TWI842106B - 密封件及其製造與使用方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種密封件，其包括：環狀夾套，其包括本體，該本體包括
界定環狀凹槽的根部、第一唇部及第二唇部，該第一唇部包括弧形外部部分且具有厚度WFL及長度LFL；以及環狀添力器，其設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中之至少一者，其中該根部包含切口部分，且其中LFL：WFL的比率大於2。
Description
本揭露涉及密封件，並且更特定地涉及環狀密封件，或適於設置在壓力條件下的密封件。
密封件用於將流體(液體、氣體、漿液等)彼此隔離的環境中。通常，該等密封件可能包括添力器。通常，該等密封件必須在廣泛的溫度範圍內，在嚴格的摩擦要求下顯示出最小的洩漏。該行業繼續需要能夠承受更廣泛的壓力及溫度條件，同時隨著時間的推移保持操作效率的改進的密封件。
本文的實施例可包括一種密封件，該密封件包括：環狀夾套，其包括本體，該本體包括根部、第一唇部及限定環狀凹槽的第二唇部，該第一唇部包括弧形外部部分，並且具有厚度WFL及長度LFL；以及環狀添力器，其設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中的至少一者，其中該根部包括切口部分，並且其中LFL：WFL的比率可以大於2。
本文的實施例可包括一種密封組件，該密封組件包括：第一構件；第二構件；以及設置在該第一構件與該第二構件之間的密封件，該密封件包括：
環狀夾套，其包括本體，該本體包括根部、包括弧形外部部分的第一唇部以及限定環狀凹槽的第二唇部；以及環狀添力器，其設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中的至少一者，其中該根部包括切口部分，並且其中該密封件在該第一構件或第二構件中的至少一者上產生向外偏置接觸力，FS，其中FS具有小於1000N/(m周圍℃)的溫度變率。
本文的實施例可包括一種密封組件，該密封組件包括：第一構件；第二構件；以及設置在該第一構件與該第二構件之間的密封件，該密封件包括：環狀夾套，其包括本體，該本體包括根部、包括弧形外部部分的第一唇部以及限定環狀凹槽的第二唇部；以及環狀添力器，設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中的至少一者，其中該根部包括切口部分，其中該密封件的第一唇部的外部部分在該第一構件或該第二構件中的至少一者上的接觸面積佔該密封件的第一唇部的外部部分的總面積的至少0.1%。
100:密封件
102:夾套
104、105:內側壁
106:環狀凹槽
108:添力器
112:唇部(第一唇部)
114:唇部(第二唇部)
116:根部
116a:細長根部部分
144:切口
200:密封件
202:第一構件
204:第二構件
212、214:第二唇部
300:中心軸線
2000:密封組件
LFL、LH、LJ、LS、LSL:長度
WFL、WS、WH、WSL:厚度
WJ:寬度
實施例係藉由實例描繪且不應受限於附圖。
圖1A包括根據一實施例的密封件之橫截面立體圖。
圖1B包括根據一實施例的密封件之橫截面立體圖。
圖2包括根據一實施例的密封組件之橫截面立體圖。
圖3A包括根據一實施例的密封組件中的密封件的接觸力隨時間變化的曲線圖。
圖3B包括密封組件中的傳統密封件的接觸力隨時間變化的曲線圖。
圖4A包括根據一實施例的密封組件中的密封件的接觸面積隨時間變化的曲線圖。
圖4B包括密封組件中的傳統密封件的接觸面積隨時間變化的曲線圖。
熟習技術者理解圖式中的元件是為簡化和清楚明確而描繪且不一定按比例繪製。例如，圖式中的某些元件的尺寸可能相對於其他元件被放大，以幫助改善對本發明的實施例的理解。
以下說明結合圖式，用以輔助理解本文所揭示的教示。以下討論將著重於教示的特定實施方式和實施例。其焦點係用於輔助描述實施例，並且不應將其解釋為對本申請中揭示之教示的範圍或適用性的限制。然而，其他實施例可基於本申請揭示之教示使用之。
用語「包含/包括」(comprises/comprising/includes/including)、「具有」(has/having)或任何彼等之其他變體，係意欲涵蓋非排除性含括(non-exclusive inclusion)。例如，包含一系列特徵之方法、物件或設備不一定僅限於該些特徵，而是可包括未明確列出或此方法、物件或設備固有的其他特徵。進一步地，除非有相反的明確提及，否則「或」(or)係指包含性的或(inclusive-or)而非互斥性的或(exclusive-or)。例如，條件A或B滿足下列任一者：A為真(或存在)且B為假(或不存在)、A為假(或不存在)且B為真(或存在)、以及A和B均為真(或存在)。
又，「一」(a/an)的使用係經利用來描述本文中所述之元件和組件。這僅係為方便起見且為給出本發明範圍的一般含義。除非係明確意指其他意
涵，否則此描述應該被理解為包括一者、至少一者，或單數也包括複數，或反之亦然。例如，當本文中所述者係單一項目時，可使用多於一個項目來替代單一項目。類似地，若本文中所述者係多於一個項目時，單一項目可取代多於一個項目。
除非另外定義，否則本文使用的所有技術和科學術語的含意與本發明所屬領域的通常知識者理解的含義相同。該等材料、方法及實施例僅是說明性的而非限制性的。在本文未描述的範圍內，關於特定材料和加工動作的許多細節是常用的，並且可以在密封領域內的教科書和其他來源中找到。
圖1A至圖1B示出了根據多個實施例的密封件之橫截面立體圖。首先參考圖1A，根據本文所述的一些實施例，密封件100通常可以包括夾套102及添力器108。夾套102可包括具有根部116、第一唇部112及第二唇部114的本體104。在一實施例中，本體104可以包括可限定環狀凹槽106的內側壁105。在多個實施例中，添力器108可以設置在環狀凹槽106內。
