CN111971495B - 用于在旋转轴和固定框架之间进行密封的金属密封组件 - Google Patents

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Abstract

本发明的主要主题是一种金属密封组件，位于旋转轴和固定框架之间，其特征在于，包括：柔性金属密封接头，具有两个圆环件，即内部和外部圆环件，其是同心的并具有不同的平均直径，该接头包括金属外壳，其包封并且保持内部和外部圆环件；轴，围绕旋转轴线旋转，包括环形肩部，密封件压靠环形肩部；相对面，包括接触面，密封接件压靠接触面；楔形块，围绕旋转轴定位使得密封件保持在楔形块和接触面之间，楔形块安装成能够在旋转轴线上滑动；金属部件，形成由旋转轴穿过的罩盖，并且其固定到框架和/或相对面，旋转轴相对于罩盖自由旋转并且轴向地固定到罩盖。

Description

用于在旋转轴和固定框架之间进行密封的金属密封组件
技术领域
本发明涉及专用于旋转杆的密封的金属密封组件的领域。
它在各种工业领域中均具有用途，并且有利地用于在杆处利用旋转轴执行阀的外部密封。
因此，本发明涉及一种用于在旋转轴和固定框架之间进行密封的金属密封组件。
背景技术
旋转轴的密封可以以各种方式进行。在温度不超过250-300℃的应用中，存在多种包含弹性体或聚合物的溶液，并且已证明它们的可靠性。
然而，在超过这样的温度或者由于与和这些弹性体或聚合物不相容的化学元素接触的情况下，通常则使用往往含有石墨的填料盒系统或者机械密封接头，此外其二次密封件通常由石墨制成。这些解决方案是实用的并且有时是经济的，然而仍具有一些缺点。首先，它们的密封性能仍然有限，泄漏率不低于10-5Pa.M3.s-1，该值是最佳情况，根据精确的服务条件进一步细微地改变。同样地，可能会发生的是，尽管石墨具有非常大的化学相容性，但是石墨与待密封的流体不相容。例如，石墨与液体钠不相容。
此外，在不可能使用石墨、聚合物或弹性体的情况下，解决方案变得较稀有，并且有时非常专用于该用途。
例如，在法国专利申请FR2541416A1中，精确描述了一种能够密封液体钠的解决方案。原理是使用所谓的“固化”接合件。在管道和石墨填料箱之间存在经由外翅片冷却的空间。在该缓冲区中被冷却的钠因此产生其自身的密封屏障。然而，这种系统具有缺点。首先，所需的热交换表面的长度意味着要具有庞大、沉重且特别笨重的阀顶部。此外，如果必须定期地操纵阀，则钠塞与轴接触的区域可能迅速退化。仍然为液体的钠因此可以容易地向上珠滴到上部填料箱。
另一种类型的解决方案涉及形成金属密封接合件，该金属密封接合件包括与轴接触的至少一个内部唇缘。此外，该原理广泛用于弹性体：唇缘的内径小于轴的内径，因此材料的超弹性用于产生唇缘在轴上的接触压力。然而，用金属材料扩展这一原理是具有许多缺点的：这是因为这种材料不是超弹性的，因此轴和唇缘的直径公差必须非常紧密。对于轴的圆度的变化也有非常高的灵敏度，唇缘本质上太硬而对此进行补偿。最后，密封仅能够通过显著的接触压力获得，产生有时显著的并且尤其非常难以控制的操纵扭矩。
已经提出了例如在美国专利US7428912B1中描述的内容来克服这些缺点。其中，因此提出了在V形接合件上增加一种系统，该系统具有由弹簧轴向推动的锥体，并允许在轴上保持规则的压力。然而，该系统不能对轴和接合件两者的圆度缺陷提供任何补偿，这限制了密封性能。此外，接合件的唇缘的高固有刚性限制了系统的调节范围。
此外，加拿大公司VELAN提出了一种非典型解决方案，其包括使用安装在具有一定角度的轴上的液压成形波纹管。这种解决方案仅允许轴的四分之一转运动。尽管有这种限制，该系统仍允许消除两个移动部件之间相对于彼此的任何密封。然而，它具有许多缺点。首先，它是一种需要很大高度的复杂系统。实际上，该系统利用了机械波纹管的弯曲能力，这受到了性质的限制。这是容易增加的，但是这也会增加波纹管的长度，并因此增加其体积。此外，这种组件的成本显著地高并且制造复杂：特别地，轴的形状需要使用特定且复杂的加工工艺。此外，该柔性元件的耐压性有待证明。
此外，法国专利申请FR2151186A1公开了一种柔性环形接合件，该柔性环形接合件由于其易于与其所抵靠的表面相适应而确保了最佳的密封。更准确地说，柔性金属接合件包括由金属螺旋弹簧构成的芯部，该金属螺旋弹簧具有闭合在其自身上的接触匝并且具有圆环形状。由非延展性金属制成的具有复曲面形状的第一外壳允许弹簧的嵌入，并且由延展性金属制成的也具有复曲面形状的第二外壳允许第一外壳的嵌入。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地解决上述需求以及相对于现有技术的实施例的缺点。
特别地，本发明的目的在于提出一种用于旋转轴的金属密封组件，其兼具紧凑性、高密封性能和容易调节的操纵应力。
因此，根据本发明的一个方面，本发明的目的在于提供一种用于在接收机器的旋转轴和固定框架之间进行密封的金属密封组件，其特征在于，该金属密封组件包括：
