TW312740B - - Google Patents

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經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 312740 A7 ___ _B7__ 五、發明説明（1 ) 發明領域： 本發明爲有關申請專利範圍第1項之前言所述之密封 配置。 發明背景： 供一具有圓形橫剖面之本體（如一活塞桿）之用的密 封配置，特別是對活塞式壓縮機而言’乃爲已知的。乾式 運轉活塞式壓縮機（dry running piston compressors) 是在壓縮元件中不需使用外來潤滑之機器。此種壓縮機有 固定的密封元件，一活塞桿乃穿經其間而運動。此密封元 件經常是成串地一個置於另一個之後，以此方式形成所謂 墊圈。此種具有密封配置及密封環之墊圈可從專利第CΗ 4 3 9 8 9 7號得知。密封環在靠在活塞桿之密封面處受 到摩損。然而爲了維持長時間的密封功能，已知之密封環 有摩損補償（Wear compensation)，即密封環被分成二 個密封環元件，其具有相關於活塞桿與一切線（tangent )平行延伸之局部接頭（partial joints)且具有形成一 補償環間隙之徑向接頭（radial joints)。一周圍地圍 繞此密封環之軟管彈簧施加一預負荷（preload)於朝向 活塞桿之密封環元件。此種已知密封配置之缺點爲：密封 環有大量之局部接頭，會損害密封功能。爲了密封這些接 頭，一遮蓋環在一軸向中被安置成鄰接密封環。此一密封 配置之缺點爲：其在軸向中有相當長之範圍。在活塞桿處 之此種密封配置之已知問題是：會發生摩擦熱。經由密封 本紙張尺度適用中國國家標芈（CNS ) Μ規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -4 - A7 312740 __ B7 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 元件本身來驅散摩擦熱是很困難的，因爲密封元件經常由 塑膠製成，且幾乎是作爲熱絕緣體。因此摩擦熱之最大部 分很明顯地以低效率方式被活塞桿引開。因此當使用塑膠 製成之密封環時，發生之摩擦熱爲引起高摩損之主要原因 ’所以經常要對含有密封配置墊圈（packing)作複雜且 昂貴之冷卻。 發明概要： 本發明之目的即爲克服已知密封配置之缺點。 此目的可以由申請專利範圍第1項之特徵來實現。附 屬項之申請專利範圍第2〜9項有關另外有利的實施例。 依據本發明之供具有圓形橫剖面之活塞桿之用密封配 置包括一具有一環間隙及補償間隙之單件密封環，及一在 周圍方向中圍繞該密封環之遮蓋環：其中密封環具有一部 分至少在一端與密封環之另一端一起形成一重疊環間隙， 且密封環有分別朝分離接頭或環間隙減少之壁厚。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 本發明之密封配置之優點爲：在軸向中之重疊環間隙 產生高度之氣密性。圍繞之遮蓋環幫助密封作用且額外施 加一作用在朝向活塞桿之密封環上之偏負荷（bias load )。