專利名稱：用于液壓組件的密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于液壓組件的高溫密封件，尤其適于液壓緊固件和螺母的密封件。
背景技術(shù)：
液壓張力螺母、墊圈和類似的緊固件提供了一種雙頭螺栓或螺栓張緊的手段，這種張緊是通過液壓促動螺母或墊圈對雙頭螺栓或螺栓上施加拉伸力來實現(xiàn)的。這些螺母和墊圈經(jīng)常在極限壓力和溫度下工作。
液壓螺母或類似緊固件通常受到機械地預(yù)拉伸，此后，液壓施加到緊固結(jié)構(gòu)內(nèi)的空腔以產(chǎn)生液壓力，該液壓力施加軸向拉伸負載到與緊固件嚙合的雙頭螺栓或螺母上?？梢栽O(shè)置鎖環(huán)，以在空腔壓力解除之后保持張力。
用于液壓裝置的密封件一般由彈性材料制成，褚如腈橡膠或聚亞安酯。針對液壓通道的這些密封的方式可以分為兩種，在此稱為基本機制和二次機制。密封的基本機制在液壓開始施加期間起作用。隨著壓力的增加，彈性密封件變形并且被迫進入密封件跨接所要密封的間隙的位置，在下文中稱為“擠出間隙”，以便形成二次密封。
在液壓促動活塞/氣缸裝置中，通常隨著工作壓力增加，氣缸壁會徑向膨脹，造成與活塞和氣缸之間的擠出間隙成比例的增加。液壓螺母工作的限制因素是它們密封的效率。諸如高壓、高溫、在不利條件下的壽命限制它們的應(yīng)用領(lǐng)域和效率。如果這些因素達到了極限，無論是超乎常規(guī)或是組合在一起，都會使通常用作密封介質(zhì)的材料失效。當在壓力和/或溫度作用下出現(xiàn)密封材料進入擠出間隙的流動或移動時，故障就會發(fā)生，密封就會失效。
在極限溫度/壓力的應(yīng)用中，例如在發(fā)電機和核能站反應(yīng)堆中，嚴格要求密封件不因施加到例如發(fā)電機殼體或管子法蘭接頭的螺栓或雙頭螺栓上的張力損失而失效，因為這種失效會導(dǎo)致悲慘的災(zāi)難。美國專利US 6,494,465(Bucknell)(＝國際申請PCT/AU97/00425＝國際公開WO 98/00660)公開了能夠在高溫下工作的液壓組件的液壓密封件范圍。這種密封件結(jié)合有能夠在例如活塞和氣缸之間提供低壓密封的邊緣，所屬邊緣的結(jié)構(gòu)可在較高的壓力下，以與斜坡成角度的基部或以嵌入凹槽中的杯形，移動過所要密封的間隙。密封件可以由彈性材料和/或薄片金屬形成。
美國專利US 6,494,465的密封件已經(jīng)用于許多成功的高溫設(shè)備、發(fā)電和核能工業(yè)的液壓張力緊固件中。然而，經(jīng)驗表明需要用于緊固件的不同類型的密封裝置，尤其是滿足特殊工作的要求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供用于諸如緊固件的液壓組件的高溫密封件，所述密封件具有改進的密封特性，能夠承受諸如高壓和/或高溫的極限因素。本發(fā)明的另一目的是提供能夠在所述不利條件下達到更長壽命的密封件，或至少提供現(xiàn)有技術(shù)密封件的替代物。
根據(jù)本發(fā)明的一種用于液壓組件的密封裝置，其中液壓液體容納在形成于所述組件的主體和止推元件之間的工作腔中，該密封裝置包括帶有相對的密封面的環(huán)形密封件，所述相對的密封面被推入主體和止推元件之間而形成密封配合，所述主體和止推元件具有收斂密封面。
優(yōu)選地，所述裝置還包括保持在所述組件的主體或止推元件中的環(huán)形配合彈簧夾子，所述環(huán)形配合彈簧夾子支承環(huán)形密封件的非密封表面，以保證在主體和止推元件之間的基本密封配合。
優(yōu)選地，環(huán)形密封件由一對環(huán)形密封邊緣形成，所述環(huán)形密封邊緣在初始低壓下被推入所述組件的主體和止推元件之間而形成密封配合，該密封件其余部分在更高壓力下被迫進入密封配合。
