CN1187869A

CN1187869A - 密封装置

Info

Publication number: CN1187869A
Application number: CN96194741A
Authority: CN
Inventors: N·法伊斯特埃尔
Original assignee: Maschinenfabrik Sulzer Burckhardt AG
Current assignee: Burckhardt Compression AG
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1998-07-15

Abstract

圆形横截面活塞杆用的密封装置(12)包括一个带有一个隔离缝(1a)和平衡间隙(S)的整体密封圈(1)以及一个在圆周方向内包住密封圈(1)的覆盖圈(2)。其中,密封圈(1)至少一端(1b)具有沿密封圈(1)圆周方向延伸的一段(1d、1e),该段与密封圈(1)的另一端(1c)构成一个搭接的接头处,而且密封圈(1)具有一个朝隔离缝(1a)逐渐减小的径向壁厚(D)。这种布置在轴向内具有特别好的密封作用。

Description

密封装置

本发明涉及权利要求1前序部分的一种密封装置。

横截面为圆形的物体如活塞杆用的密封装置特别是在活塞式压缩机中是人所共知的。无润滑运行的活塞式压缩机是密封件不用任何单独润滑地能运行的机器。这种压缩机具有固定的密封装置，活塞杆通过这种密封装置，而且这种密封装置通常都是前后串联布置的，并这样构成一个所谓的密封组件。这种带有密封装置和密封圈的密封组件在CH439897中提出过。密封圈的密封面紧贴在活塞杆上会产生磨损。为了即使有磨损也能保持较长时间的密封性，所以公知的密封圈具有一个磨损补偿，即密封圈分成三个密封圈元件，具有相对于活塞杆平行于一条切线延伸的隔离缝和具有构成一个补偿环形间隙的径向缝。一个箍住密封圈圆周的软管状弹簧在密封圈元件上引起一个朝活塞杆作用的预应力。这种公知的密封装置具有这样的缺点，即密封圈具有大量的隔离缝而会损害密封作用。为了密封这些缝，在密封圈轴向内设置一个紧贴着的覆盖圈。这种密封装置具有这样的缺点，即它在轴向内具有相当长的膨胀。这种密封装置在活塞杆上出现的人所共知的一个问题是产生摩擦热，摩擦热的散热通过密封装置本身只能是很困难的，因为密封装置通常用塑料制成，而且几乎起绝热体的作用。所以摩擦热的绝大部分以明显不利的方式通过活塞杆散热。产生的摩擦热特别是在用塑料密封圈时导致大的磨损。因此往往需要保持密封装置的密封组件的昂贵的冷却。

本发明的任务是克服公知密封装置的各种缺点。

这个任务是通过权利要求1所述的特征来解决的。从属权利要求2至9涉及其他的有利结构型式。

圆形横截面活塞杆用的本发明密封装置包括一个具有一个接头和平衡间隙的一个整体密封圈以及一个在圆周方向内包住密封圈的覆盖圈。其中密封圈至少一端具有一段与密封圈另一端构成一个搭接接头处，而且密封圈具有一个朝隔离缝或接头处逐渐减小的径向壁厚。

本发明密封装置的一个优点在于，搭接的接头在轴向内具有高度的气密性。包住的覆盖圈有助于密封作用，并在密封圈上引起一个朝活塞杆作用的预应力。包住的覆盖圈密封径向内的搭接接头。

作为密封圈适用的材料为无润滑运行用的塑料，例如用聚四氟乙烯基体的填充聚合物或机械强度较高的耐高温和耐磨的聚合物的混合物，这种聚合物也叫“高温聚合物”，例如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚酰亚胺(PI)、聚苯撑硫(PPS)、聚苯并咪唑(PBI)、聚酰胺(PAI)或环氧树脂。纯粹的高温聚合物没有无润滑运行能力，所以需有附加固态润滑物如碳、石墨、硫化钼、聚四氟乙烯等等。这种高温聚合物叫做“改良的”聚合物。