此圍繞之遮蓋環在徑向中封閉重叠分離接頭》 適合作密封環之材料爲供乾式運轉應用之用的塑膠， 如具有聚四氟乙烯（P TF E )基質之充填聚合物，或是 y 機械上爲固體的、抗高溫及耐磨聚合物（也稱爲 ''高溫聚 合物〃）如聚（醚醚酮（PEEK)、聚（醚酮）（ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐：） -5 - B7 B7 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) pEK)、聚醯亞胺（PI)、聚（伸苯基硫）（PPS )、聚苯並咪哇（PBI)、聚醯胺醯亞胺（PAI)之 混合物，或環氧樹脂。 此高溫聚合物無法以其單純型式乾式運轉，因此需要 額外固體潤滑劑，如碳、石墨、硫化鉬、PTFE等。此 種高溫聚合物於是被設計成 '修正^者。 本發明之密封配置之好處是：特別可使用由高溫聚合 物製成之密封環。 此術語^高溫'聚合物乃爲一集合名詞，爲關於在活 塞式壓縮機中之密封元件之使用塑膠，其和習用之充填 P T F E材料有下述性質之不同： -高溫聚合物即使在高溫（在乾式運轉中高溫是很平 常的）下也有一高機械穩定性。 —高溫聚合物無冷流動性質（cold flow properties )，因此甚至精細成型之密封環可保持形狀穩定且特別地 ，當使用在墊圈中，其在在高壓下也不需額外之支撐環。 一高溫聚合物大致上有較高之彈性模數，此對較大環 直徑之密封環而言，可獲致較大剛性。 -與充填P T F E相較，因製造出來之高溫聚合物密 封環可有較小直徑及較高機械負荷性，如此使得此種由高 溫聚合物製成之密封環特別適用於高壓縮端壓力（high compression end pressure ) ° 先前使用高溫聚合物之一缺點是：對特殊形狀有差的 適應能力，使其很難與活塞桿之整個周圍作完全的接觸， :氏浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） '~ -6 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（4 ) 如此會引起洩漏。 本發明之密封環之好處爲：密封環有分別朝分離接頭 或環間隙減少之徑向壁厚，意即密封環是做成稍薄的，因 此在重疊環間隙之區域中之彎曲部分爲較軟。由於此種設 計，由高溫聚合物構成之密封環有良好的形狀配合能力。 本發明之密封環特別適用於乾式運轉活塞式壓縮機， 其中密封環最好由具有所謂的自我潤滑性質之修正的高溫 聚合物構成。此類型之密封環可以被製造成非常狹窄的環 ，如此使得一方面，活塞桿較佳地經由輻射熱而使熱傳遞 至墊圈，且另一方面，在密封環及活塞桿之間有較小之摩 擦表面，此會減少發熱。以此方式，可防止活塞桿過度之 發熱.，此有額外之好處是：密封環受到較小的摩損。 本發明之密封配置有高的不透性，如此使得僅有輕微 的洩漏發生在密封配置中，且洩漏主要發生在活塞桿及密 封環之密封面之間。在此期間，於活塞桿和密封環之間產 生氣體軸承，此會減少熱的產生，因此減少活塞桿之發熱 和密封環之摩損。 各種不同之實施例將參考下述圖式來加以說明： 圖式之簡要說明： 圖1爲一密封配置之立體圖； 圖2爲一密封環之平面圖； 圖3爲密封環之底面圖； 圖4爲密封環之橫剖面圖； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X29"/公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 312740 A7 B7 --------_裝----^---:—訂---^----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 五、發明説明（5 )