優(yōu)選地，其中當密封件被放置到位時，它彈性變型，使得它朝其原始形狀反彈，從而推動主體和止推元件之間的密封配合。
優(yōu)選地，密封件具有圓形的合攏(heal)，其在壓力下滾動來保持密封配合。
在另一種形式的密封裝置中設(shè)有塞入腔室的過行程端的壓力釋放閥以防止環(huán)形密封件過行程損傷，所述壓力釋放閥包括多孔主體，所述多孔主體允許液壓液體從腔室泄出，并且允許環(huán)形密封件不受阻礙地通過塞入的點(tapping point)。
優(yōu)選地，多孔主體由燒結(jié)金屬或多孔陶瓷形成。


為了能夠完全理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖描述優(yōu)選實施例，其中圖1是液壓輔助螺母元件的剖視圖；圖2是圖1中的組裝起來的液壓螺母組件的剖視圖；圖2A和2B是現(xiàn)有技術(shù)密封件的剖視圖；圖2C-2Q是根據(jù)本發(fā)明的密封件的剖視圖；圖3是安裝有本發(fā)明的壓力釋放裝置的液壓螺母在處于全復(fù)位位置的剖視圖；圖4是表示圖3的螺母在過沖程狀態(tài)的剖視圖；圖5是圖4螺母的局部放大圖；圖6和7是變形后的現(xiàn)有技術(shù)密封件邊緣的剖視圖；圖8和9是圖2F-2Q的密封件的剖視圖。
具體實施例方式
圖1和2分別圖示了在美國專利US 6,494,465中公開的現(xiàn)有技術(shù)的液壓輔助螺母的元件和組件，包括活塞51、氣缸52、鎖緊環(huán)59、止推墊圈50和液壓工作腔53。密封件63、64以在美國專利US 6,494,465中所述的方式、設(shè)置在活塞51和氣缸52之間的封閉工組腔53中。
圖2A和2B圖示了普通V形的現(xiàn)有技術(shù)密封件63、64。圖2C表示根據(jù)本發(fā)明的干涉密封件10，其響應(yīng)低粘性的液壓介質(zhì)的慢速注射。它比現(xiàn)有技術(shù)的密封件63、64提供更大的靈活性，因為在密封件10被壓力驅(qū)動時具有更大角度。密封件10的表面11和活塞51的表面71之間的角度稍有不同，其保證密封件10上主體12的較厚部分逆著活塞51和氣缸52的表面71被驅(qū)動。這種密封結(jié)構(gòu)在不需要慢速壓力充填過程的應(yīng)用中有效。
圖2D圖示了相似的結(jié)構(gòu)，其中氣缸52上的彈簧夾子81保證了與密封表面之間的基本密封接觸。圖2F與現(xiàn)有技術(shù)的圖2A和2B的設(shè)計相似，并且具有薄密封邊緣113、114，以接收初始的較低壓力，因此產(chǎn)生了的兩個密封階段。圖2H表示具有密封邊緣213、214的密封件210，其工作原理相同，只是能夠用薄片金屬沖壓而成。
圖2F、2H和2G的密封件110、210和310分別形成的形狀能夠保證當密封件110、210和310插入工作位置時，彈力會施加到密封邊緣113、114、213、214、313、314上，以便提供基本密封。二次密封動作通過增加充填壓力來啟動。圖2G的密封件310將邊緣311、314的初始低壓密封與雙斜面相結(jié)合，迫使備份環(huán)320進行了大部分的密封工作。在這種結(jié)構(gòu)中，密封功能更象多邊緣協(xié)同工作的“V-密封”。
圖2E圖示了密封件410，其中與活塞51的壁接觸的邊緣413實際上承擔了所有密封工作。密封件410被制成大于由密封凹槽和活塞的限制尺寸，從而當它裝配時，它具有剩余的彈力將其推向所述壁。密封件410的邊緣413允許彎曲，并且允許隨著由于增加充填壓力造成的氣缸的膨脹而移動。密封件410最好用于相當?shù)偷膲毫妥钚〉膹较虮谄D(zhuǎn)角。
圖2J-2Q所示的密封件是完全不同的結(jié)構(gòu)，其中它們在裝置中有彈性負載，使得基本密封是通過密封件試圖返回到其初始位置而起作用。在圖8和9中示出了這種情況，其中做成圖8所示形狀的密封件插入圖9所示的位置，使得它被密封凹槽所迫而向內(nèi)，因而被壓在相鄰的外氣缸壁上。