在加載條件下，添力器108可在密封件100的軸向高度上在軸向上變形，以便接觸或甚至推壓夾套102的唇部112、114。結果，唇部112、114可提供抵靠組件內的相鄰部件(例如分別為第一構件及第二構件)的向外力。同時，被壓縮在第一構件與第二構件之間的唇部112及114可以在橫向於密封件100的軸向高度的方向上偏置添力器108，從而產生大致四個偏置力方向，兩個向內的軸向力及兩個相反的向外的軸向力。由添力器108在任一唇部112、114上提供的力可以不同於由第一構件或第二構件提供的力。注意，在特定應用中，所描述之該等偏置力可以間接地加載在添力器108上。此外，添力器108可以在較傳統添力器更寬的溫度及壓力範圍內操作。
密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可由密封領域中任何合適的材料形成。在一特定實施例中，密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可以至少部分地包括聚合物。該聚合物可以選自包括以下項所組成之群組：聚酮、聚芳醯胺、聚苯硫醚、聚醚碸、聚亞苯基碸、聚醯胺醯亞胺、超高分子量聚乙烯、氟聚合物、聚苯並咪唑、聚縮醛、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯亞胺(PI)、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚乙烯(PE)、聚碸、聚醯胺(PA)、聚苯醚、聚苯硫醚(PPS)、聚胺酯、聚酯、液晶聚合物(LCP)、彈性體或其任意組合。聚合物可以是熱塑性聚合物或熱固性聚合物。在一實施例中，夾套102可以包括氟聚合物或者甚至基本上由氟聚合物組成。例示性氟聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醯亞胺(PI)、聚醯胺-醯亞胺(PAI)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基(PFA)、四氟乙烯、六氟丙烯及偏二氟乙烯的三元共聚物(THV)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)或其任意組合。夾套102的組成中可以包括其他氟聚合物、聚合物及摻合物。在另一特定實施例中，密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可以至少部分地包括聚乙烯(PE)，例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)或者甚至基本上由其組成。在另一特定實施例中，密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可包括熱塑性彈性碳氫化合物嵌段共聚物、聚醚-酯嵌段共聚物、熱塑性聚醯胺彈性體、熱塑性聚胺酯彈性體、熱塑性聚烯烴彈性體、熱塑性硫化橡膠、烯烴基共聚物、烯烴基三元共聚物、聚烯烴塑性體或其組合。在一實施例中，密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可包括苯乙烯基嵌段共
聚物，例如苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-異戊二烯、其摻合物或混合物、其混合物等。例示性苯乙烯熱塑性彈性體包括三嵌段苯乙烯嵌段共聚物(SBC)，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯丙烯-苯乙烯(SEPS)、苯乙烯-乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEEBS)、苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEEPS)、苯乙烯-異戊二烯-丁二烯-苯乙烯(SIBS)或其組合。商業實例包括一些等級的KratonTM及HybrarTM樹脂。在一實施例中，密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可包括彈性體，該彈性體包括丙烯腈-丁二烯(NBR)羧基化腈(XNBR)、乙烯丙烯酸酯(AEM,Vamac®)、乙烯丙烯橡膠(EPR,EPDM)、丁基橡膠(IIR)、氯丁二烯橡膠(CR)、碳氟化合物(FKM,FPM)、氟矽氧烷(FVMQ)、氫化腈(HNBR)、全氟彈性體(FFKM)、聚丙烯酸酯(ACM)、聚胺酯(AU,EU)、矽酮橡膠(Q,MQ,VMQ,PVMQ)、四氟乙烯-丙烯(AFLAS®)(FEPM)。
在一實施例中，密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可以用潤滑材料處理、浸漬、填充或塗覆。例示性潤滑材料包括二硫化鉬、二硫化鎢、石墨、石墨烯、膨脹石墨、氮化硼、滑石、氟化鈣或其任意組合。另外，潤滑材料可包括氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氟化鈣、氮化硼、雲母、矽灰石、碳化矽、氮化矽、二氧化鋯、碳黑、顏料或其任意組合。
在一實施例中，密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可以至少部分地包括金屬。根據某些實施例，該金屬可包括鐵、銅、鈦、錫、鋁、其合金，或可為另一種類型的金屬。在一實施例中，密封件100(包括夾套102或添力器108中的至少一者)可以包括金屬(例如鋁、鋅、銅、鎂、錫、
鉑、鈦、鎢、鐵、青銅、鋼、添力器鋼、不銹鋼)、金屬合金(包括所列出的金屬)、陽極氧化金屬(包括所列出的金屬)或其任意組合。
