TW201839298A - 用於容許特別是在高壓範圍內的介質通過之裝置的密封系統 - Google Patents

Abstract

一用於容許特別是在高壓範圍內的介質通過之裝置的一密封系統係設有一具有一膛孔之殼體，一被安裝在該殼體內的組件，藉以作振盪及/或旋轉，且設有一被形成於該膛孔內的壓力腔室。一圍繞該組件之密封元件係鄰接可裝填有該介質之此壓力腔室。一額外的金屬密封件係在此處由該殼體及一圍繞該組件的壓力碟形成。外區因此在密封元件之後被緊密地關閉。以此方式，密封元件在外側被完全緊密地包封。

Description

用於容許特別是在高壓範圍內的介質通過之裝置的密封系統

根據請求項1的前文，本發明係有關一用於容許特別是在高壓範圍內的介質通過之裝置的一密封系統。

此等系統係適合於諸如液體切割頭、高壓閥、擺動活節、泵或類似物等裝置，其係與處於特別是數千巴(bar)壓力的一介質配合工作。一典型應用領域係為以一具有高壓的水噴注來切割物件之裝置。

此等裝置中的可移組件、諸如例如可在一切割頭或一高壓閥中來回移動之閥針或是擺動活節中的旋轉軸管概括係以應該具有最為防漏的可能密封效應暨小摩擦量與長壽命的塑膠密封件作密封。這裡試圖以適當的幾何結構來盡量減少相對軟性密封元件擠入密封間隙中。

在先前已知的此型密封系統中，採用具有O環的壓蓋抑或密封元件。在前者實例中，常有不同硬度的塑膠所製成之密封元件係在二個支撐環之間被預拉張。其提供了組件的防漏密封之優點，卻蒙受即使小量磨耗亦可能導致系統洩漏之缺點。因此，密封元件必須常重新拉張，預拉張係產生高摩擦力，其係增大磨耗並對於裝置的可操作性具有負面影響。

當使用具有O環的密封元件時，一塑膠製的軟性密封件係以一O環作預拉張。後者作為外密封件，以位於大氣側的支撐碟作輔助令擠製受到拘限，同時液體壓力承擔密封元件的拉張。藉由此等密封系統，可有利地使密封件在磨耗時將其自身調整至一特定程度。並且，密封元件的預拉張係具有壓力因變性。然而，缺點係為：特別是在高壓，並不保證具有防漏密封。

本發明的目的係在於消除這些缺點並設計出一開頭所描述類型的密封系統，其藉由簡單手段及最少的可能處理心力來確保處於將受控制的介質的高壓之在膛孔中作振盪及/或旋轉的組件具有可靠的密封。

根據本發明，藉由請求項1的特徵達成此目的。

根據本發明，藉由殼體及一圍繞組件之壓力碟形成一額外的金屬密封件，或替代地，殼體係圍繞組件本身。因此，外區在密封元件之後被緊密地關閉。

以此方式，密封元件在外側被完全緊密地包封。免除了位於其外徑的密封點，且其密封效應係拘限於壓力碟或殼體以及在其內作振盪及/或旋轉的組件之間較無問題的內徑。

另一顯著優點在於：由於其裝填有介質，密封元件藉由液體壓力被自動地預拉張。

基於密封件可簡單處理之目的，若金屬密封件由殼體及壓力碟之二個相對的密封表面形成則為有利。

在第一版本中，本發明係使得殼體及壓力碟之相對的密封表面以較佳對於膛孔的縱軸線為30°至60°之一角度呈傾斜狀。

在一替代性版本中，其以近似90°垂直於膛孔的縱軸線之一角度呈對準。兩實施例從製造觀點來看皆為有利。當然不用說，亦可提供其他傾斜角度。

並且，本發明係使得密封元件為環狀並具有圓錐形推拔前側，其錐度(conicity)使得密封元件可壓抵住壓力碟之一對應的圓錐形形成的支撐表面，藉以形成一密封件。有利地，密封元件係產生成為塑膠材料製成的一軟性密封件。其圓錐形前側則使軟性密封件設有一大的重新調整區，該大的重新調整區在磨耗時藉由液體壓力進一步壓入圓錐中，藉以保存密封功能。

環狀密封元件亦可設有幾乎垂直於膛孔的縱軸線呈對準之前側。為此，壓力碟的支撐表面則亦垂直於膛孔的縱軸線呈對準。

根據本發明的密封系統係特別適合於用以密封在導膛孔中作振盪之閥的閥針之高壓閥，且亦特別適合於用以密封導膛孔中之活節的旋轉軸管之擺動活節。

圖1及圖2顯示一高壓閥1的一裝置，其操作作為一心軸閥，可例如使用於一具有一水噴嘴的切割頭，以高壓的一水噴注來切割材料。

此高壓閥1由下列各物組成：一具有一壓力腔室3之殼體2，一心軸螺帽6，其具有一設置成一閥針5的組件，暨一可人工性或機械性、例如氣動性操作之心軸4，藉其可使閥針5壓抵住殼體2內的一閥座8。並且，殼體2具有一水入口9及出口10或反之亦然，其在閥開啟時可經由一通路11連接至彼此。此外，一具有一膛孔13’以供當關閉及開啟高壓閥時引導閥針5之壓力碟12係置設於殼體2中。