圖4 a爲延者線B_B *

圖4 b爲延者線C — C 面圖； 圖5爲密封環之另一橫 圖6爲一遮蓋環之平面 圖7爲一密封環之另一 圖7 a爲圖2之密封環 圖7 b爲圖7之密封環 圖8爲一乾式運轉密封 元件標號說明 1 密封環 1 b，1 c 端 1 e 端部份

S 1，S 2 寬度

Dmax 最大壁厚之 3 彈簧 4 a 溝槽 取得之密封環之另一橫剖面圖 取 得 圖 4 a 密 封 環 之另一橫剖 剖 面 圖 » 圖 f 實 施 例 之 平 面 圓 t 從 方 向 E 看 之 側 面 raj · 圖， 從 方 向 E 看 之 側 面 tsi · 圖， 配 置 之 縱 剖·面 圖 0 1 a 分離接頭 1 d 端部份 1 e 保持機構 1 麟 密封面 m 调 渐寬表面 ί 凹部 2 遮蓋環 s 間隙 D 壁厚 位置 D 1，D 2 方向 4 活塞桿 5 室環 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 8 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 312740 A7

Hi_ϋ 發明説明（6 Η mrn ||y β 角度 Β 離 6 墊圈 12 密封配置 14 密封室 15 汽缸空間 Ρ 1 * Ρ 2 壓力 實施例之詳細說明： 圖1示出一密封配置1 2之展開圖，該密封配置1 2 / 由一密封環1、一置於密封環1之周圔方向中之遮蓋環2 、和一圍繞遮蓋環2之周圍方向中之軟管彈簧或環形彈簧 3。圖2之密封環1之平面圖有一表面.1 h，延著面向要 被密封之本體（活塞桿4)之內圓呈圓形形狀延伸且執行 密封作用。密封環1是一具有一分離接頭1 a (parting joint)之單件環，如此使得密封環終止於兩端1 b、 1 c。從圖3之底視圖可清楚地看出端1 C有一部分1 d 在密封環1之周圍方向延伸，且與另一端1b形成在周圍 方向中重叠之環間隙（ringgap) ·密封環1有彈性性質 ，如此使得其在分離接頭1 a之區域中有一間隙S ·在本 實施例中，密封環1之徑向壁厚D朝分離接頭1 a (即在 方向D1或D 2中）自相對於分離接頭1 a之最大之D之 位置Dm a x開始逐漸減少•以此方式，即使密封環是由 具有較高彈性模數之材料（如高溫聚合物）製成，其有一 特性即爲在朝向分離接頭1 a之彎曲中會逐漸變得更彈性 及/或更柔軟。具有圍繞密封環1之軟管彈簧3之遮蓋環 2施加一力量於朝活塞桿作用之密封環1上·遮蓋環2是 本紙浪尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' -9 - ΙΓ---------裝--------訂ί——^----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印策 312740 A7 B7 五、發明説明（7 ) 一打開環。由於在分離接頭1 a處之間隙S和朝向分離接 頭1 a之彈性性質，密封環1有很好的適應活塞桿4之能 力，如此使得密封環1密封地圍繞活塞桿4之整個周圍。 密封環1有一面朝外之表面lm、1 η，其以圓形之形狀 延伸。在本實施例所示之兩表面1 h、1 m之輪廓乃以彼 此離心延伸之方式共同安置。密封環1有五個在徑向中延 伸之回流溝槽4 a或卸壓溝槽4 a ·這些卸壓溝槽4 a可 使被包圍在墊圈環室（packing ring chamber) 1 4中之 氣體在汽缸之進氣衝程期間回流到汽缸中（如圓8)，如 此可防止密封元件1之雙作用式密封功.能，即在汽缸之進 氣相和壓縮相期間之密封功能。也可能使用沒有回流溝槽 4 a之密封環1 ·可替代的，回流溝槽4 a可以被醯成室 環5之金靥底座。 圖6示出一具有扇形切口 2 a之打開的遮蓋環2之實 施例。此密封環1有一圓柱形之突出保持機構1 g，其在 遮蓋環2被置入密封環1時係位於切口 2 a中，如此使得 遮蓋環2在密封配置12之周圔方式中係被固定的以抗拒 旋轉。 圖7 a示出圖2之密封環從方向E看之側視圖•密封 環1之環接頭之兩端lb、1 c，其中端lb有在周圍方 向中延伸之端部分1 d，如此產生在周圍方向中重叠之環 間隙· 圖5示出圚2延線（A_A)取得之密封環1之剖面 ，其中分離接頭1 a與圇1〜3之分離接頭有所不同。在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） —裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（8 ) 密封環1之每一端1 b、1 c上，端部分1 d、1 e在密 封環1之周圍方向中延伸，且在周圍方向中重叠，以此方 式形成一重叠環接頭•再一次地，此分離接頭1 a有一間 隙S。當從一方向E看時’密封環1之側視圖7 b對應圖 5之實施例。密封環1終止於兩端lb、1 c，此兩端有 在周圔方向中重叠之端部分1 d、1 e ·在此兩端1 b、 1 c之間，分別產生寬度爲S1及S2之中間空間。在較 佳實施例中，此兩寬度S 1、S 2爲同樣大小，如此使得 密環1在周圍方向中有一間隙S = S1 = S2 *遮蓋環2 位在凹部1 η，其中凹部1 η之寬度可.使得凹部1 η也在 周圍方向中延伸遍及端部分1 e，如此使遮蓋環2在凹部 1 η之區域中包圍繞部分1 e ·此種密封配置1 2有一高 密封作用，因爲遮蓋環2以寬度S 1和端部分1 d、1 e 之間之間隙包圍中間空間，此導致在徑向中之高不透性β 此外，可防止兩端部分1 d、1 e在徑向中相互之相對運 動。 圖4示出圖2延線A_A而得之密封環1之剖面，其 中示出橫部面之另一可能設計·密封環1有一朝活塞桿4 之滑動面定向之表面1 h。此表面1 h有軸向中之髙度Η *且被設計以圓柱形地延伸遍及部分1 i以形成一密封面 1 i ，且被設計成延著另一部分1 h漸寬•此漸寬表面 1又乃圓錐狀地以角度/5渐寬。 本發明之密封配置12有一極佳之密封效果•因爲防 止在軸向及徑向中之流穿（f low-through )。以此方式， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------—裝---III·訂丨— _^----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 3