如上所述，密封件100可以包括夾套102。夾套102可以包括限定環狀凹槽106的複數個唇部112、114。在一特定情況下，唇部112及114可以自本體104的根部116延伸。在一特定實施例中，唇部112及114可以自根部116在彼此大致相同的方向上延伸。在一實施例中，第一唇部112可以位於第二唇部114的外部。在另一特定實施例中，唇部112及114可以相對於彼此平行延伸。在一可選實施例中，唇部112及114中的任一者或兩者可以包括削刮唇部(未示出)，該削刮唇部適於提供用於密封磨蝕性或黏性材料或環境成分如灰塵、碎屑及環境流體的刮刀界面。在一特定實施例中，根部116可以包括凸緣(未示出)，該凸緣可以固定至硬體(例如，閥殼體或軸)，以防止密封件100在組件內相對於硬體轉動。
在一實施例中，夾套102的根部116可以是大致直線形的或平面的。亦即，根部116可以大致沿著具有最小表面波動及偏差的平面放置。在一更特定的實施例中，夾套102的根部116可以是平面的。如下文更詳細描述的，夾套102的平面或大致平面的根部116可有助於改善相鄰密封件之間的接觸，從而提供更好的密封特性。在一實施例中，根部116可以包括細長根部部分116a。在許多實施例中，細長根部部分116a可具有直線形或多邊形橫截面。在許多實施例中，細長根部部分116a可具有弧形截面。
在一實施例中，唇部112及114中的至少一者可以是自根部116延伸的大致平面的輪廓。在一實施例中，唇部112及114中的至少一者可以包括自相應的唇部112或114在遠離環狀凹槽106的方向上向外延伸的凸起，從
而形成弧形形狀。凸起可以圍繞密封件100的整個圓周延伸。類似於上述削刮唇部，凸起可以防止材料的進入或流出，同時表現出較低的摩擦阻力。在另一實施例中，唇部112或114中的一者可以包括削刮唇部，而另一唇部112或114可以包括凸起。在一實施例中，唇部112及114中的至少一者可以包括直線形或平面形狀。
如圖所示，在安裝添力器108之後，夾套102的唇部112及114可以向外彎曲。在安裝添力器108之後，唇部112及114中的至少一者如橫截面中所觀察可以是弧形的，被添力器108提供的偏置力向外偏置。在安裝添力器108之後，唇部112及114中的至少一者如在橫截面中所觀察可以是直線形的或平面的，被添力器108或相鄰部件提供的偏置力向外偏置。如圖1A-1B所示，第一唇部112可包括沿其內部部分(面向凹槽106)的弧形輪廓(例如弧形內部部分)及沿其外部(面向相鄰部件)的弧形輪廓(例如弧形外部部分)。此外，如圖1A所示，第二唇部114可包括沿其內部部分(面向凹槽106)的弧形輪廓(例如弧形內部部分)及沿其外部(面向相鄰部件)的平面、直線形或平坦輪廓(例如直線形外部部分)。在許多實施例中，第一唇部112或第二唇部114的整個外部部分可以是弧形的。在許多實施例中，第一唇部112或第二唇部114的整個內部部分可以是弧形的。
在一個實施例中，第一唇部112或第二唇部114中的至少一者可以包括凸緣。在一些實施例中，如在橫截面中所觀察，凸緣可以是弧形的。在一些實施例中，如在橫截面中所觀察，凸緣可以是直線形的或平面的。凸緣可以包括在環狀凹槽106內的凸緣內側上的邊緣。
在一實施例中，第一唇部112的外部部分可具有曲率半徑RFE。在許多實施例中，第一唇部112的外部部分可具有可能為正的曲率半徑RFE。在多個實施例中，第一唇部112的外部部分可以具有曲率半徑RFE，該曲率半徑可以大於0.1，例如大於0.5，例如大於1，例如大於2，例如大於5，例如大於10，例如大於20，例如大於25，例如大於50，例如大於100，或者例如大於200。在許多實施例中，第一唇部112的外部部分可具有可能為負的曲率半徑RFE。在多個實施例中，第一唇部112的外部部分可具有曲率半徑RFE，該曲率半徑可小於-0.1，例如小於-0.5，例如小於-1，例如小於-2，例如小於-5，例如小於-10，例如小於-20，例如小於-25，例如小於-50，例如小於-100，或者例如小於-200。應進一步理解，第一唇部112的外部部分可具有肯能為在上述任何最小值與最大值之間之任何值的曲率半徑RFE。還可以理解，第一唇部112的外部部分可以具有可以沿著其圓周及長度變化的曲率半徑RFE。
在一實施例中，第一唇部112的內部部分可具有曲率半徑RFI。在許多實施例中，第一唇部112內部部分可具有可能為正的曲率半徑RFI。在多個實施例中，第一唇部112的內部部分可以具有曲率半徑RFI，該曲率半徑可以大於0.1，例如大於0.5，例如大於1，例如大於2，例如大於5，例如大於10，例如大於20，例如大於25，例如大於50，例如大於100，或者例如大於200。在許多實施例中，第一唇部112內部部分可具有可能為負的曲率半徑RFI。在多個實施例中，第一唇部112的內部部分可以具有曲率半徑RFI，該曲率半徑小於-0.1，例如小於-0.5，例如小於-1，例如小於-2，例如小於-5，例如小於-10，例如小於-20，例如小於-25，例如小於-50，例如小於-100，或者例如小於-200。應進一步理解，第一唇部112的內部部分可具有肯能為在上述任何最小值與最
大值之間之任何值的曲率半徑RFI。還可以理解，第一唇部112的內部部分可以具有可以沿著其圓周及長度變化的曲率半徑RFI。
在一實施例中，密封件100所具的第一唇部112的外部部分的曲率半徑RFE與第一唇部112的內部部分的曲率半徑RFI的比率(RFE：RFI)可為至少1：1，例如2：1，例如3：1，例如4：1，例如5：1，例如10：1，例如12：1，例如15：1，例如25：1或例如50：1。還應當理解，第一唇部112的外部部分的曲率半徑RFL與第一唇部112的內部部分的曲率半徑RFI的比率(RFE：RFI)可以是上述任何最小值與最大值之間之任何值。還可以理解，第一唇部112的外部部分的曲率半徑RFL與第一唇部112的內部部分的曲率半徑RFI的比率(RFE：RFI)可以沿著其圓周及長度變化。
