CN107949733B - 高压密封件 - Google Patents

Abstract

一种密封件，包括：支撑环；密封环，所述密封环和所述支撑环被锁定在一起以在其间形成封闭空间，所述密封环包括至少一个密封唇缘；和增能器，所述增能器被保持在所述封闭空间中并与所述密封环接触。

Description

高压密封件

技术领域

本发明涉及密封件，更具体地涉及环形密封件。

背景技术

密封件是一种用于将介质从密封件的一侧与密封件的另一侧分隔开的装置。密封件根据其应用可以有多种尺寸和形状。一种特定类型的密封件是旋转密封件，所述旋转密封件围绕壳体中的旋转体或摆动体(例如轴)进行密封。旋转密封件通常形成为围绕轴的环形形状并具有形成液密密封的密封唇缘。

伴随已知旋转密封件的许多问题易于在密封件用于存在高压和/或轴高速旋转的应用中时发生。一个此类问题是由于由高压环境产生并施加在轴上的高摩擦扭矩。另一个问题是由于在高速情况下轴和密封件之间的接触导致摩擦生热所产生的高温。如果驱动轴的电机没有足够的动力克服摩擦扭矩，高摩擦扭矩可能导致轴的旋转运动停止。密封界面与轴之间的摩擦也会造成高温的产生，这使得密封件磨损，并对密封件附近的流体、硬件和其他元件造成损坏。经常出现的另一个问题是密封材料被挤出到轴和壳体之间的空间中，所述密封材料可以是相对较软的材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)。还有一个导致密封件过早失效的问题是密封件和轴之间的共同旋转。密封件相对于壳体壁的相对运动造成密封部件的加速磨损并且会加速密封材料的挤出。

本领域所需要的是一种可用于高压和/或高转速应用的密封件，该密封件克服了已知密封件的一些缺点。

发明内容

本发明提供了密封环和支撑环，所述密封环和支撑环被锁定在一起以形成封闭空间，其中，增能器被保持在封闭空间中并与密封环接触。

本发明的一种形式涉及一种密封件，该密封件包括：支撑环；密封环，所述密封环和所述支撑环被锁定在一起以在其间形成封闭空间，密封环包括至少一个密封唇缘；和增能器，所述增能器被保持在封闭空间中并与密封环接触。

本发明的另一种形式涉及一种密封件，该密封件包括：密封环，所述密封环具有形成于其中的空腔以及位于密封环的内半径上的至少一个密封唇缘，所述至少一个密封唇缘至少部分地与形成在密封环中的空腔径向对准；和增能器，所述增能器被保持在密封环的空腔内并且径向向内偏压所述至少一个密封唇缘。

本发明的一个优点是，支撑环可以被径向锁定在装置的壳体内，并且密封环被锁定到支撑环以防止密封环和轴之间的相对共同旋转。

另一个优点是，支撑环可以防止密封环被挤出到轴和壳体之间的空间中。

又一个优点是，在运行期间，增能器被封闭可以保护增能器免受整个系统压力的影响。

又一个优点是，所述密封件既可以用于单向的应用又可以用于双向的应用。

附图说明

通过参考下面结合附图对发明实施例的描述，本发明的上述和其他特征以及优点和实现它们的方式将变得更加显明，并且本发明将更好理解，其中：

图1是根据本发明的密封件的实施例的透视图，所述密封件构造成用于单向密封的应用；

图2是沿线2-2截取的图1所示密封件的剖视图；

图3是图2所示剖视图的一部分的放大图，以示出密封环的密封唇缘的更多细节；

图4是图2所示剖视图的一部分的放大图，以示出密封环的凸缘的更多细节；

图5是根据本发明的密封件的另一实施例的透视图，所述密封件构造成用于双向密封的应用；

图6是沿线6-6截取的图5所示密封件的剖视图；

图7是图6所示剖视图的一部分的放大图，以示出密封环的密封唇缘的更多细节；

图8是图6所示剖视图的一部分的放大图，以示出密封环的凸缘的更多细节；

图9是根据本发明的密封件的又一实施例的剖视图；

图10是图9所示剖视图的一部分的放大图，以示出支撑环的刮擦边缘的更多细节；

图11是根据本发明的密封件的又一实施例的剖视图；

图12是根据本发明的密封件的又一实施例的剖视图；以及

图13是根据本发明的密封件的又一实施例的剖视图。

在各个附图中，对应的附图标记始终表示对应的部件。在此阐述的示例说明了本发明的实施例，这种示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