-柔性金属密封接头，其具有两个同心圆环件，两个同心圆环件具有不同的平均直径，柔性金属密封接头包括：
-第一金属螺旋弹簧，其具有闭合在该第一金属螺旋弹簧自身上的接触匝，并且在静止时基本上具有圆环的形状，称为内部圆环，
-第二金属螺旋弹簧，其具有闭合在该第二金属螺旋弹簧自身上的接触匝，并且在静止时基本上具有圆环的形状，称为外部圆环件，该外部圆环件具有大于该内部圆环件的平均直径，内部圆环件和外部圆环件中的一个被定位在旋转部件和非旋转部件之间，并且因此被称为“动态圆环件”，并且内部圆环件和外部圆环件中的另一个被定位在不相对于彼此旋转的两个部件之间，并且因此被称为“静态圆环件”，
-金属外壳，内部圆环件和外部圆环件嵌入并保持在该金属外壳中，金属外壳在静止时基本上具有中空环面形状，该中空环面包括内部壳体和外部壳体，其分别用于内部圆环件和外部圆环件的嵌入，外壳的表面包括位于内部壳体与外部壳体之间的环形开口，外壳包括：
-内部覆盖部分，该内部覆盖部分限定内部壳体并且允许部分地覆盖内部圆环件；
-外部覆盖部分，该外部覆盖部分限定外部壳体并且允许部分地覆盖外部圆环件；
-中间部分，称为中间圆环件，连接内部覆盖部分和外部覆盖部分，形成为面向环形开口；
-围绕旋转轴线旋转的轴，该轴包括环形肩部，金属密封接头在静态环面处抵靠该环形肩部，围绕旋转轴定位的金属密封接头经由该轴的内径居中；
-称为背部件的部分，包括基本上平坦的接触面，金属密封接头在动态环面处抵靠该接触面；
-间隔件，该间隔件围绕旋转轴定位，使得金属密封接头被阻止在间隔件与背部件的接触面之间，间隔件以沿着旋转轴的旋转轴线滑动的方式安装在旋转轴上；
-形成罩盖的金属部件，该金属部件能够可选地与间隔件相同，其覆盖包括金属密封接头和背部件的至少该接触面的组件，罩盖被旋转轴穿过并且在接触面的外部被紧固到框架和/或背部件上，旋转轴相对于罩盖自由旋转并且轴向刚性地连接到罩盖。
根据本发明的金属密封组件还可以包括单独采用或根据所有技术上可能的组合采用的以下特征中的一个或多个。
有利地，金属密封接头对应于上述法国专利申请FR2151186A1中描述的密封接头的具体实施例。
根据第一替代方案，背部件可以是非旋转部件，旨在被紧固到固定框架。在这种情况下，组件可以包括位于背部件和框架之间的密封接头，特别是静态密封接头，例如O形环。
根据第二替代方案，背部件可以是在肩部处刚性地连接到旋转轴的旋转部件。在这种情况下，该组件可以包括密封接头，特别是静态密封接头，例如O形环，如下所述，其位于旋转轴的后部和肩部之间。
背部件的接触面可以是粗糙的，粗糙度尤其通过抛光获得。
间隔件可以经由销连接件和/或键连接件被阻止在旋转轴上旋转。
此外，该组件可以包括用于夹紧间隔件的夹紧螺母，该夹紧螺母定位成使得间隔件位于夹紧螺母和金属密封接头之间。因此，旋转轴可以包括螺纹部分，夹紧螺母可以被旋拧到该螺纹部分上。
此外，罩盖可以包括多个第一平滑孔，该多个第一平滑孔沿着旋转轴线延伸并轴向地穿过罩盖，旨在定位成面向轴向地形成在背部件中的第二螺纹孔和/或轴向地形成在固定框架中的第三螺纹孔，或者旨在定位成面向轴向地形成在背部件中的第二平滑孔和轴向地形成在固定框架中的第三螺纹孔。所述组件可以包括多个螺纹杆，每个螺纹杆能够插入第一平滑孔以及第二平滑孔或螺纹孔和/或第三螺纹孔中。通过将螺母拧到罩盖顶部中的螺纹杆上，可以使罩盖紧固到框架和/或背部件上。
根据第一替代方案，特别地在顶部部分中，罩盖可以包括具有相同直径的多个径向孔，这些径向孔基本上垂直于旋转轴的旋转轴线延伸并且通向罩盖的内径以便径向地穿过所述罩盖。所具有的直径与径向孔的直径相同的销可以插入径向孔中。旋转轴可以包括凹槽，销穿入凹槽中以阻止旋转轴的轴向移动。阻止元件可以可选地围绕罩盖定位，以防止销朝向外部滑动。
根据第二替代方案，罩盖可以在其内径上、在旋转轴的中心处包括内螺纹。旋转轴可以在内螺纹处包括具有直径减小的部分，以便在旋转轴上形成阻止肩部。该组件可以包括锁紧螺母，该锁紧螺母能够在内螺纹和具有直径减小的部分处容纳在旋转轴和罩盖之间，并且能够支承抵靠阻止肩部，以便轴向地阻止旋转轴的运动。
此外，间隔件可以制成至少两个部分，包括第一部分和第二部分，该第一部分被称为内部间隔件，该该内部间隔件支承在内部圆环件上，具有旨在在旋转轴上滑动的平滑内径以及螺纹外径，第二部分被称为外部间隔件，该外部间隔件支承在外部圆环件上，具有旨在被拧到内部间隔件上的螺纹内径。
此外，间隔件的与外部覆盖部分接触的表面的粗糙度可以大于背部件的接触面的粗糙度。
间隔件可以包括在其外径上的折叠部，从而允许覆盖在其外径上的外部圆环件。
背部件的接触面可以具有阴圆锥形形状。
金属密封接头可以在其表面上包括附加材料的沉积物，特别是金和/或银。
金属外壳可以是由具有高机械强度的材料，特别是
Figure GDA0003739359240000051
