CN108547950A - 三角形环的杆密封 - Google Patents

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Abstract

一种等边三角形环的圆柱杆压紧密封及一种可与之匹配使用的等边三角形环的球形杆肩自密封，其结构规则是首先利用软等边三角形密封环的硬压环的楔功能将杆密封的原始轴向压紧力2f变换为两个软三角形密封环分别对圆柱杆和球形杆肩的径向密封压紧力4f/√3和2f，并确保软密封环由大空间至小空间受压而可各向相同传递压力，然后截除三角形环密封的离杆角顶以赋予容腔一个开口或一个对软环的轴向压缩余量，最后又利用轴向无压缩抗力的反挤出环，如金属C形环，关闭开口而为容腔中受压软环的密封变形提供充分支撑。

Description

三角形环的杆密封
技术领域
本发明属流体动力传输与流体介质输送系统技术领域，涉及活动杆或轴与其壳间的密封，特别涉及活动杆或轴与其称之为阀体、阀盖、缸体或缸盖等的壳间的三角形环压紧密封。
背景技术
流体动力传输系统需要通过活塞杆外传杆壳内的流体动力，流体介质输送系统需要通过杆操作控制杆壳内的介质流动。这些活动杆与其壳间都需要密封。靠安装压力致密封的密封叫压紧密封，靠流体压力致密封的密封叫自紧密封。作为这些活动杆与其壳间不可或缺的杆柱面压紧密环的材料至少应软而耐磨，其横截面形状起码应有利其压环将原始轴向压紧力转换为径向密封力；即作为活动杆或轴的柱面软环压紧密封至少应能有效正交传递压力的能力。但是，众所周知，能有效正交传递压力的物体只能是有楔功能的刚体和无挤出间隙的封闭液体。
由本发明人提出的材料的密封机理可知(参见ZL201210070823.2)，液体能各向及时相同传递压力的能力源自其软而体积不可压缩性——“软”则致其一受压便有变形流动力，“体积不可压缩性”则致其一受压各向便有相同变形流动力；由物质的体积模量K＝E/[3(1-2μ/]可知，泊松比值μ越接近0.5的物质，其体积不可压缩性越接近无穷大；常温下的普通物质的泊松比值大于0小于0.5，但其同比温度(为物质的实际绝对温度与物质的熔点绝对温度之比)大于0.5时，其泊松比值将趋近0.5，并且其同比温度越趋近1即越趋近熔点时，其泊松比值越逼近0.5，反之亦然；因此，可以说，泊松比值μ是物质的体积不可压缩性指数和液性指数，或者说，常温下的普通物质既有固性又有液性，而且泊松比值μ越趋近0.5的物质越趋近有充分液性；也就是说，一切泊松比值接近0.5软材料，如橡胶、聚四氟乙烯等塑料、铅以及金等，都可简单用于制作常温下需要正交传递压力的密封环；由于材料的泊松比值是其非受压方向与受压方向的正交应变比，因此，一切泊松比值小于0.5软材料都可通过一个泊松变形补偿角将其正交应变比值补偿到0.5而也可用于制作常温下需要正交传递压力的密封环——其实，泊松变形补偿角是确保体积可压缩的密封环受压时全都能由大空间至小空间受压而致其在与压力垂直的非受压方向的变形量增加；由于将密封环材的泊松应变比由0补偿到0.5或由0.5抵消到0的角度为Arctan(h/d)(其中h和d分别为密封环的高度和内径)，不仅非常小而且所改变的仅仅是环材达到正交应变比值极限的响应时间而不是极限值，或至多是消除环材的正交应变比值μ达到极限的滞后性，因此，只要一般环容腔有不小于Arctan(h/d)的可致环由大空间压至小空间受压的角度结构都符合要求；由于普通材料的泊松比值不仅随温度和压力变化而变而且还是滞后压力而变的，因此，即使常温下泊松比值为0.5的材料也需要一个泊松变形补偿角，才能确保其密封环在工作压力和温度范围都能及时有效正交传递压力；所以，如图1～3所示，只有三角形密封环才可利用硬压环的楔功能将对软密封环的原始轴向紧固力放大为致软密封环整体由大空间至小空间的压力而及时有效为杆提供径向密封压应力。
