CN118401773A - 具有无间隙弹簧的密封件及其制造和使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种密封件，包括夹套，该夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与该中心轴线同心的该环形主体中的凹部，其中该夹套包含至少30重量％的PTFE和至少10重量％的填充材料，并且其中该填充材料包括含硼材料、含氮材料、含钛材料、含硅材料、碳纤维、玻璃纤维或它们的组合；以及增能元件，该增能元件设置在该凹部中，其中该增能元件包括无间隙弹簧。
Description
技术领域
本公开涉及密封件。
背景技术
密封件通常用于防止在两个部件(例如，类似轴和孔口的内部部件和外部部件)之间的环形空间内发生泄漏。密封件可以定位在轴与孔口之间，以保持不同的流体压力或在密封件的相对侧上分离不同的流体组分。传统的密封件通常在长时间暴露于温度和压力时失效。行业(诸如与高性能发动机相关联的那些行业)持续要求密封件能够长时间承受不同的温度和压力条件，同时保持有效的密封特性(诸如泄漏率)。
附图说明
实施方案通过示例的方式示出，并且不旨在限于附图。
图1A包括根据一个实施方案的组件中的密封件的横截面视图。
图1B包括根据一个实施方案的密封件的横截面视图。
图1C包括根据一个实施方案的组件中的密封件的横截面视图。
图1D包括根据一个实施方案的组件中的密封件的横截面视图。
图2A包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
图2B包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
图2C包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
图2D包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
图2E包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
图2F包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
图2G包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
图2H包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
图2I包括根据一个实施方案的用于密封件的增能器的横截面视图。
发明内容
根据本文所述的实施方案的密封件通常可包括限定凹部的夹套和设置在凹部中的增能元件。在某些实施方案中，夹套可包含均质组合物，该均质组合物包含例如至少30重量％的聚合物材料和至少10重量％的填充材料。填充材料可以嵌入聚合物材料内，从而增强夹套的一个或多个属性。在具体实施方案中，填充材料可包括含硼材料、含氮材料、含钛材料、含硅材料、碳纤维、玻璃纤维或它们的组合。增能元件可包括无间隙弹簧。
根据本文所述的实施方案的密封件通常可包括：夹套，该夹套包括具有中心轴线的环形主体和限定延伸到与该中心轴线同心的环形主体中的凹部的外表面；和设置在该凹部中的增能元件，其中该密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试1在330℃与400℃之间循环至少15分钟之后低于400℃所测量的。
根据本文所述的实施方案的密封件通常可包括：夹套，该夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与该中心轴线同心的环形主体中的凹部；和设置在该凹部中的增能元件，其中该密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试2在密封件已经在高于330℃循环至少200小时之后低于300℃所测量的。
根据本文所述的实施方案的密封件通常可包括：夹套，该夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与该中心轴线同心的环形主体中的凹部；和设置在该凹部中的增能元件，其中该密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试2在密封件已经在高于360℃循环至少2小时之后低于300℃所测量的。
根据本文所述的实施方案的密封件通常可包括：夹套，该夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与该中心轴线同心的环形主体中的凹部；和设置在该凹部中的增能元件，其中该密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试3在密封件已经处于高于360℃至少2小时的条件下之后低于300℃所测量的。
具体实施方式
提供以下结合附图的描述以帮助理解本文所公开的教导内容。以下讨论将集中于教导内容的具体实施方式和实施方案。提供该焦点以帮助描述教导内容，并且不应将其解释为对教导内容的范围或适用性的限制。然而，基于如本申请中公开的教导内容，可以使用其他实施方案。
