專利名稱：密封組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及密封組件，尤其涉及用于將工具或其它裝置與具有大容差和軋鋼的典型表面光潔度的表面密封的密封組件。
背景技術(shù)：
配置彈性體密封件(典型地為0型圈密封件)以密封組裝好的第一和第二緊密配合且被凸起間隙間隔開(kāi)的固體組件之間的間隙的已有方法，是在第一組件中的設(shè)置的具有可控深度(限定了槽的底部表面)和寬度(限定了槽的側(cè)壁表面)的大致矩形的密封槽內(nèi)提供彈性的、順應(yīng)性的(compliant)和基本不可壓縮的密封元件(彈性體的機(jī)械性能特征)，第一組件靠近第二組件中設(shè)置的密封表面，第一組件此處稱為密封載體，第二組件此處稱為工件。不受約束的密封元件深度被選擇超過(guò)在密封載體和工件密封表面之間的間隙與槽的深度之和，以便在密封元件和槽的底部以及組裝好的組件的工件密封表面之間產(chǎn)生干涉配合(interference)。該干涉配合趨向于通過(guò)沿垂直于密封表面的壓縮使順應(yīng)性彈性體變形，并且由于其不可壓縮的整塊性質(zhì)，順應(yīng)性彈性體會(huì)沿橫向延伸。為了容納該延伸， 密封槽寬度一般稍稍超過(guò)密封元件的變形寬度以在體積上容納這種變形。這一般需要加強(qiáng)壓力激勵(lì)以及避免側(cè)壁和密封元件之間的空腔內(nèi)的壓力截留。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的這種構(gòu)造，密封元件被迫與工件表面和槽底接觸，其中，密封功能的啟動(dòng)依賴于幾何形狀、表面粗糙度、彈性體順應(yīng)性和干涉量設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)置，以保證初始接觸壓力分布足以形成密封元件和工件表面之間以及密封元件和密封槽底部之間的順應(yīng)接觸。然而，這種類型的密封的有效性在一些應(yīng)用中是受限制的，尤其在工件表面粗糙度高和不能被輕易控制的場(chǎng)合，以及凸起間隙容差大的場(chǎng)合。在這種情況下，難于或不可能在可獲得的彈性材料相對(duì)于材料性質(zhì)的允許變形極限內(nèi)以及在密封負(fù)載限制內(nèi)，配置可行的設(shè)計(jì)參數(shù)以提供獲得可靠密封所需的干涉量。另外，安裝彈性體密封件的現(xiàn)有方法是在密封載體上拉伸密封元件，使其進(jìn)入具有固定幾何形狀的槽。當(dāng)密封元件厚度大于密封長(zhǎng)度時(shí)該安裝方法會(huì)變的非常難。本發(fā)明將解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
廣義上來(lái)說(shuō)，本發(fā)明提供了流體密封組件，其包括密封載體，該密封載體由相對(duì)剛性材料制成并且限定了密封面，密封面被容納彈性密封元件的密封件容納槽斷開(kāi) (interrupted)。密封件容納槽具有槽限定壁，每個(gè)壁具有遠(yuǎn)端(即，遠(yuǎn)離密封面)和位于密封表面處的近端。槽限定壁用作密封接觸表面。槽限定壁會(huì)聚(converge)以便使密封件容納槽向所述遠(yuǎn)端變窄。密封件容納槽的深度和寬度適于接受密封元件，以便密封元件與密封接觸表面接觸時(shí)密封元件凸出密封面之外。上述流體密封組件提供了對(duì)現(xiàn)有密封組件的替代物。要理解的是，使密封元件擠入會(huì)聚的密封件容納槽有助于在增加的密封間隙范圍上提供有效的密封。