CN116134252A - 密封堆叠组件 - Google Patents
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Abstract
系统和方法包括提供用于组件的环形密封堆叠。该密封堆叠设置在形成于该组件的探头与外壳之间的环空内，并且被构造成在该探头与该外壳之间提供径向密封。该密封堆叠包括：第一支撑保持器；第一唇形密封件；第一密封件支撑系统，该第一密封件支撑系统包括设置在该第一支撑保持器与该第一唇形密封件之间的至少一个支撑环；第二支撑保持器，该第二支撑保持器被构造成支撑该第一唇形密封件；第二唇形密封件；第二密封件支撑系统，该第二密封件支撑系统包括设置在该第二支撑保持器与该第二唇形密封件之间的至少一个支撑环；以及第三支撑保持器，该第三支撑保持器被构造成支撑该第二唇形密封件。
Description
背景技术
在许多工业应用中使用密封件来防止组件的部件之间的泄漏。在一些应用中，密封件可能经受极端操作条件，诸如极端压力或温度。这些极端的操作条件通常需要使用密封堆叠组件来补偿组件部件之间的关节运动、变形、位移和/或相对移动。然而，超过一定阈值的压力可导致密封堆叠组件中的一个或多个密封部件的损坏和最终失效。因此，工业上持续要求改进用于此类应用的密封技术。
附图说明
为了可更详细地理解并获得实施方案的特征和优点的方式，可通过参考附图中所示出的实施方案得到更具体的描述。然而，附图仅示出了一些实施方案，并且因此不应被认为是对范围的限制，因为可存在其他等效实施方案。
图1是根据本公开的实施方案的具有环形密封堆叠组件的组件的局部横剖视图。
图2是根据本公开的实施方案的具有环形密封堆叠组件的组件的局部横剖视图。
图3A是示出传统环形密封堆叠的唇形密封件上的应力分布的局部横剖视图。
图3B是示出根据本公开的实施方案的具有至少一个支撑环的环形密封堆叠的唇形密封件上的应力分布的局部横剖视图。
在不同附图中使用相同的附图标号指示相似或相同的项目。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的实施方案的具有环形密封堆叠组件150的组件100的局部横剖视图。在一些实施方案中，组件100可以是联接组件、螺线管组件或阀门组件。在更具体的实施方案中，组件100可以是海底联接组件、海底螺线管组件或海底阀门组件。组件100通常可包括外壳102和相对于外壳102进行振荡、往复运动、旋转、振动或其组合的探头104。组件100还可包括在外壳102和探头104之间形成的环空或腔体106。在一些实施方案中，外壳102可包括肩部108，并且探头104可包括肩部110，从而限定环空或腔体106。
环形密封堆叠组件150通常可设置在组件100的环空或腔体106内，并且环形围绕探头104设置。密封堆叠组件150可径向地设置在外壳102与探头104之间。密封堆叠组件150可轴向地设置在外壳102的肩部108与探头104的肩部110之间。密封堆叠组件150通常可被构造成接触组件100的外壳102和探头104并在它们之间提供径向密封。密封堆叠组件150还可被构造成使探头104在外壳102内居中并且在组件100的操作期间动态地擦拭探头104以保持探头没有可影响在外壳102与探头104之间形成的径向密封的完整性的污染物和/或其他碎屑。
密封堆叠组件150通常可包括多个支撑保持器152、154、156和多个唇形密封件158、160。另外，密封堆叠组件150可包括多个密封件支撑系统162、164。更具体地，密封堆叠组件150可以包括第一支撑保持器152、第一唇形密封件158以及第一密封件支撑系统162，该第一密封件支撑系统包括设置在第一支撑保持器152与第一唇形密封件158之间的至少一个支撑环163。密封堆叠组件150还可包括中心或第二支撑保持器154、第二唇形密封件160以及第二密封件支撑系统164，该第二密封件支撑系统包括设置在第二支撑保持器154与第二唇形密封件160之间的至少一个支撑环165。密封堆叠组件150还可包括第三支撑保持器156。
第一支撑保持器152通常可包括可与探头104的肩部110接触的基本上平坦的外部部分166。第一支撑保持器152还可包括弯曲表面或腔体168。腔体168通常可包括弯曲轮廓并且被构造成至少部分地接收第一密封件支撑系统162的支撑环163。在一些实施方案中，腔体168的弯曲轮廓的半径可与支撑环163的外半径互补。在一些实施方案中，腔体168的弯曲轮廓的半径可小于支撑环163的外半径，使得支撑环163在被压缩时可符合腔体168的弯曲轮廓的曲率。
第一唇形密封件158通常可包括被构造成与外壳102形成径向密封的外密封腿170、弧形部分171以及被构造成与探头104形成径向密封的内密封腿172。在一些实施方案中，第一唇形密封件158的弧形部分171的外半径可与支撑环163的内半径互补。在一些实施方案中，第一唇形密封件158的弧形部分171的外半径可以大于支撑环163的内半径，使得支撑环163在被压缩时可符合第一唇形密封件158的曲率。第一唇形密封件158通常可包括基本上为J形的横截面轮廓。在其他实施方案中，第一唇形密封件158可包括基本上为U形的横截面轮廓、基本上为D形的横截面轮廓、基本上为C形的横截面轮廓、基本上为抛物线形的横截面轮廓、基本上为椭圆形的横截面轮廓或任何其他形状的横截面轮廓。第一唇形密封件158通常可由弹性金属材料形成。更具体地，第一唇形密封件158可由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。在一些实施方案中，第一唇形密封件158可包括涂层或镀层，诸如金镀层、银镀层、镍镀层、氮化铝铬(AlCrN)镀层、氮化钛铝(TiAlN)镀层、任何其他耐磨金属镀层、或其任何组合。
第一密封件支撑系统162通常可包括设置在第一支撑保持器152与第一唇形密封件158之间的至少一个支撑环163。支撑环163通常可包括设置在第一支撑保持器152的腔体168的弯曲轮廓的半径与第一唇形密封件158的弧形部分171的外半径之间的弧形金属环。在一些实施方案中，支撑环163可被构造成通过随着第一唇形密封件158的移动而屈曲来支撑第一唇形密封件158。因此，在一些实施方案中，支撑环163在被压缩时可符合第一支撑保持器152的腔体168的弯曲轮廓的曲率和/或第一唇形密封件158的弧形部分171的外半径的曲率。为了便于这种支撑，相邻的弯曲表面可具有不同的半径。更具体地，在一些实施方案中，减小的径向几何结构可从第一唇形密封件158延伸到第一支撑保持器152的腔体168。