现在参照附图，更具体地参照图1，图1示出了根据本发明的密封件20的实施例，该密封件大体上包括支撑环22，该支撑环与密封环24锁定在一起，该密封环具有形成于其中的密封唇缘26。支撑环22和密封环24被锁定在一起，使得密封件20保持环形形状并且可以被置于轴或其他旋转体上。尽管未示出，但是在支撑环22被锁定到密封环24之前可以利用过盈配合将支撑环锁定在壳体中的端盖、孔或其他开口中，使得支撑环22由于过盈配合而被旋转锁定，并且密封环24由于被锁定到支撑环22而变为被旋转锁定。这使得支撑环22能够防止密封环24和轴之间的共同旋转，从而提高密封环24的抗磨损和抗挤出性能。为了有助于防止旋转，支撑环22可以包括刚性材料，所述刚性材料在压力下基本不变形并且在运行期间使得支撑环22在壳体的开口中保持被旋转锁定。这种刚性材料可以包括聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、填充聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚甲醛、聚酰胺、超高分子量聚乙烯、聚氨酯以及金属，例如钢或铝。应该理解的是，这些刚性材料仅仅是示例性的，支撑环22可由任何所需的材料形成。另一方面，密封环24可以包括密封材料，特别是在密封唇缘26处，所述密封材料比支撑环22的刚性材料软(具有更低的模量)以紧贴轴进行密封。这种密封材料可以包括聚合物(例如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚氨酯和聚酯)的混合物。同样也应该理解的是，这些密封材料仅仅是示例性的，密封环24可由任何所需的材料形成。

现在参照图2，图2示出了密封件20的剖视图。可以看出，当支撑环22和密封环24被锁定在一起时，在它们之间形成封闭空间28，增能器30被保持在该封闭空间中。支撑环22可以为大致L形，以形成具有开口面的环，其中，密封环24被锁定到支撑环22的开口面以形成封闭空间28。如图所示，如果通过将密封环24锁定到具有开口面的支撑环22来形成密封件20，则可以在将密封环24锁定到支撑环22之前将增能器30置于支撑环22的开口面中，确保增能器30被保持在封闭空间28内并被压缩。可选地，支撑环22、密封环24和/或增能器30可以被分成两个或更多个分段，使得能够更容易地将密封件20安装在硬件中。增能器30可以是任何类型的合适的增能器，例如图中所示的O形环、弹簧和/或弹性体材料。增能器30提供朝向密封唇缘26的径向向内的力(由箭头32表示)，从而即使系统中的压力很小或没有压力时，密封件20仍保持有效密封。如本文所使用的，密封环境中的“压力”指的是主要通过密封环境中的加压介质传递的流体压力。在这种情况下，增能器30与密封环24的一个或多个腔壁34保持接触，并且还可以接触支撑环22的一个或多个腔壁36。为了允许将来自密封环境的高压从增能器30传递到密封唇缘26，可以在密封环24和/或支撑环22中形成一个或多个激活端口38，所述一个或多个激活端口延伸到封闭空间28中，提供用于使压力到达增能器30的路径，并将所述压力转换成更多径向向内的力32。

由于增能器30被封闭在封闭空间28中，并且压力从激活端口38作用在增能器30上，所以增能器30被迫朝向支撑环22的腔壁36和密封环24的腔壁34远离激活端口38。可为刚性的支撑环22不易变形，因此增能器30将易于使密封环24变形，该密封环可以由比支撑环22更加可变形的材料制成。因此，激活端口38可面向密封环境的高压侧40形成在密封环24和/或支撑环22中，使得更多的压力转换成径向向内的力32，以在运行期间保持密封唇缘26受载。从示出了六个激活端口38的图1中可以看出，激活端口38可以在密封环24上彼此等距间隔开，使得被转换成径向向内的力32的压力通过激活端口38均匀地分配到增能器30，使得能够从增能器30将力均匀地分配在密封唇缘26上。进一步地，由于增能器30被支撑环22和密封环24封闭，并且仅受到通过激活端口38的压力的影响，所以增能器30免受压力和可能发生的污染的全部影响。

