CN117355691A - 杆的密封装置 - Google Patents

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CN117355691A CN202280030437.2A CN202280030437A CN117355691A CN 117355691 A CN117355691 A CN 117355691A CN 202280030437 A CN202280030437 A CN 202280030437A CN 117355691 A CN117355691 A CN 117355691A
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Abstract

本发明涉及在耐压外壳(3)的充满液体介质的高压室(31)与低压区域(8)之间用于杆(2)的密封的密封装置，该杆能够在高压室(31)中平移和/或旋转，该密封装置包括：‑密封圆筒(4)，其能够保持在外壳(3)中，使得在密封圆筒(4)的侧向外表面(42)与外壳(3)的内壁(32)之间形成第一环形间隙(9)，该内壁界定高压室(31)，且密封圆筒(4)的侧向内表面(41)的内径的大小设计成使得杆(2)可以被密封圆筒围绕从而形成第二环形间隙(10)，第二环形间隙形成动态密封；‑加压环(5)，用于第一环形间隙(9)的静态密封，且用于使密封圆筒(4)的侧向内表面(41)的一部分朝向杆(2)变形，加压环在低压侧端面(44)附近位于密封圆筒(4)的侧向外表面(42)上；其中用于第一环形间隙(9)的静态密封的密封环(7)在高压侧端面(45)附近位于密封圆筒(4)的侧向外表面(42)上，且密封圆筒(4)具有从密封圆筒的侧向外表面(42)延伸至侧向内表面(41)的至少一个连接通道(43)，该连接通道(43)的位置与密封圆筒(4)的材料相匹配以防止密封圆筒(4)在远离加压环(5)的区域中变形。

Description

杆的密封装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序所述的杆的密封装置。
背景技术
一般的密封装置例如从EP 1 353 096 B1是已知的。
在该公开中，密封环用于在引导杆的外壳的引导室的高压区域与低压区域之间的过渡区域中密封移动杆。密封环包封杆并且借助于加压环在高压区域中通过高压部分变形，使得密封环的变形将密封环与杆之间的间隙减小到杆仅允许所需量的流体渗透的这种程度。
这种间隙密封装置已经在实践中得到证明。
问题在于，特别是在高达3000或4000巴的高压范围内的非常高的压力下，施加到密封圆筒的外表面的操作压力非常大，以至于密封圆筒有时甚至在加压环变形之前就变形太多，这取决于密封圆筒的材料的弹性模量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高压设备的密封装置，无论密封圆筒的材料如何，该密封装置都能够确保持久操作。
通过具有权利要求1所述特征的密封装置来实现该目的。
根据本发明的在耐压外壳的充满液体介质的高压空间与低压区域之间用于密封可以在高压空间中平移和/或旋转地移动的杆的密封装置，具有密封圆筒，该密封圆筒可以容纳在外壳中，其中在密封圆筒的外表面与外壳的界定高压空间的内壁之间形成第一环形间隙。
密封圆筒的圆周内表面的内径的尺寸设计成使得杆可以被圆筒包围，同时形成第二环形间隙，从而形成动态密封。
密封装置还包括加压环，该加压环靠近低压侧端面与密封圆筒的外夹套表面邻接，以用于静态密封第一环形间隙，并且用于使密封圆筒的内夹套表面的一部分沿杆的方向变形。