因此，在一些实施方案中，支撑环163的外半径可比第一支撑保持器152的腔体168的弯曲轮廓的半径大至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，支撑环163的外半径可比第一支撑保持器152的腔体168的弯曲轮廓的半径大不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。此外，应当理解，支撑环163的外半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间：诸如比第一支撑保持器152的腔体168的弯曲轮廓的半径大至少1％至不大于50％，或大至少5％至不大于10％。然而，在另选的实施方案中，支撑环163的外半径可基本上类似于第一支撑保持器152的腔体168的弯曲轮廓的半径。
在一些实施方案中，支撑环163的内半径可比第一唇形密封件158的外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，支撑环163的内半径可比第一唇形密封件158的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。此外，应当理解，支撑环163的内半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间，诸如比第一唇形密封件158的外半径小至少1％至不大于50％，或至少5％至不大于10％。然而，在另选的实施方案中，支撑环163的内半径可基本上类似于第一唇形密封件158的外半径。
在一些实施方案中，第一唇形密封件158的外半径可以小于第一支撑保持器152的腔体168的弯曲轮廓的半径，这可允许第一唇形密封件158在被加压时扩张而不限制第一唇形密封件158密封在探头104上。
支撑环163通常可由弹性金属材料形成。更具体地，支撑环163可由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。在一些实施方案中，支撑环163可包括涂层或镀层，诸如金镀层、银镀层、镍镀层、氮化铝铬(AlCrN)镀层、氮化钛铝(TiAlN)镀层、任何其他耐磨金属镀层、或其任何组合。
第二支撑保持器154通常可包括被构造成支撑第一唇形密封件158的细长指状部分174。在一些实施方案中，第二支撑保持器154的细长指状物部分174可与第一唇形密封件158的弧形部分171的内半径接触。第二支撑保持器154还可包括弯曲表面或腔体176。腔体176通常可包括弯曲轮廓并且被构造成至少部分地接收第二密封件支撑系统164的支撑环165。在一些实施方案中，腔体176的弯曲轮廓的半径可与支撑环165的外半径互补。在一些实施方案中，腔体176的弯曲轮廓的半径可小于支撑环165的外半径，使得支撑环165在被压缩时可符合腔体176的弯曲轮廓的曲率。
第二唇形密封件160通常可包括被构造成与外壳102形成径向密封的外密封腿178、弧形部分179和被构造成与探头104形成径向密封的内密封腿180。在一些实施方案中，第二唇形密封件160的弧形部分179的外半径可与支撑环165的内半径互补。在一些实施方案中，第二唇形密封件160的弧形部分179的外半径可大于支撑环165的内半径，使得支撑环165在被压缩时可符合第二唇形密封件160的曲率。第二唇形密封件160通常可包括基本上为J形的横截面轮廓。在其他实施方案中，第二唇形密封件160可包括基本上为U形的横截面轮廓、基本上为D形的横截面轮廓、基本上为C形的横截面轮廓、基本上为抛物线形的横截面轮廓、基本上为椭圆形的横截面轮廓或任何其他形状的横截面轮廓。第二唇形密封件160通常可由弹性金属材料形成。更具体地，第二唇形密封件160可由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。在一些实施方案中，第二唇形密封件160可包括涂层或镀层，诸如金镀层、银镀层、镍镀层、氮化铝铬(AlCrN)镀层、氮化钛铝(TiAlN)镀层、任何其他耐磨金属镀层、或其任何组合。
第二密封件支撑系统164通常可包括设置在第二支撑保持器154与第二唇形密封件160之间的至少一个支撑环165。支撑环165通常可包括设置在第二支撑保持器154的腔体176的弯曲轮廓的半径与第二唇形密封件160的弧形部分179的外半径之间的弧形金属环。在一些实施方案中，支撑环165可被构造成通过随着第二唇形密封件160的移动而屈曲来支撑第二唇形密封件160。因此，在一些实施方案中，支撑环165在被压缩时可符合第二支撑保持器154的腔体176的弯曲轮廓的曲率和/或第二唇形密封件160的弧形部分179的外半径的曲率。为了便于这种支撑，相邻的弯曲表面可具有不同的半径。更具体地，减小的径向几何结构可从第二唇形密封件160延伸到第二支撑保持器154的腔体176。
在一些实施方案中，支撑环165的外半径可大于第二支撑保持器154的腔体176的弯曲轮廓的半径。在一些实施方案中，支撑环165的外半径可比第二支撑保持器154的腔体176的弯曲轮廓的半径大至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，支撑环165的外半径可比第二支撑保持器154的腔体176的弯曲轮廓的半径大不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。此外，应当理解，支撑环165的外半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间，诸如比第二支撑保持器154的腔体176的弯曲轮廓的半径大至少1％至不大于50％，或大至少5％至不大于10％。然而，在另选的实施方案中，支撑环165的外半径可基本上类似于第二支撑保持器154的腔体176的弯曲轮廓的半径。