本发明密封装置的一个优点在于，密封圈特别适用于用高温聚合物制造。

“高温聚合物”的概念在结合活塞式压缩机使用的密封元件中是作为塑料的总概念提出的，这类塑料与一般填充聚四氟乙烯材料有如下的特性区别：

-高温聚合物即使在无润滑运行的一般高温情况下也具有高的机械强度；

-高温聚合物没有冷变形特性，所以，即使制成小的密封圈也能保持形状稳定，特别是在用于密封组件时，即使在大的压力作用下也不需要附加的支承环；

-高温聚合物具有显著高的弹性模数，这在密封圈的尺寸较大时导致较高的刚度；

-用高温聚合物制造的密封圈与填充聚四氟乙烯比较具有明显小的尺寸和高得多的机械强度，所以用高温聚合物制造的密封圈特别适用于高的压缩压力。

采用高温聚合物的一个迄今为止的缺点是，它的不良的外形配合能力很难使密封圈与活塞杆的整个圆周完全贴紧，因而产生不密封性。

本发明的密封圈具有这样的优点：密封圈朝隔离处或接头处具有径向逐渐减小的壁厚，亦即密封圈在搭接接头的范围内作得稍微薄一些，也就是柔软一些。通过这种设计使用高温聚合物制成的密封圈具有良好的外形配合能力。

本发明的密封装置特别适用于无润滑环形活塞式压缩机，其中，密封圈最好用一种具有所谓自润滑性能的改良高温聚合物制成，这样的一种密封圈可制成一个很窄的圈，所以活塞杆一方面可将热通过辐射热更好地传递到密封组件上，另一方面在密封圈和活塞杆之间存在较小的摩擦面而可减少发热。所以可防止活塞杆产生过高的热，从而使密封圈具有减少磨损的优点。

本发明的密封装置具有高的密封性，所以整个密封装置只有很少的漏气，而且这种漏气主要发生在活塞杆和密封圈的密封面之间。这样就在活塞杆和密封面之间形成充气贮藏，从而减少热的发生，因而也减少了活塞杆的发热和密封圈的磨损。

下面附图说明本发明的不同实施例。这些附图是：

图1表示密封装置的透视图；

图2表示密封圈的俯视图；

图3表示密封圈的底视图；

图4表示密封圈的横截面；

图4a表示沿剖面线B-B剖开的密封圈的另一个横截面；

图4b表示沿剖面线C-C剖开的图4a的密封圈的另一个横截面；

图5表示密封圈的另一个横截面；

图6表示覆盖圈的俯视图；

图7表示密封圈另一个实施例的俯视图；

图7a表示从图2的E方向看去的密封圈的侧视图；

图7b表示从图7E方向看去的密封圈的侧视图；

图8表示无润滑密封装置的纵截面。

图1表示密封装置12的分解图，该密封装置由一个密封圈1、一个在密封圈1圆周方向内布置在该密封圈上面的覆盖圈2以及一个在圆周方向内箍住覆盖圈2的软管状弹簧3组成。图2所示密封圈1的顶视图具有一个沿内环圆形延伸的面1h，这个面面向被密封的活塞杆4并起密封作用。密封圈1作为一个整环构成一个隔离缝1a。所以密封圈有两个端部1b、1c。1c端设计成在密封圈1的圆周方向内具有一个延伸段1d，该延伸段与另一端1b构成一个在圆周方向内搭接的接头处，如图3所示。密封圈1具有弹性的性质，所以在隔离缝1a的范围内具有一个间隙S。在本实施例中，密封圈1设计成使它的径向壁厚D离隔离缝1a到对边点为最大Dmax，亦即在D1或D2方向逐渐减小。这样用一种较高弹性模数的材料例如用一种高温聚合物制成的密封圈也具有朝隔离缝1a逐渐增加的弹性或柔软性。用软管状弹簧3箍住密封圈1的覆盖圈2在密封圈1上朝活塞杆作用一个力。覆盖圈2作成一个开口圈。通过隔离缝1a的间隙S以及朝隔离缝1a的弹性性质使密封圈1具有与活塞杆4的良好形状配合能力。所以密封圈1密封地包住活塞杆4的整个圆周。密封圈1具有一个径向向外的圆形延伸的面1m，1n。在所示实施例中，这两个面1n、1m的走向相互配合成相互偏心延伸。密封圈1具有五个在径向内延伸的回流槽4a或卸压槽4a。这些回流槽4a可使(例如图8)在密封组件环形腔14中封闭的气体在气缸的一个吸程回流到气缸，所以防止了密封元件1的双倍密封作用，亦即防止了在气缸吸入阶段和压缩阶段的密封作用。密封圈1也可作成没有回流槽4a。例如在环形腔5的金属底板上铣槽以代替回流槽。