现在参照图3，图3示出了密封环24的密封唇缘26的放大图。尽管可以在密封环24上形成任何密封唇缘26以形成有效密封，但是图3中所示的密封唇缘26成形为具有带单个接触点或小宽度接触表面(由附图标记42表示)的横截面，所述单个接触点或小宽度接触表面将在运行过程中接触旋转体。换句话说，密封唇缘26将具有在运行过程中在密封环24的整个圆周上接触旋转体的单个边缘。密封唇缘26也可以形成在密封环境的低压侧44，即，与密封环24中形成激活端口38的那侧相对。与通常将密封唇缘设置成邻近高压侧40的密封件相反，将密封唇缘26设置在低压侧44并使密封唇缘具有单个接触边缘改善了密封唇缘26和轴之间的接触区域处的润滑状况。通过将密封唇缘26转移到密封环24的低压侧44，可以将来自增能器30的大部分径向向内的力32传递到单个接触点42，以改善对流体膜的剪切，从而减少或消除密封界面下流体的转移。将密封唇缘26设在低压侧44还允许通过改善密封环24下方的油交换来充分冷却密封环24。被径向向内的力32偏压的密封唇缘26也可以是相对较薄的和柔性的，以便快速地对变化的密封环境条件作出反应。

现在参照图4，图4示出了密封环24的凸缘46的放大图。可以看出，凸缘46从密封环24在激活端口38的上方径向向外延伸，当密封环24被锁定到支撑环22时，该凸缘有助于封闭封闭空间28。为了有助于将密封环24锁定到支撑环22，凸缘46可以包括被挤压在凸缘46和支撑环22之间的凸起部分48。换句话说，在把两个环22和24压在一起的过程中，凸起部分48将会变形，使得凸起部分48被挤压进入例如形成在支撑环22中的夹紧槽50中。因此，凸起部分48有助于将支撑环22和密封环24夹紧在一起，并在两个环22和24之间提供更紧密的锁定。通过在支撑环22和密封环24之间提供更紧密的锁定，密封环24不易于从支撑环22解锁，也不易于与轴相对共同旋转。

现在参照图5，图5示出了根据本发明的密封件60的另一实施例，该密封件大体上包括U形支撑环62和被锁定到支撑环62的密封环64，该密封环具有两个密封唇缘66。与图1-4所示的构造成用于单向密封的密封件20不同，图5所示的密封件60构造成用于双向密封，具有两个密封唇缘66的密封环64证明了这一点。但是，除了环62和64的形状之外，密封件60的环62和64在材料选择上可以类似于密封件20的环22和24。

现在参照图6，图6示出了密封环60的横截面。可以看出，支撑环62和密封环64可以形成封闭空间68，在该封闭空间中，增能器70与密封环64保持接触。这里进一步描述的增能器70可以类似于先前描述的增能器30。由于支撑环62具有U形的形状以覆盖密封环64的两侧，密封环64可以具有形成于其中的增能器腔72，该增能器腔在密封环插入支撑环62之前保持增能器70。在将支撑环62压配合到硬件的开口中之后，在增能器70被保持在增能器腔72中的情况下，密封环64可以被压配合到支撑环62中，以便将支撑环62和密封环64锁定在一起并压缩增能器70以提供径向向内的力(由箭头74表示)。密封环64还可以具有形成于其中的一个或多个激活端口76，所述一个或多个激活端口延伸到封闭空间68中，以在增能器70上提供附加压力，所述附加压力可转换成径向向内的力74。在密封环64和/或支撑环62中未形成激活端口76的情况下或除了在密封环和/或支撑环中形成有激活端口以外，为了使得压力到达增能器70，当密封环和支撑环被锁定在一起时，可以在密封环64和支撑环62之间形成一个或多个内部径向间隙78，所述一个或多个内部径向间隙远离密封唇缘66朝向增能器70径向延伸。从图6中可以看出，内部径向间隙78允许压力通过激活端口76或增能器腔72的开口进入封闭空间68。这使得无论压力源于密封件60的哪一侧，压力均可到达增能器70。

现在参照图7，图7示出了密封唇缘66的放大图。类似于先前描述的密封唇缘26，每个密封唇缘66可以成形为具有带单个接触点(由附图标记80表示)的横截面。由于密封件60构造成用于双向密封环境中，所以密封唇缘66可以被设置在密封环64的相对两侧上。