在一實施例中，夾套102可以具有至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的長度LJ。夾套102可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的長度LJ。還應當理解，夾套102可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的長度LJ。在多個實施例中，夾套102可以具有可以在0.5mm與50mm之間的長度LJ。還可以理解，夾套102可以具有可以沿著其圓周變化的長度LJ。在多個實施例中，夾套102可以具有長度LJ，該長度可以相同於密封件100自身的總長度。
在一實施例中，夾套102可以具有至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的寬度WJ。夾套102可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的寬度WJ。還應當理解，夾套102
可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的寬度WJ。在多個實施例中，夾套102可以具有可以在0.5mm與20mm之間的寬度WJ。還可以理解，夾套102可以具有可以沿著其圓周變化的寬度WJ。在多個實施例中，夾套102可以具有寬度WJ，該寬度可以相同於密封件100自身的總長度。
在一實施例中，第一唇部112可以具有至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的長度LFL。第一唇部112可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的長度LFL。還應當理解，第一唇部112可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的長度LFL。在多個實施例中，第一唇部112可以具有可以在0.3mm與10mm之間的長度LFL。還可以理解，第一唇部112可以具有可以沿著其圓周變化的長度LFL。
在一實施例中，第一唇部112可以具有至少0.01mm、至少0.05mm、至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的厚度WFL。第一唇部112可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的厚度WFL。還應當理解，第一唇部112可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的厚度WFL。在多個實施例中，第一唇部112可以具有可以在0.1mm與2mm之間的厚度WFL。還可以理解，第一唇部112可以具有可以沿著其圓周變化的厚度WFL。
在一實施例中，第一唇部112所具有的長度LFL與厚度WFL的比率可以至少為2：1，例如3：1，例如4：1，例如5：1，例如10：1，例如12：1，例如15：1，例如25：1或者例如50：1。還將理解，第一唇部112可具有可為任何上述
最小值與最大值之間之任何值的長度LFL與厚度WFL的比率。還可以理解，第一唇部112可具有可以沿著其圓周變化的長度LFL與厚度WFL的比率。
在一實施例中，第二唇部114可以具有至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的長度LSL。第二唇部114可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的長度LSL。還應當理解，第二唇部114可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的長度LSL。在多個實施例中，第二唇部114可以具有可以在0.3mm與10mm之間的長度LSL。還可以理解，第二唇部114可以具有可以沿著其圓周變化的長度LSL。
在一實施例中，第二唇部114可以具有至少0.01mm、至少0.05mm、至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的厚度WSL。第二唇部114可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的厚度WSL。還應當理解，第二唇部114可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的厚度WSL。在多個實施例中，第二唇部114可以具有可以在0.1mm與2mm之間的厚度WSL。還可以理解，第二唇部114可以具有可以沿著其圓周變化的厚度WSL。
在一實施例中，第二唇部114所具有的長度LSL與厚度WSL的比率可以至少為2：1，例如3：1，例如4：1，例如5：1，例如10：1，例如12：1，例如15：1，例如25：1或者例如50：1。還將理解，第二唇部114可具有可為任何上述最小值與最大值之間之任何值的長度LSL與厚度WSL的比率。還可以理解，第
二唇部114可具有可以沿著其圓周變化的長度LSL與厚度WSL的比率。在多個實施例中，如圖1A至圖1B所示，兩個唇部112、114的厚度可以不同。
在一實施例中，根部116可以具有至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的長度LH。根部116可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的長度LH。還應當理解，根部116可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的長度LH。在多個實施例中，根部116可以具有可以在0.2mm與40mm之間的長度LH。還可以理解，根部116可以具有可以沿著其圓周變化的長度LH。