型合金构成的第一金属外壳。金属密封接头可以包括第二金属外壳，该第二金属外壳缠绕到第一金属外壳上，并且由比第一金属外壳的材料更具延展性的材料，特别是银构成，其旨在金属密封接头的挤压期间塑性变形。
此外，背部件可以由刚性地连接在一起的至少三个部件组成，包括设置有接触面的内部块、波纹管和外部凸缘，金属密封接头在外部圆环件处抵靠接触面，波纹管为组件提供一定程度的轴向自由度以便不阻止可能的差异膨胀，波纹管连接内部块和外部凸缘，外部凸缘被紧固到固定框架。
此外，发动机罩可以由至少两个部分组成，包括紧固到固定框架上的外部发动机罩和经由螺纹连接件刚性地连接到外部发动机罩的内部发动机罩。
根据本发明的金属密封组件可以包括在说明书中提及的单独使用的或根据所有技术上与其他特征的可能来组合使用的特征中的任何一个。
附图说明
通过阅读以下非限制性实施例的详细描述以及查看附图的示意图和局部附图，可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了根据本发明的金属密封组件的第一示例的局部剖视图；
图1A是图1的区域A的放大和简化视图；
图2示出了图1的组件的另一局部剖视图，其允许观察机罩在背部和框架上的紧固；
图3示出了图1的组件的又一局部剖视图，其允许观察旋转轴的轴向阻止的原理；
图4是沿图3的III-III的视图；
图5是图1的区域B的放大和简化视图；
图6示出了根据本发明的金属密封组件的第二示例的局部截面立体图，其包括用于补偿膨胀的波纹管；
图7是根据图6的C的局部视图；
图8示出了根据现有技术的金属密封接头的挤压的每长度单位应力变化的典型压缩曲线；
图9A和9B示出了背部件的接触面的非平坦形状的替代实施例的局部横截面；
图10至12示出了根据本发明的金属密封组件的其他实施例的局部剖视图，以及
图13示意性地以局部剖视图示出了根据本发明的金属密封组件的实施例，其中，背部件是在其肩部处刚性地连接到旋转轴的旋转部件。
在所有这些附图中，相同的附图标记可以表示相同或类似的元件。
此外，附图中所示的各个部分不必按统一的比例绘制，以使附图更易读。
具体实施方式
在整个说明书中，应当注意，轴向方向对应于旋转轴16的旋转轴线X。径向是垂直于轴X的方向，此外，除非另有说明，形容词和副词的轴向、径向、轴向和径向是参照上述轴向和径向使用的。此外，除非另外指出，术语内部(或内部)和外部(或外部)是参照径向方向使用的，使得元件的内部比同一元件的外部更靠近旋转轴16的轴线X。因此，内径比外径更靠近旋转轴线X。对于相同的元件，内径是最靠近旋转轴线X的直径的部分，外径是最远离旋转轴线X的直径的部分，同样，内部圆环件24比外部圆环件25更靠近旋转轴线X。
本发明提出了一种特别适合于轴的缓慢旋转运动的金属密封组件30的结构。
该组件围绕两个特定部件构建，如下所述，这两个特定部件是金属密封接头1和背部件14。
应当注意，在图1至图12的组件中，相对于非旋转的背部件14，内部圆环件24形成静态圆环件，该静态圆环件被阻止在被约束成一起旋转的两个旋转部件之间，而外部圆环件25形成动态圆环件，该动态圆环件被阻止在旋转部件与固定部件之间。
相反，在下面描述的图13的实施例中，相对于旋转的背部件14，内部圆环件24形成动态圆环件，而外部圆环件25形成静态圆环件。
因此，图1示出了根据本发明的金属密封组件30的第一示例的局部剖视图，图1A是图1的区域A的放大简化视图。
组件30旨在允许在旋转轴16和接收机器的固定框架3或包括组件30的物体的主体之间产生密封。
组件30首先包括柔性金属密封接头1，其具有两个具有不同平均直径的同心圆环件，该接头特别地对应于根据上述法国专利申请FR2151186A1中描述的原理所获得的双圆环件密封接头。
如图1A所示，金属密封接头1因此包括第一金属螺旋弹簧和第二金属螺旋弹簧，第一金属螺旋弹簧具有闭合到其自身上的接触匝并且在静止时基本上具有圆环件的形状，称为内部圆环件24，第二金属螺旋弹簧具有闭合到其自身上的接触匝并且在静止时基本上具有圆环件的形状，称为外部圆环件25，外部圆环件25的平均直径大于内部圆环件24的平均直径。
此外，密封接头1包括金属外壳26或金属条带26，内部圆环件24和外部圆环件25嵌入并保持在其中。条带26在静止时基本上具有中空圆环件的形状，该圆环件包括分别用于嵌入内部圆环件24和外部圆环件25的内部壳体27a和外部壳体27b。此外，条带26的表面S包括内部壳体27a和外部壳体27b之间的环形开口28，该环形开口形成在条带26的表面S的上部内。
因此，条带26覆盖内部圆环件24和外部圆环件25。在条带26上可以区分出三个区域：
后者首先包括限定内部壳体27a并允许部分覆盖内部圆环件24的内部覆盖部分26a，该内部覆盖部分26a例如通过流动转向而卷绕在内部圆环件24上，因此具有类似大写字母“C”的形状，开口在内部圆环件24的外径上。
