CN118043577A - 具有在滑动密封系统中作为备用的密封弹性体的非推式干式运行密封件 - Google Patents

Abstract

一种适于围绕泵的旋转轴(12)布置的机械密封组件(1)，具有第一和第二密封件(2、3)。两者都包括主环和配合环(4、5)、偏置机构(500)和环形柔性密封膜(100)。两个密封件可具有不同的密封平衡或不同的偏置力(或两者)，以允许第二密封件干式运行延长的时间。

Description

具有在滑动密封系统中作为备用的密封弹性体的非推式干式 运行密封件

技术领域

示例性实施例涉及干气密封件领域，并且特别地涉及可用作用于主密封件的抑制密封件的非推式干式运行密封件。

背景技术

有几种类型的密封件可用于在泵、压缩机、涡轮或其它旋转机器的旋转轴和固定壳体之间提供密封。一个例子是端面机械密封。这种密封包括由彼此接触的两个面形成的密封界面。在操作中，其中一个面与旋转轴一起旋转，另一个面保持在固定位置。密封面上的流体静压和流体动压可产生在两个表面之间形成的膜间隙，从而导致过度泄漏。因此，这种密封件需要定期调整，以便保持面相对于彼此的适当或轴向位置，从而在仍然保持相对无泄漏的密封的同时解决磨损问题。当然，不管这些面被如何良好地操纵，都可能发生一些泄漏。

已经考虑了各种偏置机构来提供闭合力，以自动适应磨损并将密封面推到一起。这种偏置机构包括单个和多个螺旋弹簧以及金属波纹管。本领域技术人员将认识到，总闭合力实际上是来自密封流体的液压力和由偏置机构提供的力的组合。

如果密封面彼此相对旋转而没有某种形式的润滑，则面摩擦将产生过多的热量，从而导致早期故障。为此，在旋转密封面和固定密封面之间需要某种形式的润滑。在典型的机械密封中，通过在密封面之间形成流体薄膜来保持密封面的润滑。该膜可以来自被泵送/压缩的过程流体或来自外部源。

包括两个面的一种类型的密封件是所谓的“推式密封件”。在推式密封件中，设置动态副密封件(例如O形环)以在轴(或连接到轴的元件)和相对于轴轴向移动的面之间形成密封，使得流体不能绕过面并逸出。面的轴向移动可由于摩擦而导致副密封件的磨损或撕碎。

另一种类型的密封采用旋绕的弹性体波纹管。这种类型的密封件使用弹簧加载的波纹管代替O形环，而不是O形环。这种密封件有时难以在高压操作条件下实施。

在没有流体或气体被泵送、吹送等的情况下，可以使用干式运行机械密封件。一种无润滑运行的机械密封件，包括两个限定了彼此相对旋转的面的环。

旋转环有时被称为“配合环”，因为其与旋转轴/转子配合。旋转环可以经由轴套配合到转子。固定环有时可以被称为主环，并且在操作期间不旋转。

在操作中，在初始短磨合时间期间，材料在环之间转移并且摩擦被减少。该配合环被设计成有效地耗散在环处产生的热量。与上述类似，为了允许环之间的相对轴向运动，主环通常通过诸如弹簧或其它工具的可压缩构件安装到干式运行机械密封件的静止部分。

发明内容

在一个实施例中公开了一种机械密封组件。干式运行机械密封与主密封结合使用，作为抑制密封或“备用”密封。

在一个实施例中，密封件适于围绕旋转轴布置，并且包括主环和配合环。主环可相对于旋转轴轴向位移，并且配合环可相对于旋转轴轴向固定。该密封件还包括偏置机构，其将主环推向配合环和环形柔性密封膜。

环形柔性密封膜密封流体以防止其围绕密封件流动，并且不受O形环的限制。在此使用的环形柔性密封膜不像传统弹性体那样塌陷。这可以导致在整个密封操作中，甚至在高压情况下，非接触保持恒定(或接近恒定)的密封平衡和面负载恒定。

在一个实施例中，环形柔性密封膜包括至少部分地设置在偏置机构和主环之间的凸缘部分、可相对于轴轴向固定的同轴部分以及定位在第一凸缘部分的径向向内范围内且将第一凸缘部分连接到第一同轴部分的柔性连接部分。

如下面更充分地讨论的，在一些情况下，主密封件是任何类型的旋转密封件，其可围绕旋转轴(例如，泵的旋转轴)形成密封，并且包括可相对于彼此旋转且利用液体来润滑的两个面/环。