當(dāng)不受與工件接觸的限制時(shí)，密封元件將從密封載體中向外移動(dòng)到中間位置(即，沒(méi)有外力或外部壓力促使密封元件進(jìn)入密封槽)。這簡(jiǎn)化了更換壞密封件。雖然使用上述的流體密封組件可以獲得有益效果，但是在一些結(jié)構(gòu)中當(dāng)密封元件沒(méi)有通過(guò)與工件接觸被限制和已經(jīng)移動(dòng)到中間位置時(shí)，密封元件將從密封載體中掉出。在這樣的場(chǎng)合，優(yōu)選的是密封件容納槽通過(guò)提供與密封件容納槽的近端關(guān)聯(lián)的密封保持裝置在密封面處變窄。在優(yōu)選的實(shí)施例中，通過(guò)構(gòu)造至少一個(gè)槽限定壁的近端部以在密封接觸表面中的至少一個(gè)的近端上形成向內(nèi)凸起的密封保持面來(lái)提供密封保持裝置(“向內(nèi)凸起” 的意思，在本文中，是密封保持面向相對(duì)的槽限定壁傾斜)。要理解的是密封保持裝置可以以不同于上述的保持面的形式提供。為了保證密封元件只被密封件容納槽的會(huì)聚壁支撐，優(yōu)選的是密封元件能夠延伸進(jìn)入和接觸密封件容納槽的最大深度小于密封件容納槽的總深度，從而限定出密封件容納槽的凈空間隙(clearance interval)，其位于與密封元件接觸的區(qū)域的遠(yuǎn)端。相對(duì)的槽的壁的凈空間隙之間的空間限定了槽的底部，并和密封件一起包圍了一個(gè)在兩個(gè)密封接觸間隙遠(yuǎn)端的內(nèi)部壓力腔。為了加強(qiáng)壓力激勵(lì)和防止壓力滯留，希望提供一種裝置以允許來(lái)自密封件的高壓側(cè)的流體壓力與內(nèi)部壓力腔連通，即，旁通位于密封件容納槽的將是高壓的一側(cè)上的密封件容納槽的側(cè)壁的密封接觸區(qū)域。提供這種與內(nèi)部壓力腔流體連通的可能裝置的例子包括提供從密封表面延伸穿過(guò)密封載體到內(nèi)部壓力腔的接口 ；橫向于高壓側(cè)上的密封件容納槽的壁的接觸間隙設(shè)置的凹口 ；和在密封面內(nèi)、橫向于與高壓側(cè)上的密封件容納槽的壁的接觸間隙緊密配合的其部分表面設(shè)置的類似凹口。因此流體可以從密封面的高壓側(cè)流到與內(nèi)部壓力腔連通從而在差別壓力增加的動(dòng)作下為密封件加壓，和在差別壓力降低時(shí)關(guān)聯(lián)地解壓該區(qū)域，從而分別提供壓力激勵(lì)和避免壓力滯留。在軸對(duì)稱的場(chǎng)合中，隨著密封元件的橫截面面積(或線性尺寸或厚度)增大，將更難通過(guò)拉伸從密封載體中取出密封元件，尤其是在厚度與直徑之比相對(duì)較大時(shí)。在這種情況下，優(yōu)選的是密封載體由第一和第二組件組成，每個(gè)密封載體組件包括槽限定壁之一。這有可能分開(kāi)第一和第二密封載體組件，以在密封元件的厚度對(duì)通過(guò)拉伸進(jìn)行拆除產(chǎn)生困難時(shí)幫助取出密封元件。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，密封元件橫截面為圓形的密封元件在工件和密封載體之間相對(duì)滑動(dòng)的一些場(chǎng)合會(huì)趨于滾動(dòng)。這種滾動(dòng)的趨勢(shì)的例子顯示在已知的軸對(duì)稱0型圈密封件的扭轉(zhuǎn)失效模式中，0型圈密封件用于密封筒內(nèi)滑動(dòng)的活塞之間的環(huán)隙(armulus)。這些密封件的環(huán)形形狀(toroidal shape)不能抵制繞環(huán)形軸(toroidal axis)的旋轉(zhuǎn)，因此允許密封元件的區(qū)段繞環(huán)形軸滾動(dòng)和蓄積可導(dǎo)致泄漏的扭轉(zhuǎn)。