CN109654226B - 带有激发器和密封元件的密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在第一机器部件与第二机器部件之间进行密封的密封组件。所述第一机器部件具有带侧壁的接纳凹槽。所述密封组件包括用于放置在所述接纳凹槽内的压缩环和用于放置在所述接纳凹槽内的密封元件。所述密封元件由所述压缩环激发，并且将所述压缩环与所述接纳凹槽的所述侧壁和所述第二机器部件分离。所述密封元件具有密封底部部分和密封后部部分，所述密封底部部分具有用于接触所述第二机器部件的密封顶端，所述密封后部部分用于接触所述接纳凹槽的所述侧壁。在所述密封元件的第一位置，所述密封后部部分从所述接纳凹槽的所述侧壁轴向向内延伸。

Description

带有激发器和密封元件的密封组件

技术领域

本发明涉及密封组件，并且更具体地涉及包括激发器和密封元件的密封组件。

背景技术

密封件通常被结合到容纳工作流体的机器中，所述工作流体待被容纳在特定区域中。例如，可以在机器的静态部件和/或动态部件之间利用密封元件，以便将机器部件与工作流体分离。通常，接触密封元件的机器部件中的一者或两者可包括接纳密封元件的压盖。例如，一些液压机构包括环形密封件以在固定汽缸与动态活塞之间进行密封。汽缸和/或活塞可以包括接纳密封元件的压盖。

环形密封组件可由两部分组成：密封元件和压缩环。塑料密封元件可以由弹性体压缩环激发。这种配置允许密封元件由弹性材料制成，所述弹性材料不具有维持接触力并且适应实际中出现的相邻机械部件之间的运动所需的弹性。因此，保护压缩环以免受到摩擦的影响，同时以免受到密封面处存在的磨损和撕裂的影响。在各种要求严格的应用中，例如在航空航天工业中，可以使用这类密封件。密封元件通常由合适的塑料材料制成，例如聚四氟乙烯(PTFE)，而压缩环可以是由适合于在密封元件的位置处发现的热载荷和化学载荷的橡胶材料制成的标准O形环。

美国专利号6,497,415描述了一种密封件设计，其中压缩环被密封元件部分地包围和支撑。密封元件牢固地接触接纳凹槽，从而限制了密封件的径向灵活性和转动灵活性。这种设计使得密封件兼具高密封效率与径向紧凑的接纳凹槽的优势。密封件具有宽的加压接触面，该接触面是密封顶端与待密封的、压力的下游处的接纳凹槽的壁之间的距离。无论这些密封件的效率如何，在实践中都可能具有某些缺点和设计限制。例如，由于密封顶端与凹槽壁之间的距离较宽，因此在高密封压力下，宽的接触面增加了与移动的机器部件的总接触力，这导致摩擦并因此降低了密封效率。另外，例如，密封顶端的设计可能导致压缩环的支撑无效，并因此导致压缩环的位置失准。压缩环的位置的这种失准可能导致密封件不会回吸(backpump)的情况，即，使得压力在密封情况下恢复，然后，这可能最终导致严重泄漏。

EP0670444B1教导了一种在密封元件的顶部上的压缩环。所述密封元件具有弯成角的接触面，从而允许密封元件在机器部件的接纳凹槽内倾斜，使得密封元件完全接触并抵靠在接纳凹槽的壁上。密封元件的顶端抵靠相对的机械部件形成。压缩环还可以随着密封元件的转动而转动。密封元件和压缩环长时间的明显转动可能会影响密封元件的机器寿命和密封件的可靠性。

本领域需要的是一种成本低廉且可靠的密封组件，用于在各种压力下提供充分的密封。

发明内容

本发明提供一种用于密封第一机器部件和第二机器部件的密封组件。所述密封组件基本包括压缩环和密封元件。所述密封元件包括辅助支撑面、空腔和弯成角的后部部分。

本发明的一种形式涉及一种用于在第一机器部件与第二机器部件之间进行密封的密封组件。第一机器部件具有带侧壁的接纳凹槽。密封组件包括用于放置在接纳凹槽内的压缩环和用于放置在接纳凹槽内的密封元件。密封元件由压缩环激发并且将压缩环与接纳凹槽的侧壁和第二机器部件分离。密封元件具有密封底部部分和密封后部部分，密封底部部分具有用于接触第二机器部件的密封顶端，密封后部部分用于接触接纳凹槽的侧壁。在密封元件的第一位置，密封后部部分从接纳凹槽的侧壁沿轴向向内延伸。