由本发明人提出的密封理论可知(参见ZL201210070823.2)，充分无漏连接状态是受压密封面产生和维持与被密封面凸凹完全互补的变形的结果，因此，越软而无弹性的密封面越易在受压时产生充分密封变形，越强而富有弹性的密封面支撑越易在受压时为密封面的密封变形提供充分的动力和维持力，即密封元至/持密封的难度是由密封面的有效弹性模量Ec与密封面支撑的有效弹性模量Es之比(叫密封难至/持系数m1)决定的，而且m1max＝Ec/Es＝1；任何实心软O形环都可模拟为一环装满“液体”的“金属薄壁管”，“液体”代表环材的液性，“金属薄壁管”代表环材的固性，显然，其材料泊松比值越趋近0.5的同材环的模拟金属环管的壁越薄，反之亦然，因此，首先根据实心软环的模拟金属环管与软环有相同的抗拉能力可知，然后根据普通金属薄壁管能承受的极限压力pm＝Rmδ/r和作为同一实心软环的模拟金属薄壁环管在任何挤出弧度下都有pmr≡Rmkδk≡常数可知，也就是说，腔中软O形环的最大许可工作压力pmr＝puru/re＝0.5Rmrru/re，其中pu＝0.5Rmr＝未安装入腔的模拟金属环管能承受的极限压力，ru＝未安装入腔的软环及其模拟金属环管的横截面半径，re＝腔中软环的最大挤出弧半径，δk＝kru＝模拟金属环管壁厚，Rmk＝模拟金属环管材强度，Rmr＝软环材抗拉强度，Rm＝普通金属薄壁管材强度，δ＝普通金属薄壁管壁厚，r＝普通金属薄壁管的横截面半径；由于最大许可工作压力下自密封的压缩应力或密封应力等于其最大许可工作压力，因此，任何可有效正交传递压力的软密封环所能为其密封面提供的极限压缩应力都主要不是由软环材强度和环壁厚而是由其在腔中的最大挤出弧半径re决定的，例如挤出间隙(挤出弧半径re)为零的橡胶O形环密封的最大许可工作压力(可为密封面提供的极限压缩应力)为无穷大；所以，越软而无弹性的且受压挤出间隙越小或受压密闭性越好的压紧密封环越能为其密封面提供充分的变形和支撑，完全超出试图以计算环材强度和环壁厚满足压力要求的普通传统设计理念范畴。
美国的《ASME BPVC Section VIII Division 1压力容器建造规则》的UG-101(a)(1)和(2)明确规定，凡是不能按最大许可工作压力准确计算出其材料强度和厚度要求的受压容器件都应通过以材料屈服极限为准的保证压力测试或通过以材料破裂极限为准的破裂压力测试。
在ZL201210070823.2之前，无任何密封可设计计算，照理说更应要求密封应随其压力容器通过1.5倍或2倍最大许可工作压力的保证压力测试或通过4倍最大许可工作压力的破裂压力测试，然而相关标准，如ISO 5208、ASME B16.34等，却只要求密封通过1.1倍最大许可工作压力下的无肉眼可见泄漏测试而致全球的压力容器和系统的安全性都受密封制约。
本发明人的ZL201210070823.2只解决了不能用于活动杆的压紧密封的矩形环和O形环密封按许可承压的设计计算问题，本发明人的ZL200510097905.6和ZL200810172830.7只提出杆的压紧密封环的基准横截面形状应是等边三角形，并未解决杆的等边三角形密封环按最大许可工作压力的设计计算问题。
发明内容