基本力的選擇要與條件相適應(yīng)，密封件要由所需彈性的材料制成，使得它們在插入所要求的形狀時產(chǎn)生變形。圖2J-2Q所示的密封件都使用這種彈簧負載原理來實現(xiàn)基本密封。然后，這種密封作用通過增加氣缸52的內(nèi)壓來加強。作用于所述壁的密封力取決于成比例地響應(yīng)注射壓力的密封件的面積。
在壓力和溫度的影響下，密封元件的薄截面的變形減小，并且經(jīng)常破壞密封件的完整性。具有圖2A和2B所示薄邊緣的現(xiàn)有技術(shù)的密封件要求始終對氣缸壁的保持一些彈性壓力。這就意味著要選擇足夠屈服強度的材料，使得密封件在高局部應(yīng)力的區(qū)域不發(fā)生塑性變形。如果材料的強度不足，就會產(chǎn)生永久變形。這種現(xiàn)象傾向于從較薄的截面到具有足夠厚度的點漸次地發(fā)生，以平衡破壞力，因此當密封邊緣以這種方式變形時，它會從與氣缸壁的接觸狀態(tài)彎曲回來。
升高的溫度降低多數(shù)材料的有效強度，特別是工程鋼的有效強度，使用中發(fā)生了變形的金屬密封件難以恢復(fù)使用。在壓力作用下介質(zhì)強制進入在薄邊緣處形成的間隙，并且像楔子一樣起作用，從而迫使下部截面與氣缸壁脫離密封接觸。圖6和7示出了現(xiàn)有密封件的這個問題。
圖2J-2Q的“密封環(huán)”式密封件的創(chuàng)造性的設(shè)計，通過充填液體的壓力對所述密封的相對表面的作用解決了這個問題，其產(chǎn)生推力來幫助臨界面的密封。這種力直接涉及增加的壓力，因此，保持了密封整個范圍需要的關(guān)系。通過具有厚截面區(qū)域的新設(shè)計，解決熱量影響薄截面并且造成永久變形的問題。
在圖2J、2K和2N中示出了具有這些特性的密封件510、610和710。圖2L和2M所示的密封件810和910表示了圖2J和2K的密封件510和610的中空變型，但是，一般在實際應(yīng)用上有限制。圖2O和2Q的密封件910、1010示出了“彈簧圈”的原理是如何能夠用于較薄截面的材料。這些都能夠便宜地制作，并且一般對于在較低工作壓力下使用的液壓輔助螺母緊固件足夠了。密封件110或圖2P示出了能夠做成V字形的密封件的形式，其中壓力作用膨脹密封件的外徑并且提供與氣缸52的壁的密封。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯而易見，密封件的材料選擇，密封件的具體形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)取決于應(yīng)用意圖。選擇合適密封件的重要因素包括液壓組件的工作溫度和壓力、充填介質(zhì)的類型和壓力。
破壞密封件整體性的另一個因素是超行程，即，在試圖操作期間，密封件移動超出它實際工作極限，導(dǎo)致了故障和高壓液體的危險噴發(fā)。為了防止這種故障，理想的是，將溢流口引入液壓輔助緊固件螺母。如果密封件被迫移動超過其行程極限，那么該端口會通過使液體溢出來減小對密封件的損害。然而，密封件甚至?xí)蚓植客ㄟ^所述溢流口而受到不可恢復(fù)的損壞，因為極大的壓力會在密封件通過時將密封件材料擠出，甚至刮傷堅硬的鋼表面。
圖3-6圖示了容納有壓力釋放裝置的排液端口100，其包括多孔塞101。塞101的內(nèi)表面在輪廓上與相鄰的密封壁表面52A向吻合，使得當密封件63移過排液端口100時不會受到損傷。多孔塞101的材料選擇為具有高強度，以當密封件63移過排液端口100時對其提供支撐，并且多孔塞的材料是多孔的，以允許液體103從壓力腔53自由地流出。隨著密封件63在排液端口100上的移動，多孔塞101的更多材料暴露出來，使得排液率增大。選擇塞101的密度和相應(yīng)的多孔性，以便為應(yīng)用提供合適的強度和排液率。為塞101選擇的低成本材料是燒結(jié)金屬和多孔陶瓷，但是，其它材料也適合。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯而易見，如果密封件從圖3所示的全復(fù)位位置移到圖4所示過行程狀態(tài)，壓力釋放裝置的多孔塞101會保護密封件63免于受到損壞。本發(fā)明的多孔排液塞能夠應(yīng)用于會對密封件產(chǎn)生過行程損傷的任何液壓組件。