此外，在一个实施例中，环形柔性密封膜的同轴部分和柔性连接部分的一些或全部由环形短管套筒支撑。这防止或减少了环形柔性密封膜的任何塌陷，并将抑制密封件保持在操作有利的状态，而与主密封件的压力或操作条件无关。当然，短管套筒可以用支撑环形柔性密封膜的另一元件来代替。

当抑制密封件在低于正常润滑(例如，仅穿过主密封件的润滑)的情况下操作时，与主密封件相比，抑制密封件可具有高达14％的较低密封平衡(在一个实施例中为4-14％)中的一者或两者，且具有带有至多10％的面弹簧压力的轻负载弹簧以减少界面处产生的热，从而改进密封件寿命。

在一个实施例中，主环可由包括一些石墨的碳制成(以减少摩擦，并因此减少热量产生)。配合环可以由碳化硅制成。

在一个实施例中，公开了一种适于围绕泵的旋转轴布置的机械密封组件。密封组件包括第一密封件和第二密封件。第一密封件包括：第一主环和第一配合环，所述第一主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第一配合环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；第一偏置机构，其将第一主环推向第一配合环，第一偏置装置提供第一偏置力；以及第一环形柔性密封膜。膜可以是本文公开的任何膜。在一个实施例中，所述膜包括：第一凸缘部分，所述第一凸缘部分至少部分地设置在所述第一偏置机构与所述第一主环之间；第一同轴部分，其可相对于所述轴轴向固定；以及第一柔性连接部分，其定位在第一凸缘部分的径向向内范围内，并且将第一凸缘部分连接到第一同轴部分。在操作中，第一偏置装置通过第一凸缘部分将第一偏置力施加到第一主环，以朝向第一配合环推动第一主环。

在该实施例中，第二密封件与抑制腔流体连通，并且包括：第二主环和第二配合环，所述第二主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第二配合环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；第二偏置机构，其将第二主环推向第二配合环，第二偏置装置提供第二偏置力；以及第二环形柔性膜，其包括：第二凸缘部分，所述第二凸缘部分至少部分地设置在所述第二偏置机构与所述第二主环之间；第二同轴部分，其可相对于所述轴轴向固定；以及第二柔性连接部分，其定位在第二凸缘部分的径向向内范围内，并且将第二凸缘部分连接到第二同轴部分。在操作中，第二偏置装置通过第二凸缘部分将第二偏置力施加到第一主环，以朝向第二配合环推动第二主环。在该实施例中，其中第二偏置力小于第一偏置力的10％。

在任何前述的实施例中，第二密封件可具有比第一密封件低至多14％的密封平衡。

在任何前述的实施例中，第二密封件可具有比第一密封件低4％至14％的密封件平衡。

在任何前述实施例中，第一密封件和第二密封件设置在筒中。

在任何前述实施例中，所述筒至少部分地设置在所述泵中。

在任何前述实施例中，第二密封件和第一密封件在筒内流体连通。

在任何前述实施例中，所述第二同轴部分能够以所述密封组合件的所述平衡直径内的直径布置。

在任何前述实施例中，在操作中，旋转轴相对于第二偏置机构的轴向平移促使第二凸缘部分相对于第二同轴部分轴向向内和径向向内位移。

在任何前述实施例中，在操作中，旋转轴相对于第二偏置机构的轴向平移促使第二凸缘部分相对于第二同轴部分轴向向外和径向向外移位。

还公开了适于围绕泵的旋转轴布置的机械密封组件。在该实施例中的密封件可包括如上布置的第一密封件和第二密封件。在该第二实施例中，其中第二密封件具有比第一密封件低最多14％的密封平衡。

在第二实施例的组件中，第二密封件可具有比第一密封件低4％至14％的密封平衡。

在第二实施例的组件中，第一和第二密封件设置在筒中。

在第二实施例的组件中，筒至少部分地设置在泵中。

在第二实施例的组件中，第二密封件与筒内的第一密封件流体连通。

在第二实施例的组件中，第二同轴部分能够以密封组件的平衡直径内的直径布置。

通过本发明的技术实现了额外的技术特征和益处。本发明的实施例和方面在本文中详细描述，并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，参考详细描述和附图。

附图说明

在说明书的结尾处的权利要求中特别指出并清楚地要求了本文描述的专有权的细节。从下面结合附图的详细描述中，本发明的实施例的前述和其它特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是描绘包括两个密封件的密封组件的一部分的截面图，所述两个密封件包括形成为接触O形环推式密封件的主密封件和形成为包括不可收缩的柔性密封膜的非推式密封件的第二或抑制密封件；