本发明的目的是提出可按最大许可工作压力计算设计的用作活动杆或轴密封的等边三角形环密封，与提出按最大许可工作压力计算设计矩形环和O形环密封的ZL201210070823.2一道，全面终结环密封无法按计算设计的时代。
由腔中软O形环在最大许可工作压力pmr＝0.5Rmrru/re下的密封应力＝其最大许可工作压力(pmr)可知，当软O形环横截面直径在腔中被压缩50％(即被压缩至ru/re＝2)时的应力正好等于环材强度极限Rmr。因此，结合著名的Parker公司的著名测试结论“橡胶O形环上涂脂可减少安装压缩低于50％的O形环的泄漏，但却不能减少安装压缩50％的O形环的泄漏”可推知，大气温度压力下密封要求的初始密封应力Si＝(Rmr+0.2)MPa，其中Rmr＝密封面材抗拉强度＝将密封面由半成品就位加工或安装成无任何抗拉能力的合格品所需的应力，0.2＝大气温度压力下致合格密封面至充分紧密接触所需的最小必须密封应力，其中一个0.1＝排除阻止合格密封面挤入泄漏微坑和微槽中的大气所需的应力，另一个0.1＝致已挤入泄漏微坑和微槽的密封面至其可抗大气渗穿的充分紧密接触所需的应力。
对于容腔中受压便可由大空间移动至小空间的软O形环，在受到充分压缩时，其未被挤入挤出角的材料是受充分约束压缩而致泊松比值逼近0.5的材料，其被挤入挤出角内的材料是受纯拉伸而致泊松比值逼近0的材料，因此，由约束模量：
M＝[E(1-μ)]/[(1+μ)(1-2μ)]
＝∞(当泊松比μ＝0.5时)或
＝E(当泊松比μ＝0.0时)
可知，对于这种受到充分约束压缩的软O形环，即使其受压应力达到任意超过材料的抗拉极限(Rmr)时也是完好无损的，或者说说，容腔中受到充分约束压缩的软O形环的最大工作压力(pmr)，正如背景技术所述，是由其在挤出角的挤出拉伸极限决定的，即pmr＝0.5Rmrru/re。
由于实心软三角形环在其腔中受压时从总体到内切圆内外的各部分都是由大空间至小空间受压而可致其内切圆环的模拟金属O形薄壁环管内的升高压力经三角如数各向相同外传，因此，实心软三角形密封环的最大许可工作压力(pmr)等于其内切圆环的模拟金属O形薄壁环管在容腔中能承受的极限压力pmr＝0.5Rmrru/re，其中Rmr＝软环材抗拉强度，ru＝三角形的内切圆半径，re＝软环材在容腔三角的最大挤出弧半径。
以上是本发明人为本发明推导出的全新密封设计理念，详见即将发表的《任何密封受压时都应有0.5比的泊松变形能力》论文。
如图1～3所示，软三角形环04的杆柱面密封需要一个截除离杆角顶形成的不封闭容腔才能让硬压环03a沿杆滑动地对软环实施充分压缩。由于软环04在两个非截顶角的挤出间隙或挤出弧半径可分别通过硬压环03a和单匝反挤出环05b降至0，因此，软三角形环的最大许可工作压力主要是由其在离杆截顶角的挤出口大小决定的；所以，特提出一种以等边三角形为横截面基准的用作活动杆或轴的柱面密封的三角形环密封(简称三角形环的杆柱密封)，由依次套装在圆柱杆上的一个单匝反挤出环(05b)、一个离杆角截(除尖)顶的软三角形环(04)和一个硬金属压环(3a)组成，软三角形环被硬金属压环的120°内锥面同时压缩在杆(02)的柱面上和杆壳(01)的120°锥面座中，形成由压环内锥面、杆柱面和座锥面组成的一个因其离杆角截顶而不闭合而致的可对软三角形环实施充分紧压缩的三角形环容腔，其特征是用由丝径和长度足够的软金属丝弯制而成的或由强度足够的非金属模制而成的单匝反挤出环抵抗软三角形环经杆与其壳间间隙挤出，用间隙足够小的压环与杆间的滑配合抵抗软三角形环经压环与杆间间隙挤出，用附着在软三角形环离杆角的圆弧形反挤出金属C形环(05a)抵抗软三角形环经其容腔截顶角口挤出。