在一些实施方案中，支撑环165的内半径可小于第二唇形密封件160的外半径。在一些实施方案中，支撑环163的内半径可比第二唇形密封件160的外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，支撑环165的内半径可比第二唇形密封件160的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。此外，应当理解，支撑环165的内半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间，诸如比第二唇形密封件160的外半径小至少1％至不大于50％，或小至少5％至不大于10％。然而，在另选的实施方案中，支撑环165的内半径可基本上类似于第二唇形密封件160的外半径。
在一些实施方案中，第二唇形密封件160的外半径可小于第二支撑保持器154的腔体176的弯曲轮廓的半径，这可允许第二唇形密封件160在被加压时扩张而不限制第二唇形密封件160密封在探头104上。
第三支撑保持器156通常可包括被构造成支撑第二唇形密封件160的细长指状部分182。在一些实施方案中，第三支撑保持器156的细长指状物部分182可与第二唇形密封件160的弧形部分179的内半径接触。第三支撑保持器156还可包括可与外壳102的肩部108接触的基本上平坦的外部部分184。这样，应当理解，密封堆叠组件150可径向地设置在外壳102与探头104之间，并且轴向地设置在外壳102的肩部108与探头104的肩部110之间。
图2是根据本公开的另一实施方案的具有密封堆叠组件250的组件100的局部横剖视图。密封堆叠组件250通常可包括多个支撑保持器252、254、256和多个唇形密封件258、260。另外，密封堆叠组件250可包括多个密封件支撑系统262、264。更具体地，密封堆叠组件250可包括第一支撑保持器252、第一唇形密封件258以及第一密封件支撑系统262，该第一密封件支撑系统包括设置在第一支撑保持器252与第一唇形密封件258之间的多个支撑环263a、263b、263c。密封堆叠组件250还可包括中心或第二支撑保持器254、第二唇形密封件260以及第二密封件支撑系统264，该第二密封件支撑系统包括设置在第二支撑保持器254与第二唇形密封件260之间的多个支撑环265a、265b、265c。密封堆叠组件250还可包括第三支撑保持器256。
第一支撑保持器252通常可包括可与探头104的肩部110接触的基本上平坦的外部部分266。第一支撑保持器252还可包括弯曲表面或腔体268。腔体268通常可包括弯曲轮廓并且被构造成至少部分地接收多个支撑环263a、263b、263c中的一个或多个支撑环。
第一唇形密封件258通常可包括被构造成与外壳102形成径向密封的外密封腿270、弧形部分271以及被构造成与探头104形成径向密封的内密封腿272。第一唇形密封件158通常可包括基本上为J形的横截面轮廓。在其他实施方案中，第一唇形密封件258可包括基本上为U形的横截面轮廓、基本上为D形的横截面轮廓、基本上为C形的横截面轮廓、基本上为抛物线形的横截面轮廓、基本上为椭圆形的横截面轮廓或任何其他形状的横截面轮廓。第一唇形密封件258通常可由弹性金属材料形成。更具体地，第一唇形密封件258可由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。在一些实施方案中，第一唇形密封件258可包括涂层或镀层，诸如金镀层、银镀层、镍镀层、氮化铝铬(AlCrN)镀层、氮化钛铝(TiAlN)镀层、任何其他耐磨金属镀层、或其任何组合。
第一密封件支撑系统262通常可包括设置在第一支撑保持器252与第一唇形密封件258之间的多个支撑环263a、263b、263c。支撑环263a、263b、263c通常可包括设置在第一支撑保持器252的腔体268的弯曲轮廓的半径与第一唇形密封件258的弧形部分271的外半径之间的弧形金属环。在一些实施方案中，支撑环263a、263b、263c可被构造成通过随着第一唇形密封件258的移动而屈曲来支撑第一唇形密封件258。因此，在一些实施方案中，支撑环263a、263b、263c在被压缩时可符合第一支撑保持器252的腔体268的弯曲轮廓的曲率、相邻支撑环263的曲率和/或第一唇形密封件258的弧形部分271的外半径的曲率。为了便于这种支撑，相邻的弯曲表面可具有不同的半径。更具体地，减小的径向几何结构可从第一唇形密封件258延伸到第一支撑保持器252的腔体268。
在一些实施方案中，第一支撑环263a的外半径可大于第一支撑保持器252的腔体268的弯曲轮廓的半径。在一些实施方案中，第一支撑环263a的外半径可比第一支撑保持器252的腔体268的弯曲轮廓的半径大至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，第一支撑环263a的外半径可比第一支撑保持器252的腔体268的弯曲轮廓的半径大不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。此外，应当理解，第一支撑环263a的外半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间，诸如比第一支撑保持器252的腔体268的弯曲轮廓的半径大至少1％至不大于50％，或大至少5％至不大于10％。然而，在另选的实施方案中，第一支撑环263a的外半径可基本上类似于第一支撑保持器252的腔体268的弯曲轮廓的半径。
在一些实施方案中，第一支撑环263a的内半径可小于第二支撑环263b的外半径。在一些实施方案中，第一支撑环263a的内半径可比第二支撑环263b的外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，第一支撑环263a的内半径可比第二支撑环263b的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％或不大于10％。此外，应当理解，第一支撑环263a的内半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间，诸如比第二支撑环263b的外半径小至少1％至不大于50％，或小至少5％至不大于10％。