應(yīng)該認識到，上面的描述僅通過圖示的實例給出，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的所有其它變型和變化都被認為落入在此闡述的本發(fā)明的寬泛范圍和界限內(nèi)。在本說明的整個說明書和權(quán)利要求書中，詞“包括(comprise)”和這個詞的變型，諸如“comprises”和“comprising”不排除其它的附加元件整體或步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于液壓組件的密封裝置，其中液壓液體被容納在形成于所述組件的主體和止推元件之間的工作腔中，所述組件包括具有相對的密封表面的環(huán)形密封件，所述相對的密封表面被推入具有收斂密封表面的主體和止推元件之間而形成密封配合。
2.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其還包括保持在所述組件的主體或止推元件中的環(huán)形配合彈簧夾子，所述環(huán)形配合彈簧夾子支承所述環(huán)形密封件的非密封面，以保證在主體和止推元件之間的基本密封配合。
3.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中環(huán)形密封件形成有一對環(huán)形密封邊緣，所述環(huán)形密封邊緣在初始低壓下被推入所述組件的主體和止推元件之間而形成密封配合，密封件的其余部分在更高壓力下形成密封配合。
4.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中密封件在被放置到位時受到彈性負載，因而試圖返回到原始形狀，從而迫使所述主體和止推元件之間形成密封配合。
5.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中所述密封件具有圓形的合攏，其在壓力下滾動以保持密封配合。
6.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其設(shè)有塞入腔室的過行程端的壓力釋放閥以防止環(huán)形密封件受到過行程損傷，所述壓力釋放閥包括多孔主體，所述多孔主體允許液壓液體從腔室排出，并且允許環(huán)形密封件不受阻礙地通過塞住的點。
7.如權(quán)利要求5所述的密封裝置，其中多孔主體由燒結(jié)金屬或多孔陶瓷形成。
全文摘要
一種用于液壓組件的密封裝置，其中液壓液體容納在形成于所述組件的主體(52)和止推元件(51)之間的工作腔(53)中。所述裝置包括具有相對的密封面的環(huán)形密封件(63)，所述相對的密封面被推入具有收斂密封表面的所述主體(52)和止推元件(51)之間而形成密封配合。所述裝置還可具有塞入腔室(53)的過行程端的壓力釋放閥(100)以防止環(huán)形密封件(63)過行程損傷，所述壓力釋放閥包括多孔主體(101)，所述多孔主體允許液壓液體從腔室(53)排出，并且允許環(huán)形密封件(63)不受阻礙地通過塞住的點。
文檔編號F16J9/08GK1926365SQ200580006006
公開日2007年3月7日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者J·W·巴克內(nèi)爾 申請人:J·W·巴克內(nèi)爾