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”是指包含性的或，而不是排他性的或。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素和组分。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。例如，当在本文中描述单个项目时，可以使用多于一个项目来代替单个项目。类似地，在本文中描述多于一个项目的情况下，单个项目可替代该多于一个项目。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。材料、方法和示例仅是示例性的，而不旨在是限制性的。就本文未描述的程度而言，关于具体材料和处理动作的许多细节是常规的，并且可在密封领域内的教科书和其他来源中找到。
图1A包括根据一个实施方案的组件中的密封件的横截面视图。参见图1A，密封件100通常可包括夹套102和增能元件104。夹套102可包括限定凹部110的指状部106和108。在一个实施方案中，指状部106和108可以是直线的并且可以是关于线112对称的，使得凹部110也是对称的。增能元件104可以设置在凹部110内，诸如部分地设置在凹部110中或完全设置在凹部110中。在一个实施方案中，指状部106和108中的至少一者可包括朝向凹部110延伸的远侧凸缘112。远侧凸缘112可防止增能元件104从凹部110移出。
图1B包括根据一个实施方案的密封件的横截面视图。参见图1B，密封件100通常可包括夹套102和增能元件104。夹套102可包括限定凹部110的指状部106和108。在一个实施方案中，指状部106和108可以是弧形的并且可以是关于线112对称的，使得凹部110也是对称的。增能元件104可以设置在凹部110内，诸如部分地设置在凹部110中或完全设置在凹部110中。在一个实施方案中，指状部106和108中的至少一者可包括朝向凹部110延伸的远侧凸缘112。远侧凸缘112可防止增能元件104从凹部110移出。
增能元件104可包括适于在至少一个向外取向的方向上(诸如朝向指状部106和108中的至少一者)提供向外偏置力的主体。在一个实施方案中，增能元件104可由弹簧组成，例如螺旋弹簧或具有O形截面轮廓的主体。在另一个实施方案中，增能元件104可以具有选自D形、U形、V形或C形的截面轮廓。如图1A所示，增能元件104可以是U形。如图1B所示，增能元件104可以是C形。在一个具体实施方案中，增能元件104可以具有悬臂式轮廓，其中增能元件104的表面以邻近指状部106或108中的至少一者的方式延伸。增能元件104的悬臂式部分可以向外偏置指状部106和108使其彼此分开。
在一个具体实例中，增能元件104可以具有包裹式设计。例如，增能元件104的内部部分可包含与增能元件104的外部部分的材料不同的第一材料。外部部分可以包裹内部部分的全部或一部分。在另一个实例中，增能元件104可包括具有弧形横截面的线材。线材可以被盘绕或缠绕以便形成大致O形的横截面。在又一个实例中，增能元件104可包括缠绕的带状物以便形成大致O形的横截面。在一个具体实施方案中，带状物可以具有彼此间隔开一厚度的两个主表面。带状物可以限定长度、宽度和厚度，其中长度大于宽度，并且其中宽度大于厚度。带状物可以缠绕成使得相邻线圈在径向方向上彼此部分重叠，诸如重叠至少10％、至少20％或至少30％，或者使得相邻线圈不在径向方向上重叠。在安装之前，增能元件104的直径可以限定为大于凹部110的直径。即，在一个实施方案中，增能元件104对于凹部110而言可以是尺寸过大的。在特定实例中，增能元件104可具有无间隙设计(例如，无间隙弹簧)。无间隙设计可以被限定为沿着与密封夹套接触的增能元件104的外表面的长度没有间隙。间隙可被限定为在增能元件104的表面上的不规则部，其厚度深度大于.002英寸。增能元件的回弹力可在每英寸圆周10磅力和每英寸圆周500磅力之间。例如，在一个实施方案中，增能元件104可以沿着其周向长度或在周向方向上没有间隙(例如，沿着其圆周没有间隙)。例如，在一个实施方案中，增能元件104可以沿着其轴向长度或在轴向方向上没有间隙(例如，在横截面中沿着其轴向表面没有间隙)。例如，在一个实施方案中，增能元件104可以在轴向方向上没有间隙并且在周向方向上没有间隙。例如，在一个实施方案中，增能元件104可以包括具有由无间隙金属带覆盖的间隙的弹簧，该无间隙金属带与夹套相接。图1C包括根据一个实施方案的密封件的横截面视图。在一个具体实施方案中，如图1C所示，增能元件104可包括带状物104a，该带状物可在两个金属带104b之间与带104b保持在一起。带104b可以具有平面形状或弧形形状。