在一實施例中，根部116可以具有至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的厚度WH。根部116可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的厚度WH。還應當理解，根部116可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的厚度WH。在多個實施例中，根部116可以具有可以在0.5mm與20mm之間的厚度WH。還可以理解，根部116可以具有可以沿著其圓周變化的厚度WH。
在一實施例中，根部116所具有的長度LH與厚度WH的比率可以至少為1：1，例如1：2，例如1：5，例如1：10，例如1：15，例如1：25，例如1：50。在一實施例中，根部116所具有的長度LH與厚度WH的比率可以至少為2：1，例如3：1，例如4：1，例如5：1，例如10：1，例如12：1，例如15：1，例如25：1或者例如50：1。還將理解，根部116可具有可為任何上述最小值與最大值之間之任
何值的長度LH與厚度WH的比率。還可以理解，根部116可具有可以沿著其圓周變化的長度LH與厚度WH的比率。
如上所述，在一實施例中，夾套102可以包括可限定環狀凹槽106的內側壁105。內側壁105可以包括切口144，該切口適於允許唇部112、114相對於彼此在更大程度上撓曲。當密封件100被安裝在組件內時，如下面進一步詳細描述的，內側壁104可以向內偏轉以抵靠相鄰部件。在其他區域中，在環狀本體102的切口144中會發生偏轉，從而提供更大的密封靈活性。在許多實施例中，切口144可具有直線形或多邊形截面。在許多實施例中，切口144可具有弧形截面。在一實施例中，切口144可以具有面積AC，並且環狀凹槽可以具有面積AAR，其中AC可以大於0.01AAR，例如大於0.1 AAR，例如大於0.2 AAR，例如大於0.3 AAR，例如大於0.4 AAR，或者例如大於0.5 AAR。
如圖1A至圖1B所示，添力器108可以至少部分地設置在夾套102的環狀凹槽106內。添力器108可以是夾套102的環狀凹槽106中的軸向定向的添力器。在一實施例中，添力器108可以沿著、鄰接或直接緊鄰第一唇部112設置。在一實施例中，添力器108可以沿著、鄰接或直接緊鄰第二唇部114設置。
在一實施例中，如圖1A所示，添力器108可以是在夾套102的凹槽106內周向定向的螺旋彈簧。螺旋彈簧添力器108可以具有直線形、多邊形、橢圓形或弧形截面輪廓。在一實施例中，添力器108可以具有小於環狀凹槽106深度的150%的直徑，例如小於環狀凹槽106深度的100%，或者甚至小於環狀凹槽106深度的75%。在一實施例中，添力器108的直徑可以不小於環狀凹槽106深度的10%。
在一實施例中，添力器108可以具有至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的長度LS。添力器108可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的長度LS。還應當理解，添力器108可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的長度LS。在多個實施例中，添力器108可以具有可以在0.3mm與8mm之間的長度LS。還可以理解，添力器108可以具有可以沿著其圓周變化的長度LS。
在一實施例中，添力器108可以具有至少0.1mm、至少1mm、5mm、至少10mm、至少25mm、至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少150mm、至少250mm、至少500mm的厚度WS。添力器108可以具有不大於1500mm、不大於1000mm或不大於500mm的厚度WS。還應當理解，添力器108可以具有可以是上述最小值與最大值之間之任何值的厚度WS。在多個實施例中，添力器108可以具有可以在0.3mm與8mm之間的厚度WS。還可以理解，添力器108可以具有可以沿著其圓周變化的厚度WS。
添力器108自橫截面所觀察可以是弧形的。在一些實施例中，如在橫截面中所觀察，添力器108可以是直線形的或平面的。如圖1A所示，添力器108可以接觸夾套102的唇部112、114中的至少一者。在一個實施例中，添力器108可以在軸向上基本上接觸至少一個唇部112、114的全部。如圖1B所示，在一實施例中，添力器108可以嵌入夾套102的唇部112、114的至少一個環狀凸緣內。在一實施例中，添力器108可以接觸夾套102的唇部112、114中的至少一者。在一實施例中，添力器108可以基本上接觸夾套102的至少一個唇部112、114的全部。
如在此描述的至少一個實施例中所設想的，添力器108可以包括形成具有複數個線圈的螺旋添力器的一段材料。在一實施例中，添力器108可以包括至少2個線圈，例如至少3個線圈、至少4個線圈、至少5個線圈、至少10個線圈、至少100個線圈、至少200個線圈、至少300個線圈、至少400個線圈、至少500個線圈或者甚至至少1000個線圈。形成添力器108的該段材料可以具有多邊形或橢圓形截面。例如，在一實施例中，添力器108可以由圓形線材形成。在另一實施例中，添力器108可以由纏繞成複數個線圈的材料帶形成。添力器108的線圈可以彼此鄰接或者甚至部分重疊。在一特定情況下，線圈可以彼此平行。在另一種情況下，線圈可以相對於彼此傾斜。亦即，線圈可以相對於彼此成角度地偏移並成角度。