由于没有密封面的周向均匀充分受压缩，就无任何充分无漏压紧密连接，因此，为时时确保非升降杆柱软环04对其座和杆02(图3)的周向均匀压紧，与杆柱密封相配的杆肩密封副应当是球/锥面或球/球面配合副，以确保杆柱软环04在其座中的对称就位不受影响；所以，特提出一种与杆柱密封相配的以等边三角形为横截面基准的用作活动杆或轴的肩密封的三角形环密封(简称三角形环的杆肩密封)，由套装在球形杆肩上的一个离杆角截(除尖)顶的软三角形环(06)和一个硬金属压环(07)组成，当通过60°锥面对接在一起的软三角形环和硬金属压环被球形杆肩(02)同时压向杆壳(01)时，就形成由压环内锥面、杆肩球面和杆壳平面组成的一个因其离杆角截顶而不闭合而致的可对软三角形环实施充分紧压缩的三角形环容腔，其特征是用杆肩与杆壳和压环间均无间隙的配合抵抗软三角形环在两个非截顶角挤出，用附着在软三角形环离杆角的圆弧形反挤出金属C形环(05a)抵抗软三角形环经其容腔截顶角口挤出。
由于软三角形环中有一个非密封面，因此，可用致C形环保持其圆弧不变地沿其软三角形环的非密封面延伸形成反J形状(图4)和J形状(图5)的变异C形环分别替代三角形环的杆柱和杆肩密封的C形环，以更方便对软三角形环的操作处理。
由于无反挤出金属C形、反J形或J形环的软三角形环密封能承受的极限压力是对从模拟薄壁环管内输出而作用在反挤出金属环上的挤出压力的抵消压力，因此，有反挤出金属环的软三角形密封环的最大许可工作压力pm为无反挤出金属环的软三角形环在容腔中能承受的极限压力0.5Rmrru/r与反挤出金属环能承受的极限压力Rmδ/r之和，即有反挤出金属环的软三角形密封环的最大许可工作压力pm＝0.5Rmrru/r+Rmδ/r，其中Rmr＝软三角形环材抗拉强度，Rm＝反挤出金属环材抗拉强度，δ＝反挤出金属环壁厚，r＝软三角形环的挤出圆弧半径＝反挤出金属环的圆弧半径，ru为基准三角形的内切圆半径。
综上所述可知，本发明是通过将软三角形密封环的内切圆环的内和外分别视为受压时的承压极限的决定和传递部分而实现“按最大许可工作压力计算设计用作活动杆或轴密封的等边三角形环密封”目的的。鉴于O形、矩形和三角形环密封可满足各种环密封连接的需要，因此，本发明与ZL201210070823.2一道便可全面终结环密封不可计算设计的时代。
如果用其横截面轮廓圆与反挤出金属C形环的圆弧圆大致重合的一个图6所示的多匝金属丝环或图7所示的密绕螺旋弹簧环替代反挤出金属C形环，则它们像反挤出金属C形环一样，可同时致软三角形密封环的抗压极限和密封性增加。反挤出多匝金属丝环受压环压缩时，如图6b所示，在其两个相交压缩合力F锥面两侧的内外层匝丝将分别均匀内鼓和外鼓；外层匝丝周向均匀外鼓/绷伸的结果可模拟为一个厚壁圆弧C形环，模拟C形环的壁横截面积代表匝丝的总横截面积，模拟C形环的空腔横截面积代表在多匝金属丝环横截面轮廓圆内未被相应匝丝占据的空白面积；周向内鼓/受压缩的内层匝丝势必乱翘而致同时受到压缩而外鼓的软环料04所穿越；如果匝丝总横截面积与反挤出多匝金属丝环的横截面轮廓圆面积之比为k，则由图6c可知：其中ro＝多匝金属丝环的横截面轮廓圆半径≈模拟C形环的外壁圆半径，ri＝模拟C形环的内壁圆半径；因此，由厚壁管的耐压公式可知，反挤出多匝金属丝环能承受的极限压力pm＝RmIn(ro/ri)＝RmIn[1/(1-√k)]，其中Rm＝匝丝材抗拉强度，k≈0.75。