在一个实施方案中，增能元件104的外部部分可以围绕内部部分的全部或一部分包裹。在另一个实例中，增能元件104可包括具有弧形横截面的线材。线材可以被盘绕或缠绕以便形成大致O形的横截面。在又一个实例中，增能元件104可包括缠绕的带状物以便形成大致O形的横截面。线材可以被盘绕或缠绕以便形成大致C形的横截面。在又一个实例中，增能元件104可包括缠绕的带状物以便形成大致C形的横截面。图2A-图2I包括根据多个实施方案的用于密封件的增能元件的横截面视图。图2A包括具有大致C形横截面的增能元件204。图2B包括具有大致O形横截面的增能元件204。图2C包括具有大致E形横截面的增能元件204。图2D包括具有大致3形横截面的多重回旋的增能元件204。图2E包括具有大致弯曲的唇形密封件横截面的增能元件204。图2F包括具有大致W形横截面的增能元件204。图2G包括具有大致V形横截面的增能元件204。图2H包括具有由带204b围绕的大致O形横截面的螺旋弹簧204a的增能元件204。图2I包括具有由带204b围绕的大致O形横截面的带状弹簧204a的增能元件204。
在一个具体实施方案中，带状物可以具有彼此间隔开一厚度的两个主表面。带状物可以限定长度、宽度和厚度，其中长度大于宽度，并且其中宽度大于厚度。带状物可以缠绕成使得相邻线圈在径向方向上彼此部分重叠或接触，诸如重叠至少10％、至少20％或至少30％，或者使得相邻线圈不在径向方向上重叠。在安装之前，增能元件104可以限定的直径大于凹部110的直径。即，在一个实施方案中，增能元件104对于凹部110来说可以是过大的。
在一个实施方案中，增能元件104可以相对于夹套102浮动。更具体地，增能元件104可以相对于凹部110自由地移动。在另一个实施方案中，增能元件104可以例如通过粘合剂、夹套102和增能元件104中的一者或两者的机械变形、螺纹或非螺纹紧固件，或通过将增能元件104至少部分地嵌入夹套102内而联接到夹套102。在一个实施方案中，增能元件104的端部可以封装在夹套102内，以便防止增能元件104从夹套102中移出。在利用粘合剂的实施方案中，粘合剂层(未示出)可以设置在增能元件104的至少一部分与夹套102之间。粘合剂层可包含热熔性粘合剂。可以使用的粘合剂的示例包括氟聚合物、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚/聚酰胺共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯四氟乙烯(ETFE)、ETFE共聚物、全氟烷氧基(PFA)或它们的任何组合。另外，粘合剂可包含至少一种选自-C＝O、-C-O-R、-COH、-COOH、-COOR、-CF2＝CF-OR或它们的任何组合的官能团，其中R为含有1个与20个之间的碳原子的环状或直链有机基团。另外，粘合剂可包含共聚物。
作为非限制性示例，增能元件104可包含聚合物、金属、合金或它们的组合。在一个具体实施方案中，增能元件104包含金属。示例性金属包括钢、青铜、铜、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、埃尔基洛伊耐蚀游丝合金、哈司特镍合金和油回火铬硅或钒。在一个实施方案中，增能元件104可包含钼、钴、铁、铬、铜、锰、钛、锆、铝、碳、钨或它们的任何组合。在一个具体实施方案中，增能元件104包括不锈钢，诸如301不锈钢、302/304不锈钢、316不锈钢或17-7不锈钢。
在一个实施方案中，可以将一个或多个耐腐蚀涂层(未示出)施加到增能元件104。耐腐蚀涂层可以具有在1微米至50微米的范围内，诸如在5微米至20微米的范围内，或甚至在7微米至15微米的范围内的厚度。耐腐蚀涂层可包括增粘剂层和环氧树脂层。在一个实施方案中，环氧树脂层可以增加增能元件104的耐腐蚀性。例如，环氧树脂层可以基本上防止腐蚀性元素(诸如水、盐等)接触增能元件104，从而抑制其化学腐蚀。
在某些实施方案中，夹套102可以具有至少0.01、至少0.1或至少0.2的平均表面粗糙度Ra。在其他实施方案中，Ra可以不大于1、不大于0.5或不大于0.4。在一个具体实施方案中，夹套102可以具有在0.1至0.7(并且包括端值)之间的范围内的Ra。更具体地，Ra可以在0.2至0.4(并且包括端值)之间的范围内。
夹套102可以具有至少45、至少50、至少55、至少60、至少65、至少70或至少75的肖氏D硬度。在一个实施方案中，夹套102可以具有不大于100、不大于90或不大于80的肖氏D硬度。理想的是，夹套102包括具有在45至100(并且包括端值)之间的范围内的肖氏D硬度的材料，以防止夹套102在长期使用期间损坏，同时为密封件100提供足够低的密封特性。
在某些实施方案中，夹套102可包含聚合物材料。示例性聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚乙烯(PE)、聚砜、聚酰胺(PA)、聚苯醚、聚苯硫醚(PPS)、聚氨酯、聚酯、液晶聚合物(LCP)或它们的任何组合。根据一个具体实施方案，夹套102可包括含氟聚合物。示例性含氟聚合物包括氟化乙烯丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基(PFA)、四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物(THV)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)或它们的任何组合。根据本文所述的具体实施方案使用PTFE，因为其在保持运动部件之间的低摩擦界面的同时表现出优异的密封特性。