为了形成这种变形，在低压范围内，接收杆的一部分的压力环附接到外壳上，这使密封圆筒压入外壳中，同时将加压环压靠在耐压外壳的阶梯形突起上，从而形成密封圆筒的夹套的内表面的一部分的变形。
动态地加载有流体压力的密封环被布置成在高压端面附近与密封圆筒的外表面接触，以用于第一环形间隙的静态密封。此外，密封圆筒具有从其外表面延伸至内表面的至少一个连接通道。
连接通道的位置适于密封圆筒的材料，以防止密封圆筒在远离加压环的区域中发生限制功能的变形。
通过密封靠近密封圆筒的高压侧端面的第一环形间隙和密封圆筒中设置的连接通道(该通道将两个环形间隙流体连接)，可以根据连接通道的位置，将作用在密封圆筒的外夹套表面上的流体压力调整为第二环形间隙的流体压力(第二环形间隙充当节流间隙，其中的主要压力随到密封圆筒的高压侧端面的距离的增加而减小)、调整为第二环形间隙中的连接通道的区域中的主要压力。因此，通过在密封圆筒中定位连接通道，可以使作用在密封圆筒的外表面上的压力适于密封圆筒的相应材料，使得可以根据密封圆筒的弹性模量来调整密封圆筒的所需的变形和负载，并且这仅发生在加压环的区域中。
本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
根据有利的实施例，连接通道被引入密封圆筒的夹套在加压环与密封环之间的区域中，连接通道与加压环或密封环间隔开加压环与密封环之间的距离的至少10％。
施加到密封圆筒的外表面的压力所产生的减小允许密封圆筒使用多种材料。
在优选的实施例中，环座靠近密封圆筒的高压端面形成在密封圆筒的外表面中以便牢固地保持密封环。
在特别优选的实施例中，环座被设计成台阶，该台阶从密封圆筒的高压端面延伸到密封圆筒的外壳体表面。
在组装过程中，密封环可以因此以非常简单的方式从高压端面滑到密封圆筒上。
根据本发明的另一优选实施例，密封圆筒的高压侧端面被覆盖有环盖。
使用这种环形盖的优点主要在于，它允许带有半径的外壳的自由低应力设计，而不需要为高压区域密封所需的无半径支撑表面。
根据另一优选的实施例，密封圆筒靠近低压端面具有轴环，加压环搁置在该轴环远离低压端面的后侧上。
这使得能够特别是在密封圆筒的纵向轴线的方向上精确定位加压环以及同样密封圆筒本身。
在将密封圆筒插入隔爆外壳中后，加压环在轴环与隔爆外壳的台阶之间产生的挤压会使密封圆筒在第二环形间隙的方向上产生所需变形。
密封圆筒优选地由陶瓷材料、硬金属、钢(尤其是不锈钢)、青铜或塑料制成。
根据本发明，可平移和/或旋转移动的杆在充满液体介质的耐压外壳的高压空间中的布置是为了将高压空间与低压区域分开的目的，密封圆筒容纳在外壳中，其中在密封圆筒的圆周外表面与外壳的界定高压空间的内壁之间形成第一环形间隙。
杆的一段被容纳在密封圆筒内以形成第二环形间隙，从而形成动态密封，用于静态密封第一环形间隙并且用于使密封圆筒的夹套的内表面的一部分在杆的方向上变形的加压环在低压侧端面附近支承在密封圆筒的夹套的外表面上。
密封环在高压端面附近布置在密封圆筒的外表面上以用于静态密封第一环形间隙。
密封圆筒具有从其外表面延伸至其内表面的至少一个连接通道，第一环形间隙经由该连接通道与第二环形间隙流体连接。
附图说明
下文参考附图更详细地解释优选实施例。在附图中：
图1穿过杆和围绕杆的外壳的剖视图，其中密封圆筒布置在外壳中，
图2图1所示的布置的截面的剖视图，图中示意性地表示了在该布置的压力冲程中，夹套的外表面与密封圆筒的内表面处的现存压力，以及
图3在该布置的进气冲程中与图2相对应的示意图。
具体实施方式
在以下附图描述中，诸如顶、底、左、右、前、后等的术语专门指在各图中选择的密封装置、外壳、密封圆筒、杆、环形间隙、连接通道等的示例性表示和位置。不应限制性地理解这些术语，即不同的工作位置或镜像对称设计等可以改变这些引用。
在下文中，静态密封被理解为两个不相对彼此移动的主体之间的流体密封。