在鬆弛狀態下，添力器108可以具有大致圓形的截面。亦即，添力器108可以是螺旋添力器，如上所述。在其他實施例中，添力器108可以限定大致多邊形的截面輪廓。在更特定的實施例中，添力器108可以具有大致T形的截面輪廓。在另一實施例中，添力器108可以具有橢圓形截面。例如，在未示出的實施例中，添力器108可以具有卵形或圓形截面輪廓。在又一實施例中，添力器108的截面可以是部分橢圓形及部分多邊形的。亦即，添力器108的截面可以具有線性部分及弧形部分。形成添力器108的線圈的線材的截面可以是矩形、方形、圓形、橢圓形或梯形。
在一實施例中，添力器108可以圍繞密封件100的整個圓周延伸。在更特定的實施例中，添力器108可以在密封件100的整個圓周周圍具有均勻的形狀及材料特性。在另一更特定的實施例中，添力器108可以圍繞密封件100的圓周具有變化的形狀或材料選擇。在另一實施例中，添力器108可以僅圍繞密
封件100的圓周的一部分延伸。在一更特定的實施例中，添力器108可以包括複數個至少部分地彼此間隔開的添力器108。在此種實施例中，在鄰接的添力器108之間可能存在圓周間隔。
添力器108可以至少部分地包括金屬例如鋼或者甚至更特定地是添力器鋼，或者甚至基本上由該金屬組成。可以對金屬進行塗覆或表面處理，以防止腐蝕或環境暴露帶來的其他不良影響。在另一實施例中，添力器108可以至少部分地包括例如Eligloy、Inconel、Hastelloy或其組合，或者甚至基本上由該等材料組成。
在又一實施例中，添力器108可以包括鈷、鉻、鎳、鐵、鉬、錳、鈹銅或其組合。在一特定實施例中，添力器108可以包括至少10wt%的鈷，例如至少20wt%的鈷、至少25wt%的鈷、至少30wt%的鈷、至少35wt%的鈷或者甚至至少40wt%的鈷。添力器108可以具有小於1200MPa，例如小於1100MPa，小於1000MPa，或者甚至小於900MPa的降伏強度。在一特定情況下，添力器108可以被熱處理或表面處理以增強其性能。
添力器108可以提供對夾套102的偏置力。具體而言，添力器108可以接觸第一唇部112或第二唇部114中的至少一者，並對其提供向外的偏置力FE。在一特定實施例中，添力器108對唇部112、114的偏置力FE可以是至少0.001N/mm，例如至少0.01N/mm。在另一實施例中，偏置力FE可以小於5000N/mm、小於1000N/mm、小於500N/mm、小於400N/mm、小於300N/mm、小於200N/mm、小於100N/mm、小於50N/mm、小於25N/mm或者甚至小於10N/mm。在多個實施例中，添力器108可以提供在0.1N/mm與30N/mm之間
的對第一唇部112或第二唇部114的偏置力FE。在多個實施例中，對第一唇部112的偏置力FE可以不同於對第二唇部114的偏置力FE。
圖2包括根據一實施例的密封組件內的密封件之橫截面立體圖。儘管圖2示出處於軸向定向的密封件200，但是密封件200可以在任何可能的定向(包括徑向或面密封定向)上定向。密封件200可具有與上面關於圖1A至圖1B列出的相同部件。如圖2所示，密封件200可沿著中心軸線300放置在密封組件2000內的第一構件202與第二構件204之間。第一構件202可以是軸。第二構件204可以是殼體。第一構件202或第二構件204中的至少一者可以相對於密封件200中的至少一者或者第一構件202或第二構件204中的另一者致動。致動可以是旋轉、徑向或軸向運動。圖2的密封件200的部件可以相同於以上在圖1A至圖1B中描述的部件。在一實施例中，在密封組件內，第一唇部或第二唇部212、214中的至少一者可以是靜態的，而第一唇部或第二唇部212、214中的另一者可以是動態的。此外，第一構件202可由膨脹係數不同於第二構件204的材料製成，或反之亦然。
密封件200可對第一構件202或第二構件204中的至少一者提供偏置接觸力FS。具體而言，密封件200可對第一構件202或第二構件204中的至少一者提供偏置力FS。在一特定實施例中，密封件200可對第一構件202或第二構件204中的至少一者提供偏置力FS，該偏置力可以是至少0.001N/mm，例如至少0.01N/mm。在另一實施例中，偏置力FS可以小於5000N/mm、例如小於1000N/mm、例如小於500N/mm、小於400N/mm、小於300N/mm、小於200N/mm、小於100N/mm、小於50N/mm、小於25N/mm或者甚至小於10N/mm。在多個實施例中，密封件200可以提供在0.2N/mm與150N/mm之間的
對第一構件202或第二構件204中的至少一者的偏置接觸力FS。在多個實施例中，對第一構件202的偏置力FS可以不同於對第二構件204的偏置力FSs。
在一實施例中，對第一構件202或第二構件204中的至少一者的偏置接觸力FS可以具有小於1000N/(m周圍℃)的變率。換言之，當沿著任何溫度範圍升高或降低溫度單個℃時，第一構件202或第二構件204中的至少一者的偏置接觸力FS值的變化可能不超過1000N/m。在一實施例中，對第一構件202或第二構件204中的至少一者的偏置接觸力FS可以具有小於1,000N/(m周圍℃)、500N/(m周圍℃)、100N/(m周圍℃)、50N/(m周圍℃)、25N/(m周圍℃)、10N/(m周圍℃)、1N/(m周圍℃)或者甚至0.1N/(m周圍℃)的變率。在多個實施例中，對第一構件202或第二構件204中的至少一者的偏置接觸力FS可以具有約1,000N/(m周圍℃)的變率。
在一實施例中，添力器對第一唇部中的至少一者的偏置力FE與密封件對第一構件或第二構件中的至少一者的偏置力FS的比率可以不大於1：1，例如1：2，例如1：3，例如1：4，例如1：5，例如1：10，例如1：12，例如1：15，例如1：25或例如1：50。還應理解的是，FE：FS的比率可為介於上文所提及之任何最小值與最大值之間的任何值。還可以理解的是，FE：FS的比率可以沿其圓周變化。
圖3A-3B包括密封組件內常規密封件與根據一個實施例的密封件的接觸力FS隨時間變化的相應曲線圖。如圖所示，與常規密封件相比，根據本文實施例的密封件在室溫及較低溫度下表現出改善或降低的接觸力。