实践证实，在软三角形密封环内均匀填充其它固体粉末或纤维，如在聚四氟乙烯三角形密封环内均匀填充碳粉或玻璃纤维，往往致密封环的硬度或抗压强度增加而致其受压时的变形抗力即抗挤出能力增加以至于在某些高压服务中无需反挤出金属环，但却致其屈服强度增加而致其至密封的难度增加，因此，致低压密封需要高压密封的压紧结构；或者说，填料所致软三角形密封环的抗挤出能力即承压极限的增加是以牺牲环的密封性为代价的。
由于抗挤出能力增强设计的反挤出金属(C形、反J形或J形)环和多匝金属丝环，不会致其横截面的抗弯强度明显增加，只会致其对软密封环的受压密闭性即支撑强度明显增加，因此，抗挤出能力增强设计的反挤出金属环和多匝金属丝环结构可同时赋予软三角形密封环更高的抗压极限和更低密封难度系数，以至于有反挤出金属环和多匝金属丝环的软三角形环的高压密封可用作低压密封，并只要求低压密封的压紧结构。所以，给软三角形密封环填充填料的技术方案远不如给软三角形密封环附着反挤出金属环或多匝金属丝环的技术方案理想。
显然，构成软三角形环截顶角的各种圆弧形反挤出金属环(05a)可用高强度塑料制成，但不能是那种对软三角形环轴向实施充分紧压缩有影响的高强度塑料制成的实心圆环。
总之，本发明所揭示和遵守的杆压紧密封的结构规则是首先利用软等边三角形密封环的硬压环的楔功能将杆密封的原始轴向压紧力2f变换为两个软三角形密封环分别对圆柱杆和球形杆肩的径向密封压紧力4f/√3和2f，并确保软密封环由大空间至小空间受压而可各向相同传递压力，然后截除三角形环密封的离杆角顶以赋予容腔一个开口或一个对软环的轴向压缩余量，最后又利用轴向无压缩抗力的反挤出环，如金属C形环，关闭开口而为容腔中受压软环的密封变形提供充分支撑。
附图说明
在本发明的三角形环密封的附图1～6中，01是统称为杆壳的阀体或阀盖，02是阀杆，03a是杆柱密封环的硬金属压环，03b是杆柱密封环的压盖，03是整体的压环和压盖，04是杆柱密封环，05a是构成软环截顶角的反挤出金属环，05b是杆与其壳间的单匝反挤出环，06是杆肩密封环，07是杆肩密封环的硬金属压环，08a是球面垫圈，08b是蝶形弹簧，08c是六角螺钉，09是六角螺母，10是阀手柄，11是阀锁，12是多匝金属丝环的间隔捆扎环。
图1是小规格的升降阀杆柱密封，其中图1b是密封总装图1a中的密封局部放大视图。
图2是大规格的升降阀杆柱密封，其中图2b是密封总装图2a中的密封局部放大视图。
图3是非升降球阀杆柱与杆肩密封，其中图3b是密封总装图3a中的杆肩密封局部放大视图，图3a中的杆柱密封局部放大视图如图2b所示。
图4a和图4b分别是有反挤出金属C形环和反J形环的三角形杆柱密封环，图中以厚度δ＝kruc的圆环为软三角形环的内切圆环的模拟金属薄壁环管的壁横截面。
图5a和图5b分别是有反挤出金属C形环和J形环的三角形杆肩密封环，图中以厚度δ＝krus的圆环为软三角形环的内切圆环的模拟金属薄壁环管的壁横截面。
图6是替代反挤出金属C形、反J形或J形环的反挤出多匝金属丝环。
图7是替代反挤出金属C形、反J形或J形环的反挤出金属密绕螺旋弹簧。
具体实施方式
由于阀杆02的最终方位是随杆柱密封环04在杆壳01的120°锥面座中的就位安装确定的，因此，如图1～3所示，为了确保硬压环03a可致软密封环对杆和锥面座的周向均匀压缩，首先应要求软密封环的三个主表面同轴，其次应要求硬压环的内锥面与杆在安装中始终同轴，再其次应要求硬压环与杆壳间有足够间隙以确保安装中的硬压环和杆可随软环摆动，然后应要求通过锥面/球面配合对软环加载，例如，图1的软环应通过压盖03b的与其紧固螺纹同轴的内锥面与硬压环的与其内锥面同轴的外球面配合加载，图2的软环应通过压板03b的内锥面与硬压环的与其内锥面同轴的外球面配合或通过球面垫圈08a的外球面与压板03的螺栓过孔的锥口配合加载，图3的软环应通过碟形弹簧08b的外锥面与相关上下件的倒角口配合加载，以确保硬压环对软环的压紧合力与杆轴线重合。