在下文中，动态密封被理解为两个相对彼此移动的主体之间的流体密封或将流量降动到允许水平。
图1至图3各自示出在外壳3的高压室31与低压区域8之间延伸的用于杆2的密封装置。杆2可以沿其纵向轴线L在平移方向T上平移地移动。杆2还可以旋转地移动。杆11围绕其纵向轴线L的旋转移动也是可想象的。
杆2的至少一段被可移动地安装在外壳3内。
密封圆筒4被提供用于将高压室31与低压区域8(例如在止推环11的区域中现有的)分开，该密封圆筒4被容纳在外壳3中，以便在密封圆筒4的圆周外表面42与外壳3的界定高压室31的内壁32之间形成第一环形间隙9。
图1至图3所示的止推环11还首先用于支撑杆2，并且其次用于将密封圆筒4压入外壳3中，止推环11与外壳紧紧拧在一起。
杆2穿过密封圆筒4的通道，该通道由密封圆筒4的夹套内表面41界定。密封圆筒4的内表面41的直径略大于杆2的外表面42的直径，因此杆2与密封圆筒4一起形成动态密封，也称为间隙密封。这种间隙密封的特征在于以下事实：在间隙密封的高压端处，环形间隙10中也存在高压，但在环形间隙10的低压端的方向上逐渐减小。
在EP 1 353 096 B1中在开头也提到，使用这种节流间隙会导致泄漏，为了保持泄漏尽可能地少，如图1至图3所示，在此在密封圆筒4的外夹套表面42上在低压侧端面44附近还设置了加压环5，这导致当止推环11拧到外壳3上时，密封圆筒4的内表面41的一段会在杆2的方向上变形，从而将止推环5压靠在外壳3的阶梯形肩部上。由于在杆2的纵向轴线L方向上施加的力，加压环5发生变形，并且在变形过程中，从两侧通过耐压外壳3防止膨胀，并且从第三侧(在杆2的轴向方向上垂直于力F的方向延伸)通过密封圆筒4本身防止膨胀，由加压环5产生基本上径向指向杆2的力，并且该力导致密封圆筒4的夹套的内表面41在杆2的方向上发生所需的变形。
加压环5还用于静态密封在密封圆筒4的外夹套表面42与外壳3的界定高压室31的内壁32之间的第一环形间隙9。
如图1至图3进一步所示，用于静态密封第一环形间隙9的密封环7被布置成在高压侧端面45附近搁置在密封圆筒4的外夹套表面42上。因此，该密封环7防止环形间隙9受高压室31中现存的压力的作用。
此外，密封圆筒4具有从其外表面42延伸至其内表面41的至少一个连接通道43，第一环形间隙9经由该通道与第二环形间隙10流体连接。
这允许第一环形间隙9承受在第二环形间隙10中的连接通道43的水平处存在的压力，该第二环形间隙被设计为节流间隙。
因此，预定的压力继续作用在密封圆筒4的外表面42上，以补偿第二环形间隙10中现存的压力，从而防止或至少大大减少密封圆筒4在环形间隙9、10的区域中的限制功能的变形。限制功能的变形尤其被理解为是密封圆筒4在径向方向上朝向杆2的外表面的变形，这种变形可能导致杆2被卡住。
通过加压环5和密封环7以及密封圆筒4中的连接通道43对第一环形间隙9的两侧进行密封，因此与现有技术中已知的系统相比，密封圆筒4的圆筒壳体表面的两侧上的压力平衡得到了改善，从而允许用于密封圆筒4的多种材料。
优选地在密封圆筒4的夹套的加压环5与密封环7之间的区域中引入连接通道43，连接通道43与加压环5或密封环7之间的距离为加压环5与密封环7之间距离的至少10％、优选地为至少25％。连接通道的定位具体地取决于为密封圆筒4选择的材料。
在图1至图3所示的实施例中，连接通道43大约居中地插入在低压侧端面44与高压侧端面45之间。
在密封圆筒4的同一径向平面上延伸的多个连接通道43也是可设想的。
密封圆筒4优选地由陶瓷材料、硬金属、钢(尤其是不锈钢)、青铜或塑料制成或者还由上述一种或多种材料的混合材料制成。根据材料或材料混合物或制成密封圆筒的材料的弹性模量的选择，连接通道被放置成使得防止密封圆筒4在远离加压环5的区域中变形。