图6表示具有一个扇形切口2a的开口覆盖圈2。密封圈1具有一个圆柱形凸起的固定装置1g，该装置在密封圈1盖上覆盖圈2时贴合切口2a，所以覆盖圈2在密封装置12的圆周方向内锁定以防止旋转。

图7a表示从图2的E方向看去的密封圈侧视图。密封圈1的接头处具有两个端部1b、1c，其中1b端具有沿圆周方向延伸的端段1d，所以在圆周方向搭接的接头处有一个隔离缝1a。

图5表示沿图2的A-A线剖开的密封圈1的截面。其中隔离缝1a与图1至图3的结构比较有所不同。在密封圈1的每一端1b、1c上设置有沿密封圈1圆周方向延伸的端段1d、1e，这两个端段在圆周方向内搭接并构成一个搭接的接头处。隔离缝1a也具有一个间隙S。密封圈1的侧视图7b在E方向看去与图5的结构型式相同。密封圈1向两个端部1b、1c过渡，这两个端部在圆周方向具有搭接的端段1d、1c。在两端1b、1c之间有一个宽度为S1或S2的中间间隙。在一个优选的结构型式中，S1、S2的宽度相同，所以密封圈1在圆周方向内具有一个间隙S＝S1＝S2。覆盖圈2紧贴槽1n，其中槽1n的宽度设计成使槽1n在圆周方向内也延伸过端段1e，所以覆盖圈2在槽1n的范围内包住端段1e。这样一种密封装置12具有高度的密封性，因为覆盖圈2也包住宽度S的间隙和端段1d、1e之间的间隙，这就在径向内构成高度的密封性。此外，阻止了两个端段1d、1e在径向内的相对运动。

图4表示沿图2的A-A线剖开的密封圈的横截面的另一种可能的结构。密封圈1具有一个朝活塞杆4的滑动面定向的面1h。这个面1h在轴向内具有一个高度H，并在1i部分呈圆柱形延伸，以构成一个密封面1i，而另一部分1k则作成扩展形。扩展面11例如可按一个角度β呈锥形延伸。

本发明的密封装置12具有很好的密封作用，因为在轴向和径向内都阻止了气体流动。所以泄漏的气体主要在密封面1i和活塞杆4的滑动面之间，这就具有这样的优点：密封圈1容易从滑动面抬起，从而减小摩擦。扩展的面1l起这样的作用，即气体部分在减小的密封面1i的方向内畅流无阻，其中气体部分在面1l和1i上都对密封圈1作用一个径向向外作用的力。所以有利于密封面1i和活塞杆4的滑动面之间的漏气，从而在密封圈1和活塞杆4之间产生充气贮藏。密封面1i在它的轴向膨胀相当窄，以便引起明显的气体贮藏。这样在密封面1i和活塞杆4之间可减小摩擦，从而具有减小发热和减小密封圈1磨损的优点。密封圈1具有一个用来装覆盖圈2的槽1n。此槽1n也可作成另外的形状，或不作此槽。

图8表示无润滑运行密封装置或所谓密封组件6的纵截面。其中至少有一个包围活塞杆4的密封腔14，它由两个环形腔5构成，这两个环形腔朝对应的圆柱腔15密封锁紧。在密封腔14中设置一个由一个密封圈1和一个覆盖圈2组成的密封装置12。此外，一个软管状弹簧3箍住覆盖圈2。由于密封圈1的密封作用，所以密封腔14内的压力P1大于到下面密封腔14的通流口内的压力P2。