密封件200可以在第一構件202或第二構件204中的至少一者上具有接觸面積。在一特定實施例中，密封件200在第一構件202或第二構件204中的至少一者上的接觸面積可為密封件200總面積的至少0.1%。在另一實施例
中，在第一構件202或第二構件204中的至少一者上的接觸面積為密封件200總面積的至少0.1%，密封件200總面積的例如至少0.5%，例如至少1%，例如至少2.5%，例如至少5%，例如至少10%，例如至少15%，例如至少20%，例如至少25%，例如至少30%，例如至少35%，例如至少40%，例如至少45%，例如至少50%，例如至少55%，例如至少60%，例如至少65%，例如至少70%，例如至少75%，或者例如至少80%。
圖4A至圖4B包括密封組件內常規密封件與根據一個實施例的密封件的接觸面積隨時間變化的相應曲線圖。如圖所示，與常規密封件相比，根據本文實施例的密封件在室溫及較低溫度下表現出改善的接觸面積。
密封件100可形成可用於雙向壓力應用的組件。密封件100可被定向並防止流體在軸向向前方向上洩漏，或者密封件100可被定向並防止流體在沿著中心軸線300的軸向向後方向上洩漏。密封件100可被定向並防止流體在向內方向上洩漏，或者密封件100可被定向並防止流體在垂直於中心軸線300的向外方向上洩漏。就此而言，密封件100可以經選擇具有允許在彼等特定定向上進行有效密封的特定特徵。特別合適的應用包括低溫閥、活塞、海底雙向耦合件及其他需要在其間密封的可移動部件。
由於適當放置的力減少了由於組件內的密封件或其他部件的振動或致動引起的單個部件(例如添力器、夾套)的重複壓縮及應變，因此根據本文的實施例描述的密封件可允許密封件的部件具有更長的壽命。結果，可以改善部件及密封件本身的壽命，並且可以減少總體洩漏。
許多不同態樣及實施例係可行的。一些該等態樣及實施例已於本文中描述。在閱讀本說明書之後，熟習本技術者將理解該等態樣及實施例僅係說明性，且並不限制本發明的範圍。實施例可根據如下列項之任何一或多者。
實施例1：一種密封件，該密封件包含：環狀夾套，其包含本體，該本體包含根部、第一唇部及限定環狀凹槽的第二唇部，該第一唇部包含弧形外部部分，並且具有厚度WFL及長度LFL；以及環狀添力器，其設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中的至少一者，其中該根部包含切口部分，並且其中LFL：WFL的比率大於2。
實施例2：一種密封組件，該密封組件包含：第一構件；第二構件；以及設置在該第一構件與該第二構件之間的密封件，該密封件包含：環狀夾套，其包含本體，該本體包含根部、包含弧形外部部分的第一唇部以及限定環狀凹槽的第二唇部；以及環狀添力器，其設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中的至少一者，其中該根部包含切口部分，並且其中該密封件在該第一構件或第二構件中的至少一者上產生向外偏置接觸力，FS，其中FS具有小於1000N/(m周圍℃)的變率。
實施例3：一種密封組件，該密封組件包含：第一構件；第二構件；以及設置在該第一構件與該第二構件之間的密封件，該密封件包含：環狀夾套，其包含本體，該本體包含根部、包含弧形外部部分的第一唇部以及限定環狀凹槽的第二唇部；以及環狀添力器，設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中的至少一者，其中該根部包含切口部分，其中該密封件的第一唇部的外部部分在該第一構件或該第二構件中的至少一者上的接觸面積佔該密封件的第一唇部的外部部分的總面積的至少0.1%。
實施例4：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該第一唇部或該第二唇部中的至少一者包含平面外部部分。
實施例5：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該第一唇部或該第二唇部中的至少一者包含弧形的外部部分。
實施例6：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該添力器提供0.1N/mm與30N/mm之間的對該第一唇部或該第二唇部的偏置力。
實施例7：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該密封件提供0.2N/mm與150N/mm之間的對該第一構件或該第二構件的偏置力。
實施例8：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該夾套包含細長根部部分。
實施例9：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該第一唇部或該第二唇部中的至少一者在該密封組件內是靜止的。
實施例10：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該第一唇部或該第二唇部中的至少一者在該密封組件內是動態的。
實施例11：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該添力器是螺旋彈簧。
實施例12：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該第一唇部位於該第二唇部的外部。
實施例13：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該添力器包含金屬。
實施例14：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該添力器包含聚合物。
實施例15：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該夾套包含金屬。