此外，条带26包括外部覆盖部分26b，该外部覆盖部分限定了外部壳体27b并且允许部分地覆盖外部圆环件25，外部覆盖部分26b例如通过流动转向而卷绕在外部圆环件25上，因此具有类似于大写字母“C”的形状，开口在外部圆环件25的内径上敞开。
最后，由内部覆盖部分26a和外部覆盖部分26b形成的两个大写字母“C”的两个下端通过中间部分26c彼此连接，该中间部分被称为中间圆环件26c，从而连接内部覆盖部分26a和外部覆盖部分26b，该中间圆环件部分形成为面向条带26的表面S的下部中的环形开口28。该中间圆环件26c不支撑弹簧。
应当注意，通过观察如图1A中的横截面，中间圆环件26c可以具有直线形状，但是如图1A的示例所示，也可以具有波纹形状。
此外，组件30包括围绕旋转轴线X旋转的轴16。旋转轴16包括环形肩部7，金属密封接头1在内部圆环件24处抵靠该肩部，更准确地说，抵靠肩部7的表面16c，接头1因此安装在肩部7上，并围绕旋转轴16定位，同时通过其内径与旋转轴16的直径表面16b对中。
应当注意，肩部7具有根据垂直于轴线X的轴线所限定的宽度，该宽度足以能够通过底部来支承内部圆环件24。
此外，还应注意的是，金属密封接头1的内径足够大，以允许在旋转轴16上滑动。因此可以将接头1定位在肩部7上。在接头1和肩部7之间轴向接触时，如下所述，一旦内部圆环件24被压缩，就产生第一密封线。
此外，组件30包括间隔件17，间隔件在能够轴向滑动的同时围绕旋转轴16滑动，使得金属密封接头1被阻止在间隔件17与旋转轴16的肩部7和后面描述的背部件14的接触面14a之间。因此，间隔件17从顶部支承在内部圆环件24上。
所述间隔件17可以通过销连接件和/或键连接件而被阻止在轴上旋转。在该实施例中，通过进入位于间隔件17的内径上的两个相对凹槽中的销2来阻止间隔件17旋转。
另外，在旋转轴16的周围，配置有用于夹紧间隔件17的夹紧螺母18，使得间隔件17位于夹紧螺母18与金属密封接头1之间。为此，在间隔件17的上方，旋转轴16具有螺纹部分16d，夹紧螺母18螺合在该螺纹部分16d。夹紧螺母18的拧紧允许在肩部7的方向上推动间隔件17，并且因此发生内部圆环件24的压缩。同样在该示例中，间隔件17覆盖外部圆环件25。此外，在压缩结束时，间隔件17与外部圆环件25接触或非常靠近，有利地，组件30因此允许压缩内部圆环件24而不使内部圆环件24经受夹紧螺母18的旋转，这通常不推荐用于任何金属密封接头。
此外，组件30包括被称为背部件14的部件，该部件包括基本上平坦的接触面14a，金属密封接头1在外部圆环件25处抵靠该接触面。
在该实施例中，背部件14是紧固到接收机器的框架3的非旋转部件。在背部件14下方，通过O形环4形式的静态密封接头与框架3形成密封。
外部圆环件25用来与背部件14的接触面14a接触，在该具体示例中，该上接触面14a覆盖有
Figure GDA0003739359240000091
该接触面14a通常但非排他地是平坦的。它优选地具有例如通过精密抛光获得的非常低的粗糙度。它以面向外部圆环件25的底部的方式定位。
背部件14优选地是金属的。然而，可以使用其他材料，例如陶瓷，特别是碳化钨、碳化硅等。同样，特别是在抛光之前，接触面14a可以被涂覆有促进滑动的表面沉积物，例如在本示例中的金属陶瓷或
Figure GDA0003739359240000101
在安装包括金属密封接头1的旋转轴16的时刻，组件的几何布置使得接头1的外部圆环件25支承在接触面14a上。由于接头1被紧固在旋转轴16上，因此，在旋转轴16旋转期间，外部圆环件25在接触面14a上滑动。
为了在所述外部圆环件25上获得足够的密封水平，因此优选的是轴向压缩该圆环件25。压缩外部圆环件25的系统因此必须优选地与旋转轴16同时旋转。实际上，如果压缩该圆环件25的金属部件是静止的，则圆环件25将在轴向上被极大地挤压。旋转轴16的旋转因此将有导致剧烈剪切的风险，继而使中间圆环件16c破裂。
因此，优选地，在压缩过程期间，间隔件17还在外部圆环件25处起作用。其几何形状使得在压缩内部圆环件24期间，它也与外部圆环件25接触，与接触面14a相对，或者在以下描述的本发明的某些优选实施例中甚至在其高度的很大部分上覆盖它。
因此，外部圆环件25的压缩在移动间隔件17与固定背部件14之间发生。因此，外部圆环件25的压缩应力穿过旋转轴16。
为了将该应力施加到旋转轴16上，组件30有利地包括形成罩盖15的金属部件，该罩盖覆盖包括间隔件17、夹紧螺母18、金属密封接头1和至少背部件14的接触面14a的组件。罩盖15使旋转轴16自由旋转。然而，它轴向刚性地连接到旋转轴16，以便在它们之间形成旋转但非平移的连杆。
在其顶部，旋转轴16穿过罩盖15，以便允许旋转轴16的定心，在图1中，应当注意，为了性能测试的目的，可选择性地存在两个密封O形环22和23，该密封O形环22和23可以集成到组件30。此外，在阀罩盖15和背部件14之间设置有间隙J。