在一些实施方案中，第二支撑环263b的内半径可小于第三支撑环263c的外半径。在一些实施方案中，第二支撑环263b的内半径可比第三支撑环263c的外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，第二支撑环263b的内半径可比第三支撑环263c的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％或不大于10％。此外，应当理解，第二支撑环263b的内半径可在这些最小值与最大值中的任意值之间，诸如比第三支撑环263c的外半径小至少1％至不大于50％，或小至少5％至不大于10％。
在一些实施方案中，第三支撑环263c的内半径可小于第一唇形密封件258的外半径。在一些实施方案中，第三支撑环263c的内半径可比第一唇形密封件258的外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，第三支撑环263c的内半径可比第一唇形密封件258的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。此外，应当理解，第三支撑环263c的内半径可在这些最小和最大值中的任意值之间，诸如比第一唇形密封件258的外半径小至少1％至不大于50％，或者大至少5％至不大于10％。然而，在另选的实施方案中，第三支撑环263c的内半径可基本上类似于第一唇形密封件258的外半径。
在一些实施方案中，第一唇形密封件258的外半径可小于第一支撑保持器252的腔体268的弯曲轮廓的半径，这可允许第一唇形密封件258在被加压时扩张而不限制第一唇形密封件258密封在探头104上。
支撑环263a、263b、263c通常可由弹性金属材料形成。更具体地，支撑环263a、263b、263c可由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。在一些实施方案中，支撑环263a、263b、263c可包括涂层或镀层，诸如金镀层、银镀层、镍镀层、氮化铝铬(AlCrN)镀层、氮化钛铝(TiAlN)镀层、任何其他耐磨金属镀层、或其任何组合。然而，在特定实施方案中，第二支撑环263b可由聚合材料诸如PEEK形成。
第二支撑保持器254通常可包括被构造成支撑第一唇形密封件258的细长指状部分274。在一些实施方案中，第二支撑保持器254的细长指状物部分274可与第一唇形密封件258的弧形部分271的内半径接触。第二支撑保持器254还可包括弯曲表面或腔体276。腔体276通常可包括弯曲轮廓并且被构造成至少部分地接收弯曲轮廓并且被构造成至少部分地接收多个支撑环265a、265b、265c中的一个或多个支撑环。在一些实施方案中，腔体276的弯曲轮廓的半径可与第二支撑环265的外半径互补。在一些实施方案中，腔体276的弯曲轮廓的半径可小于第二支撑环265的外半径，使得第二支撑环265在被压缩时可符合腔体276的弯曲轮廓的曲率。
第二唇形密封件260通常可包括被构造成与外壳102形成径向密封的外密封腿278、弧形部分279和被构造成与探头104形成径向密封的内密封腿280。第二唇形密封件260通常可包括基本上为J形的横截面轮廓。在其他实施方案中，第二唇形密封件260可包括基本上为U形的横截面轮廓、基本上为D形的横截面轮廓、基本上为C形的横截面轮廓、基本上为抛物线形的横截面轮廓、基本上为椭圆形的横截面轮廓或任何其他形状的横截面轮廓。第二唇形密封件260通常可由弹性金属材料形成。更具体地，第二唇形密封件260可由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。在一些实施方案中，第二唇形密封件260可包括涂层或镀层，诸如金镀层、银镀层、镍镀层、氮化铝铬(AlCrN)镀层、氮化钛铝(TiAlN)镀层、任何其他耐磨金属镀层、或其任何组合。
第二密封件支撑系统264通常可包括设置在第二支撑保持器254与第二唇形密封件260之间的多个支撑环265a、265b、265c。支撑环265a、265b、265c通常可包括设置在第二支撑保持器254的腔体276的弯曲轮廓的半径与第二唇形密封件260的弧形部分279的外半径之间的弧形金属环。在一些实施方案中，支撑环265a、265b、265c可被构造成通过随着第二唇形密封件260的移动而屈曲来支撑第二唇形密封件260。因此，在一些实施方案中，支撑环265a、265b、265c在被压缩时可符合第二支撑保持器254的腔体276的弯曲轮廓的曲率、相邻支撑环265的曲率和/或第二唇形密封件260的弧形部分279的外半径的曲率。为了便于这种支撑，相邻的弯曲表面可具有不同的半径。更具体地，减小的径向几何结构可从第二唇形密封件260延伸到第二支撑保持器254的腔体276。
在一些实施方案中，第一支撑环265a的外半径可大于第二支撑保持器254的腔体276的弯曲轮廓的半径。在一些实施方案中，第一支撑环265a的外半径可比第二支撑保持器254的腔体276的弯曲轮廓的半径大至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，第一支撑环265a的外半径可以比第二支撑保持器254的腔体276的弯曲轮廓的半径大不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。此外，应当理解，第一支撑环265a的外半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间，诸如比第二支撑保持器254的腔体276的弯曲轮廓的半径大至少1％至不大于50％，或大至少5％至不大于10％。然而，在另选的实施方案中，第一支撑环265a的外半径可基本上类似于第二支撑保持器254的腔体276的弯曲轮廓的半径。
在一些实施方案中，第一支撑环265a的内半径可小于第二支撑环265b的外半径。在一些实施方案中，第一支撑环265a的内半径可比第二支撑环265b的外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，第一支撑环265a的内半径可比第二支撑环265b的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％或不大于10％。此外，应当理解，第一支撑环265a的内半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间，诸如比第二支撑环265b的外半径小至少1％至不大于50％，或小至少5％至不大于10％。