在某些实施方案中，夹套102可包括具有至少30重量％PTFE、至少35重量％PTFE、至少40重量％PTFE、至少45重量％PTFE或至少50重量％PTFE的混合物。在其他实施方案中，混合物可以是不大于90重量％的PTFE、不大于75重量％的PTFE、不大于70重量％的PTFE、不大于65重量％的PTFE、不大于60重量％的PTFE或不大于55重量％的PTFE。在一个具体实施方案中，夹套102可包括混合物，该混合物包含占夹套的30重量％至90重量％(并且包括端值)之间范围内的PTFE。在某些实施方案中，混合物可包含占夹套的40重量％至60重量％(并且包括端值)之间范围内的PTFE。在其他实施方案中，混合物可包含占夹套的60重量％至90重量％(并且包括端值)之间范围内的PTFE。
在一个实施方案中，混合物还可包含填充材料。填充材料可包括含硼材料、含氮材料、含钛材料、含硅材料、碳纤维、玻璃纤维或它们的组合。在一个更具体的实施方案中，填充材料可包括硼化钛、氮化硼、硅氧烷粉末或它们的任何组合。
在一个实施方案中，混合物可包含至少10重量％的填充材料、至少15重量％的填充材料、至少20重量％的填充材料、至少25重量％的填充材料、至少30重量％的填充材料、至少35重量％的填充材料或至少40重量％的填充材料。在一个实施方案中，混合物可包含不大于70重量％的填充材料、不大于65重量％的填充材料、不大于60重量％的填充材料、不大于55重量％的填充材料、不大于50重量％的填充材料或不大于45重量％的填充材料。在一个具体实施方案中，填充材料可以均匀地分布在整个混合物中。均匀分布可以促进夹套102内的均匀磨损率，从而防止形成局部磨损，诸如局部破裂或局部磨损。在另一个具体的实施方案中，填充材料可以不均匀地分布在整个混合物中。以这种方式，与夹套中的第二位置相比，在夹套102内的第一位置处的填充材料的重量％可以是不同的。例如，与将指状部106和108连接在一起的夹套102的跟部相比，填充材料可以更多地沉积在指状部106和108中的至少一者(诸如两者)中。另选地，与指状部106和108中的一者或两者相比，跟部可包含更高浓度的填充材料。
在一个具体实例中，混合物可包含占混合物的45重量％-55重量％(并且包括端值)之间范围内的PTFE、占混合物的30重量％-50重量％(并且包括端值)之间范围内的碳纤维以及占混合物的5重量％-15重量％(并且包括端值)之间范围内的硼化钛。在一个更具体的实例中，混合物可包含约50重量％的PTFE、约40重量％的碳纤维和约10重量％的硼化钛。
在另一个具体实例中，混合物可包含占混合物的45重量％-55重量％(并且包括端值)之间范围内的PTFE、占混合物的30重量％-50重量％(并且包括端值)之间范围内的玻璃纤维以及占混合物的5重量％-15重量％(并且包括端值)之间范围内的硼化钛。在一个更具体的实例中，夹套102可包含约50重量％的PTFE、约40重量％的玻璃纤维和约10重量％的硼化钛。
在又一个具体实例中，混合物可包含约75重量％的PTFE和约25重量％的氮化硼。
在另一个具体实例中，混合物可包含约85重量％的PTFE和约15重量％的硅氧烷粉末。
在一个具体实施方案中，混合物可以通过将上述填充材料中的任一种或多种与聚合物材料(诸如PTFE)混合来形成。可以进行混合直到混合物均匀分布，使得填充材料的密度相对均匀。然后可以将混合物成形为环形主体。在一个具体实施方案中，成形可以通过挤出、模制、铸造、轧制、冲压、切割或它们的任何组合来进行。在某些实施方案中，成形的环形主体可以固化一段时间，诸如至少1小时。此时，成形的环形主体可包括凹部110。另选地，成形的环形主体可以被机械加工以形成凹部110。更具体地，可以从成形的环形主体去除材料直到适当地形成凹部110。
在一个实施方案中，增能元件104可以在成形的环形构件形成之后定位在凹部110中。在另一个实施方案中，增能元件104可以相对于成形的环形构件定位，同时混合物仍然是软的、柔软的、柔韧的或以其他方式未完全固化的。这可以适用于其中增能元件104部分地或完全地封装在夹套102内的应用。
根据某些实施方案，如图1A所示，密封件100可以分别用于内部部件114和外部部件116(诸如轴与孔口)之间。更具体地，密封件100可以设置在由外部部件116的孔口内的区域和内部部件114的外表面形成的环形空间内。在某些实施方案中，内部部件114可以相对于外部部件116纵向平移，例如往复运动。在其他实施方案中，内部部件114可以相对于外部部件116旋转。密封件100可以防止或减少一个或多个流体组分从密封件的第一侧进入或流出到其相对的第二侧。在该实施方案中，密封件可以是径向密封件。
图1C包括根据一个实施方案的组件中的密封件的横截面视图。根据某些实施方案，如图1C所示，密封件100可以分别用于内部部件114和外部部件116(诸如轴与孔口)之间。更具体地，密封件100可以设置在由外部部件116的孔口内的区域和内部部件114的外表面形成的环形空间内。在某些实施方案中，内部部件114可以相对于外部部件116纵向平移，例如往复运动。在其他实施方案中，内部部件114可以相对于外部部件116旋转。密封件100可以防止或减少一个或多个流体组分从密封件的第一侧进入或流出到其相对的第二侧。在该实施方案中，密封件可以是面密封件。