此外，如在图1中可见的，罩盖15在其外径上包括覆盖背部件14的外径的折叠部38。类似地，背部件14在其外径上包括覆盖固定框架3的外径的折叠部37。
罩盖15可以通过螺母和螺栓紧固到框架3上和/或直接紧固到背部件14上，并且在这种情况下优选地紧固到接触面14a的外侧上。因此，在其顶部，在旋转轴16和罩盖15之间建立了连接该连接约束两个部件一起轴向移动，但是使旋转轴16自由旋转，例如像一个轴承组件。
假定对于预期用途而言通常是低速的情况，则优选地选择如根据图1的实施例的不同组件。
因此，图2至图4允许更好地理解夹紧组件的模式。例如，如图2所示，罩盖15包括多个第一平滑孔51，多个第一平滑孔沿着旋转轴线X延伸并轴向穿过罩盖15。这些第一平滑孔51被定位成面对轴向形成在背部件14中的第二平滑孔52，它们自身面对轴向形成在固定框架3中的第三螺纹孔53。
组件30还包括多个螺纹杆19，多个螺纹杆19穿过罩盖15、背部件14和框架3，以被阻止在平滑孔51、52和螺纹孔53中。因此，通过将螺母6拧到罩盖15的顶部中的螺纹杆19上而将罩盖15紧固到框架3上，垫圈5在这里定位在螺母6和罩盖15之间。
此外，罩盖15在顶部包括多个径向孔8，在此是四个，这些径向孔具有相同的直径，垂直于旋转轴线X延伸并且开口到罩盖15的内径上以便径向地穿过罩盖。所具有的直径与径向孔8的直径相同的销20插入径向孔8中。
旋转轴16以这样的方式定位，使得销20进入在轴中加工的凹槽16e中，凹槽的宽度等于销20的直径增加微小的间隙。销20进入凹槽16e，从而阻止旋转轴16的轴向运动。通过该微小的间隙，旋转保持自由。
此外，称为“簧环”的阻止元件21然后围绕罩盖15定位，以避免销20滑出。一旦执行了该操作，就用螺母6将杆19锁住，所施加的扭矩允许调节外部圆环件25上的应力。因此可以一起调节密封水平和旋转中的阻力矩。
在紧固罩盖15过程中，由轴16、密封接头1、夹紧螺母18和间隔件17形成的组件因此被驱动，并且外部圆环件25被压在背部件14的接触面14a上。然后，组件准备旋转。
已知在旋转期间，重要的是保持外部圆环件25与接触面14a之间的高度紧密，目的是获得高水平的密封。由于接触面14a优选地不是完全平坦的，或者通常不是完全规则的，因此弹簧的圈允许连续地跟随表面的波纹，从而在任何时候获得这种紧密性。对于内部密封而言，其在静态内部环面24上进行。
外部圆环件25上的压缩应力的调节纯粹是轴向地进行的：因此，不必在径向上抵抗圆柱形元件的刚性。因此，调节是容易的，并且可以优化由密封水平和操纵应力形成的对。实际上，通过由此产生的切向摩擦应力，操纵应力与压缩应力直接相关。
本发明的这种原理的工业优化涉及在罩盖15和它在其上被拧紧的部件，即背部件14或框架3之间形成金属/金属接触，以调节外部圆环件25的压缩。金属密封接头1因此被压缩到预定尺寸。这允许在获得接触之后增加夹紧扭矩，并且避免在增加到高压的过程中的任何提升。这是可以接受的，因为典型地，法国专利申请FR2151186A1中描述的类型的金属密封接头的以mm表示的挤压EC(如图8所示)的以N mm-1表示的每长度单位EL的应力变化曲线在压缩结束时具有平坦的平台，因此适用于大的壳体间隙，其中该曲线适用于根据本发明的组件30的金属密封接头1。
此外，重要的是，在旋转期间，外部圆环件25能够在背部件14上滑动，而不在其与间隔件17的界面处滑动。因此，图5允许示出本发明的改进，其中间隔件17的与外部覆盖部分26b接触的间隔件表面17a具有的粗糙度大于背部件14的接触面14a的粗糙度，后者是平滑的。因此，寻求的是，促进在间隔件17中的阻止和在背部件14上的滑动。
此外，当流体的压力从内部推动时，存在外部圆环件25变形的风险，或者甚至存在推动后者的风险。因此，在间隔件17的外径上形成的小型折叠部17b允许在其外径上覆盖外部圆环件25。折叠部17b的高度小于密封接头1的压缩尺寸，在没有该压缩尺寸的情况下，折叠部17b将在接触面14a上摩擦并且将防止外部圆环件25的适当压缩。有利地，因此提供了安装以通过结构保持该折叠部17b和接触面14a之间的最小轴向间隙。
组件30的缺点可能涉及旋转轴16相对于接收机器的框架3的轴向阻止的存在，这可能特别地在两种情况下发生：如果罩盖15直接紧固到框架3上；如果罩盖15紧固到背部件14上，并且背部件14刚性地紧固到框架3上。因此，在高温或低温使用期间，可以观察到框架3和旋转轴16之间的差异膨胀。阻塞的存在与这种现象相反，这可能是不利的。
此外，常规的是通过其它机械元件来确定旋转轴16的轴向位置。例如，在球阀中，刚性地连接到轴的球通过内部机械元件自调节。轴的轴向位置是必须适应的结果。
因此，一种解决方案涉及将背部件14连接到轴向波纹管类型的一部分，该部分自身连接到框架3。因此，在本发明的另一实施例中，如参考图6和7可见的，背部件14包括刚性地连接在一起、机加工在一起或彼此焊接的三个部分。因此，背部件14包括内部块11、波纹管12和外部凸缘13，内部块11设置有接触面14a，金属密封接头1在外部圆环件25处抵靠该接触面。