为确保非升降杆肩密封(参见图3)为那种与杆柱密封完全同轴匹配的周向密封应力又充分均匀的球/球面密封配合副，可首先：①将肩密封环06的球形密封面Sr预制为与其它两个表面同轴的锥面(参见图5)，②将杆或至少将杆肩球面表面硬化，③预备一个尺寸与杆柱密封环04完全相同的金属环，然后用金属环替代柱密封环地对杆肩密封实施一次就位重载安装以利用硬化的杆肩球面将肩密封环的预制密封锥面和杆壳的直径d和Di间表面(参见图3b)直接加工成与球形杆肩完全一致的配合球面，最后用杆柱密封环替换金属环完成杆的安装。当安装至杆肩与杆壳接触后，既可排除安装压紧力对杆肩密封环的无限加载，又可排除杆端工作流体压力对杆柱密封环的卸载，还可致压环07端面上的工作流体压力在致杆肩密封加强的同时削弱杆的射出动力，同时起到降低杆肩与杆壳间的摩擦阻力和增强杆柱密封的作用，因此，可叫杆肩与杆壳间的球面配合副为杆柱密封和杆肩密封之间的隔离配合副。由于安装至杆肩与杆壳接触时安装力矩将猛增，因此，可凭感觉控制杆的安装轻重。如果只安装至杆肩与杆壳刚接触，则只致作为自紧密封的杆肩密封生效而未致杆柱密封生效，因此，当杆肩密封失效时可再追加紧固至杆柱密封生效而避免系统临时停运。由于在未安装至杆肩与杆壳接触前，杆肩密封环和杆柱密封环各面的压紧力分别为2f和4f/√3，因此，如欲使此时的杆柱密封和杆肩密封有相同的密封应力，则杆肩密封环和杆柱密封环的基准等边三角形边长Cs和Cc应大致按Cs＝0.5√3Cc＝0.87Cc设计，但如欲只安装至肩密封环及隔离配合副生效而不致杆柱密封生效，则推荐杆肩密封环和杆柱密封环按Cs＜0.5√3Cc＝0.87Cc设计。
同理，升降杆的背座密封应参照前述非升降杆肩密封那样设计和安装，使其与其杆柱密封为完全同轴匹配的球/球面密封配合副，确保它们在阀门全开时同时生效。
为确保压环对软密封环的压缩力不受磨损和热胀冷缩影响，应通过蝶形弹簧08b、压环03a和/或反挤出环05a的恰当设计和安装使软密封环完全受弹性变形的活载荷压缩。由于同尺寸规格的软三角形环的最大许可工作压力和所需的紧密压缩力主要是由反挤出环的抗挤出能力而不是由软环材强度决定的，因此，一个规格的软三角形环可统一按用最软环材满足该规格的最大可能压力要求设计供货，即最大许可工作压力不超出最大可能压力的同型同规格的软三角形环只有环材之别而无尺寸大小之别，但其紧密压缩结构应按最大许可工作压力大小设计以节约原材料和结构空间。一般应用可以纯聚四氟乙烯或柔性石墨为软三角形环材，特殊应用可以铅或金为软三角形环材。
等边三角形的杆压紧密封环有三个作用力相等而面积不等的分别为动密封面、静密封面和加载面的原始主表面。动密封面必须获得比其自身更强的静密封面和加载面的同时支撑才能获得比其静密封面更强的密封应力而及时为活动杆提供不断变化的密封变形，因此，杆压紧密封的离杆角截顶不得截至任何非动密封面积小于其动密封面积。为此，推荐杆柱压紧密封环的基准三角形应是以截顶截出的圆角顶高为高度的等边三角形之边长hc为高度的等边三角形(参见图4)，杆肩密封环的基准三角形应是以截顶截出的圆角心高为高度的等边三角形之边长hs为高度的等边三角形(参见图5)。为使隔离配合副为刚安装至受力接触的自紧密封，推荐杆肩密封按其基准三角形边长Cs＝0.6Cc设计。据此，杆柱密封的基准三角形边长Cc＝2hc/√3＝2(D-d)/3，杆肩密封的基准三角形边长Cs＝2hs/√3＝0.6Cc＝0.4(D-d)，其中0.5(D-d)＝杆柱密封环离杆角的圆角顶高度(杆柱密封环壁厚)，hc＝(D-d)/√3，hs＝√3Cs/2＝0.2√3(D-d)。