本发明的另一种形式涉及一种用于在第一机器部件与第二机器部件之间进行密封的密封组件。第一机器部件具有带侧壁的接纳凹槽。密封组件包括用于放置在接纳凹槽内的压缩环和用于放置在接纳凹槽内的密封元件。密封元件由压缩环激发。密封元件将压缩环与接纳凹槽的侧壁和第二机器部件分离。密封元件具有密封底部部分和用于接触接纳凹槽的侧壁的密封后部部分。密封底部部分具有用于接触第二机器部件的密封顶端和定位在密封顶端的前面的辅助支撑面。

本发明的再一种形式涉及一种用于在第一机器部件与第二机器部件之间进行密封的密封组件。第一机器部件具有带侧壁的接纳凹槽。密封组件包括用于放置在接纳凹槽内的压缩环和用于放置在接纳凹槽内的密封元件。密封元件由压缩环激发。密封元件将压缩环与接纳凹槽的侧壁和第二机器部件分离。密封元件具有密封底部部分和用于接触接纳凹槽的侧壁的密封后部部分。密封底部部分具有用于接触第二机器部件的密封顶端和定位在密封顶端的前面的辅助支撑面。在密封元件的第一位置，密封后部部分从接纳凹槽的侧壁沿轴向向内延伸。

本发明的一个优点是密封顶端能够相关联地适应密封压力。

本发明的另一个优点是密封元件保护密封顶端，并且密封元件增加了对压缩环的支撑和容纳。

本发明的又一个优点是消除或减少了具有凹槽底部的接触边缘的损坏的可能性。

本发明的再一个优点是弯成角的密封后部部分减小了径向容积并且使操作更容易，例如，密封件的肾状支承(kidney bearing)。

本发明的再一个优点是在弯成角的密封后部部分与接纳凹槽的侧壁之间形成一个角度，在密封组件的安装和操作期间，这赋予了密封元件更大的挠曲。

附图说明

通过参考结合附图对本发明的实施例进行的以下描述，本发明的上述和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加显而易见，并且本发明将被更好地理解，其中：

图1是根据本发明形成的密封组件的实施例的横截面视图，其中压缩环和密封元件处于安装密封组件之前的位置中；

图2是图1所示的密封组件处于安装位置的横截面视图，其中密封元件处于低压力下；

图3是图1所示的密封组件处于安装位置的横截面视图，其中密封元件处于高压力下；以及

图4是示出图1中所示的压缩环和密封元件的横截面视图。

在所有的视图中，相应的附图标记指示相应的部件。本文给出的示例以一种形式说明了本发明的实施例，并且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

现在参考附图，更具体地参考图1，示出了根据本发明形成的安装前密封组件10的实施例，密封组件10用于密封第一机器部件12(例如带有接纳凹槽14的静态机器部件12)与第二机器部件16(例如移动的机器部件16)之间的流体(例如液体或气体)。接纳凹槽14可以包含在静态机器部件12或动态机器部件16内。动态机器部件16可以是转动杆16的形式。接纳凹槽14可以包括两个侧壁14A、14B、顶壁14C和轴向宽度W1。

密封组件10通常包括压缩环18和密封元件20。应当理解，密封组件10可以结合在包含工作流体的各种应用中，工作流体待与一个或多个固定或非固定的机器部件分离。如果动态机器部件16呈杆16的形式，则密封组件10可以呈杆密封组件10的形式。应当理解，密封组件10还可以包括附加部件，例如在密封元件20与接纳凹槽14的侧壁14B之间的非矩形支承环，以便将压缩环18与接纳凹槽14的侧壁14B分离(未示出)。