外部凸缘13通过螺栓60紧固到固定框架3上。密封接头插入凹槽61中以保证密封。螺纹杆19此时直接旋拧到内部块11上，而不是像上面那样旋拧到框架3上。波纹管12赋予组件30一定的轴向自由度，以便不阻止可能的差异膨胀，波纹管12连接内部块11和外部凸缘13。波纹管12可以液压成形，具有焊接的叶片，或者甚至可以是由具有背部件14的实体经机加工而成。
此外，图9A和9B允许观察：具有背部件14的接触面14A，其具有阴圆锥形形状，通常用于具有高内部压力的情况。外部圆环件25与具有圆锥形状的接触面14a交替接触，并且折叠部65和66也有助于耐压性。这样形成的斜面本身就限制了径向运动，并且如果需要的话，折叠部65、66可以用作最终的止动件。
此外，图10示出了具有分成三个部分的间隔件17。因此，间隔件17包括第一部分，称为内部间隔件29，其支承在内部圆环件24上，具有平滑的内径，并且旨在在旋转轴16上滑动。内部间隔件29包括螺纹外径。其值位于内部圆环件24的外径和外部圆环件25的内径之间。此外，间隔件17包括称为外部间隔件31的第二部分，该第二部分支承在外部圆环件25上，具有带螺纹的内径，并且旨在被拧紧到内部间隔件29上。这种螺纹连接允许在安装过程中调节两个内部间隔件29和外部间隔件31的位置，这对于补偿与各种部件的尺寸变化相关的随机性可能是有用的。此外，一旦已经执行了调节，则间隔件17包括允许设定该调节的防松螺母32。
通常，优化可以允许在安装之前预先调整外部圆环件25的挤压。图11示出了另一种构思，其涉及替换具有径向销20的系统。因此，罩盖15在其内径上、在旋转轴16的中心处包括内螺纹34，并且旋转轴16在内螺纹34处包括具有减小的直径的部分35，以便在旋转轴16上形成阻止肩部27。
此外，组件30包括锁紧螺母28，其能够在内螺纹34和具有减小的直径的部分35处容纳在旋转轴16和罩盖15之间，并且能够支承抵靠阻止肩部27，以便轴向地阻止旋转轴16的运动。防松螺母(未示出)可允许阻止组件，以避免在旋转轴16的旋转期间发生任何旋松/过度旋转。
此外，在不出现膨胀差异问题的情况下，由于其他部件的调节，试图仅适应“经受”的轴16的轴向位置，也可将罩盖分成两部分。
因此，图12示出了替代实施例，其中罩盖15被分成两部分。它包括固定在框架3上的外部罩盖43，该外部罩盖43包括用于螺母和螺栓49穿过的孔，以允许紧固到框架3。外部罩盖43通过螺纹连接件42连接到内部罩盖41。内部罩盖41包括具有旋转轴16不可调节的连接件，例如轴承组件、销系统等。在此，这是销系统48。内部罩盖41和外部罩盖43之间的螺纹或螺纹连接件42允许调节罩盖15的高度，并使销48在高度上预先定位，以适应旋转轴16的轴向位置。一旦已经进行了调节，防松螺母47可以允许阻止调节。
此外，应注意，在根据本发明的这样的组件30中，在内部圆环件24与外部圆环件25之间可以产生扭矩。因此，在调谐期间，寻求限制外部圆环件25和背部件14的接触面14a之间的摩擦。这例如可以通过在密封接头1上放置沉积物来实现，例如金或银的沉积物。此外，后者具有由于其表面柔性而提高了密封性能的优点。
此外，在本发明的某些实施例中，金属密封接头1可以具有包围在彼此之上的两个外壳或涂层。与弹簧接触的第一绕组或第一外壳26例如由具有高机械强度的材料构成，特别是
Figure GDA0003739359240000141
型合金，以便为接头1提供机械附着力，并且第二绕组由更具延展性的材料制成，特别是银，以便在与密封表面接触时塑性变形，从而降低泄漏率。
当然，本发明并不限于刚刚描述的实施例。本领域技术人员可以对其进行各种修改。
特别地，如图13所示，背部件14可以是在肩部7处刚性地连接到旋转轴16的旋转部件。
在该图13中，背部件14通过驱动销62与旋转轴16一起旋转，该驱动销分别定位在背部件14和肩部7的壳体70和71中。
此外，该组件包括在背部件14和肩部7之间的辅助密封接头67，特别是静态密封接头，例如O形环。该密封接头67可以特别对应于上述法国专利申请FR2151186A1中描述的密封接头的具体实施例。
此外，被称为“簧环”的第二阻止元件63定位成与背部件14和旋转轴16接触，使得背部件14位于阻止元件63和密封接头67之间。
在这一示例中，内部圆环件24用作动态圆环件。后者与背部件14的表面14a接触。
同样在这一示例中，间隔件17用作罩盖15，使得间隔件17和罩盖15在此对应于相同的结构元件。
此外，隔离件17和框架3分别包括孔口58和58b，特别是螺纹孔口，用于供紧固在隔离件17和框架3之间的装置例如螺纹杆50通过。因此，框架3和隔离件17紧固在一起并且不旋转。
金属垫圈46和59设置在螺纹杆50处，并且也设置在间隔件17和夹紧螺母18之间，在金属垫圈上方设置有防松螺母45以保持组件。更准确地说，优选的滑动金属垫圈59可以设置在夹紧螺母18和间隔件17之间，而普通金属垫圈46可以设置在螺纹杆50处。