在擔(dān)心密封元件滾動(dòng)的場(chǎng)合， 優(yōu)選的是密封件橫截面改進(jìn)為抵制滾動(dòng)。雖然改進(jìn)的密封元件橫截面可以保持大致圓形， 然而優(yōu)選的是密封元件設(shè)有橫截面基本平坦和基本對(duì)應(yīng)于且緊密配合于密封件容納槽的密封接觸表面的部分。密封元件的平坦部分與平坦密封接觸表面的受壓接合將減少滾動(dòng)。 然而，抵制滾動(dòng)更優(yōu)選的是通過(guò)為密封件提供更加非圓形的橫截面來(lái)獲得以便其特征深度大于其寬度，即在垂直于工件表面的方向上拉長(zhǎng)。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中數(shù)字標(biāo)記表示類似部分，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的密封組件的橫截面示意圖，其具有V型密封件容納槽。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的密封組件的橫截面示意圖，其具有單個(gè)密封保持面。圖3是本發(fā)明的密封組件的橫截面示意圖，每個(gè)槽限定壁具有密封保持面。圖4是圖3的密封組件的橫截面示意圖，顯示其將以大的凸起間隙、以及施加于組件底端的高壓和施加于組件頂端的低壓與工件接合。圖5是圖3的密封組件的橫截面示意圖，顯示其將以小的凸起間隙與工件接合。圖6是圖4的密封組件的變體的橫截面示意圖，具有高壓和低壓流體接口，顯示其將以大的凸起間隙以及如圖4中的壓力差與工件接合。圖7是圖6的密封件的變體的橫截面示意圖，具有與密封元件一體設(shè)置的高壓和低壓流體接口，顯示其將以大的凸起間隙以及如圖6中的壓力差與工件接合。圖8是主要由圖6所示的圓形地構(gòu)造的密封組件的橫截面示意圖，密封件容納槽為環(huán)形(toroidal)結(jié)構(gòu)，密封組件放置在管狀工件中且與其密封抵靠。圖9是主要由圖6所示的圓形地構(gòu)造的密封組件的橫截面示意圖，密封件容納槽為環(huán)形結(jié)構(gòu)，密封組件包圍管狀工件且與其密封抵靠。圖10是具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的密封組件的管狀運(yùn)行工具的橫截面示意圖， 密封組件安裝到其底端，顯示其將與管狀運(yùn)行工具處于縮回的位置。圖11是圖10的密封組件的橫截面示意圖，顯示位于軸對(duì)稱管狀工件的內(nèi)部且以相對(duì)大的凸起間隙與其密封接合。圖12是圖11的密封組件的橫截面示意圖，顯示位于軸對(duì)稱管狀工件的內(nèi)部且以相對(duì)小的凸起間隙與其密封接合。圖13是圖11的密封組件的局部橫截面放大圖。圖14是圖11的密封組件的局部橫截面放大圖，顯示密封組件部分地拆開(kāi)以允許移走和更換密封元件。
具體實(shí)施例方式主要原理現(xiàn)在將參照?qǐng)D1至6描述本發(fā)明的密封組件的主要原理。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的密封組件IOa的橫截面示意圖，與工件分開(kāi)單獨(dú)顯示。密封組件IOa包括密封載體40a和彈性密封元件20。密封載體40a具有近端面12且限定了大致V型的密封件容納槽(或簡(jiǎn)稱為“密封槽”)50a，用于容納密封元件20。密封槽50a將近端面12斷開(kāi)且，在圖1的實(shí)施例中，隨著其深入密封載體40a寬度減小。密封槽50a由接觸面42和44限定， 接觸面42和44延伸形成一對(duì)凈空面(clearance faces) 48 位于密封件容納槽壁的遠(yuǎn)端的這些凈空面或間隙延伸遠(yuǎn)離支撐密封元件且與密封元件接觸的區(qū)域。此處顯示凈空面與 V型接觸面42和44毗連，但是在可選的實(shí)施例中可以是不同的構(gòu)造。接觸面42和44以及凈空面48的長(zhǎng)度和角度結(jié)合密封元件20的尺寸和形狀進(jìn)行選擇，以允許密封元件20有進(jìn)入密封槽50a的內(nèi)向位移，以及還允許密封元件20在卸載時(shí)返回中間位置。