在根據本發明的密封系統中，一圍繞閥針5且為塑膠製的環狀軟性密封件形式之密封元件14係置設於殼體中所設置之膛孔13中的壓力碟12與壓力腔室3之間，且此外，密封元件14的外區14’被一金屬密封件17緊密地關閉。

此金屬密封件17係由殼體及壓抵住該殼體的壓力碟12之相對的密封表面15a、15b所造成。因此，免除了正常所需要之位於密封元件的外徑上之密封點，且密封元件14的密封功能主要拘限於軟性密封件之較無問題的內徑。

這些密封表面15a、15b係有利地對於導膛孔13的縱軸線較佳呈30°至60°、例如圖示45°的一傾斜角度作配置。密封元件14之部份上具有圓錐形推拔前側，其錐度形成為可使其壓抵住壓力碟12之一對應的圓錐形形成的支撐表面18，藉以形成一密封件。以此方式，係可以當密封元件14磨耗時藉由液體壓力進一步壓入圓錐中而在一較大範圍內重新調整密封件，藉以保存密封功能。然而，傾斜角度亦可依個例而定在特定極限內作變動。

根據圖2，一強化元件、較佳為一金屬環7係被指派予毗鄰於壓力腔室3之前側上的密封元件14。密封元件14的外區14’因此被保護而不受到流過的流體之高流速。

根據圖3，密封表面15a、15b的傾斜角度係彼此相異達一小角度量16，俾使金屬密封件17以一圓形密封邊緣17’的形式產生於內側。藉由此方式所產生的金屬密封件，可在此密封邊緣17’處達成材料的塑性變形，且因此密封元件14在外側被完全緊密地包封，並永久性保證一完美密封，即使在最高壓亦然。

根據圖4的根據本發明之密封系統以及根據圖1者的差異僅在於：前者中，殼體2及壓力碟或多或少由單一體件產生，而因此殼體2本身係圍繞且支撐用以形成組件的此閥針5。這簡化了這些部份的產生，且亦免除了心軸螺帽6作為支撐及壓抵壓力碟12抵住殼體的反制表面之手段的功能。密封元件14係環狀地設計成具有圓錐形推拔前側14a、14b，位於前側14b的外區係合併至位於閥針5上的內區中，所以達成一最適的密封件。

密封元件14有利地在外側與內側皆壓抵至殼體2的圓柱形膛孔13中之組件5上。其係藉由其下前側14a毗鄰於壓力腔室3，俾使之在操作性狀態中裝填有介質。藉由一可從殼體2被移除且更換並包含用於閥針的閥座8之閥座區塊8’，係可以在後者被移除時將密封元件14推入膛孔13中。此閥座區塊8’僅作部份繪示。

圖5所示的擺動活節20係為具有一高壓水噴注之一裝置的一組件部份，其較佳被用來清理物體或與機械臂配合使用以供切割物體，其中發生頻繁的旋轉性運動。此擺動活節20主要由下列各物組成：一多部份殼體22，其具有一殼體覆蓋件21，一水入口29及一壓力腔室24，尚且，暨一軸管26，其具有一滾珠軸承27，在一膛孔25’內被引導，一壓力碟28，一連接器23及一密封元件30，其被插入膛孔25的一加寬區中。

根據本發明，一額外的金屬密封件33係由殼體22形成，且圍繞套筒形組件26’ 及因此外區30’之此壓力碟28係在密封元件30之後被緊密地關閉。

密封元件30有利地同樣產生成為一由塑膠材料製成的軟性密封件。金屬密封件33本身來說由圓柱形殼體部份及壓力碟28之二個相對的密封表面31a、31b形成。有利地，密封表面31a、31b的傾斜角度係同樣配置使其彼此相異達一小角度量，俾使一圓形密封邊緣形成於內側。此外，壓力碟28係圓錐形形成至外側。

不同於根據圖1的金屬密封件17，密封表面31a、31b係對於膛孔25的縱軸線呈近似90°運行。另一差異在於密封元件30及壓力碟28的接觸表面並非圓錐形，而是近似垂直於膛孔25的縱軸線亦呈傾斜狀。

密封元件30額外地配備有一置設於外側作為輔助密封件之O環32，藉以除了金屬密封件額外地替代性形成一外密封件。

軸管的套筒形組件26’係有利地在外側設有一塗覆物，俾使其更好地在膛孔25’內滑動。較佳地，係採用一以PVD或PACVD(電漿輔助化學氣相沉積)為基礎的塗覆物。

原則上，被設置成一閥針及/或壓力碟12、28或殼體2之用以引導此各別組件的膛孔13’、25之組件5係亦可設有此塗覆物。

本發明由上述的示範性實施例充分作顯示。然而，不用說，亦可由進一步版本予以說明，諸如例如用以密封一高壓泵的活塞者，其中一可來回移動之活塞係可設置成為該組件。

根據本發明的這些密封系統係特別適合於移動僅有數公釐的小直徑之組件並必須與被容許以數千巴的特高壓力通過之介質配合工作。在實行中，密封系統已經證實其價值，特別是在4000巴以上的壓力。其可裝填有6200巴以上的壓力，並理論上可裝填至10000巴以上。