在一些实施方案中，第二支撑环265b的内半径可小于第三支撑环265c的外半径。在一些实施方案中，第二支撑环265b的内半径可比第三支撑环265c的外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，第二支撑环265b的内半径可比第三支撑环265c的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％或不大于10％。此外，应当理解，第二支撑环265b的内半径可在这些最小值与最大值中的任意值之间，诸如比第三支撑环265c的外半径小至少1％至不大于50％，或小至少5％至不大于10％。
在一些实施方案中，第三支撑环265c的内半径可小于第二唇形密封件260的外半径。在一些实施方案中，第三支撑环265c的内半径可比第二唇形密封件260的外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。在一些实施方案中，第三支撑环265c的内半径可比第二唇形密封件260的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。此外，应当理解，第三支撑环265c的内半径可在这些最小值和最大值中的任意值之间，诸如比第二唇形密封件260的外半径小至少1％至不大于50％，或小至少5％至不大于10％。然而，在另选的实施方案中，第三支撑环265c的内半径可基本上类似于第二唇形密封件260的外半径。
在一些实施方案中，第二唇形密封件260的外半径可小于第二支撑保持器254的腔体276的弯曲轮廓的半径，这可允许第二唇形密封件260在被加压时扩张而不限制第二唇形密封件260密封在探头104上。
支撑环265a、265b、265c通常可由弹性金属材料形成。更具体地，支撑环265a、265b、265c可由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。在一些实施方案中，支撑环265a、265b、265c可包括涂层或镀层，诸如金镀层、银镀层、镍镀层、氮化铝铬(AlCrN)镀层、氮化钛铝(TiAlN)镀层、任何其他耐磨金属镀层、或其任何组合。然而，在特定实施方案中，第二支撑环265b可由聚合材料诸如PEEK形成。
虽然示出了用于第一密封件支撑系统262的三个支撑环263a、263b、263c，并且示出了用于第二密封件支撑系统264的三个支撑环265a、265b、265c，但是应当理解，每个密封件支撑系统262、264可分别包括两个、三个、四个或者甚至五个支撑环263、265。此外，应当理解，根据本文所公开的实施方案，连续的支撑环263、265可具有分别从唇形密封件258、260延伸到支撑保持器252、254的减小的径向几何结构。此外，在一些实施方案中，密封堆叠组件150、250可根据组件的构造并且在不脱离本公开的实质情况下包括附加的支撑保持器、唇形密封件和/或支撑环。
第三支撑保持器256通常可包括被构造成支撑第二唇形密封件260的细长指状部分282。在一些实施方案中，第三支撑保持器256的细长指状物部分282可与第二唇形密封件260的弧形部分279的内半径接触。第三支撑保持器256还可包括可与外壳102的肩部108接触的基本上平坦的外部部分284。这样，应当理解，密封堆叠组件250可径向地设置在外壳102与探头104之间，并且轴向地设置在外壳102的肩部108与探头104的肩部110之间。
密封堆叠组件150、250的实施方案可包括适于特定应用的任何尺寸。在一些实施方案中，密封堆叠组件150、250的内径可为至少1mm、至少2mm、至少3mm、至少4mm、至少5mm、至少6mm、至少7mm、至少8mm、至少9mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少200mm、至少250mm、至少300mm或甚至更大。在一些实施方案中，密封堆叠组件150、250的外径可为至少1mm、至少2mm、至少3mm、至少4mm、至少5mm、至少6mm、至少7mm、至少8mm、至少9mm、至少10mm、至少11mm、至少12mm、至少13mm、至少14mm、至少15mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少200mm、至少250mm、至少300mm、至少500mm或甚至更大。
此外，在一些实施方案中，支撑环163、165、263、265可包括小于唇形密封件158、160、258、260中的一个或多个唇形密封件的厚度的厚度。在一些实施方案中，支撑环163、165、263、265的厚度可为至少0.10毫米、至少0.125mm、至少0.15mm、至少0.20mm、至少0.25mm、至少0.50mm、至少0.75mm、至少1mm、至少2mm、至少5mm或甚至更大。
图3A和图3B是分别示出传统环形密封堆叠的唇形密封件上的应力分布和根据本公开的实施方案的具有至少一个支撑环163、263、165、265的环形密封堆叠150、250的唇形密封件上的应力分布的局部横剖视图。如图3A所示，在没有支撑环的传统环形密封堆叠中的唇形密封件的弧形部分上的应力超过约140000磅每平方英寸(约965MPa)。这种大小的应力可导致唇形密封件的失效。如图3B所示，在具有至少一个支撑环163、263、165、265的环形密封堆叠150、250中的唇形密封件的弧形部分上的应力低得多，不超过约76000磅每平方英寸(约524MPa)。因此，在环形密封堆叠150、250中使用至少一个支撑环163、263、165、265可防止磨损、减小应力(这可以延长生命周期)以及/或者完全防止环形金属密封堆叠150、250中的唇形密封件的失效。
组件100和/或密封堆叠组件150、250的实施方案可包括以下实施方案中的一个或多个实施方案：
实施方案1.一种密封堆叠组件，包括：第一支撑保持器；第一唇形密封件；以及第一密封件支撑系统，所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一支撑保持器与所述第一唇形密封件之间的至少一个支撑环。
实施方案2.一种组件，包括：探头；外壳，所述外壳环形围绕所述探头设置；以及密封堆叠组件，所述密封堆叠组件设置在形成于所述探头与所述外壳之间的环空内，并且被构造成在所述探头与所述外壳之间提供径向密封，所述密封堆叠组件包括：第一支撑保持器；第一唇形密封件；以及第一密封件支撑系统，所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一支撑保持器与所述第一唇形密封件之间的至少一个支撑环。