如圖1中以舉例方式所示，密封載體40a可選地包含在密封載體40a的近端面12 和選定凈空面上的選定位置之間延伸的高壓流體接口 45，以便密封槽50a的遠(yuǎn)端(即內(nèi)部)區(qū)域與高壓源流體連通。高壓流體接口 45的目的和功能將在之后的說(shuō)明書(shū)中詳細(xì)描述。根據(jù)密封槽50a的結(jié)構(gòu)，密封組件IOa的密封槽幾何形狀可能允許密封元件20在卸載時(shí)可完全脫離密封槽50a，在這種情況下可能需要一些保持裝置。在密封載體和工件的形狀大致軸對(duì)稱的情況下，密封保持可通過(guò)密封元件20中的卡箍應(yīng)力起效。然而，希望具有附加的或可選的密封保持裝置，其例子圖示在圖2至6中。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的密封組件IOd的橫截面示意圖，包括密封載體 40d和密封件容納槽50d，該密封件容納槽50d由單個(gè)密封保持面43、接觸面42和44和一對(duì)凈空面48限定。在該實(shí)施例中，凈空面48的角度不相等，接觸面42被構(gòu)造為便于其垂直于工件(未顯示)的密封表面。密封組件的該實(shí)施例有助于將密封元件20保持在槽50b 內(nèi)，無(wú)論槽的其它三維面如何，如一般依賴于卡箍應(yīng)力進(jìn)行密封保持的軸對(duì)稱密封件。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的密封組件IOb的橫截面示意圖。密封組件IOb 包括具有密封件容納槽50b的密封載體40b，密封件容納槽50b由兩個(gè)保持面41和43，接觸面42和44和一對(duì)凈空面48限定，密封元件20設(shè)置在槽50b內(nèi)。密封組件的該實(shí)施例有助于將密封元件20保持在槽50b中，無(wú)論密封槽的結(jié)構(gòu)如何，并且與槽幾何形狀的其它三維面無(wú)關(guān)。圖4圖示了密封組件IOb與工件30關(guān)聯(lián)地安裝且在密封載體40b的近端面12與工件30的接觸面31之間具有相對(duì)較大的凸起間隙G。密封載體40b的密封槽50b具有保持面41和43、接觸面42和44以及一對(duì)凈空面48。相對(duì)于由接觸面42和44共同提供的會(huì)聚楔形，保持面41和43共同形成發(fā)散楔形47。結(jié)合密封元件20的尺寸和形狀來(lái)選擇保持面41和43的長(zhǎng)度和角度，以防止在與工件30接合和分離過(guò)程中失去對(duì)密封元件20的牽制。另外，保持面41和43的作用在于將密封元件20定位在中間位置以保證在間隙寬度 G的范圍上與工件30接合。再次參照?qǐng)D3，密封元件20顯示處于中間位置，初始密封接合將發(fā)生時(shí)的最大間隙寬度用Gtl標(biāo)識(shí)。再次參照?qǐng)D4，間隙G小于間隙Gtl，從而與工件30干涉密封，如受壓時(shí)啟動(dòng)密封所需的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5，密封組件IOb顯示以小于圖4中的凸起間隙G與工件30接合，迫使密封元件20進(jìn)一步進(jìn)入密封槽50b，以便其脫離與兩個(gè)保持面47的接觸和增加與兩個(gè)接觸面42和44的接觸，但是沒(méi)有移動(dòng)到足夠深入與凈空面48接合。