1‧‧‧高壓閥

2,22‧‧‧殼體

3,24‧‧‧壓力腔室

4‧‧‧心軸

5‧‧‧組件/閥針

6‧‧‧心軸螺帽

7‧‧‧金屬環

8‧‧‧閥座

8’‧‧‧閥座區塊

9,29‧‧‧水入口

10‧‧‧出口

11‧‧‧通路

12,28‧‧‧壓力碟

13,13’,25,25’‧‧‧膛孔

14,30‧‧‧密封元件

14’,30’‧‧‧外區

14a,14b‧‧‧圓錐形推拔前側

15a,15b,31a,31b‧‧‧密封表面

16‧‧‧小角度量

17,33‧‧‧金屬密封件

17’‧‧‧圓形密封邊緣

18‧‧‧支撐表面

20‧‧‧擺動活節

21‧‧‧殼體覆蓋件

22‧‧‧多部份殼體

23‧‧‧連接器

26‧‧‧軸管

26’‧‧‧套筒形組件

27‧‧‧滾珠軸承

32‧‧‧O環

下文中將參考圖式，參照二個示範實施例更詳細地說明本發明。其中顯示如下： 圖1是身為一裝置的一高壓閥之根據本發明的一密封系統之縱剖視圖； 圖2是根據圖1的高壓閥之密封系統的部份縱剖視圖； 圖3是放大顯示之根據圖2的金屬密封件之細部； 圖4是身為一裝置的一切割頭之根據本發明的一密封系統之部份縱剖視圖；及 圖5是身為一裝置的一擺動活節之根據本發明的一密封系統之縱剖視圖。

Claims (14)

1. 一種用於容許特別是在高壓範圍內的介質通過之裝置的一密封系統，其包含一具有一膛孔之殼體，一被安裝在該殼體內的組件，藉以作振盪及/或旋轉，且設有一被形成於該膛孔內的壓力腔室，其可裝填有該介質，至少一圍繞該組件之密封元件係鄰接該壓力腔室，其特徵在於： 一額外的金屬密封件係由該殼體及一圍繞該組件的壓力碟形成，或者該殼體本身圍繞該組件，且因此該外區在該密封元件之後被緊密地關閉。
2. 如請求項1之密封系統，其中 該密封元件較佳被壓入該殼體的圓柱形膛孔中並以其一前側毗鄰於該壓力腔室，使其在操作性狀態中裝填有介質。
3. 如請求項1或2之密封系統，其中 該密封元件係環狀地形成且具有圓錐形推拔前側，其錐度使得該密封元件可壓抵住該壓力碟之一對應的圓錐形形成的支撐表面，藉以形成一密封件。
4. 如請求項1或2之密封系統，其中 該密封元件係環狀地形成且具有幾乎垂直於該膛孔的縱軸線呈對準之前側，並可壓抵住該壓力碟的一支撐表面，該支撐表面垂直於該膛孔的縱軸線而對應地傾斜，藉以形成一密封件。
5. 如請求項1至4中的一或多項之密封系統，其中 該密封元件係產生成為一由塑膠材料製成的軟性密封件。
6. 如請求項1至5中的一或多項之密封系統，其中 該密封元件較佳在外側設有至少一O環作為一輔助密封件。
7. 如請求項1至6中的一或多項之密封系統，其中 在本身圍繞該組件之該殼體中，該密封元件係推押經過該壓力腔室進入該膛孔中，基於此目的，該殼體能夠藉由該膛孔中的一閥座區塊被開啟。
8. 如請求項1至6中的一或多項之密封系統，其中 該金屬密封件由該殼體及該壓力碟之二個相對的密封表面形成，該等密封表面的傾斜角度彼此相異達一小角度量，藉其在內側造成一圓形密封邊緣之形成。
9. 如請求項8之密封系統，其中該等相對的密封表面以較佳對於該膛孔的縱軸線為30°至60°的一角度呈傾斜狀。
10. 如請求項8之密封系統，其中 該金屬密封件之相對的密封表面係以近似90°垂直於該膛孔的縱軸線之一角度呈對準。
11. 如請求項1至3中的一或多項之密封系統，其中 一強化元件、較佳為一金屬環係被指派予毗鄰於該壓力腔室之前側上的該密封元件，俾使該密封元件的外區受保護而免於流過的該流體之高流速。
12. 如請求項1至11中的一或多項之密封系統，其中 該可移式安裝的組件及/或用以引導該組件之該壓力碟或該殼體的膛孔係設有一塗覆物。
13. 如請求項12之密封系統，其中 特別是該軸管的套筒形組件設有一塗覆物。
14. 如請求項12或13之密封系統，其中 可使用一以PVD或PACVD為基礎的塗覆物。