在一个具体实例中，内部部件114和外部部件116可以是高温组件的一部分。即，组件可以在升高的温度处运行，诸如至少275℃、至少300℃、至少325℃，或甚至至少350℃。作为非限制性实施方案，组件可包括发动机，诸如喷气发动机，其中轴相对于一个或多个压缩机或涡轮旋转。密封件100可以设置在轴与压缩机或涡轮中的至少一者之间，从而防止或减轻不期望的流体泄漏，诸如空气泄漏、燃料泄漏或由密封件的相对侧上的压差引起的压力泄漏。
在一个具体实例中，内部部件114和外部部件116可以是环境温度组件的一部分。即，组件可以在低于升高的温度(诸如低于275℃)处运行。作为非限制性实施方案，组件可包括发动机或马达，其中轴相对于一个或多个压缩机或涡轮旋转。密封件100可以设置在轴与压缩机或涡轮中的至少一者之间，从而防止或减轻不期望的流体泄漏，诸如空气泄漏、燃料泄漏或由密封件的相对侧上的压差引起的压力泄漏。
密封件100可以适于在升高的温度或低于升高的温度处长期使用。在一个实施方案中，密封件100可以在这些温度处具有期望的泄漏率。静态测试1是当密封件100安装在环形空间内时对泄漏率的测量。为了进行静态测试1，密封件可以具有93mm的初始内径和102mm的初始外径。环形空间可以具有适合密封件的凹槽，使得密封件可以安装在凹槽内。将15PSI至120PSI之间的压差施加到密封件的一侧，而密封件的另一侧处于大气压力。流体(空气)施加在环形空间内部。传感器监测从环形空间的一端到另一端的流体(空气)泄漏，其中密封件充当流体屏障。传感器在整个静态测试1中监测流体(空气)泄漏。密封件100可以被确定为在至少4个循环中处于规定的泄漏率内，因此通过该实施方案的静态测试1。在每个循环期间，将组件升温至330℃与400℃之间的规定温度，并在冷却至室温之前停留至少15分钟。如果在整个温度循环中在如上所述的恒定压差的情况下在规定的泄漏率内持续24小时，则循环被定义为成功。根据本文实施方案的密封件100可以被测试为具有小于400立方厘米/分钟(cc/min)的泄漏率，如使用静态测试1低于400℃所测量的。
密封件100可以适于在升高的温度或低于升高的温度处长期使用。在一个实施方案中，密封件100可以在这些温度处具有期望的泄漏率。静态测试2是当密封件100安装在环形空间内时对泄漏率的测量。为了进行静态测试2，密封件可以具有93mm的初始内径和102mm的初始外径。环形空间可以具有适合密封件的凹槽，使得密封件可以安装在凹槽内。将15PSI至120PSI之间的压差施加到密封件的一侧，而密封件的另一侧处于大气压力。流体(空气)施加在环形空间内部。传感器监测从环形空间的一端到另一端的流体(空气)泄漏，其中密封件充当流体屏障。传感器在整个静态测试2中监测流体(空气)泄漏。传感器在整个静态测试2中监测流体泄漏。此后，对于该另一个实施方案，密封件100可以被确定为在至少2个循环中处于规定的泄漏率内，因此通过该实施方案的静态测试2。在每个循环期间，将组件升温至330℃与400℃之间的规定温度，并在冷却至室温之前停留至少15分钟(例如，等于或高于330℃停留200小时)。如果在整个温度循环中在如上所述的恒定压差的情况下在规定的泄漏率内持续24小时，则循环被定义为成功。根据本文实施方案的密封件100可以被测试为具有小于400立方厘米/分钟(cc/min)的泄漏率，如使用静态测试2在密封件已经处于高于330℃至少200小时的条件下之后低于300℃所测量的。根据本文实施方案的密封件100可以被测试为具有小于400立方厘米/分钟(cc/min)的泄漏率，如使用静态测试2在密封件已经处于高于360℃至少2小时的条件下之后低于300℃所测量的。
密封件100可以适于在升高的温度或低于升高的温度处长期使用。在一个实施方案中，密封件100可以在这些温度处具有期望的泄漏率。静态测试3是当密封件100安装在环形空间内时对泄漏率的测量。为了进行静态测试3，密封件可以具有93mm的初始内径和102mm的初始外径。环形空间可以具有适合密封件的凹槽，使得密封件可以安装在凹槽内。将15PSI的压差施加到密封件的一侧，而密封件的另一侧处于大气压力下。流体(空气)施加在环形空间内部。传感器监测从环形空间的一端到另一端的流体(空气)泄漏，其中密封件充当流体屏障。传感器在整个静态测试3中监测流体(空气)泄漏。传感器在整个静态测试3中监测流体泄漏。此后，对于该另一个实施方案，密封件100可以被确定为在至少4个循环中处于规定的泄漏率内，因此通过该实施方案的静态测试3。在每个循环期间，将组件升温至330℃与400℃之间的规定温度，并在冷却至室温之前停留至少15分钟(例如，等于或高于360℃停留2小时)。然后每次将压差增加额外的15PSI，从而使每个进行的循环的压力更高。如果在整个温度循环中在如上所述的恒定压差的情况下在规定的泄漏率内持续24小时，则循环被定义为成功。根据本文实施方案的密封件100可以被测试为具有小于400立方厘米/分钟(cc/min)的泄漏率，如使用静态测试3在密封件已经处于高于360℃至少2小时的条件下之后低于300℃所测量的。
在一个具体实施方案中，密封件可以在静态测试1或2之后具有小于350立方厘米/分钟(cc/min)的泄漏率，如使用静态测试1、2或3在21℃至400℃处所测量的。在一个更具体的实施方案中，密封件可以具有小于300cc/min、小于250cc/min、小于200cc/min、小于150cc/min、小于100cc/min、小于50cc/min、小于40cc/min、小于30cc/min或小于20cc/min的泄漏率。