再次參照?qǐng)D4，接觸面42和44以及凈空面48的長(zhǎng)度和角度結(jié)合密封元件20的尺寸和形狀來(lái)選擇以允許密封元件20在基本垂至于工件30的接觸面31的方向上有內(nèi)向位移，從而為選定范圍的間隙寬度G留出空間。另外，接觸面42和44的角度在考慮了摩擦力后進(jìn)行選擇以保證密封元件20將在卸載時(shí)趨向于回到其中間位置，以防止密封元件 20 “卡”在密封槽50b內(nèi)?；久黠@的是，本發(fā)明為具有給定橫截面的密封元件提供了一種增加可允許干涉或“擠壓”量或范圍的手段，因此使得密封能夠在較大范圍的間隙寬度G上起作用，而不會(huì)是具有類似橫截面的密封元件保持在具有傳統(tǒng)、大致矩形幾何形狀的密封槽內(nèi)。將進(jìn)一步
7明顯的是這種理想的功能是因?yàn)橛山o定的增量減小縫隙G( S卩，增加干涉度)產(chǎn)生的變形應(yīng)力的量小于相同量的“擠壓”施加于工件和傳統(tǒng)密封件裝載槽之間的具有類似橫截面的傳統(tǒng)0型圈上將產(chǎn)生的。仍參照附圖4，本實(shí)施例中的密封元件20在不受壓時(shí)具有圓形橫截面，且概略性顯示其即將被壓縮和與工件30的接觸面31接合以及在接觸面41、42、43和44上與密封載體40b接觸。然而，要理解的是本發(fā)明使用的密封元件不局限于這種橫截面，也可選擇其它密封形狀以配合特定的設(shè)計(jì)需求或偏好。密封形狀可選擇提供了以下的任意或所有的對(duì)圓形橫截面密封元件的功能作出改進(jìn)的幾何特征·插入過(guò)程中對(duì)旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)增強(qiáng)的抵制力，其通過(guò)提供與一個(gè)或兩個(gè)接觸面接合的平坦表面獲得，或者，更優(yōu)選地，通過(guò)提供具有非圓形橫截面、具有大于其寬度的特殊深度的密封元件獲得，即在與工件表面垂直的方向上拉長(zhǎng)；·插入過(guò)程中減少的徑向負(fù)載，其通過(guò)提供密封元件與接觸面之間的較小接觸面積獲得；和·增加的或減小的初始接觸壓力，其通過(guò)改進(jìn)接觸半徑和/或在密封元件和工件或密封載體之間提供平坦接觸界面獲得。參照?qǐng)D3至5，密封組件IOb的成對(duì)保持面47、接觸面42和44和凈空面48顯示從頂部到底部對(duì)稱。然而，要理解的是任一或兩個(gè)保持面47、任一或兩個(gè)接觸面42和44以及任一或兩個(gè)凈空面48可以是非對(duì)稱的，如一些場(chǎng)合可能需要的。這樣，密封元件20的變形不一定局限于與工件30的接觸面31垂直的方向。再次參照?qǐng)D4，密封元件20由具有充分的順應(yīng)性(即彈性)的材料制成，以便在圖示的組件中，其將與接觸面31、41、42、43和44大致共形接觸(conforming contact)以產(chǎn)生如下五個(gè)腔·外部LP (即low-pressure，低壓)腔51，其位于工件接觸面31和密封載體40b 的近端面12之間的密封組件的LP側(cè)上； 外部HP (即high-pressure，高壓)腔52，其位于工件接觸面31和密封載體40b 的近端面12之間的密封組件的HP側(cè)上；·內(nèi)部LP腔53，由密封元件20的LP側(cè)和接觸面41和42的相鄰區(qū)域界定；·內(nèi)部HP腔54，由密封元件20的HP側(cè)和接觸面43和44的相鄰區(qū)域界定；·遠(yuǎn)端腔55，由密封元件20的遠(yuǎn)端面和接觸面42和44的相鄰遠(yuǎn)端區(qū)域界定。