實施例16：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該夾套包含聚合物。
實施例17：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該切口具有弧形截面。
實施例18：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該切口具有直線形截面。
實施例19：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該切口具有面積AC，並且該環狀凹槽具有面積AAR，其中AC大於0.01AAR。
實施例20：如實施例11所述的密封組件，其中該添力器具有矩形、方形或梯形截面的線材。
實施例21：如實施例11所述的密封組件，其中該添力器具有圓形截面的線材。
實施例22：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該密封件具有在0.5mm與50mm之間的長度。
實施例23：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該密封件具有在0.5mm與20mm之間的寬度。
實施例24：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該第一唇部具有外曲率半徑RFE及內曲率半徑RFI，其中RFE/RFI大於1。
實施例25：如前述實施例中任一項所述的密封件或密封組件，其中該第一唇部具有為完全弧形的外部部分。
請注意，並非上文一般說明或實例中所述的所有特徵均係需要，可能並不需要特定特徵的一部分，並且除了所述者之外的一或多種特徵可予提供。又進一步地，所列出的特徵之順序不一定是它們的執行順序。
為清楚起見，本文在單獨的實施例的上下文中描述的某些特徵，也可以在單個實施方案中組合提供。相反，為簡潔起見，在單個實施例的上下文中描述的各種特徵亦可單獨提供或以任何次組合來提供。
益處、其他優點及問題之解決方案已針對特定實施例描述如上。然而，這些益處、優點、問題之解決方案以及可造成任何益處、優點、問題之解決方案發生或變得更加顯著之任何特徵不應被解釋為任何或所有申請專利範圍之關鍵、所需或必要特徵。
說明書及本文中所述之實施例的描繪係意欲提供各種實施例之結構的一般瞭解。說明書和描繪並非意欲用作使用本文中所述之結構或方法的裝置和系統之所有元件和特徵之詳盡和全面的描述。單獨的實施例亦可在單一實施例中組合提供，並且相反地，為了簡潔起見，在單一實施例的上下文中所述的各種特徵亦可單獨提供或以任何次組合來提供。進一步地，引用範圍中所述的值包括該範圍內的各個及每個值。只有在閱讀本說明書之後，許多其他實施例對於熟習本技術領域者才是清楚易見的。其他實施例可予使用並衍生自本揭示，使得結構性取代、邏輯性取代或另外的改變可在不脫離本揭示的範圍下進行。據此，本揭示應被視為說明性的而非限制性的。
100:密封件
102:夾套
104、105:內側壁
106:環狀凹槽
108:添力器
112:唇部(第一唇部)
114:唇部(第二唇部)
116:根部
116a:細長根部部分
LH、LJ、LS:長度
WFL、WS、WH、WSL:厚度
WJ:寬度
Claims (10)
- 一種密封件，其包含：一環狀夾套，其包含一本體，該本體包含界定一環狀凹槽的一根部(heel)、一第一唇部(lip)及一第二唇部，該第一唇部包含一弧形(arcuate)外部部分且具有一厚度WFL及一長度LFL；以及一環狀添力器，其設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中之至少一者，其中該根部包含一切口(cutout)部分，且其中LFL：WFL的比率大於2。
- 一種密封組件，其包含：一第一構件；一第二構件；以及一密封件，其設置在該第一構件與該第二構件之間，該密封件包含：一環狀夾套，其包含一本體，該本體包含界定一環狀凹槽的一根部、一第一唇部及一第二唇部，該第一唇部包含一弧形外部部分；以及一環狀添力器，其設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中之至少一者，其中該根部包含一切口部分，且其中該密封件在該第一構件或該第二構件中之至少一者上產生一向外偏置接觸力FS，其中FS具有小於1000N/(m周圍℃)之變率。
- 一種密封組件，其包含：一第一構件；一第二構件；以及一密封件，其設置在該第一構件與該第二構件之間，該密封件包含： 一環狀夾套，其包含一本體，該本體包含界定一環狀凹槽的一根部、一第一唇部及一第二唇部，該第一唇部包含一弧形外部部分；以及一環狀添力器，其設置在該環狀凹槽內，鄰接該第一唇部及該第二唇部中之至少一者，其中該根部包含一切口部分，其中該密封件之該第一唇部的該外部部分在該第一構件或該第二構件中之至少一者上的接觸面積為該密封件之該第一唇部的該外部部分之總面積的至少0.1%。
- 如請求項1至3中任一項所述之密封件或密封組件，其中該第一唇部或該第二唇部中之至少一者包含一平面外部部分。
- 如請求項1至3中任一項所述之密封件或密封組件，其中該第一唇部或該第二唇部中之至少一者包含一弧形外部部分。
- 如請求項1至3中任一項所述之密封件或密封組件，其中該夾套包含一細長根部部分。
- 如請求項1至3中任一項所述之密封件或密封組件，其中該切口具有一弧形截面。
- 如請求項1至3中任一項所述之密封件或密封組件，其中該切口包含一直線形截面。
- 如請求項1至3中任一項所述之密封件或密封組件，其中該第一唇部具有一外部曲率半徑RFE及一內部曲率半徑RFI，其中RFE：RFI大於1。
- 如請求項1至3中任一項所述之密封件或密封組件，其中該第一唇部具有為完全弧形的一外部部分。
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