压缩环18可以接纳在接纳凹槽14内。压缩环18具有直径DCR(图4)。接纳凹槽14的轴向宽度W1可以大于压缩环18的直径DCR，例如是压缩环18的直径DCR的1.10或1.15倍。压缩环18可以呈任何所需环的形式。例如，压缩环18可以呈可变形的O形环18的形式。压缩环18可以由任何合适的材料构成，例如由橡胶材料构成。

密封元件20可以至少部分地接纳在接纳凹槽14内。密封元件20可以由压缩环18激发。密封元件20可以被配置成用于承载压缩环18并且将压缩环18从接纳凹槽14的侧壁14B和第二机器部件16分离。密封元件20可以呈环形密封元件20的形式。密封元件20可以整体地形成，并且密封元件20可以包括密封底部部分22和密封后部部分24。密封元件20还可以具有承载宽度W2，承载宽度W2被优化用于承载压缩环18(图4)。密封元件20在安装之前可以延伸超过接纳凹槽14的深度(图1)，并且在密封组件10被安装之后，密封元件20可以至少部分地被压缩，使得密封元件位于接纳内凹槽14内(图2至图3)。由于密封元件20接触接纳凹槽14的顶壁14C和侧壁14B以及接触第二机器部件16的方式，因此可以抑制密封元件20的角度移动性、即转动。密封元件20可以由任何弹性材料构成，例如由塑料材料构成。

密封底部部分22可以包括用于接触第二机器部件16的密封顶端26。底部部分22还可以包括辅助支撑面28，辅助支撑面28定位在密封顶端26的前面、例如更靠近接纳凹槽14的侧壁14A以及朝向待密封的压力在密封顶端26的上游处。密封底部部分22还可以包括空腔30，空腔30互连在辅助支撑面28与密封顶端26之间。空腔30可以使得辅助支撑面28相对于密封顶端26弯折或弯曲。

辅助支撑面28可以呈前鼻状构件28的形式，其具有钝化接触边缘28A和底部边缘。在密封组件10的安装和/或操作期间，辅助支撑面28保护密封顶端26免受损坏。在密封组件10的操作期间，鼻状构件28还可以改善对压缩环18的容纳。在安装期间，第二机器部件16可以抵靠密封顶端26而从压力侧插入。因此，鼻状构件28可以首先接触第二机器部件16并且可以防止密封顶端26接触动态机器部件16。当插入第二机器部件16时，鼻状构件28使密封元件20和密封顶端26远离第二机器部件16抬起。因此，直到几乎第二机器部件16被完全安装之后，密封顶端26才与第二机器部件16接触，此时，密封顶端26抬起鼻状构件28，并且来自压缩环18的全部力仅作用在密封顶端26上。换句话说，在安装期间，鼻状构件28利用了密封元件20的变形，使得鼻状构件28径向地远离第二机器部件16移动，并且在这种情况下，密封顶端26向上移动并且与第二机器部件16脱离接触，直到密封组件10被完全安装。因此，鼻状构件28保护密封顶端26免受组装损坏，而不会降低密封顶端26处可获得的压缩力，或者防止在正常使用期间不利地影响密封性能。鼻状构件28可以向下延伸得不如密封顶端26那么远。就这一点而言，在密封组件10被安装之后，鼻状构件28可以不接触动态机器部件16。因此，鼻状构件28可以不阻止流体流或气体流到达密封顶端26。鼻状构件28可以被设计成使得当安装密封组件10时，鼻状构件28的接触面与密封顶端26的直径相匹配或更靠近第二机器部件16的接触面。钝化接触边缘28A可以防止压缩环18被剪切并且降低在运输和安装期间损坏密封元件20的风险(图4)。钝化接触边缘28A可以以一部分终止在接纳凹槽14的开口处，该部分与接纳凹槽的开口垂直或者混合到与接纳凹槽的开口的接触面中。钝化接触边缘28A可以至少部分地或完全地在接纳凹槽14的侧壁14A的径向深度上延伸。鼻状构件28对密封元件20的转动提供了更好的阻力，并且因此提供了更好的回吸，并且提供了搁置压缩环18而使其不被损坏的更好的区域。

