CN203272786U - 一种环形密封件及密封系统 - Google Patents

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Abstract

一种环形密封件，包括具有横截面的金属环。所述横截面包括轴向延伸的本体部分，其具有径向宽度和轴向高度。间隔开的密封臂对从所述本体部分轴向延伸，其中各密封臂包括径向相反的拱形密封表面。例如，该拱形密封表面可以是凸面的。间隔开的密封臂对间隔开的径向距离大于本体部分的径向宽度。密封系统包括多个互连的金属环，其中本体部分与相邻金属环的密封臂接合。

Description

一种环形密封件及密封系统
交叉引用 
本申请要求主题与上相同、申请日为2010年9月9日、申请号为61/381,213的美国临时申请的优先权，且在此结合该临时申请的全部内容作为参考。 
背景技术
在很多工业中，需要提供在包括高压、高温和有害化学物的极端条件下也能工作的可靠的密封。在这样的情况下，常规的弹性密封件会被损坏或者完全失效；因此，对于这些极端应用，金属密封件是优选的解决方案。 
常规的金属C、V或者U密封件通常由金属片形成。控制安装力所要求的公差使用金属片是难以实现的。此外，从金属片制造的部件通常由退火材料形成以有助于形成过程。接着这些部件需要进行热处理形式（例如，在沉淀硬化之前的固溶热处理）的额外工序来实现最佳的材料强度。在该热处理过程中，由于尺寸改变的幅度与所形成的部分的残余应力成比例，所以密封件所经历的尺寸改变是难以预计的。此外，由于横截面形状的固有的柔性，通常形成C、V或U形金属密封件的形状是难以从预硬化的材料加工成的。因此，需要环形密封件，其可制造成不具有对于用常规金属片处理制造的常规的C、V和U形密封件来说很普遍的应力和公差问题。这样，需要可由硬化材料加工的横截面形状。 
在一些临界应用中可能用到冗余的密封件。将常规的C、V或U形密封件堆叠或套叠进行冗余密封可导致不可预测的性能。另外，存在对可堆叠或套叠以进行冗余密封而不使得密封件的横截面变形的环形密封件的需要。可将堆叠的配置用于双方向的压力应用。可将套叠的配置用于单方向的压力应用。 
实用新型内容
这里公开的一种环形密封装置可总结为具有横截面的金属环，其包括： 轴向延伸的本体部分；从所述本体部分轴向延伸的间隔开的密封臂对，其中各密封臂包括径向相反的拱形（凸面）密封表面；且其中所述间隔开的密封臂对间隔开的径向距离比所述本体部分的宽度大。 
可选地，可将环形密封件描述为具有横截面的金属环，其包括：轴向延伸的杆部；具有径向相反的拱形密封表面的球状部；以及形成在所述球状部中的轴向槽，其中所述轴向槽宽于所述杆部的宽度。 
在一个实施方式中，环形密封件包括具有横截面的金属环，其包括具有径向宽度和轴向高度的轴向延伸的本体部分。从本体部分轴向延伸的间隔开的密封臂对，其中各密封臂包括径向相反的拱形密封表面。该拱形密封表面可以例如是凸面的。该间隔开的密封臂对间隔开的径向距离大于本体部分的径向宽度。在一个实施方式中，本体部分的轴向高度通常比其径向宽度大。 
在另一个实施方式中，间隔开的密封臂对限定了第一槽，且可包括形成在间隔开的密封臂对之间的第二槽。该本体部分的轴向高度可大于轴向槽的深度。 
还公开了包括多个互连的金属环的密封系统，其中所述本体部分与相邻金属环的密封臂接合。这里还公开了将诸如圆柱形部件等的部件之间的间隙闭合的方法。该方法包括提供第一金属环和将其插入所述间隙。该方法还可包括将第二金属环插入所述间隙，并将所述第二金属环的本体部分与所述第一金属环的密封臂接合。可选地，该方法还可包括将第二金属环插入所述间隙并将所述第一金属环的本体部分与所述第二金属环的本体部分接合。 
附图说明
附图被结合到说明书中并构成该说明书的一部分，其示出了环形密封装置的实施方式，且与描述共同用于解释其原理和操作。在图中大体上使用相似的附图标记表示相似部件。 
图1是根据第一示例性实施方式的环形密封装置的顶视图； 
图2是沿着图1的线2-2截取的环形密封装置的横剖视图； 
图3是图1和2所示的环形密封装置在示例性安装中的局部透视图； 
图4是图2中所示的环形密封装置的放大横剖视图； 
图5是根据第二示例性实施方式的环形密封装置的放大横剖视图； 
图6是根据第三示例性实施方式的环形密封装置的放大横剖视图； 
图4A-6A是具有可选的轴向槽的环形密封装置的放大横剖视图； 
图7是示出了堆叠成套叠配置的几个环形密封装置的横剖视图； 
图8是示出了本体部分与本体部分堆叠的两个环形密封装置的横剖视图。 
具体实施方式
这里提供一种环形密封装置，其具有能够实施标准的精确加工处理（诸如铣加工、车削加工和钻孔）的配置。因此，根据这里所说明的实施方式的环形密封装置导致对于苛刻的密封应用的更加一致和精确的公差。此外，这些密封可由未硬化的或预硬化的材料形成，以在加工过程中和在极端条件下的使用中保持尺寸稳定性。例如，在固溶热处理和沉淀硬化条件下，该密封件可包括合金718。此外，环形密封装置设计允许堆叠密封配置，为苛刻应用（critical application）提供密封冗余。 
如图1和2中所示，环形密封件10是具有外直径D和横截面宽度W的环的形式。图3示出了将密封件10安装在两个圆柱形部件5和7之间的间隙3中。从附图可理解，部件5和7优选地包括倒角（chamfer）的导面（lead）以便于安装密封件10。应该理解，宽度W是根据应用来选择的，以便于能适应匹配的圆柱部件（诸如部件5和7）之间的间隙3。此外，应该理解，尽管示例性实施方式涉及密封圆柱部件，然而这里所公开的密封横截面还可应用于其它几个形状。 