由于抗挤出能力稍不足的反挤出环的变形结果是致其挤出弧半径减小而致其抗软三角形密封环的挤出能力增加，因此，一般无需过分在意致反挤出环的抗挤出能力减小的制造偏差。但是，对于高压应用的密封环要特别当心消除其非截顶角的挤出间隙，因为软三角形密封环的最大许可工作压力是按其截顶角的抗挤出能力确定的。
因为只有刚捆扎致其横截面轮廓成圆形的反挤出多匝金属丝环才能在随密封环的就位安装中无轴向抗压缩能力而只有足够的径向抗挤出能力，所以，对反挤出多匝金属丝环的捆扎应有所讲究。反挤出多匝金属丝环可用其匝丝以螺旋圈式或间隔圈式(参见图6a中的12)捆扎，捆扎圈密度决定其横截面圆轮廓在周向的一致性，捆扎力量决定其轴向的抗压缩性。
图6的反挤出多匝金属丝环和图7的反挤出金属密绕螺旋弹簧是无需专用工具就可提供的反挤出金属环，前者的最大许可抗挤出压力可计算，后者的最大许可抗挤出压力需由实验确定。

Claims (10)

1.一种以等边三角形为横截面基准的用作活动杆或轴的柱面密封的三角形环密封(简称三角形环的杆柱密封)，由依次套装在圆柱杆上的一个单匝反挤出环(05b)、一个离杆角截(除尖)顶的软三角形环(04)和一个硬金属压环(3a)组成，软三角形环被硬金属压环的120°内锥面同时压缩在杆(02)的柱面上和杆壳(01)的120°锥面座中，形成由压环内锥面、杆柱面和座锥面组成的一个因其离杆角截顶而不闭合而致的可对软三角形环实施充分紧压缩的三角形环容腔，其特征是用由丝径和长度足够的软金属丝弯制而成的或由强度足够的非金属模制而成的单匝反挤出环抵抗软三角形环经杆与其壳间间隙挤出，用间隙足够小的压环与杆间的滑配合抵抗软三角形环经压环与杆间间隙挤出，用附着在软三角形环离杆角的圆弧形反挤出金属C形环(05a)抵抗软三角形环经其容腔截顶角口挤出。
2.一种按权利要求1的三角形环的杆柱密封，其特征是以带圆弧钩的金属反J形环替代所述圆弧形反挤出金属C形环，反J形环是致C形环保持其圆弧不变地沿其软三角形环的非密封面延伸形成的一种变异C形环。
3.一种按权利要求1或权利要求2的三角形环的杆柱密封，其特征是所述杆柱密封的结构尺寸按其最大许可工作压力pmc＝0.5Rmrruc/rc+Rmcδc/rc设计计算，其中0.5Rmrruc/rc为无反挤出金属C形或反J形环的软三角形环在容腔中能承受的极限压力，Rmcδc/rc为反挤出金属C形或反J形环能承受的极限压力，Rmr为软三角形环材抗拉强度，Rmc为反挤出金属C形或反J形环材抗拉强度，δc为反挤出金属C形或反J形环壁厚，rc为反挤出金属C形或反J形环的圆弧半径，ruc为基准三角形的内切圆半径。
4.一种以等边三角形为横截面基准的用作活动杆或轴的肩密封的三角形环密封(简称三角形环的杆肩密封)，由套装在球形杆肩上的一个离杆角截(除尖)顶的软三角形环(06)和一个硬金属压环(07)组成，当通过60°锥面对接在一起的软三角形环和硬金属压环被球形杆肩(02)同时压向杆壳(01)时，就形成由压环内锥面、杆肩球面和杆壳平面组成的一个因其离杆角截顶而不闭合而致的可对软三角形环实施充分紧压缩的三角形环容腔，其特征是用杆肩与杆壳和压环间均无间隙的配合抵抗软三角形环在两个非截顶角挤出，用附着在软三角形环离杆角的圆弧形反挤出金属C形环(05a)抵抗软三角形环经其容腔截顶角口挤出。