图2示出在杆2的压力冲程中施加到密封圆筒4的侧表面上的压力的示例。
如上所述，作用在密封圆筒4的内表面41上的压力pi在第二环形间隙10中从高压侧向低压侧减小。
由于加压环5和密封环7对第一环形间隙9的密封作用，施加到外夹套表面42上的压力pa是恒定的，并且与在连接通道43的水平处的密封圆筒4的内夹套表面41处的压力相对应。
其结果是，与现有技术中已知的系统相比，特别是在第一环形间隙9的低压端附近，存在明显减弱的压力差，在现有技术中，即使在第一环形间隙9的低压端的区域中，仍然存在全高压侧压力。
此外，施加到壳体42的外表面的压力pa减小导致加压环5上的负荷降低。
图3示出在杆2的进气冲程中与图2相对应的布置的示意图，其中，高压侧上的压力明显降低，并且因此，密封圆筒4的夹套内表面41在第二环形间隙10中的压力pi在整个过程中几乎保持恒定，并且因此施加到密封圆筒4的夹套外表面42上的压力pa也相应地降低。
在图1至图3所示的实施例中，杆2被设计成高压系统的柱塞，在杆2的高压端处布置阀座12，该阀座优选地带有进气阀和压力阀。
为了在高压侧上引导杆2超过密封圆筒4，优选地设置套筒13，该套筒用于进一步减小充满液体介质的高压空间31。为了接收密封环7，如图1至图3所示，在密封圆筒4的高压侧端面45附近在密封圆筒4的外夹套表面42上形成环形容座47。
该环形容座47在此优选地被设计成台阶，该台阶从密封圆筒4的高压侧端面45延伸到密封圆筒4的外壳体表面42中。
此外，密封圆筒4的高压侧端面45优选地由环盖6覆盖。
附图标记列表
2杆，杆
21 护套
22 引导空间
23 高压区域
3 外壳
31 高压空间
32 内壁
33 台阶
34 台阶
35 低压面
4 密封圆筒
41 夹套的内表面
42 护套外表面
43 连接通道
44 前侧
45 前侧
46 轴环
47 环形容座
5 第一加压环
6 环盖
7 第二加压环
8 低压区域
9 第一环形间隙
10 第二环形间隙
11 止推环
12 高压喷嘴
13 套筒
14 泄漏通道
T 平移方向
X 方向
Y 方向
Z 方向
pi 第二环形间隙中的压力
pa 第一环形间隙中的压力。

Claims (9)

1.一种在耐压外壳(3)的充满液体介质的高压室(31)与低压区域(8)之间用于杆(2)的密封的密封装置，所述杆能够在所述高压室(31)中平移和/或旋转地移动，所述密封装置包括：
-密封圆筒(4)，所述密封圆筒能够容纳在所述外壳(3)中，其中在所述密封圆筒(4)的夹套外表面(42)与所述外壳(3)的界定所述高压空间(31)的内壁(32)之间形成第一环形间隙(9)，
-其中所述密封圆筒(4)的夹套内表面(41)的内径的尺寸设计成使所述杆(2)能够被所述密封圆筒包围，同时形成第二环形间隙(10)，从而形成动态密封，
-加压环(5)，所述加压环靠近低压侧端面(44)与所述密封圆筒(4)的所述外夹套表面(42)邻接，以用于静态密封所述第一环形间隙(9)，并且用于使所述密封圆筒(4)的所述内夹套表面(41)的一部分沿所述杆(2)的方向变形，
-止推环(11)，所述止推环在所述低压区域(8)中被紧固到所述外壳(3)上，并且接收所述杆(2)的部分区域，所述止推环使所述密封圆筒(4)压入所述外壳(3)中，同时将所述加压环(5)压靠在所述耐压外壳(3)的阶梯形突起上，从而形成所述密封圆筒(4)的所述夹套的所述内表面(41)的部分区域变形，
其特征在于，
-用于静态密封所述第一环形间隙(9)的密封环(7)被布置成在所述高压端面(45)附近与所述密封圆筒(4)的所述外表面(42)接触，并且
-所述密封圆筒(4)具有从其外表面(42)延伸至其内表面(41)的至少一个连接通道(43)，