密封后部部分24可以被配置成用于接触接纳凹槽14的侧壁14B和/或顶壁14C。密封后部部分24可以在靠近接纳凹槽14的顶壁14C的某一点处与接纳凹槽14的侧壁14B重合或接触。例如，密封后部部分24可以包括后部顶端32，后部顶端32在低压力位置接触侧壁14B(图2)。密封后部部分24可以是弯成角的、倾斜的和/或弯曲的。例如，密封后部部分24可以以角α从侧壁14B向下并沿轴向向内延伸。例如，角α可以大于5°并且小于30°。由于弯成角的后部部分24，因此可以存在密封元件20与侧壁14B的轴向分离。例如，轴向分离可以出现在侧壁14B的径向深度的至少一半上，由此密封后部部分24与侧壁14B之间的角α反向增加，以在接纳凹槽14的开口附近实现完全轴向分离。因此，在密封后部部分24的接触表面与侧壁14B之间可以存在三角形空间，如由角α限定的。弯成角的密封后部部分24赋予密封元件20一定程度的轴向灵活性，使得密封元件20能够相对于接纳凹槽14轴向移动和弯曲。

现在参考图2和图3，示出了在低密封压力位置(图2)和高密封压力位置(图3)中组装在接纳凹槽14中的密封组件10。在低密封压力下，压缩环18和密封元件20受到较少的压缩，使得仅后部顶端32接触接纳凹槽14的侧壁14B。在高密封压力下，压缩环18和密封元件20可以受到较多的压缩，使得密封后部部分24完全接触侧壁14B。就这一点而言，密封顶端26相对于侧壁14B的轴向位置在各种压力水平下也发生了变化。例如，在较小的压力下，密封元件20可以受到较少的压缩，并且侧壁14B与密封顶端26之间的距离D可以大于在更大的压力下在侧壁14B与密封顶端26之间的距离D’。因此，密封顶端26的位置可以动态地改变。因此，针对高压力和低压力条件对密封顶端26进行了优化。换句话说，在高密封压力下，密封后部部分24通过向后弯曲来响应以接触侧壁14B，使得密封元件20和密封顶端26沿轴向更靠近侧壁14B，以改善高压力性能。相反，在低密封压力下，增加距侧壁14B的距离确保了密封元件20高的径向灵活性。

尽管已经相对于至少一个实施例描述了本发明，但是在本公开内容的精神和范围内能够对本发明进行进一步修改。因此，本申请旨在涵盖本发明的使用其一般原理的任何变化、使用或修改。进一步地，本申请旨在涵盖如在本发明所属领域中已知或惯常的做法以及落入所附权利要求书的限制内的与本公开内容的那些偏离。

Claims (16)

1.一种用于在第一机器部件与第二机器部件之间进行密封的密封组件，所述第一机器部件具有带侧壁的接纳凹槽，所述密封组件包括：

压缩环，所述压缩环用于放置在所述接纳凹槽内；以及

密封元件，所述密封元件用于放置在所述接纳凹槽内，由所述压缩环激发，并且将所述压缩环与所述接纳凹槽的所述侧壁和所述第二机器部件分离，其特征在于，所述密封元件具有密封底部部分和密封后部部分，所述密封底部部分具有用于接触所述第二机器部件的密封顶端，所述密封后部部分用于接触所述接纳凹槽的所述侧壁，所述密封后部部分包括后部顶端以使所述密封元件是轴向灵活的并且相对于所述接纳凹槽轴向移动，使得在所述密封元件的第一位置，所述密封后部部分在所述后部顶端处接触所述侧壁并且所述密封后部部分从所述接纳凹槽的所述侧壁沿轴向向内延伸，并且在所述密封元件的第二位置，所述密封后部部分完全接触所述侧壁。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，在所述第一位置，所述密封顶端位于距所述接纳凹槽的所述侧壁的第一距离处，并且在所述第二位置，所述密封顶端位于距所述接纳凹槽的所述侧壁的第二距离处，所述第二距离短于所述第一距离。