密封件100的重量可以在长时间暴露于升高的温度之后改变。例如，这可能是由于在载荷和热条件下夹套的热不稳定性所导致的材料降解所造成的。就这一点而言，密封件100可以具有在热暴露之前测量的初始比重GI和在暴露于365℃达60,000分钟之后测量的老化比重GA。在一个实施方案中，GI可以大于GA。例如，GI/GA的比率可以小于1.4、小于1.35、小于1.3、小于1.25、小于1.2、小于1.15、小于1.1或小于1.05。在另一个实施方案中，GI可以近似等于GA。即，密封件100的重量在暴露于365℃达60,000分钟之后可以保持相对不变，使得GI/GA可以为约1。在一个具体实施方案中，GI/GA的比率可以在0.95至1.25(并且包括端值)之间的范围内、在0.96至1.2(并且包括端值)之间的范围内，或在0.99至1.16(并且包括端值)之间的范围内。
在一个实施方案中，夹套材料可以具有在暴露于升高的温度之前测量的初始断裂伸长率EABI和在暴露于升高的温度之后测量的有效断裂伸长率EABE，其中EABI可以是不大于150％ EABE、不大于145％ EABE、不大于140％ EABE、不大于135％ EABE、不大于130％EABE、不大于125％ EABE、不大于120％ EABE、不大于115％ EABE、不大于110％ EABE或不大于105％EABE。在一个实施方案中，EABI/EABE的比率可以为约1.0。即，夹套102的断裂伸长率与暴露于升高的温度之前和之后所测量的断裂伸长率可以保持相对不变。这可以减少通常与在升高的温度处长时间使用相关联的磨损和疲劳度。在另一个实施方案中，EABI/EABE可以小于1.0，诸如小于0.995、小于0.99或小于0.985。
在另一个实施方案中，夹套材料可以具有在暴露于升高的温度之后相对不变的在极限拉伸强度(UTS)处的伸长率。例如，夹套102可以具有在暴露于升高的温度之前测量的UTSI和在暴露于升高的温度之后测量的UTSE，其中UTSE:UTSI的比率可以不小于1:5、不小于1:4、不小于1:3、不小于1:2、不小于1:1、不小于2:1、不小于3:1、不小于4:1或甚至不小于5:1。在一个实施方案中，UTSE/UTSI可以小于5、小于4、小于3、小于2、小于1、小于0.9、小于0.8、小于0.7或小于0.6。在另一个实施方案中，UTSE可以为至少101％ UTSI、至少105％ UTSI、至少110％ UTSI、至少115％ UTSI、至少120％ UTSI或至少125％ UTSI。
密封件100可形成可用于双向压力应用中的组件。密封件100可被取向并防止流体在向前的轴向方向上的泄漏，或者密封件100可被取向并防止流体在向后的轴向方向上沿中心轴线3000向下泄漏。密封件100可被取向并防止流体在向内的径向方向上的泄漏，或者密封件100可被取向并防止流体在向外的径向方向上沿垂直于中心轴线3000的方向泄漏。在一个实施方案中，密封件100可以是面密封件。在另一个实施方案中，密封件100可以是轴向密封件。就这一点而言，密封件100可被选择为具有准许在那些具体取向上有效密封的特定特性。特别合适的应用包括低温阀、活塞、真空条件密封件(诸如真空室内的那些密封件)以及在其间需要密封的其他可移动部件。
根据本文实施方案描述的密封件由于密封材料和它们之间的相互作用而可以允许柔韧性，以防止在更宽的温度和压力范围下以及使用更复杂的密封件几何形状的泄漏。此外，根据本文实施方案描述的密封件可以在更宽的温度范围下以及使用更复杂的密封件几何形状来提供更一致的密封。此外，根据本文实施方案描述的密封件可以允许更复杂的密封件安装程序。最后，该密封件可以允许比传统密封件更高的载荷。因此，可以提高部件和密封件本身的寿命。
许多不同方面和实施方案都是可能的。下文描述了那些方面和实施方案中的一些。在阅读本说明书之后，技术人员将理解，那些方面和实施方案仅是示例性的并且不限制本发明的范围。实施方案可以根据如下列出的实施方案中的任一个或多个实施方案。
实施方案1：一种密封件，包括：夹套，所述夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与所述中心轴线同心的所述环形主体中的凹部，其中所述夹套包含至少30重量％的PTFE和至少10重量％的填充材料，并且其中所述填充材料包括含硼材料、含氮材料、含钛材料、含硅材料、碳纤维、玻璃纤维或它们的组合，其中所述增能器包括无间隙弹簧。
实施方案2：一种密封件，包括：夹套，所述夹套包括具有中心轴线的环形主体和限定延伸到与所述中心轴线同心的所述环形主体中的凹部的外表面；和设置在所述凹部中的增能元件，其中所述密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试1在330℃与400℃之间循环至少15分钟之后低于400℃所测量的。
实施方案3：一种密封件，包括：夹套，所述夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与所述中心轴线同心的所述环形主体中的凹部；和设置在所述凹部中的增能元件，其中所述密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试2在密封件已经在高于330℃循环至少200小时之后低于300℃所测量的。