£74Q A7 B7 五、發明説明（9 ) 氣體成分主要在密封面1i和活塞桿4之滑動面之間逃脫 ，此好處爲：密1可輕易有滑動面抬起，因此減少摩 擦。漸寬表面1/ |之效用爲：氣體成分在朝向減少之密封 面1 i之方向#受妨礙地流動，且氣體成分施加一力量 在密封環1上，其在徑向中向外作用在表面1 和表面 1i上。以此方式，可便利密封面1i和活塞桿4之滑動 面之間之洩漏，藉此在密封環1和活塞桿4之間產生氣體 軸承。密封面1i在其軸面向範圍中可製成相當窄以產生 顯著之氣體軸承》以此方式，可降低在密封面1 i和活塞 桿4之間之摩擦，此好處是可減少密封.環之發熱及摩損· 密封環1有一凹部1 η用以收容遮蓋環2。此凹部1 η也 可以不同方式來使用，或是其可以不存在。 圖8示出一乾式運轉密封配置或所謂之墊圈6之縱剖 面圖，包含至少一密封室1 4，其圍繞活塞桿4且由兩室 環5形成，且密封地螺合於相聯結之汽缸空間1 5。包含 —密封環1和一遮蓋環2之兩衷件密封環形盤1 2被置放 於密封室14中。此外，一 #會鄉簧3圍繞遮蓋環2。環 1 功能之結果是：在室1 4中之壓力Ρ 1大於

I 朝_^室1 4打開之通路中壓力P 2。 圖2之賁施例不同的是：圖7所示之密封環1之實 施例有一具有圚錐形局部表面1 之表面1 h ·此局部表 面1)2被一腹板（web) 1P在三處被中斷。也可有利地 安置三個以上分布在周圍之腹板1 P。圖4 a示出延著線 B-B而得之密封環1之剖面，且示出圓錐形局部表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） II-------- I裝-------訂—--^----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 12 A7 B7 五、發明説明（10 ) 1芡，其在軸向中延伸遍及度1 k，以及示出圓柱形W m% 延伸之局部表面 以圓 狀延伸之局部表面1 與

活塞桿4之表面成一角度）8相交。圖4 b示出延線C 一 C 取得之穿過密封環1之一腹板1 pig剖面。士求板1 P焉 舊A 卜:ί._ 內表面有在軸向中對應密封環1之擊_ Η乏窝度，且與:每 塞桿4平行延伸。一腹板1 P與活I® 4觸遍及整個 度Η且用以穩定密封環1。圖7之實施例有三個腹板 ，其分布在表面1 h之周圍，且一腹板1 Ρ位在分離接頭 1 a之面域中。當然一密封環1 b也可不用腹板1 P，如 此使得圓錐的局部表面1父延伸遍及表面1 h之整個周圍 而無中斷。 圓錐狀地延伸之局部表面1 P與圚4 a之活塞桿4有 一最大之距離B »在密封環1之實施例中，間隙S之寬度 爲^2乂7?/8# 。以此方式使用之密封環1在操作之第 一相中形成一摩擦環且在操作之第二相中形成一流動環（ flow ring)。在操作之第一相中，密封環1有一圖錐狀 地延伸局部表面1 ί »隨著密封面1 i之逐漸摩損，圓 錐狀伸之局部表面1 被減少直到密封面1 i延伸遍 及整個Η。現在如果間隙S對應於iZxrxB#之 \ά - 寬度，it是當局部面積1 ί完全被摩損時，此間隙變爲零 。在此狀態中，密封環變成一流動環，因爲既然間隙（ play)變爲零，幾乎很難產生密封面1 i任何進一步之摩 損，如此使得密封環1在操作之第二相中有大約固定之洩 漏。因此在操作之第二相期間密封環1有最大之流阻（ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------裝----^---^訂—--^-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 -13 - 312740 A7 B7 五、發明説明（11 ) flow resistance) β 局部表面1 5不僅能圓錐狀地漸寬，且能有任意形狀 ηχ 1 面 表 部 局 的 間 之 1 環 封 密 和 4 桿。 塞隔 活間 在一 , 生 式產 方中 此域 以區 ’ 的 ---------批衣--------ΐτι--^----^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐）