高壓流體接口 45連接外部LP腔51和遠(yuǎn)端腔55，以便遠(yuǎn)端腔55暴露于作用在密封組件一側(cè)(即圖4中的較低的一側(cè))的高壓HP源，而位于密封組件的另一側(cè)上的外部HP 腔52暴露于相對(duì)低壓LP源。要理解的是，雖然其不直接連接到高壓HP源，內(nèi)部HP腔M 可大致被認(rèn)為處于相同的高壓，這是被處于高壓的外部LP腔51和遠(yuǎn)端腔55包圍的結(jié)果。
還要理解的是，對(duì)于密封元件20將密封地接合到密封載體40的保持面41還是保持面42，還有一些不確定性。圖6圖示了根據(jù)可選實(shí)施例的密封組件10c，其中這種不確定性通過(guò)提供與腔52和53連接的低壓流體接口 46來(lái)解決，從而保證腔52和53連接到密封元件20的低壓側(cè)(LP)。共形接觸可以保持在密封元件20和所有五個(gè)接觸面31、41、42、43 和44之間，如幾何形狀所允許的，但是只有面31和42需要與密封元件20密封地接合。
圖7是本發(fā)明的密封組件IOe的橫截面示意圖。密封組件IOe是圖6中的密封組件的變體，其具有與密封元件20—體提供的高壓流體接口 56和低壓流體接口 57。HP流體接口 56，在圖7中顯示為穿過(guò)密封元件20的槽，連接高壓腔5154和55。LP流體接口 57， 顯示為穿過(guò)密封元件20的槽，連接低壓腔52和53。雖然HP流體接口 56和LP流體接口 57每個(gè)都顯示為單個(gè)槽，但是要理解的是密封元件20可以設(shè)有多個(gè)這樣的沿其長(zhǎng)度布置的槽或接口。設(shè)有接口的密封元件提供類似于參照?qǐng)D6描述的實(shí)施例的設(shè)有接口的槽的流體連通性。密封元件如此構(gòu)造時(shí)，密封保持件可以被構(gòu)造為沿在槽的近端和遠(yuǎn)端之間延伸的密封槽的中心線對(duì)稱。因此，單向的密封載體變成雙向的，同時(shí)密封元件變?yōu)閱蜗虻?。這樣，為了反轉(zhuǎn)密封方向，密封元件可以以相反的方位來(lái)安裝，在這種情況下其將高壓接口放置在密封組件的頂部和低壓接口放置在密封組件的底部(如圖7中所示)。要理解的是，該密封元件可以只設(shè)有高壓接口以提供類似于參照?qǐng)D1至5所述的功能。還要理解的是如此構(gòu)造的密封元件可以被組裝帶有還包括如參照?qǐng)D1-6所述的高壓和/或低壓接口的密封載體，而不會(huì)失去單向密封功能。圖8圖示了大致顯示在圖6中的密封組件的圓形地構(gòu)造的實(shí)施例，密封件容納槽為環(huán)形結(jié)構(gòu)，密封組件同軸地設(shè)在管狀工件內(nèi)且密封抵靠管狀工件，密封組件和工件具有共有的中心線(C/L)。圖9圖示了圖6中的密封組件的可選的圓形地構(gòu)造的實(shí)施例，密封件容納槽是環(huán)形結(jié)構(gòu)，密封組件同軸地包圍且密封抵靠管狀工件。用于管狀運(yùn)行工具的密封組件圖10至14圖示了本發(fā)明的密封組件的優(yōu)選實(shí)施例，其被結(jié)合到管狀運(yùn)行工具100 的下端101。如圖10所示，密封組件110包括上部密封保持件120、下部密封保持件140、 密封組件保持元件160和密封元件180。圖10中顯示的密封組件110將與管狀運(yùn)行工具 100處于縮回位置(即，不與管狀工件接合)。在這種情況下，密封元件180顯示具有圓形橫截面，密封元件180處于中間、不受壓狀態(tài)，部分地凸出在上部和下部密封保持件120和 140之外。