5.一种按权利要求4的三角形环的杆肩密封，其特征是以带圆弧钩的金属J形环替代所述圆弧形反挤出金属C形环，J形环是致C形环保持其圆弧不变地沿其软三角形环的非密封面延伸形成的一种变异C形环。
6.一种按权利要求4或权利要求5的三角形环的杆肩密封，其特征是所述杆肩密封的结构尺寸按其最大许可工作压力pmc＝0.5Rmrrus/rs+Rmsδs/rs设计计算，其中0.5Rmrrus/rs为无反挤出金属C形或J形环的软三角形环在容腔中能承受的极限压力，Rmsδs/rs为反挤出金属C形或J形环能承受的极限压力，Rmr为软三角形环材抗拉强度，Rms为反挤出金属C形或J形环材抗拉强度，δs为反挤出金属C形或J形环壁厚，rs为反挤出金属C形或J形环的圆弧半径，rus为基准三角形的内切圆半径。
7.一种以等边三角形为横截面基准的用作活动杆或轴的柱面密封的三角形环密封(简称三角形环的杆柱密封)，由依次套装在圆柱杆上的一个反挤出环(05b)、一个离杆角截(除尖)顶的软三角形环(04)和一个硬金属压环(3a)组成，软三角形环被硬金属压环的120°内锥面同时压缩在杆(02)的柱面上和杆壳(01)的120°锥面座中，形成由压环内锥面、杆柱面和座锥面组成的一个因其离杆角截顶而不闭合而致的可对软三角形环实施充分紧压缩的三角形环容腔，其特征是用由丝径和长度足够的软金属丝弯制而成的或由强度足够的非金属模制而成的单匝反挤出环抵抗软三角形环经杆与其壳间间隙挤出，用间隙足够小的压环与杆间的滑配合抵抗软三角形环经压环与杆间间隙挤出，用附着在软三角形环离杆角的反挤出多匝金属丝环(图6)或密绕螺旋弹簧环(图7)抵抗软三角形环经其容腔截顶角口挤出。
8.一种以等边三角形为横截面基准的用作活动杆或轴的肩密封的三角形环密封(简称三角形环的杆肩密封)，由套装在球形杆肩上的一个离杆角截(除尖)顶的软三角形环(06)和一个硬金属压环(07)组成，当通过60°锥面对接在一起的软三角形环和硬金属压环被球形杆肩(02)同时压向杆壳(01)时，就形成由压环内锥面、杆肩球面和杆壳平面组成的一个因其离杆角截顶而不闭合而致的可对软三角形环实施充分紧压缩的三角形环容腔，其特征是用杆肩与杆壳和压环间均无间隙的配合抵抗软三角形环在两个非截顶角挤出，用附着在软三角形环离杆角的反挤出多匝金属丝环(图6)或密绕螺旋弹簧环(图7)抵抗软三角形环经其容腔截顶角口挤出。
9.一种按权利要求7或权利要求8的三角形环密封，其特征是有反挤出多匝金属丝环密封能承受的极限压力pmc＝0.5Rmrru/r+Rmln[1/(1-√k)]，其中0.5Rmrru/r为无反挤出环的软三角形环密封能承受的极限压力，Rmln[1/(1-√k)为反挤出多匝金属丝环能承受的极限压力，Rmr为软三角形环材抗拉强度，Rm为反挤出多匝金属丝环材抗拉强度，ru为基准三角形的内切圆半径，r为多匝金属丝环的横截面轮廓圆半径≈无反挤出多匝金属丝环的软三角形环在截顶角口的挤出弧半径，k为反挤出多匝金属丝环的匝丝总横截面积与反挤出多匝金属丝环的横截面轮廓圆面积之比。
10.一种按权利要求1～9中的任何一项权利要求的三角形环密封，其特征是用于抵抗软三角形环经其容腔截顶角口挤出的反挤出环为高强度非金属材料制成。
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