图4是图1-3中所示的环形密封件10的横截面的详细视图。横截面包括轴向延伸的本体部分20，还称作杆或柱。间隔开的密封臂30对从本体部分20轴向地延伸。例如，从柱至密封臂的过渡可由半径（radius）24形成。各密封臂30包括径向相向的拱形密封表面32。密封件10包括球状部分，其中形成有轴向槽42，以形成间隔开的密封臂30。轴向槽42用于减少安装密封件所需的压缩载荷，并形成腔体，通过该腔体，被密封的介质可增加在密封界面处的接触力，致使密封性能改善。第二轴向槽44可形成在轴向槽42的底部。从附图中可理解，槽44的径向宽度比轴向槽42的径向宽度小。槽42和44分别包括半径43和45。在密封臂30的肩部区域27处的半径45和24之间的材料用作允许密封臂向内弯的弯曲部（flexure）。因此，密封件10可被配置成预载密封件。可通过改变第二轴向槽44的深度和/或径向宽度以 及半径45和24的半径，从而改变肩部区域27的形状和厚度，来改变弯曲部的刚度。已示出轴向槽43、44形成大致矩形形状，但还可形成其它几何形状，如圆形等。 
密封表面32与待密封的部件（例如部件5和7）接合。如图中所示，密封表面32是径向相反的。该拱形密封表面32提供了与被密封部件的线接触，其与具有面接触的密封相比增加了密封的表面压力。该拱形密封表面32的精确半径并不是临界的。该尺寸可根据应用改变。现有技术领域的普通技术人员可理解密封表面32的拱形形状有助于根据系统压力从任一方向安装该密封件。为此，在本实施方式中，本体部分20包括也有助于安装的倒角22。 
密封臂30间隔开的径向距离稍稍大于本体部分20的宽度。因此，多个密封件可与第一密封件的本体部分20相互连接或者堆叠在一起，所述第一密封件插入相邻密封件的第一轴向槽42中。该堆叠的密封件配置提供了冗余的密封系统且用于稳定两个密封件。当用在堆叠配置中时，本体部分20的径向宽度应足够小以允许密封臂30的一些径向偏移。本体部分20的径向长度还设置了密封件之间的距离，以防止一个密封件的密封臂30与相邻的密封件接触和潜在地使密封表面变形。因此，本体部分20的轴向长度可大于第一轴向槽42的深度。本体部分20可尺寸设置成匹配第二轴向槽44。 
有利地，本体部分20可用于在制造加工过程中保持密封件，在密封件安装过程中作为轴承表面，并用于控制堆叠密封配置中的密封件之间的间隔。本体部分20还增加了密封件在安装过程中的总体稳定性和刚性，减少或者防止了在其它臂之前安装一个臂的过程中，密封臂的“滚动”。还可将第一和第二轴向槽42、44接合以在制造和/或安装过程中保持密封件。 
图5示出了根据第二示例性实施方式的环形密封件210。密封件210包括截头本体部分220。与上述第一实施方式相似，密封件210包括一对从本体部分220轴向延伸出的间隔开的密封臂230。各密封臂230包括径向相向的拱形密封表面232。轴向槽242和244被设置在间隔开的密封臂230之间。槽242和244分别包括半径243和245。密封件210可被用于需要单个密封件或者使用不需要彼此间隔开的多个密封件的应用中。然而，本体部分220可如上所述那样被抓握以有助于加工处理。 
图6示出了根据第三示例性实施方式的环形密封件310。密封件310与上述第一和第二实施方式相似，但是其不包括本体部分。密封件310包括一 对间隔开的密封臂330，其通过桥部分326接合在一起。臂330从桥部分326轴向延伸。各密封臂330包括径向相向的拱形密封表面332。密封臂的拱形密封表面围绕桥部分326延伸。因此，密封件具有U或C形状形式的连续拱形表面。如之前的实施方式，密封件包括设置在间隔开的密封臂330之间的轴向槽342和344。槽342和344分别包括半径343和345。密封件310可用于需要单个密封件或者使用不需要彼此间隔开的多个密封件的应用中。 
图4-6示出了大致具有第一和第二轴向槽42（242，342）和44（244，344）的环形密封装置的多种示例性实施方式。现参考图4A-6A，提供了用于环形密封装置的轴向槽的可选实施方式。各可选轴向槽是相对于环形密封装置10示出的，但可与环形密封装置10、210、310等共同使用。首先参考图4A，提供了具有单个轴向槽42a的环形密封件101。轴向槽42a包括基本矩形形状，其具有宽度W和在宽度W范围中较恒定的深度D。密封臂30具有较直的侧壁31和较平坦的底部33。相对于图5A中提供的环形密封装置102，该环形密封装置与其类似在于其具有单个轴向槽42b。该轴向槽42b类似地具有最大宽度W和最大深度D。该轴向槽42b由较直的侧壁31形成，该侧壁31延伸至第一深度D1，在该点处直的侧壁31过渡成具有半径为r1的大致拱形的凹进底部33b。尽管示出了单个半径r1，然而拱形可由可变的半径形成。单个轴向槽42b形成大致U形状。参考图6C，提供了单个轴向槽42c的第三实施方式。另外，轴向槽42c具有最大宽度W和最大深度D。该轴向槽42c由较直的侧壁31形成，该侧壁31延伸至第一深度D1，在该点处直臂31过渡成由两个汇聚表面形成的三角形底部33c。 
图7示出了根据第四实施方式的几个环形密封件410。如图所示，密封件410嵌套起来，以提供冗余的密封。本体部分420形成了密封表面之间的距离。轴向槽442形成了腔体，通过该腔体，被密封的介质的压力P可增加在密封界面处的接触力，致使密封性能改善。图8示出了根据第五示例性实施方式的一对环形密封件510，其中密封件被端至端或者本体部分520至本体部分520地堆叠。在该配置中，压力P被从任一方向有效地密封。 
此外这里还公开了结合上述密封件闭合各部件（例如圆柱形部件）之间的间隙的方法。该方法可包括提供第一金属环和将其插入间隙的步骤。该方法还可包括将第二金属环插入间隙，以及将第二金属环的本体部分与第一金属环的密封臂接合。可选地，该方法可进一步包括将第二金属环插入间隙， 以及将第一金属环的本体部分与第二金属环的密封臂接合 
因此，环形密封装置是通过一定程度地具体涉及示例性实施方式来说明的。然而，应该理解，本实用新型由参考现有技术说明的所附权利要求限定，从而可对示例性实施方式进行修改和改变而不偏离这里所包含的实用新型概念。 