图2是描绘根据一个实施例的包括不可收缩的柔性密封膜的密封组件的一部分的截面图；

图3是描绘根据一个实施例的图2的密封组件的细节的截面图；

图4A和4B示出了当轴运动时图2和3的密封组件的一部分的横截面；

图5是描绘图2和图3的密封组合件的一部分的横截面图；以及

图6是描绘包括两个密封件的密封组件的一部分的截面图，这两个密封件包括第一或主密封件和第二或抑制密封件，这两个密封件都形成为包括不可收缩的柔性密封膜的非推式密封件。

这里描绘的图是说明性的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以对其中描绘的图或操作进行许多变化。例如，可以以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。此外，术语“联接”、“连接”及其变型描述了在两个元件之间具有用于流体的路径，并且不暗示元件之间的直接连接，而在它们之间没有中间元件/连接。然而，如果在权利要求中明确地指出，则所有连接或联接可以是直接的，并且这样的连接/连接的所有实例可以包括连接/联接(或类似术语)是直接的描述。所有这些变化都被认为是说明书的一部分。

具体实施方式

参考附图，通过举例而非限制的方式，在此呈现了所公开的装置和方法的一个或多个实施例的详细描述。

现在转到与本发明的方面更具体相关的技术的概述，公开了该密封件，其可用于包括旋转轴的任何机器或作为这种机器中的备用。这种机器的例子包括泵、混合器、搅拌机、搅动器、压缩机、鼓风机、风扇等。

主密封件可以是任何类型的旋转密封件，其可以围绕旋转轴产生密封，并且包括可相对于彼此旋转并且利用液体进行润滑的两个面/环。在一些情况下，在环之间泄漏的润滑剂用于润滑备用/抑制密封件。

润滑剂可以从主密封件导入接触的抑制密封件，并将使该密封件的主环和配合环的面滑动，并用作长期运行的备用装置

现在参考图1，示出了根据一个实施例的机械密封组件1的实施例。机械密封组件包括第一和第二密封件2、3。如图所示，第一密封件2被布置成使得其位于图1的第二密封件3的内侧。术语第一和第二可以分别用术语主和抑制或备用来代替。应当理解，包括第一和第二密封件可以彼此相同或相似的情况。例如，在图1中，第一密封件2可以被称为主密封件，而第二密封件2被称为抑制密封件。在一些情况下，第二密封件可单独使用，并且在这种情况下可被称为第一密封件。

返回参考图1，所示组件1具有示出为O形环类型的推式密封件的主密封件2和示出为包括环形柔性密封膜100的密封件的抑制密封件3。当然，第一密封件2也可以包括环形柔性密封膜(例如，参见下面的图8)。

图1的组件1(以及本文所示的所有其它密封件组件或单独的密封件)可以是独立式组件，或者可以被组装和插入到形成在旋转机器中的孔6中，使得其围绕该机器的旋转轴12。为了简单起见，仅示出了机器的环形壳体18，但这将用作任何机器类型的图示。

组件1将液体密封在诸如泵送或处理腔室的腔室7中。例如，在一个实施例中，腔室7包括液体处理。在此，密封组件1可在密封组件1的内侧范围处提供用于腔室7的相对于周围环境16的密封。

所示的主密封件2包括两个环4、5，这两个环具有在操作中相对于彼此旋转的相对的面8、9。尽管下面将给出进一步的解释，图1中的主密封件2特别是根据典型的O形环推式密封件来操作，并且通常作为润滑的机械密封件。这样，当表面相对于彼此旋转时，在表面之间形成液膜。液体从腔室7接收，如通常保持在面4/5相接的位置的内侧60。如上所述，一些液体将润滑这些面，并且所有这些密封件在操作期间少量液体可在这些面之间通过(泄漏)。

抑制密封件3与主密封件2的外侧62流体连通。图1中未标记的箭头示出了穿过主密封件2的流体(气体或液体)的路径(例如，外侧62上和组件1内的气体/液体的路径)。如图所示，主密封件2和抑制密封件3布置成使得抑制腔63限定在它们之间。通常，抑制腔63在低压下工作，在密封面30'、36'处存在少量液体。来自主密封件2的常规泄漏通过排放口90排出或以其它方式排出。然而，如果主密封件2失效，则液体到达密封面30'、36'。由于现在在泵送液体压力条件下操作，并且具有液体润滑密封面30'、36'，所以抑制密封件3防止泵送液体到达大气16。