Claims (19)

1.一种金属密封组件(30)，其用于在旋转轴(16)和接收机器的固定框架(3)之间进行密封，其特征在于，所述金属密封组件包括：
-柔性金属密封接头(1)，其具有两个同心圆环件，所述两个同心圆环件具有不同的平均直径，所述柔性金属密封接头包括：
-第一金属螺旋弹簧，其具有闭合在所述第一金属螺旋弹簧上的接触匝，并且在静止时基本上具有圆环件的形状，称为内部圆环件(24)；
-第二金属螺旋弹簧，其具有闭合在第二金属螺旋弹簧上的接触匝，并且在静止时基本上具有圆环件的形状，称为外部圆环件(25)，所述外部圆环件(25)具有大于所述内部圆环件(24)的平均直径，所述内部圆环件(24)和所述外部圆环件(25)中的一个被定位在旋转部分和非旋转部分之间，并且因此被称为“动态圆环件”，并且所述内部圆环件(24)和所述外部圆环件(25)中的另一个被定位在不相对于彼此旋转的两个部分之间，并且因此被称为“静态圆环件”；
-金属外壳(26)，所述内部圆环件(24)和所述外部圆环件(25)嵌入并保持在所述金属外壳中，所述金属外壳在静止时基本上具有中空圆环件的形状，所述中空圆环件包括内部壳体(27a)和外部壳体(27b)，所述内部壳体和所述外部壳体分别用于所述内部圆环件(24)和所述外部圆环件(25)的嵌入，所述外壳(26)的表面(S)包括位于所述内部壳体(27a)与所述外部壳体(27b)之间的环形开口(28)，所述外壳(26)包括：
-内部覆盖部分(26a)，所述内部覆盖部分限定所述内部壳体(27a)并且允许部分地覆盖所述内部圆环件(24)；
-外部覆盖部分(26b)，所述外部覆盖部分限定所述外部壳体(27b)并且允许部分地覆盖所述外部圆环件(25)；
-中间部分(26c)，其被称为中间圆环件(26c)，连接所述内部覆盖部分(26a)和所述外部覆盖部分(26b)，形成为面向所述环形开口(28)，
-围绕旋转轴线(X)旋转的轴(16)，所述轴包括环形肩部(7)，所述金属密封接头(1)在所述静态圆环件处抵靠所述环形肩部，围绕所述旋转轴(16)定位的所述金属密封接头(1)经由所述旋转轴的内径居中；
-称为背部件(14)的部分，所述背部件(14)的部分包括基本上平坦的接触面(14a)，所述金属密封接头(1)在所述动态圆环件处抵靠所述接触面，
-间隔件(17)，所述间隔件围绕所述旋转轴(16)定位，使得所述金属密封接头(1)被阻止在一方面的所述间隔件(17)与另一方面的所述背部件(14)的所述接触面(14a)之间，所述间隔件(17)以沿着所述旋转轴(16)的所述旋转轴线(X)滑动的方式安装在所述旋转轴(16)上，
-金属部件，所述金属部件形成罩盖(15)，所述罩盖覆盖包括所述金属密封接头(1)和所述背部件(14)的至少所述接触面(14a)的所述组件，所述罩盖(15)被所述旋转轴(16)穿过并且在所述接触面(14a)的外部被紧固到所述固定框架(3)上和/或所述背部件(14)上，所述旋转轴(16)相对于所述罩盖(15)自由旋转并且轴向刚性地连接到所述罩盖(15)。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述背部件(14)是非旋转部件，用于紧固到所述固定框架(3)。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述背部件(14)的接触面(14a)是粗糙的，粗糙度通过抛光获得。
4.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述间隔件(17)经由销连接件(2)和/或键连接件被阻止在所述旋转轴(16)上旋转。
5.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述组件包括用于夹紧所述间隔件(17)的夹紧螺母(18)，所述夹紧螺母定位成使得所述间隔件(17)位于所述夹紧螺母(18)与所述金属密封接头(1)之间，所述旋转轴(16)包括螺纹部分(16d)，所述夹紧螺母(18)旋拧到所述螺纹部分(16d)上。
6.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述罩盖(15)包括多个第一平滑孔(51)，所述多个第一平滑孔沿着所述旋转轴线(X)延伸并且轴向地穿过所述罩盖(15)，旨在被定位成面向轴向地形成在所述背部件(14)中的第二螺纹孔(52)和/或轴向地形成在所述固定框架(3)中的第三螺纹孔(53)，或者旨在被定位成面向轴向地形成在所述背部件(14)中的第二平滑孔(52)和轴向地形成在所述固定框架(3)中的第三螺纹孔(53)，并且在于，所述组件(30)包括多个螺纹杆(19)，每个螺纹杆(19)能够插入第一平滑孔(51)中以及插入第二平滑或螺纹孔(52)和/或第三螺纹孔(53)中，所述罩盖(15)通过将螺母(6)拧到所述罩盖(15)的顶部中的所述螺纹杆(19)上而被紧固到所述固定框架(3)和/或所述背部件(14)上。