实施方案4：一种密封件，包括：夹套，所述夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与所述中心轴线同心的所述环形主体中的凹部；和设置在所述凹部中的增能元件，其中所述密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试2在密封件已经在高于360℃循环至少2小时之后低于300℃所测量的。
实施方案5：一种密封件，包括：夹套，所述夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与所述中心轴线同心的所述环形主体中的凹部；和设置在所述凹部中的增能元件，其中所述密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试3在密封件已经处于高于360℃至少2小时的条件下之后低于300℃所测量的。
实施方案6：根据实施方案1所述的密封件，其中所述无间隙弹簧在周向方向上没有间隙。
实施方案7：根据实施方案1所述的密封件，其中所述无间隙弹簧在轴向方向上没有间隙。
实施方案8：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件包括适于在至少一个向外取向的方向上提供向外的力的主体。
实施方案9：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件具有选自D形、U形、E形或C形的截面轮廓。
实施方案10：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件具有C形截面轮廓。
实施方案11：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件具有O形截面轮廓。
实施方案12：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件包含聚合物、金属、合金或它们的组合。
实施方案13：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中如在截面中所观察的，所述夹套包括内部指状部和外部指状部。
实施方案14：根据实施方案13所述的密封件，其中所述内部指状部和外部指状部中的至少一者包括朝向所述凹部延伸的远侧凸缘。
实施方案15：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件完全设置在所述凹部中。
实施方案16：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套具有至少0.01且不大于1的平均表面粗糙度Ra。
实施方案17：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套具有根据肖氏D硬度测量的至少45且不大于100的硬度。
实施方案18：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含至少30重量％的PTFE和不大于90重量％的PTFE。
实施方案19：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含至少10重量％的填充材料和不大于70重量％的所述填充材料。
实施方案20：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含填充材料，其中所述填充材料包括含硼材料、含氮材料、含钛材料、含硅材料、碳纤维、玻璃纤维或它们的组合。
实施方案21：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含占所述夹套的45重量％-55重量％范围内的PTFE，其中所述夹套包含占所述夹套的30重量％-50重量％范围内的碳纤维填料，其中所述夹套包含占所述夹套的5重量％-15重量％范围内的硼化钛填料。
实施方案22：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含占所述夹套的45重量％-55重量％范围内的PTFE，其中所述夹套包含占所述夹套的30重量％-50重量％范围内的玻璃纤维填料，其中所述夹套包含占所述夹套的5重量％-15重量％范围内的硼化钛填料。
实施方案23：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含约75重量％的PTFE和约25重量％的氮化硼。
实施方案24：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含约85重量％的PTFE和约15重量％的硅粉末。
实施方案25：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含具有在热暴露之前测量的初始比重GI和在暴露于300℃达60,000分钟之后测量的老化比重GA的材料，并且其中GI/GA小于1.4并且为至少0.5。