实施方案3.根据实施方案1所述的密封堆叠组件或根据实施方案2所述的组件，还包括：第二支撑保持器，所述第二支撑保持器被构造成支撑所述第一唇形密封件；第二唇形密封件；第二密封件支撑系统，所述第二密封件支撑系统包括设置在所述第二支撑保持器与所述第二唇形密封件之间的至少一个支撑环；以及第三支撑保持器，所述第三支撑保持器被构造成支撑所述第二唇形密封件。
实施方案4.一种密封堆叠组件，包括：第一支撑保持器；第一唇形密封件；第一密封件支撑系统，所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一支撑保持器与所述第一唇形密封件之间的至少一个支撑环；第二支撑保持器，所述第二支撑保持器被构造成支撑所述第一唇形密封件；第二唇形密封件；第二密封件支撑系统，所述第二密封件支撑系统包括设置在所述第二支撑保持器与所述第二唇形密封件之间的至少一个支撑环；以及第三支撑保持器，所述第三支撑保持器被构造成支撑所述第二唇形密封件。
实施方案5.一种组件，包括：探头；外壳，所述外壳环形围绕所述探头设置；以及密封堆叠组件，所述密封堆叠组件设置在形成于所述探头与所述外壳之间的环空内，并且被构造成在所述探头与所述外壳之间提供径向密封，所述密封堆叠组件包括：第一支撑保持器；第一唇形密封件；第一密封件支撑系统，所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一支撑保持器与所述第一唇形密封件之间的至少一个支撑环；第二支撑保持器，所述第二支撑保持器被构造成支撑所述第一唇形密封件；第二唇形密封件；第二密封件支撑系统，所述第二密封件支撑系统包括设置在所述第二支撑保持器与所述第二唇形密封件之间的至少一个支撑环；以及第三支撑保持器，所述第三支撑保持器被构造成支撑所述第二唇形密封件。
实施方案6.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一支撑保持器包括具有弯曲轮廓的腔体，所述腔体被构造成接收所述第一支撑系统的所述至少一个支撑环。
实施方案7.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一唇形密封件包括内密封腿和外密封腿。
实施方案8.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统包括第一支撑环。
实施方案9.根据实施方案8所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的外半径大于所述第一支撑保持器的所述腔体的所述弯曲轮廓的半径。
实施方案10.根据实施方案9所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的所述外半径比所述第一支撑保持器的所述腔体的所述弯曲轮廓的所述半径大至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。
实施方案11.根据实施方案10所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的所述外半径比所述第一支撑保持器的所述腔体的所述弯曲轮廓的所述半径大不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。
实施方案12.根据实施方案8至11中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的内半径小于所述第一唇形密封件的弧形部分的外半径。
实施方案13.根据实施方案12所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的所述内半径比所述第一唇形密封件的弧形部分的所述外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。
实施方案14.根据实施方案12所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的内半径比所述第一唇形密封件的弧形部分的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％或不大于10％。
实施方案15.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二支撑保持器包括被构造成支撑所述第一唇形密封件的细长指状物部分和具有弯曲轮廓的腔体，所述腔体被构造成接收所述第二支撑系统的所述至少一个支撑环。
实施方案16.根据实施方案3至15中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二唇形密封件包括内密封腿和外密封腿。
实施方案17.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统包括第一支撑环。
实施方案18.根据实施方案17所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环的外半径大于所述第二支撑保持器的所述腔体的所述弯曲轮廓的半径。
实施方案19.根据实施方案18所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环的所述外半径比所述第二支撑保持器的所述腔体的所述弯曲轮廓的半径大至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。
实施方案20.根据实施方案19所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环的所述外半径比所述第二支撑保持器的所述腔体的所述弯曲轮廓的所述半径大不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％、或不大于10％。
实施方案21.根据实施方案17至20中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环的内半径小于所述第二唇形密封件的弧形部分的外半径。