-其中所述连接通道(43)的位置适于所述密封圆筒(4)的材料，以防止所述密封圆筒(4)在远离所述加压环(5)的区域中变形。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述连接通道(43)被引入所述密封圆筒(4)的所述夹套的在所述加压环(5)与所述密封环(7)之间的区域中，所述连接通道(43)与所述加压环(5)或所述密封环(7)间隔开所述加压环(5)与所述密封环(7)之间的距离的至少10％。
3.根据权利要求2的密封装置，其特征在于，所述连接通道(43)与所述加压环(5)或所述密封环(7)间隔开所述加压环(5)与所述密封环(7)之间的距离的至少25％。
4.根据前述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，靠近所述密封圆筒(4)的所述高压侧端面(45)，环形容座(47)一体式地形成在所述密封圆筒(4)的所述外夹套表面(42)上，所述密封环(7)被接收在所述环形容座中。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述环形容座(47)被设计成台阶，所述台阶从所述密封圆筒(4)的所述高压侧端面(45)延伸到所述密封圆筒(4)的所述外夹套表面(42)。
6.根据前述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，所述密封圆筒(4)的所述高压侧端面(45)由环盖(6)覆盖。
7.根据前述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，所述密封圆筒(4)在所述低压侧端面(44)附近具有轴环(46)，所述加压环(5)支承在所述轴环背离所述低压侧端面(44)的后侧上。
8.根据前述权利要求之一所述的紧固装置，其特征在于，所述密封圆筒(4)由陶瓷材料制成。
9.一种可平移和/或旋转移动的杆(2)在耐压外壳(3)的充满液体介质的高压室(31)中的布置，
-其中，为了界定所述高压空间(31)与低压区域(8)，设置有密封圆筒(4)，所述密封圆筒被容纳在所述外壳(3)中，其中在所述密封圆筒(4)的圆周外表面(42)与所述外壳(3)的界定所述高压空间(31)的内壁(32)之间形成第一环形间隙(9)，
-其中，所述杆(2)的一部分被接收到所述密封圆筒(4)中以形成第二环形间隙(10)，从而形成动态密封，
-其中，用于静态密封所述第一环形间隙(9)并且用于使所述密封圆筒(4)的夹套的内表面(41)的一部分沿所述杆(2)方向变形的加压环(5)在低压侧端面(44)附近搁置在所述密封圆筒(4)的所述外表面(42)上，
-其中，在所述低压区域(8)中，接收所述杆(2)的部分区域的压力环(11)被紧固至所述外壳(3)，并且将所述密封圆筒(4)保持压入所述外壳(3)中，同时将所述加压环(5)压靠在所述耐压外壳(3)的阶梯形突起上，
-其中，所述密封圆筒(4)的所述夹套的所述内表面(41)的一部分沿所述杆(2)的方向的变形是通过将所述止推环(11)压靠在所述外壳(3)和所述密封圆筒(4)的低压侧端面上实现的，
其特征在于，
-用于静态密封所述第一环形间隙(9)的密封环(7)在所述高压端面(45)附近被布置在所述密封圆筒(4)的所述外表面(42)上，并且
-所述密封圆筒(4)具有从其外表面(42)延伸至其内表面(41)的至少一个连接通道(43)，所述第一环形间隙(9)经由所述连接通道与所述第二环形间隙(10)流体连接，
-其中所述连接通道(43)的位置适于所述密封圆筒(4)的材料，以防止所述密封圆筒(4)在远离所述加压环(5)的区域中变形。
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