现在参照图8，图8示出了密封环64的凸缘82的放大图。可以看出，凸缘82具有凸缘宽度W1，该凸缘宽度大于限定在密封环64的密封唇缘66之间的密封宽度W2(在图6中示出)。这个增加的凸缘宽度W1可以略大于形成在支撑环62的U形形状中的支撑宽度W3，以使得当密封环64被压到支撑环62中时可以通过使凸缘82变形将密封环64压配合到支撑环62中。增加的凸缘宽度W1还可以允许在支撑环62和密封环64之间形成先前描述的内部径向间隙78，以提供用于使得压力到达被保持在封闭空间68中的增能器70的路径。

现在参照图9和10，图9和10示出了根据本发明形成的密封件90的又一实施例，该密封件大体上包括：密封环92，该密封环具有形成于其中的空腔94和形成在密封环92的内半径98上的密封唇缘96；和增能器100，该增能器被保持在密封环92的空腔94中。空腔94形成在密封环92中，使得空腔94至少部分地与密封唇缘96中的一个对准，使得被保持在空腔94中的增能器100可以利用径向向内的力(由箭头104表示)偏压密封唇缘96。如图9所示，增能器100被保持在更靠近图右侧的密封唇缘96的位置，从而将易于在这个密封唇缘96上施加更多径向向内的力104。类似于先前描述的密封件20和60，密封环92可以被锁定到支撑环102，以防止密封环92和轴共同旋转。利用凸缘106的凸起部分(未示出)可以将密封环92锁定到支撑环102，凸缘的该凸起部分被挤压在密封环92和支撑环102之间并被挤压到形成于支撑环102中的夹紧槽(未示出)中。这使得支撑环102通过覆盖密封环92的供支撑环102被锁定的那一侧而在密封环92的该侧上支撑密封环92。密封环92还可以具有形成在凸缘106上的第二凸起部分108，该第二凸起部分可以被挤压在密封环92和形成于硬件中的凹槽之间。从图10中可以看出，支撑环102可以在其内半径112上具有刮擦边缘110，以便为密封件90提供刮擦能力，并有助于保护密封环92免受污染引起的损坏或防止污染从密封环92的一侧到另一侧。

现在参照图11，图11示出了根据本发明形成的密封件120的又一实施例，该密封件类似于先前描述的密封件60。与密封件60相比，密封件120具有显著减小的总半径，使得密封件120更适合于小的轴直径、封闭的端盖硬件装置或小的径向空间。因此应该理解的是，可以根据需要对根据本发明形成的密封件设置尺寸和调整，以适应许多不同的密封环境和硬件配置。

现在参照图12，图12示出了根据本发明形成的密封件130的又一实施例，该密封件包括密封环132，该密封环具有形成于其中的空腔134并具有形成在密封环的内半径138上的密封唇缘136。空腔134与密封唇缘136径向对准，使得被保持在空腔134中的增能器140沿着径向向内的方向(由箭头142表示)偏压密封唇缘136。与先前描述的密封件不同，密封件130的密封环132不包括支撑环，而是具有：具有主要直径D1的主要部分144，该主要部分与空腔134径向对准；和具有支撑直径D2的支撑部分146，该支撑部分连接到主要部分144。为了弥补支撑环的缺失，支撑部分146的支撑直径D2可以大于主要部分144的主要直径D1，使得支撑部分146可以被压配合到硬件的开口中，并且如果支撑部分146发生变形，支撑部分146将会充分地变形使得其难以进一步变形。这使得支撑部分146在不是由刚性材料形成的情况下实质上变为刚性的。因此，支撑部分146变为被旋转锁定在所述开口内，并且由于支撑部分146与主要部分144连接和/或一体形成，所以防止了具有密封唇缘136的主要部分144与轴之间的共同旋转。由于先前已经描述的原因，支撑部分146也可以具有形成为贯穿其中并到达空腔134的激活端口148，该激活端口允许来自支撑部分146所处的密封环境那侧的压力到达增能器140。