在这种正常操作条件下，如果施加典型的力和平衡，则密封装置的表面将退化，并且密封装置可能“烧毁”。当抑制密封件3在低于正常润滑(例如，仅通过主密封件的润滑)的情况下操作时，与主抑制密封件1相比，抑制密封件3可具有高达14％的较低密封平衡(在一个实施例中为4-14％)中的一个或两个，并且具有带有至多10％的面弹簧压力的轻负载弹簧，以减少在界面处产生的热，从而提高密封件寿命。此外，为了在低润滑的情况下促进滑动，主环36可由包括一些石墨的碳制成(以减少摩擦，并因此减少热量产生)。配合环30可由例如碳化硅制成。

实际上，已经发现，使用如此构造的密封件的干运行能力可以提供比提供具有类似于主密封件2的接触密封面(例如，液体润滑的)的另一密封件更可靠的备用。这是由于这样的事实，即，在主密封件失效的情况下，这种抑制密封件可以以与主密封件2类似的速率磨损，从而带来其作为主密封件的备用的性能。

在上述示例中，在正常操作期间，主密封件2的外侧62中的压力相对较低(例如，大约40PSI)。然而，在主密封件失效的情况下，该压力会迅速增加。

一种类型的干式运行密封件是所谓的“回旋弹性体”密封件。然而，在高压下，弹性体可能塌陷(或至少径向地向内/向外移动)，并且因此，当主塌陷时影响这种密封件的性能或可预测性。

此外，管道泵具有高的往复轴运动。如果使用O形环推式密封件，已经发现O形环会磨损或以其它方式劣化并导致密封失效。因此，这种密封作为备用密封可能是不可靠的。

抑制密封件3可以是包括不可折叠波纹管的干式运行非接触密封件。在图1中，不可收缩的波纹管被示为环形柔性密封膜100。环形柔性密封膜100是不可收缩的，并且可以例如由短管套筒200支撑。如下面更充分地描述的，因为环形柔性密封膜100没有相对于短管套筒200的相对运动，所以它不像传统的O形环那样磨损。

在此情况下(如下面更充分地示出的)，抑制密封件3包括主环36和配合环30。主环36可相对于旋转轴12轴向移动，配合环30可相对于旋转轴12轴向固定。在一个实施例中，主环36可由如上所述的包括一些石墨的碳制成，配合环30可由例如碳化硅制成。

偏置机构500(例如弹簧)将主环36推向配合环30。图1中所示且在下面进一步讨论的环形柔性密封膜100包括至少部分地设置在偏置机构500和主环36之间的凸缘部分102、可相对于轴12轴向固定的同轴部分104以及将凸缘部分102连接到同轴部分104的柔性连接部分106。环形柔性密封膜100的进一步细节在下面提供。

在主密封件2失效的情况下，液体将存在于主密封件2的外侧62上(即，抑制腔63将填充有液体)。在这种情况下，偏置机构500将迫使面36'、30'在一起，并且副密封件3将作为接触密封件操作。

如图所示，密封组件1设置在形成于环形壳体18中的孔6中。更详细地，环形套筒构件22固定地附接到轴12并与其一起旋转。在图1所示的例子中，关于主密封件2，第一或主环4承载在环形套筒22上，第二或配合环5由承载环92承载，该承载环在操作中可固定地附接到环形壳体18。在该例子中，主或第一密封偏置机构将主密封件的主环4和副环5推在一起。特别地，主密封偏置机构或第一密封偏置机构连接到主环4并将其推向配合环5。当然，在不背离本文教导的情况下，该构造可以颠倒。

密封承载件94承载着副密封件的主环36以及短管套筒200、偏置机构500和环形柔性密封膜100。密封壳体94可称为压盖板，并且可与下述压盖板20相同或相似。与主环4类似，抑制密封件3的配合环30由环形套筒22承载并与其一起旋转。在该实施例和其它实施例中，抑制密封件托架94和托架环92可以连接在一起以形成筒。在本实施例和其它实施例中，如此形成的筒可连接到环形壳体18。在一些情况下，筒可以包括将密封承载件94连接到环形套筒部件22的端板17。在一个实施例中，筒可以限定抑制腔23。

现在将描述包括环形柔性密封膜100的密封件的更详细的示例。该描述将包括这种密封件的一种形式，即，尽管它可以具有与图1的抑制密封件3不同的外观的主环和配合环，但是相同的原理适用。然而，应当注意，图1的抑制密封件3不包括抗挤压环。这并不意味着这种装置不能包括在图1的抑制密封件3中，而是可以省略。这是真实的，因为在正常操作期间，图1的抑制密封件3在相对低的压力下操作，并且假设如果主密封件2失效(例如，当出现在抑制密封件3上的压力增加时)，泵或其它机器将关闭。在一个实施例中，仅抑制密封件如现在描述的那样布置和构造。在另一个实施例中，主密封件和抑制密封件都可以如此布置和构造。