与图2结构型式的区别是，图7所示密封圈1的实施例具有一个锥形延伸分面1l的面1h。分面1l在三个部位用连接条1p隔断。亦可在圆周上均匀分布设置多个三个的连接条1p。图4a表示沿剖面线B-B剖开的密封圈1的截面，并示出了锥形延伸的在轴向内伸过宽度1k的分面1l，以及圆柱形延伸的分面1i。锥形延伸的分面1l与轴4的表面构成一个角度β。图4b表示沿剖面线C-C剖开的密封圈1的连接条1p。连接条1p设计成使内表面1h在轴向内有一个与密封圈1的宽度H一致的并与轴4表面平行的宽度。连接条1p贴在轴4的整个宽度H上并对密封圈1起稳定作用。图7所示实施例在面1h的整个圆周上均匀分布设置三个连接条1p，其中连接条1p设置在隔离缝1a的范围内。当然，密封圈1亦可作成没有连接条1p，这样锥形分面1l则不中断地在面1h的整个圆周上延伸。

图4a的锥形延伸分面1l具有一个到轴4的最大距离B。在密封圈1的一种结构型式中，间隙S设计成这样宽，即它具有一个“2×Pi×B”的宽度。这种结构的密封圈1在第一运行阶段构成一个摩擦圈，而在第二运行阶段则构成一个通流圈。在第一运行阶段中，密封圈1具有一个锥形延伸的分面1l。随着密封面1i上的磨损不断增加，锥形延伸的分面1l消失，直至密封面1i延伸到整个宽度H为止。如果这时间隙S根据“2×Pi×B”的宽度设计，则在分面1l完全消失时，间隙＝0。在这种情况中，密封圈1变成通流圈，因为间隙等于零，密封面1i几乎不再产生磨损，所以密封圈1在第二运行阶段具有一个几乎恒定的不密封性。密封圈1在第二运行阶段具有一个最大的通流阻力。

分面1l不只是可作成锥形延伸，也可具有任意的走向，即在分面1l的范围内，在轴4和密封圈1之间有一定的距离即可。

Claims

1.圆形横截面活塞杆的密封装置(12)，包括一个带有一个隔离处(1a)和平衡间隙(S)的整体密封圈(1)以及一个在圆周方向内包围或卡住密封圈(1)的覆盖圈(2)，其中密封圈(1)在至少一端(1b)上具有一个沿密封圈(1)圆周方向延伸的分段(1d、1e)，该分段与密封圈(1)的另一端(1c)一起构成一个搭接的接头处，而且密封圈(1)具有一个朝隔离处(1a)不断减小的径向壁厚(D)。

2.按权利要求1的密封装置(12)，其特征是，密封圈(1)具有一个径向向里对着被密封体的圆形延伸的面(1h)，而且密封圈(1)具有径向向外在密封圈(1)圆周方向呈圆形和偏心朝面(1h)延伸的面(1m)。

3.按权利要求1或2的密封装置(12)，其特征是，密封圈(1)具有一个锁紧装置(1g)来防止密封圈(1)和覆盖圈(2)的相互旋转。

4.按权利要求1至3任一项的密封装置(12)，其特征是，覆盖圈(2)具有弹性的性质和/或被一个紧贴在覆盖圈(2)上沿密封圈(1)圆周方向延伸的弹簧(3)箍住。

5.按权利要求1至4任一项的密封装置(12)，其特征是，密封圈(1)具有一个径向向里对着被密封体的面(1h)，该面(1h)在垂直于密封圈(1)圆周方向延伸的方向内具有一个高度(H)，该面(1h)在高度(H)的一部分呈圆柱形，以构成一个密封面(1i)，而其余部分(1k)则具有一个相对于密封面(1i)增大半径的面(1l)。

6.按权利要求5的密封装置(12)，其特征是，面(1l)呈锥形扩展。

7.按权利要求5或6的密封装置(12)，其特征是，面(1l)在径向内具有一个最大的距离(B)，且平衡间隙(S)具有一个“2×Pi×B”的宽度。

8.按权利要求5至7任一项的密封装置(12)，其特征是，沿内表面(1h)在圆周方向内均匀分布设置有几个连接条(1p)。

9.按权利要求1至8任一项的密封装置(12)，其特征是，密封圈(1)用塑料制造，例如聚四氟乙烯、一种改良的高温聚合物如聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚苯撑硫、聚苯并咪唑、聚酰胺。

10.密封活塞杆用的密封组件具有一如权利要求1至9任一项所述的密封装置(12)。

11.活塞式压缩机，具有一个如权利要求1至9任一项所述的密封装置(12)。