要理解的是，這樣的目的在于圖示上部密封保持件120、下部密封保持件140和密封元件180之間的干涉配合，組裝好的密封元件180將被上部和下部密封保持件120和 140部分壓縮。這樣，所以密封元件180完全被限制成該圖中所示，密封元件180將與上部和下部密封保持件120和140共形接觸，并且將與上部密封保持件120密封地接合。圖11是同軸地設(shè)置在具有內(nèi)表面202的管狀工件200中的密封組件110的橫截面圖，密封元件180與內(nèi)表面202圓周地密封接合。工件200的內(nèi)表面202的直徑是密封組件110的特定允許范圍的上限值(即間隙G相對(duì)較大)。上部密封保持件120具有上面 121、下面122、內(nèi)面123和外(或遠(yuǎn)端)面124。上部密封保持件120的下面122具有多個(gè)垂直定位的螺栓孔125以便于連接到下部密封保持件140。上部密封保持件120還具有面向下的肩部131和雙面的半個(gè)密封槽126，該半個(gè)密封槽126由在外面124附近的保持面 128和接觸面127限定。上部密封保持件120還具有多個(gè)徑向定位的銷孔129，其設(shè)置在外面IM上和通過(guò)泄壓接口 130連接到下面122，泄壓接口 130在保持面1 和接觸面127的會(huì)聚點(diǎn)將半個(gè)密封槽126斷開(kāi)。仍參照?qǐng)D11，下部密封保持件140具有上面141、下面142、內(nèi)面143、外面144、以及多個(gè)在下面142和上面141之間延伸的螺栓孔145。下部密封保持件140的上面141具有雙面的半個(gè)密封槽146，該半個(gè)密封槽146包括在外面144附近的保持面147和接觸面 148，以及面向上的肩部158。下部密封保持件140的面向上的肩部158和上部密封保持件 120的面向下的肩部13共同形成一對(duì)肩部150。下部密封保持件140的下面142在這種情況下被構(gòu)造為斜刺引導(dǎo)部，其形狀基本為截頭圓錐體，且被構(gòu)造為在插入工件200的近端 201的過(guò)程中與外殼運(yùn)行工具(未顯示在圖11中)對(duì)中。上部和下部密封保持件120和140被構(gòu)造為彼此剛性地相互連接，例如，在圖示的情況下，通過(guò)螺進(jìn)上部密封保持件120的孔125中的多個(gè)帽螺釘190，其頭部肩靠在下部密封保持件140的反向開(kāi)孔的孔145中。帽螺釘190的應(yīng)力作用穿過(guò)成對(duì)肩部150。密封元件180設(shè)置在密封槽153內(nèi)的上部和下部密封保持件120和140之間。在圖示的實(shí)施例中，密封元件180為環(huán)形形狀，即具有圓形橫截面的軸對(duì)稱。雖然顯示處于被壓的狀態(tài)，但是，由于由有足夠彈性和順應(yīng)性的材料制成，密封元件180基本順應(yīng)密封槽 153的形狀，且徑向被工件200的內(nèi)表面202限定。密封槽153由一對(duì)接觸面148和127， 凈空面151，和一對(duì)保持面152和128限定，其中接觸面127和148的角度方位被選定以提供驅(qū)動(dòng)反彈的彈力(即，回彈)和防止密封元件180 “卡住”的抵制力，其中“卡住”被定義為當(dāng)組件110離開(kāi)工件200時(shí)密封元件在其密封槽內(nèi)保持在徑向向內(nèi)位移的位置的趨勢(shì)， 而不是彈性地反彈到中間位置。保持面127和147的角度方位被選擇以防止失去對(duì)密封元件180的牽制，這被定義為密封元件在插入工件200和密封組件離開(kāi)工件200的過(guò)程中離開(kāi)密封槽的趨勢(shì)。