图2和3是(分别)描绘了根据本公开的实施例的密封组件10的一部分的宽的和详细的截面图，该密封组件包括与旋转轴设备的物件结合描绘的柔性的、不可收缩的密封膜100，该旋转轴设备诸如泵、混合器、搅拌机、搅拌器、压缩机、鼓风机、风扇等。

如对于这种类型的密封组件所常见的，密封组件10可密封旋转轴设备的物件的旋转的轴向延伸的轴12。密封组件10可在密封组件10相对于周围环境16的内侧范围为处理腔室14提供密封。再次参照图1，本领域技术人员将认识到，处理腔室14可以是腔室7(在仅提供一个密封的情况下)或图1中所述的抑制腔63。

密封组件10可与轴12同轴地设置在由与轴12同轴的环形壳体18限定的孔中。密封组件10的各种固定(或非旋转)部件可以可操作地联接到壳体18或压盖板20，该压盖板又可操作地连接到壳体18。

各种旋转部件可以可操作地联接到轴12，以便与其一起旋转。环形套筒构件22固定到轴12上以随其旋转。环形凸缘结构26在其邻近处理腔室14的端部处从套筒构件22径向向外延伸。多个环形间隔的销24可以轴向延伸穿过套筒凸缘26中的孔。

轴向固定的密封环30(或配合环)安装在套筒凸缘26的远离处理腔室14的表面上，以与其一起旋转。环形O形环32在套筒部件22和轴向固定的密封环30之间提供弹性副密封。在实施例中，可以存在更多或更少的副密封O形环。轴向固定密封环30包括外侧密封面50。

轴向可移动的密封环36(或主环)布置在外侧，并与轴向固定的密封环30相邻。轴向可移动的密封环36包括内侧密封面52。内侧密封面52邻接外侧密封面50。密封面50、52可对应于图1中的密封面30'、36'。

虽然如所描绘和描述的，轴向可移动的密封环36是静止的，而轴向固定的密封环30是可旋转的，但是在实施例中，相对轴向移动可由旋转的或静止的密封环提供。

当用作主密封件或单密封件时，可选的通道40可被限定在壳体18和/或压盖板20内，以向密封面50和52提供密封润滑剂(未示出)。当用作抑制密封件时，该通道可以是诸如上述通风口90的通风口。

环形波纹管或密封膜100可具有大致L形的横截面，包括大致径向向外延伸的第一凸缘部分102和大致轴向向外延伸的第二同轴部分104。凸缘部分102和同轴部分104可以通过柔性连接部分106可操作地联接。凸缘部分102的内侧面可以邻接轴向可移动的密封环36的外侧面，从而产生压力紧密密封。同轴部分104基本上或完全在密封件的平衡直径的径向内侧，其中密封件两侧的压差最大。柔性连接部分106可在径向内侧处具有倾斜小面108，并且在径向外侧处具有凸缘部分102和同轴部分104之间的连接角θ。在实施例中，角度θ可以是大约九十度，但是也可以使用其它角度。柔性连接部分106可以具有比凸缘部分102或同轴部分104更薄的横截面，以便能够伸展和压缩。

倾斜小面108可以终止于柔性连接部分106的径向向内范围处的角部110。小面108可以相对于轴向轴线具有在大约100°到大约150°之间的角度密封构件100是不可收缩的，并且可以包括柔性材料。示例性的柔性材料包括弹性体，例如丁腈橡胶、氟弹性体和乙丙橡胶，但是也可以使用其它材料。

同轴部分104可通过环形带300固定到环形短管套筒200。短管套筒200具有第一外径D1、第二外径D2和将第一外径连接到第二外径的倾斜表面112。D2大于D1。短管套筒200的径向向外指向的面(D1、倾斜表面112和D2)可分别邻接同轴部分104、小面108和轴向可移动的密封环36。这样，如果发生压力峰值，短管套筒200为环形柔性密封膜200提供刚性支撑，使得其不会以如上所述的回旋弹性体的方式塌陷。

短管套筒200可具有凹槽202以接收卡环204，从而相对于托架504(下面讨论)轴向定位短管套筒。托架504可例如附接到图1的抑制密封件托架94。在实施例中，短管套筒200可通过卡环204、液压或与托架504(下文论述)或密封组件10的其它构件的干涉配合而径向定位。在实施例中，短管套筒200、带300和卡环204可包括钢或不锈钢。