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述罩盖(15)包括多个径向孔(8)，所述径向孔具有相同的直径，基本上垂直于所述旋转轴线(X)延伸并且开口到所述罩盖(15)的内径上以便径向地穿过所述罩盖，其中，具有与所述径向孔(8)相同的直径的销(20)插入所述径向孔(8)中，并且其中，所述旋转轴(16)包括凹槽(16e)，所述销(20)穿入所述凹槽以阻止所述旋转轴(16)的轴向移动，阻止元件(21)围绕所述罩盖(15)定位，以防止所述销(20)朝向外部滑动。
8.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述罩盖(15)在其内径上、在所述旋转轴(16)的中心处包括内螺纹(34)，并且在于，所述旋转轴(16)在所述内螺纹(34)处包括具有减小的直径的部分(35)，以便在所述旋转轴(16)上形成阻止肩部(27)，所述组件(30)包括锁紧螺母(28)，所述锁紧螺母能够在所述内螺纹(34)处和所述具有减小的直径的部分(35)处容纳在所述旋转轴(16)与所述罩盖(15)之间，并且所述锁紧螺母能够支承抵靠所述阻止肩部(27)，以便轴向地阻止所述旋转轴(16)的运动。
9.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述间隔件(17) 被制成至少两个部分，包括第一部分和第二部分，所述第一部分称为内部间隔件(29)，所述内部间隔件支承在所述内部圆环件(24)上，具有旨在在所述旋转轴(16)上滑动的平滑内径以及螺纹外径，所述第二部分称为外部间隔件(31)，所述外部间隔件支承在所述外部圆环件(25)上，具有旨在被旋拧到所述内部间隔件(29)上的螺纹内径。
10.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述间隔件(17)的与所述外部覆盖部分(26b)接触的间隔件表面(17a)的粗糙度大于所述背部件(14)的所述接触面(14a)的粗糙度。
11.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述间隔件(17)包括在其外径上的折叠部(17b)，从而允许覆盖在其外径上的所述外部圆环件(25)。
12.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述背部件(14)的所述接触面(14a)具有阴圆锥形形状。
13.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述金属密封接头(1)在其表面上包括添加材料的沉积物。
14.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述金属外壳(26)是第一金属外壳(26)，所述第一金属外壳由具有高机械强度的材料构成，并且在于，所述金属密封接头(1)包括第二金属外壳，所述第二金属外壳缠绕到所述第一金属外壳上并且由比所述第一金属外壳(26)的材料更具延展性的材料构成，所述第二金属外壳旨在在所述金属密封接头(1)的挤压期间塑性变形。
15.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述背部件(14)由刚性地连接在一起的至少三个部分组成，包括内部块(11)、波纹管(12)和外部凸缘(13)，所述内部块设置有所述接触面(14a)，所述金属密封接头(1)在所述外部圆环件(25)处抵靠所述接触面，所述波纹管(12)为所述组件(30)提供一定程度的轴向自由度，以便不阻止可能的差异膨胀，所述波纹管(12)连接所述内部块(11)和所述外部凸缘(13)，所述外部凸缘(13)被紧固到所述固定框架(3)。
16.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述罩盖(15)由至少两个部分组成，包括紧固到所述固定框架(3)上的外部罩盖(43)和经由螺纹连接件(42)刚性地连接到所述外部罩盖(43)的内部罩盖(41)。
17.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述背部件(14)是在所述肩部(7)处刚性地连接到所述旋转轴(16)的旋转部件。
18.根据权利要求14所述的组件，其特征在于，所述具有高机械强度的材料是
Figure FDA0003739359230000051
型合金。
19.根据权利要求14所述的组件，其特征在于，所述更具延展性的材料是银。
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