Claims (1)

1. 312740 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 1 .—種密封配置（1 2 ) ’供具有圓形橫剖面之活 塞桿之用；該密封配置（1 2 )包括一具有分離接頭（1 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圔彳}1彳 其形有伸 其封 其}圍 其之圍一 周環 be環 ，圓處延 ’密 ，2 所 ’向周爲 在封 1 環封。}之側地 }止 .}c} }定之} 一密 {封密}2 向外形_ 2 防 2 環 3 2內},£3 和中端密且 bl 定向圓 1 以 1蓋< 1 朝 11 ’ 其一 與·， 內徑中 C 用 C 遮簧 ^向彳^ }，少 } 頭厚置朝其向 置， 置在彈 置徑環面 1>至b 接壁配向在方 配} 配位之 配體封表 ¢2 於 1 環向封徑}圍 封 2。 封一伸 封本密； 環彳中{叠徑密體1周 密1轉密被延.密之與> 封環向端重之之本C之 之C旋之或中 之封在 Η 密蓋方.，一少項之環 } 項構同項\向 項密有 < 件遮圍}成減1封封1 1機共1且方 1被}度 單之周 <1>形}第密密 < 第固之第質圍 第要 h 高 之}之1 起 a 圍被且環。圍緊} 圍性周 圔朝 <之 )1 ) , 11 範要：封心範 12 範性之 範 一面伸 s — 利朝}密離利有 < 利彈} 利有表延 C 環¢10 頭專有 h 在}專}環專有 1 專}且中 隙封環C1接請}l}h 請1蓋請}c 請1;向 間密封分 C 離申 1{1111申< 遮申 2 環 申方 償繞密部端分如C面1{如環和如{封 如環hi 補圍在之一朝 ·環表C面 ·封} •環密 .封1直 及中有伸另有 2 封伸面表 3 密 14 蓋在 5 密C 垂 >向}延之3 密延表與 該C 遮且。 該"面向 a 方 1處}1 中地一且 中環 中上繞 中表方 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標丰局員工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 遍及高度（H)之一部分之圓柱形狀，以形成一密封面（ li)且有一表面（1J2)，具有一相關於密封面（li )遍及另一部分（lh)擴大之半徑。 6. 如申請專利範圍第5項之密封配置（12)，其 中表面（li?)爲圓錐狀地漸寬。 7. 如申請專利範圍第5項之密封配置（12)，其 中表面（1 5 )在徑向方向中依一最大距離B漸寬，且補 償間隙（S)之寬度爲。 8. 如申請專利範圍第5項之密封配置（12)，其 中多數腹板（1P)在周圍方向延著內表面（lh)分佈 〇 9. 如申請專利範圍第1項之密封配置（12)，其 中密封環（1 )是由塑膠（如聚四氟乙烯（PTFE)製 成’或是由一修正之高溫聚合物，如聚（醚醚酮）（ PTFE)、聚（醚酮）（PEK)、聚醯亞胺（PI) 、聚（伸苯基硫）（PPS)、聚苯並咪唑（PBI)或 聚醢胺醯亞胺（PAI)製成。 1 0 ·—種墊圈，用以以申.請專利範圍第1〜9項中 之任一項之密封配置（1 2 )來密封一活塞桿。 1 1 . 一種活塞式壓縮機，具有申請專利範圍第1〜 9項中之任一項之密封配置（12)。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^---^— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 15