环形抗挤压环400可存在于轴向可移动的密封环36的环形槽中，并邻接轴向可移动的密封环36、短管套筒200和密封构件100。环形抗挤压环400可包括比密封膜100更硬的弹性体，例如硬度为50至55(肖氏D)的碳填充聚四氟乙烯(PTFE)。因为在密封件的平衡直径处最可能发生挤压，所以抗挤压环400的内径可布置在密封件的平衡直径处。如上所述，在一些实施例中，可以省略该环。这种实施例的一个例子在图1中由抑制密封件3示出。

偏置机构500可以邻接凸缘部分102。偏置机构500可包括可轴向移动的环形保持器502、轴向固定的托架504以及横跨在它们之间的一个或多个偏置构件506。保持器502可以布置成靠近凸缘部分102。保持器504可以具有在凸缘部分102的外径外侧轴向向内延伸的突起508。突起508可以与凸缘部分102的外表面径向间隔开。托架504可通过一个或多个销510轴向地且旋转地固定到密封盘20，但也可使用其它固定机构。偏置构件506可包括一个或多个径向间隔开的弹簧，但也可使用本领域已知的其它偏置机构。在实施例中，保持器502和托架504中的一个或两个可包括适于容纳每个偏置构件506的至少一部分的孔，使得偏置构件506部分地位于保持器502和托架504内。

本领域普通技术人员将理解，图2和3中所示的布置包括在其它密封组件实施例中可以改变或去除的部件。另外，更多或更少的部件可结合在根据本公开的密封组件的其它实施例中。

在操作中，轴12的旋转可驱动套筒构件22和轴向固定的密封环30相对于轴向可移动的密封环36旋转。如果用作主密封件，则可从腔室14或通过可选的通道40向密封件10提供密封润滑剂，以润滑密封密封面50和52，并在密封面50和52上产生压力梯度。

由密封面50和52的相对旋转产生的压力梯度和液压压力可产生打开力，从而从轴向固定的密封环30轴向向外推动轴向可移动的密封环36。类似地，可由偏置机构500提供闭合力，从而朝着轴向固定的密封环30向内推动轴向可移动的密封环36。

本领域普通技术人员将理解，密封面界面处的闭合力可由闭合面积(AC)、开口面积(AO)、固定环面的外径(OD)、固定环面的内径(ID)和平衡直径(BD)来计算，如下详述：

其中

凸缘部分102可基于相对的闭合力和打开力以及轴本身的轴向平移而轴向和径向地移动，使得施加到轴向可移动的密封环36的闭合力是恒定的，而与凸缘部分102的位置无关。

图4A和4B是密封组件的实施例的详细视图，其中可以看到轴向运动对密封膜100的一些影响。轴的轴向向外平移可以通过套筒22、轴向固定环30和轴向可移动密封环36传递到凸缘部分102。这种运动可以使凸缘部分102稍微压缩并以一定角度变形，防止密封界面处的打开和闭合力的任何变化。特别地，如图所示，轴向可移动的密封环36的轴向外侧平移可将打开力传递到凸缘部分102，从而导致凸缘部分102轴向向外且径向向外远离短管套筒200平移，如图4A所示。相反地，轴12的轴向向内平移可减轻凸缘部分102上的压力，从而使凸缘部分102能够抵靠着短管套筒200轴向向内且径向向内平移。密封膜和短管套筒200之间的这种接触可以进一步使泄漏最小化。

密封面50和52上的高压力梯度可促进短管套筒200和轴向可移动密封环36之间的柔性密封膜100的部分挤压。这可被抗挤压环400的较硬材料所抵抗。

在密封件的寿命期间，密封面50和52将相对于彼此磨损。因为在密封件的寿命期间，密封膜100可以向内、朝向腔室14移动，以及向外、远离腔室14移动，所以它可以帮助保持适当的密封间隙。液压可以防止轴向可移动的密封环36接触轴向固定的密封环30，同时密封膜100的凸缘部分102向内移动。液压压力可以将其它部件例如短管套筒200保持在适当位置。此外，因为同轴部分104低于密封件的平衡直径，所以施加到同轴部分104的液压压力将不会影响闭合力或平衡直径本身。当没有液压压力存在时，偏置机构500可用于设定密封件的工作高度，并将密封膜100的凸缘部分102压靠在轴向可移动的密封环36的端部(相对于处理腔室的远端，以及与密封面52相对)上(形成密封)。因为垂直力不被密封膜100的轴向运动改变，并且在密封面50和52的界面处的闭合力不受影响。在此，第二密封件3的弹簧机构可以是由第一密封件2中的弹簧机构提供的弹簧压力的1％至最多10％。

凸缘部分102和保持器502的最大轴向外侧平移可由在保持器502的外侧面和承载件504的内侧面之间提供的间隙限定，或者由偏置构件506的压缩极限限定。在实施例中，凸缘部分102的平移可被限制以防止密封构件100在连接部分106处的聚束、折叠或其它塌陷。在一个实施例中，凸缘部分102的平移可被限制成保持角度θ或