实施方案22.根据实施方案12所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环的所述内半径比所述第二唇形密封件的弧形部分的所述外半径小至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。
实施方案23.根据实施方案12所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环的内半径比所述第二唇形密封件的弧形部分的外半径小不大于50％、不大于40％、不大于35％、不大于30％、不大于25％、不大于20％、不大于15％或不大于10％。
实施方案24.根据实施方案3至23中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第三支撑保持器包括被构造成支撑所述第二唇形密封件的细长指状物部分。
实施方案25.根据实施方案8至24中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环与所述第一唇形密封件之间的第二支撑环。
实施方案26.根据实施方案25所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的内半径小于所述第一密封件支撑系统的所述第二支撑环的外半径。
实施方案27.根据实施方案25至26中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一密封件支撑系统的所述第二支撑环与所述第一唇形密封件之间的第三支撑环。
实施方案28.根据实施方案27所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第二支撑环的内半径小于所述第一密封件支撑系统的所述第三支撑环的外半径。
实施方案29.根据实施方案28所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第三支撑环的内半径小于所述第一唇形密封件的外半径。
实施方案30.根据实施方案17至29中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统包括设置在所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环与所述第二唇形密封件之间的第二支撑环。
实施方案31.根据实施方案30所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环的内半径小于所述第二密封件支撑系统的所述第二支撑环的外半径。
实施方案32.根据实施方案30至31中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统包括设置在所述第二密封件支撑系统的所述第二支撑环与所述第二唇形密封件之间的第三支撑环。
实施方案33.根据实施方案32所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第二支撑环的内半径小于所述第二密封件支撑系统的所述第三支撑环的外半径。
实施方案34.根据实施方案33所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第三支撑环的内半径小于所述第二唇形密封件的外半径。
实施方案35.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一唇形密封件和所述第二唇形密封件基本上类似。
实施方案36.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一唇形密封件的所述外半径包括比所述第一支撑保持器的所述内半径小的半径。
实施方案37.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二唇形密封件的所述外半径包括比所述第二支撑保持器的所述内半径小的半径。
实施方案38.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一唇形密封件和所述第二唇形密封件由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。
实施方案39.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述支撑环由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成。
实施方案40.根据实施方案39所述的密封堆叠组件或组件，其中所述支撑环包括涂层或镀层，诸如金镀层、银镀层、镍镀层、氮化铝铬(AlCrN)镀层、氮化钛铝(TiAlN)镀层、任何其他耐磨金属镀层、或其任何组合。
实施方案41.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一支撑环和所述第三支撑环由诸如
的镍-铬基合金、镍基合金、镍、诸如
的钴-铬-镍合金、钛、钨、不锈钢、弹簧钢、钢、铝、锌、铜、镁、锡、铂、铅、铁或青铜形成，并且其中所述第二支撑环由诸如PEEK的聚合材料形成。
实施方案42.根据前述实施方案中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述支撑环包括小于所述唇形密封件中的一个或多个唇形密封件的厚度的厚度。
本书面描述使用示例来公开实施方案，包括最佳模式，并且还使得本领域普通技术人员能够制造和使用本发明。可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求的文字语言没有不同的结构元件，或者如果此类其他示例包括与权利要求的文字语言无实质差异的等同结构元件，则此类其他示例意图在权利要求的范围内。
需注意，并非需要以上在一般描述或示例中描述的所有活动，可能不需要特定活动的一部分，并且除了所描述的那些之外还可以执行一个或多个另外的活动。更进一步，列出活动的顺序不一定是执行活动的顺序。