现在参照图13，图13示出了根据本发明形成的密封件150的又一实施例，类似于先前描述的密封件，该密封件包括：支撑环152，该支撑环被锁定到具有密封唇缘156的密封环154，以便在支撑环和密封环之间形成封闭空间158；和增能器160，该增能器被保持在封闭空间158中。与先前描述的密封件不同，增能器160具有：封闭部分162，该封闭部分被保持在封闭空间158中；和接触部分164，该接触部分延伸穿过形成于支撑环152和密封环154之间的径向向内间隙166到达与密封唇缘156大致轴向对准的接触表面168。这使得当可由非弹性体材料形成的密封唇缘156与轴接触的同时，可由弹性体材料形成的增能器160的接触表面168也可以与轴接触。在其他方面，密封件150与先前描述的密封件20类似。

尽管已经就至少一个实施例对本发明进行了描述，但是仍可以在本公开的精神和范围内对本发明进行进一步的修改。因此，本申请旨在涵盖利用本发明的一般原理对本发明做出的任何变化、使用或修改。进一步地，本申请旨在涵盖偏离本公开但落入本发明所属领域的已知或惯用实践方式的内容以及偏离本公开但落入所附权利要求范围的内容。

Claims (20)

1.一种密封件，包括：

支撑环；

密封环，所述密封环和所述支撑环被锁定在一起，以在所述密封环和所述支撑环之间形成封闭空间，所述密封环包括至少一个密封唇缘；和

增能器，所述增能器被保持在所述封闭空间中并与所述密封环接触，所述封闭空间对于所述增能器的轴向相对两侧上的加压介质进入是开放的。

2.根据权利要求1所述的密封件，其中所述支撑环包括刚性材料，所述密封环包括模量比所述刚性材料低的密封材料。

3.根据权利要求2所述的密封件，其中所述支撑环包括聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、填充聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚甲醛、聚酰胺、超高分子量聚乙烯、聚氨酯和金属中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的密封件，其中所述密封环包括聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚氨酯和聚酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的密封件，其中所述密封环包括被压配合到所述支撑环中或被夹紧到所述支撑环的凸缘。

6.根据权利要求5所述的密封件，其中所述支撑环是U形的，所述凸缘被压配合到所述支撑环中。

7.根据权利要求5所述的密封件，其中所述支撑环是L形的，所述凸缘被夹紧到所述支撑环。

8.根据权利要求7所述的密封件，其中所述凸缘包括被挤压在所述支撑环和所述密封环之间的凸起部分。

9.根据权利要求1所述的密封件，其中所述支撑环和所述密封环中的至少一个具有形成于其中的至少一个激活端口，所述激活端口延伸到所述封闭空间中。

10.根据权利要求9所述的密封件，其中所述支撑环和所述密封环中的至少一个具有形成于其中的至少三个激活端口，所述激活端口延伸到所述封闭空间中，所述激活端口彼此等距间隔开。

11.根据权利要求1所述的密封件，其中所述支撑环和所述密封环具有形成于其间的内部径向间隙。

12.根据权利要求1所述的密封件，其中所述至少一个密封唇缘成形为具有带单个接触点的横截面。

13.根据权利要求12所述的密封件，其中所述密封环包括至少两个密封唇缘，所述密封唇缘中的每一个成形为具有带单个接触点的横截面。

14.根据权利要求1所述的密封件，其中所述增能器包括O形环。

15.根据权利要求1所述的密封件，其中所述增能器包括弹簧。

16.根据权利要求1所述的密封件，其中所述增能器包括弹性体材料。

17.根据权利要求1所述的密封件，其中所述支撑环在所述支撑环的内半径上包括刮擦边缘。

18.一种密封件，包括：

密封环，所述密封环具有形成于其中的空腔并在所述密封环的内半径上具有至少一个密封唇缘，所述至少一个密封唇缘至少部分地与形成于所述密封环中的所述空腔径向对准；

增能器，所述增能器被保持在所述密封环的所述空腔内并且径向向内偏压所述至少一个密封唇缘，所述空腔对于所述增能器的轴向相对两侧上的加压介质进入是开放的；以及

支撑环，所述支撑环被锁定到所述密封环。

19.根据权利要求18所述的密封件，其中所述支撑环覆盖所述密封环的一侧。

20.根据权利要求18所述的密封件，其中所述密封环包括凸缘，所述凸缘具有被挤压在所述密封环和所述支撑环之间的凸起部分。

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