此外，因为凸缘部分102通过轴向可移动的密封环36和保持器502保持在径向延伸的方位，同轴部分104通过短管套筒200和带300保持在轴向延伸的方位，所以密封构件100是不可收缩的。

如图5所示，凸缘部分102和密封膜100的同轴部分104之间的角度θ提供了对作用在短管套筒200和轴向可移动的密封环36上的力的方向控制。当凸缘部分102处于密封件的平衡直径处的压力下时，同轴部分104允许凸缘部分102和连接部分106具有柔性。

现在参考图6，示出了另一实施例。在该实施例中，示出了密封组件800，其包括2个密封件，这两个密封件都包括环形柔性密封膜。在该实施例中的主密封件802与上面关于图2-5所述的密封件基本相同，并且包括可选的挤压环400。副密封件3与图1中的上述副密封件相同。

如图8所示，密封组件800适于围绕旋转轴12布置。该轴可以是泵或任何其它类型的旋转机械的轴。组件800包括第一或主密封件802和第二或抑制密封件3。第一密封件802包括第一主环136和第一配合环130，其分别包括密封面152、150。第一主环136可相对于旋转轴12轴向移动，并且第一配合环130可相对于旋转轴12轴向固定。

主密封件802包括第一偏置机构1500，其将第一主环136推向第一配合环150。主密封件802还包括第一环形柔性密封膜1100，其具有至少部分地设置在第一偏置机构1500和第一主环136之间的第一凸缘部分1102、可相对于轴12轴向固定的第一同轴部分1104、以及定位在第一凸缘部分1102的径向向内范围内且将第一凸缘部分1102连接到第一同轴部分1104的第一柔性连接部分106。在操作中，其中在操作中，在第一主环136和第一配合环130之间形成液膜。在一个实施例中，膜由腔室7中的液体形成，在一个实施例中，腔室7可以在泵中。

抑制密封件3的操作如上文关于图1所述，并对其进行参考。在一个实施例中，抑制密封件可被称为第二密封件，并与抑制腔63流体连通。该第二密封件3包括第二主环36和第二配合环30。第二主环36可相对于旋转轴12轴向移动，第二配合环30可相对于旋转轴12轴向固定。第二密封件3还包括第二偏置机构500，其将第二主环36推向第二配合环30。第二主环36包括面36'，第二配合环包括面30'。环可由如上所述的材料制成，并且由图6中的偏置机构提供的闭合力的比率也可如上所述。

第二密封件包括第二环形柔性密封膜100，其包括：第二凸缘部分102，其至少部分地设置在第二偏置机构500和第二主环36之间；第二同轴部分104，其可相对于轴12轴向固定；以及第二柔性连接部分106，其定位在第二凸缘部分102的径向向内范围内，并且将第二凸缘部分102连接到第二同轴部分104上。

如图所示，类似于上述图1，密封组件800设置在形成于环形壳体18中的孔6中。更详细地，环形套筒构件22固定地附接到轴12并与其一起旋转。在图8所示的示例中，关于主密封件802，第一或主环136承载在环形套筒22上，第二或配合环130由承载环92承载，该承载环在操作中可固定地附接到环形壳体18。

如上所述，密封承载件94承载着副密封件3的主环36以及短管200、偏置机构500和环形柔性密封膜100。

在该实施例和其它实施例中，抑制密封载体94和载体环92可连接在一起以形成筒。在本实施例和其它实施例中，如此形成的筒可连接到环形壳体18。在一些情况下，筒可以包括将密封承载件94连接到环形套筒部件22的端板17。在一个实施例中，滤芯可以限定抑制腔23。

在此参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不偏离本发明的范围的情况下，可以设计本发明的替代实施例。在以下描述和附图中，在元件之间阐述了各种连接和位置关系(例如，上方、下方、相邻等)。除非另有说明，这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不旨在在这方面进行限制。因此，实体的联接可以指直接或间接联接，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接位置关系。此外，本文所述的各种任务和过程步骤可并入具有本文未详细描述的额外步骤或功能性的更综合程序或过程中。

术语“约”旨在包括与基于提交本申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差度。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，且不希望限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其群组的存在或添加。

尽管已经参考示例性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，本公开并不限于作为实施本公开的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种机械密封组件，其适于围绕泵的旋转轴布置，所述密封组件包括：

第一密封件，其包括：

第一主环和第一配合环，所述第一主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第一配合环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；