在前述说明书中，已经参考具体实施方案描述了概念。然而，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离如下面的权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可做出各种修改和改变。因此，说明书和附图应当被认为是例示性的而不是限制性的，并且所有此类修改旨在被包括在本发明的范围内。
如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变型形式旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列特征的过程、方法、制品或装置不必仅限于那些特征，而是可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品或装置固有的其他特征。此外，除非明确相反地陈述，否则“或”是指包含性，而不是排他性。例如，条件A或B由以下任一项满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B两者均为真(或存在)。
另外，使用“一个”或“一种”来描述本文所述的元件和部件。这样做仅仅是为了方便和给出本发明范围的一般意义。该描述应被理解为包括一个、至少一个或单数，也包括复数，或反之亦然，除非清楚地表明其另有含义。
上文已经关于具体实施方案描述了益处、其他优点以及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案，以及可导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更显著的任何特征不应被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要的特征。
在阅读本说明书之后，本领域技术人员将理解，为了清楚起见，本文在单独实施方案的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反地，为了简洁起见在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何子组合提供。此外，对范围中所述值的引用包括该范围内的每个值。
Claims (15)
1.一种密封堆叠组件，包括：
第一支撑保持器；
第一唇形密封件；以及
第一密封件支撑系统，所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一支撑保持器与所述第一唇形密封件之间的至少一个支撑环。
2.一种组件，包括：
探头；
外壳，所述外壳环形围绕所述探头设置；以及
密封堆叠组件，所述密封堆叠组件设置在形成于所述探头与所述外壳之间的环空内，并且被构造成在所述探头与所述外壳之间提供密封，所述密封堆叠组件包括：
第一支撑保持器；
第一唇形密封件；以及
第一密封件支撑系统，所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一支撑保持器与所述第一唇形密封件之间的至少一个支撑环。
3.一种密封堆叠组件，包括：
第一支撑保持器；
第一唇形密封件；
第一密封件支撑系统，所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一支撑保持器与所述第一唇形密封件之间的至少一个支撑环；
第二支撑保持器，所述第二支撑保持器被构造成支撑所述第一唇形密封件；
第二唇形密封件；
第二密封件支撑系统，所述第二密封件支撑系统包括设置在所述第二支撑保持器与所述第二唇形密封件之间的至少一个支撑环；以及
第三支撑保持器，所述第三支撑保持器被构造成支撑所述第二唇形密封件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一支撑保持器包括具有弯曲轮廓的腔体，所述腔体被构造成接收所述第一支撑系统的所述至少一个支撑环。
5.根据前述权利要求中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一唇形密封件包括内密封腿和外密封腿。
6.根据前述权利要求中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统包括第一支撑环。
7.根据权利要求6所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的外半径大于所述第一支撑保持器的所述腔体的所述弯曲轮廓的半径。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环的内半径小于所述第一唇形密封件的弧形部分的外半径。
9.根据前述权利要求中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二支撑保持器包括被构造成支撑所述第一唇形密封件的细长指状物部分和具有弯曲轮廓的腔体，所述腔体被构造成接收所述第二支撑系统的所述至少一个支撑环。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二唇形密封件包括内密封腿和外密封腿。
11.根据前述权利要求中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统包括第一支撑环。
12.根据权利要求11所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第二密封件支撑系统的所述第一支撑环的内半径小于所述第二唇形密封件的弧形部分的外半径。
13.根据权利要求3至12中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第三支撑保持器包括被构造成支撑所述第二唇形密封件的细长指状物部分。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一密封件支撑系统的所述第一支撑环与所述第一唇形密封件之间的第二支撑环。
15.根据权利要求14所述的密封堆叠组件或组件，其中所述第一密封件支撑系统包括设置在所述第一密封件支撑系统的所述第二支撑环与所述第一唇形密封件之间的第三支撑环。
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