实施方案26：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述密封件是面密封件。
实施方案27：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述密封件是轴向密封件。
实施方案28：根据实施方案1至5中任一项所述的密封件，其中所述无间隙弹簧包括具有由无间隙金属带覆盖的间隙的弹簧，所述无间隙金属带与所述夹套相接。
需注意，并非需要以上所描述的所有特征，可能不需要特定特征的一部分，并且还可以提供除了所描述的那些之外的一个或多个特征。更进一步地，描述特征的顺序不一定是安装特征的顺序。
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。
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。
本文描述的实施方案的说明书和图示旨在提供对各种实施方案的结构的一般理解。说明书和图示并不旨在用作对使用本文所述的结构或方法的设备和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。也可以在单个实施方案中组合地提供单独实施方案，并且相反地，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和每一值，包括引用的结束范围值。仅在阅读了本说明书之后，许多其他实施方案对于技术人员而言可能是显而易见的。其他实施方案可被使用并从本公开得出，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替代、逻辑替代或任何改变。因此，本公开应被视为说明性的而非限制性的。
Claims (15)
1.一种密封件，包括：
夹套，所述夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与所述中心轴线同心的所述环形主体中的凹部，其中所述夹套包含至少30
重量％的PTFE和至少10重量％的填充材料，并且其中所述填充材料包括含硼材料、含氮材料、含钛材料、含硅材料、碳纤维、玻璃纤维或它们的组合；以及
增能元件，所述增能元件设置在所述凹部中，其中所述增能元件包括无间隙弹簧。
2.一种密封件，包括：
夹套，所述夹套包括具有中心轴线的环形主体和限定延伸到与所述中心轴线同心的所述环形主体中的凹部的外表面；以及
增能元件，所述增能元件设置在所述凹部中，
其中所述密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试1在330℃与400℃之间循环至少15分钟之后低于400℃所测量的。
3.一种密封件，包括：
夹套，所述夹套包括限定中心轴线的环形主体和延伸到与所述中心轴线同心的所述环形主体中的凹部；以及
增能元件，所述增能元件设置在所述凹部中，
其中所述密封件具有小于400cc/min的泄漏率，如使用静态测试3在所述密封件已经处于高于360℃至少2小时的条件下之后低于300℃所测量的。
4.根据权利要求1所述的密封件，其中所述无间隙弹簧在周向方向上没有间隙。
5.根据权利要求1所述的密封件，其中所述无间隙弹簧在轴向方向上没有间隙。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件具有选自D形、U形、E形、O形或C形的截面轮廓。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件包含聚合物、金属、合金或它们的组合。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中如在截面中所观察的，所述夹套包括内部指状部和外部指状部。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述增能元件完全设置在所述凹部中。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含至少30重量％的PTFE和不大于90重量％的PTFE。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含至少10重量％的填充材料和不大于70重量％的所述填充材料。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含填充材料，其中所述填充材料包括含硼材料、含氮材料、含钛材料、含硅材料、碳纤维、玻璃纤维或它们的组合。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含约75重量％的PTFE和约25重量％的氮化硼。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述夹套包含约85重量％的PTFE和约15重量％的硅粉末。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其中所述无间隙弹簧包括具有由无间隙金属带覆盖的间隙的弹簧，所述无间隙金属带与所述夹套相接。
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