尖头，至少3个尖头，至少4个尖头，至少5个尖头，至少10个尖头，至少20个尖头，或至少50个尖头。
项54.根据项51-53中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述尖头围绕所述环形构件相等地间隔开。
项55.根据项51-54中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述至少一个尖头具有径向长度LT，并且其中LAF/LT不小于约0.75，不小于约1.0，不小于约1.25，不小于约1.5，不小于约1.75，或不小于约2.0。
项56.根据项55所述的旋转轴密封件，其中LAF/LT不大于约10，不大于约5.0，不大于约4.0，不大于约3.0，或不大于约2.5。
项57.根据项1、2或4-44中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括沿着所述密封元件的内表面布置的环形弹簧。
项58.根据项57所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括卡紧弹簧。
项59.根据项57所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括压缩弹簧。
项60.根据项57-59中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件还包括轴向间隙。
项61.根据项57-60中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件布置在所述密封元件的外凸缘的径向内侧。
项62.根据项1、2或6-61中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括具有不小于约5.0吉帕(GPa)，不小于约10.0GPa，不小于约25.0GPa，不小于约50GPa，不小于约100GPa，或不小于约150GPa的弹性模量的材料。
项63.根据项1、2或6-62中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括具有不大于约300GPa，不大于约250GPa，或不大于约225GPa的弹性模量的材料。
项64.根据项1、2或6-63中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括具有不小于约1000兆帕(MPa)，不小于约1200MPa，或不小于约1500MPa的抗拉强度的材料。
项65.根据项1、2或6-64中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括具有不大于约2500兆帕(MPa)，不大于约2000MPa，或不大于约1800MPa的抗拉强度的材料。
项66.根据项1、2或6-65中的任一项所述的旋转轴密封件，其中当组装在所述旋转轴密封件内时，所述偏压元件提供至少约1.0千帕(KPa)，至少约5KPa，至少约10KPa，至少约25KPa，至少约50KPa，至少约100KPa，或至少约250KPa的偏压力。
项67.根据项1、2或6-66中的任一项所述的旋转轴密封件，其中当组装在所述旋转轴密封件内时，所述偏压元件提供不大于约500KPa，不大于约400KPa，或不大于约300KPa的偏压力。
项68.根据项1、2或4-67中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括金属。
项69.根据项1、2或4-68中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件包括弹簧钢。
项70.根据前述项中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述旋转轴密封件具有在3000mbar的系统压力下在室温下持续500,000个循环测量的不大于约15mL/min，例如，不大于约14mL/min，不大于约13mL/min，不大于约12mL/min，不大于约11mL/min，不大于约10mL/min，不大于约5mL/min，或不大于约2mL/min的泄漏率。
应当注意并不需要上述的所有特征，可能不需要具体特征的一部分，并且可以提供除了所述的那些以外的一个或多个特征，更进一步地，描述特征的顺序不必是安装特征的顺序。
为了清楚在本文中在独立实施例的背景下描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地被提供。相反地，为了简洁在单个实施例的背景下描述的各种特征也可以独立地或以任何子组合被提供。
上面关于具体实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案和可以导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的任何(一个或多个)特征不应当被理解为任何或所有权利要求的关键的、需要的或必要的特征。
本文中所述的实施例的具体说明和例示旨在提供各种实施例的结构的一般理解。具体说明和例示不旨在用作使用本文中所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的详尽和全面描述。独立实施例也可以在单个实施例中组合地被提供，并且相反地，为了简洁在单个实施例的背景下描述的各种特征也可以独立地或以任何子组合被提供。此外，对用范围描述的值的引用包括该范围内的每一个值。熟练技术人员仅仅在阅读该说明书之后将显而易见许多其它实施例。其它实施例可以被使用并且从本公开导出，使得可以进行结构替代、逻辑替代或另一变化而不脱离本公开的范围。因此，本公开被视为是示例性的而不是限制性的。

Claims (15)

1.一种旋转轴密封件，其包括：
环形主体，所述环形主体具有限定中心轴线和内表面的孔；
密封元件，所述密封元件至少部分地定位在所述环形主体内，其中所述密封元件配置成在所述环形主体和布置在所述环形主体的所述孔内的轴之间径向地延伸并且形成密封件；以及
偏压元件，所述偏压元件在径向方向上偏压所述密封元件的至少一部分。
2.一种旋转轴密封件，其包括：
限定中心轴线的环形主体，其中所述环形主体具有保持元件；
密封元件，所述密封元件至少部分地定位在所述环形主体内；以及
偏压元件，所述偏压元件在径向方向上偏压带凸缘的密封元件的至少一部分。
3.一种旋转轴密封件，其包括：
限定中心轴线的环形主体，其中所述环形主体具有C形横截面；以及
密封元件，所述密封元件至少部分地定位在所述环形主体内，其中所述密封元件具有U形横截面。
4.根据权利要求3所述的旋转轴密封件，其中所述旋转轴密封件适合于通过所述孔接收轴，所述轴具有不大于10mm的直径。
5.根据权利要求1和2中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体具有C形横截面。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体限定具有第一端部和第二端部的外构件，邻近所述外构件的第一端部布置并且从所述外构件径向向内延伸的第一凸缘，以及邻近所述外构件的第二端部布置并且从所述外构件径向向内延伸的第二凸缘。
7.根据权利要求6所述的旋转轴密封件，其中所述第一凸缘延伸从所述外构件测量的径向距离D1，其中所述第二凸缘延伸从所述外构件测量的径向距离D2，并且其中D1/D2为至少1.05。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述环形主体限定与所述孔的中心轴线同心并且从所述中心轴线向外延伸到所述环形主体中的环形腔。
9.根据权利要求8所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件至少部分地布置在所述环形腔内。
10.根据权利要求1、2和4-9中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件具有U形横截面。
11.根据权利要求1、2和4-9中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件具有V形横截面。
12.根据权利要求3所述的旋转轴密封件，其中所述旋转轴密封件还包括在径向方向上偏压所述密封元件的至少一部分的偏压元件。
13.根据权利要求1、2和4-12中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述密封元件的至少一部分定位在所述偏压元件和所述环形主体之间。
14.根据权利要求1、2和4-13中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述偏压元件具有L形横截面。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转轴密封件，其中所述旋转轴密封件具有在3000mbar的系统压力下在室温下持续500,000个循环测量的不大于约15mL/min，例如，不大于约14mL/min，不大于约13mL/min，不大于约12mL/min，不大于约11mL/min，不大于约10mL/min，不大于约5mL/min，或不大于约2mL/min的泄漏率。
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