第一偏置机构，其将第一主环推向第一配合环，第一偏置装置提供第一偏置力；以及

第一环形柔性密封膜，其包括：

第一凸缘部分，所述第一凸缘部分至少部分地设置在所述第一偏置机构与所述第一主环之间；

第一同轴部分，其能够相对于所述轴轴向固定；以及

第一柔性连接部分，所述第一柔性连接部分定位在所述第一凸缘部分的径向向内范围内并且将所述第一凸缘部分连接到所述第一同轴部分；

其中，在操作中，所述第一偏置装置通过所述第一凸缘部分将所述第一偏置力施加到所述第一主环，以朝向所述第一配合环推动所述第一主环；以及

与抑制腔流体连通的第二密封件，所述第二密封件包括：

第二主环和第二配合环，所述第二主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第二配合环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；

第二偏置机构，其将第二主环推向第二配合环，第二偏置装置提供第二偏置力；以及

第二环形柔性密封膜，其包括：

第二凸缘部分，所述第二凸缘部分至少部分地设置在所述第二偏置机构与所述第二主环之间；

第二同轴部分，其能够相对于所述轴轴向固定；以及

第二柔性连接部分，所述第二柔性连接部分定位在所述第二凸缘部分的径向向内范围内并且将所述第二凸缘部分连接到所述第二同轴部分；

其中，在操作中，所述第二偏置装置通过所述第二凸缘部分将所述第二偏置力施加到所述第一主环，以朝向所述第二配合环推动所述第二主环；

其中所述第二偏置力小于所述第一偏置力的10％。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二密封件具有比所述第一密封件低至多14％的密封平衡。

3.根据权利要求2所述的组件，其中所述第二密封件比所述第一密封件低4％至14％的密封平衡。

4.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一密封件和所述第二密封件设置在筒中。

5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述筒至少部分地设置在所述泵中。

6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述第二密封件与所述第一密封件在所述筒内流体连通。

7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二同轴部分能够以所述密封组件的平衡直径内的直径布置。

8.根据权利要求1所述的组件，其中，在操作中，所述旋转轴相对于所述第二偏置机构的轴向平移促使所述第二凸缘部分相对于所述第二同轴部分轴向向内和径向向内移位。

9.根据权利要求1所述的组件，其中，在操作中，所述旋转轴相对于所述第二偏置机构的轴向平移促使所述第二凸缘部分相对于所述第二同轴部分轴向向外和径向向外位移。

10.一种机械密封组件，其适于围绕泵的旋转轴布置，所述密封组件包括：

第一密封件，其包括：

第一主环和第一配合环，所述第一主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第一配合环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；

第一偏置机构，其将第一主环推向第一配合环，第一偏置装置提供第一偏置力；以及

第一环形柔性密封膜，其包括：

第一凸缘部分，所述第一凸缘部分至少部分地设置在所述第一偏置机构与所述第一主环之间；

第一同轴部分，其能够相对于所述轴轴向固定；以及

第一柔性连接部分，所述第一柔性连接部分定位在所述第一凸缘部分的径向向内范围内并且将所述第一凸缘部分连接到所述第一同轴部分；

其中，在操作中，所述第一偏置装置通过所述第一凸缘部分将所述第一偏置力施加到所述第一主环，以朝向所述第一配合环推动所述第一主环；以及

与抑制腔流体连通的第二密封件，所述第二密封件包括：

第二主环和第二配合环，所述第二主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第二配合环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；

第二偏置机构，其将第二主环推向第二配合环，第二偏置装置提供第二偏置力；以及

第二环形柔性密封膜，其包括：

第二凸缘部分，所述第二凸缘部分至少部分地设置在所述第二偏置机构与所述第二主环之间；

第二同轴部分，其能够相对于所述轴轴向固定；以及

第二柔性连接部分，所述第二柔性连接部分定位在所述第二凸缘部分的径向向内范围内并且将所述第二凸缘部分连接到所述第二同轴部分；

其中，在操作中，所述第二偏置装置通过所述第二凸缘部分将所述第二偏置力施加到所述第一主环，以朝向所述第二配合环推动所述第二主环；

其中所述第二密封件具有比所述第一密封件低至多14％的密封平衡。

11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述第二密封件具有比所述第一密封件低4％至14％的密封平衡。

12.根据权利要求10所述的组件，其中，所述第一密封件和所述第二密封件设置在筒中。

13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述筒至少部分地设置在所述泵中。

14.根据权利要求13所述的组件，其中，所述第二密封件与所述第一密封件在所述筒内流体连通。

15.根据权利要求10所述的组件，其中，所述第二同轴部分能够以所述密封组件的平衡直径内的直径布置。