3.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封后部部分以一定角度从所述接纳凹槽的所述侧壁沿轴向向内延伸。

4.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，所述密封后部部分与所述接纳凹槽的所述侧壁之间的轴向分离发生在所述侧壁的至少一半上。

5.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封底部部分进一步包括辅助支撑面，所述辅助支撑面定位在所述密封顶端的前面并且被配置成用于保护所述密封顶端。

6.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述压缩环呈O形环的形式，并且所述密封元件呈由弹性材料构成的环形密封件的形式。

7.一种用于在第一机器部件与第二机器部件之间进行密封的密封组件，所述第一机器部件具有带侧壁的接纳凹槽，所述密封组件包括：

压缩环，所述压缩环用于放置在所述接纳凹槽内；以及

密封元件，所述密封元件用于放置在所述接纳凹槽内，由所述压缩环激发，并且将所述压缩环与所述接纳凹槽的所述侧壁和所述第二机器部件分离，其特征在于，所述密封元件具有密封底部部分和用于接触所述接纳凹槽的所述侧壁的密封后部部分，所述密封底部部分具有用于接触所述第二机器部件的密封顶端和定位在所述密封顶端的前面的辅助支撑面，所述辅助支撑面呈鼻状构件的形式，所述鼻状构件被配置成用于保护所述密封顶端，并且所述鼻状构件不接触所述第二机器部件。

8.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，所述密封底部部分进一步包括互连在所述鼻状构件与所述密封顶端之间的空腔。

9.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，所述辅助支撑面被设计成使得在将所述密封组件安装在所述接纳凹槽中时，所述辅助支撑面的接触面与所述密封元件的所述密封顶端的直径相匹配。

10.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，所述辅助支撑面不阻止密封流体或密封气体到达所述密封顶端。

11.一种用于在第一机器部件与第二机器部件之间进行密封的密封组件，所述第一机器部件具有带侧壁的接纳凹槽，所述密封组件包括：

压缩环，所述压缩环用于放置在所述接纳凹槽内；以及

密封元件，所述密封元件用于放置在所述接纳凹槽内，由所述压缩环激发，并且将所述压缩环与所述接纳凹槽的所述侧壁和所述第二机器部件分离，其特征在于，所述密封元件具有密封底部部分和用于接触所述接纳凹槽的所述侧壁的密封后部部分，所述密封底部部分具有用于接触所述第二机器部件的密封顶端和定位在所述密封顶端的前面的辅助支撑面，所述密封后部部分包括后部顶端以使所述密封元件是轴向灵活的并且相对于所述接纳凹槽轴向移动，使得在所述密封元件的第一位置，所述密封后部部分在所述后部顶端处接触所述侧壁并且所述密封后部部分从所述接纳凹槽的所述侧壁沿轴向向内延伸，并且在所述密封元件的第二位置，所述密封后部部分完全接触所述侧壁。

12.根据权利要求11所述的密封组件，其特征在于，在所述第一位置，所述密封顶端位于距所述接纳凹槽的所述侧壁的第一距离处，并且在所述第二位置，所述密封顶端位于距所述接纳凹槽的所述侧壁的第二距离处，所述第二距离短于所述第一距离。

13.根据权利要求11所述的密封组件，其特征在于，所述密封后部部分以一定角度从所述侧壁沿轴向向内延伸。

14.根据权利要求11所述的密封组件，其特征在于，所述辅助支撑面呈鼻状构件的形式，所述鼻状构件被配置成用于保护所述密封顶端。

15.根据权利要求14所述的密封组件，其特征在于，所述密封底部部分进一步包括互连在所述鼻状构件与所述密封顶端之间的空腔。

16.根据权利要求14所述的密封组件，其特征在于，所述鼻状构件被配置成用于阻止所述密封元件的转动并且用于提供搁置所述压缩环而使其不被损坏的区域。

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