Claims (19)

1.一种环形密封件，其特征在于，包括： 
具有横截面的金属环，包括： 
具有径向宽度和轴向高度的轴向延伸本体部分； 
间隔开的密封臂对，其从所述本体部分轴向地延伸，其中各密封臂包括径向相反的拱形密封表面；和 
其中所述间隔开的密封臂对间隔开的径向距离大于所述本体部分的径向宽度。 
2.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述拱形密封表面是凸面的。 
3.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述本体部分的轴向高度大于所述径向宽度。 
4.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述间隔开的密封臂对限定了第一槽，且还包括形成在所述间隔开的密封臂对之间的第二槽。 
5.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述间隔开的密封臂对限定了具有侧壁和底部的轴向槽，其中所述底部具有凹入形状。 
6.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述间隔开的密封臂对限定了具有侧壁和底部的轴向槽，其中所述底部包括两个汇聚表面。 
7.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述间隔开的密封臂对限定了具有轴向槽深度的槽，且其中所述本体部分的轴向高度大于所述轴向槽深度。 
8.如权利要求7所述的密封件，其特征在于，所述拱形密封表面是凸面的。 
9.如权利要求8所述的密封件，其特征在于，所述本体部分的轴向高度大于所述径向宽度。 
10.如权利要求9所述的密封件，其特征在于，还包括形成在所述间隔开的密封臂对之间的第二槽。 
11.一种密封系统，其特征在于，包括： 
分别具有横剖面的多个互相连接的金属环，包括： 
轴向延伸的本体部分，其具有径向宽度和轴向高度； 
间隔开的密封臂对，其从所述本体部分轴向地延伸，其中各密封臂包括径向相反的拱形密封表面；和 
其中所述间隔开的密封臂对间隔开的径向距离大于所述本体部分的径向宽度。 
12.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，所述本体部分与相邻金属环的密封臂接合。 
13.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，所述拱形密封表面是凸面的。 
14.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，所述间隔开的密封臂对限定了第一槽，且还包括形成在间隔开的密封臂对之间的第二槽。 
15.如权利要求14所述的密封系统，其特征在于，所述本体部分与相邻金属环的第一槽接合。 
16.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，所述间隔开的密封臂对限定了具有轴向槽深度的槽，且其中所述本体部分的轴向高度大于所述轴向槽深度。 
17.如权利要求16所述的密封系统，其特征在于，所述本体部分与相邻 金属环的槽接合。 
18.如权利要求17所述的密封系统，其特征在于，所述拱形密封表面是凸面的。 
19.如权利要求18所述的密封系统，其特征在于，还包括形成在所述间隔开的密封臂对之间的第二槽。 
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