成對(duì)保持面152被構(gòu)造為便于當(dāng)密封元件180不承壓時(shí)，它們促使或偏向于使密封元件朝向中間位置?？梢越Y(jié)合密封元件180的直徑來(lái)選擇密封槽153的最大高度的徑向位置，以提供密封元件180的預(yù)應(yīng)力卡箍壓縮或膨脹而使其偏向于接觸或縮回，以及定位密封元件180。仍參照?qǐng)D11，定位在上部密封組件120的內(nèi)部且與其同軸的組件保持件160被設(shè)置為與上部密封保持件120分開(kāi)，并且具有位于下端162的面向上的肩部161和位于上端 164的螺紋元件163。要理解的是組件保持件160可以與上部密封保持件120成一體，而在圖示的實(shí)施例中顯示為分開(kāi)的組件，如因?yàn)椴牧蠌?qiáng)度和可得性需求這在一些情況中是必須或需要的。沿組件保持件160的外表面165設(shè)置的是收容密封元件166、167和168的圓周槽。 組件保持件160布置為便于密封元件167和168密封地與上部密封保持件120的內(nèi)面123 接合，同時(shí)密封元件166和螺紋元件163共同密封地和螺紋地與管狀運(yùn)行工具100的下端 101接合(未顯示在圖10中)。在圖示的實(shí)施例中，密封元件180具有圓形橫截面。然而，要理解的是根據(jù)本發(fā)明的密封組件不局限于使用這種橫截面輪廓的密封元件。適用于與密封組件一起使用的密封元件不局限于任何的特定形狀或結(jié)構(gòu)，只要其提供在間隙G的寬度范圍上與工件的內(nèi)表面交界的接觸界面；相對(duì)于工具的軸足夠小的裸露接觸角度以方便在安裝到工件200內(nèi)時(shí)密封元件位移進(jìn)入密封槽；和分別與上部和下部密封保持件120和140的保持面和接觸面交界的接觸界面。圖12是組件110的橫截面，與工件200同軸地定位且密封地接合，工件200具有位于允許范圍的下限值的內(nèi)徑(即間隙G相對(duì)較小)。密封元件180，與接觸面1 和148 以及凈空面151結(jié)合，允許在工件200的內(nèi)表面202具有允許范圍的小端的直徑時(shí)，密封元件180徑向向內(nèi)位移。密封元件180，當(dāng)不受壓時(shí)可具有圓形橫截面，顯示在該圖中被壓縮在密封保持件120和140以及工件200之間。再次參照?qǐng)D11，下部密封保持件140設(shè)有多個(gè)流體接口 149，其允許流體在下部密封保持件140的外表面144和上表面141之間流動(dòng)，和流到密封元件180內(nèi)側(cè)的密封槽 153中，從而提供作用到密封元件180的內(nèi)側(cè)的壓力，以作為促進(jìn)和提升密封元件180在工件200的內(nèi)表面202上的密封接合的進(jìn)一步的方法。密封槽153和流體接口 149可以填充有油或其它的在工具運(yùn)作溫度范圍上具有相對(duì)高粘性的物質(zhì)以保持接口 149內(nèi)的加壓流體的相對(duì)自由的流通，否則接口 149可能被鉆孔泥或其它含有流體的固體堵塞，從而阻礙或防礙密封組件110的壓力平衡和正常功能。密封組件110的功能和運(yùn)作參照?qǐng)D13后很容易理解，圖13是圖12所示的密封組件110和工件200的放大的部分橫截面圖。在本圖中顯示密封元件180與上部和下部密封保持件120和140在面127、128、147和148的四個(gè)位置接觸且接合，且還與工件200的內(nèi)表面202接合，要理解的是如果內(nèi)表面202的直徑相對(duì)于允許的內(nèi)徑范圍較小，必然發(fā)生的密封元件180的徑向移動(dòng)將導(dǎo)致失去與面127和147的接合。這樣，密封元件180將只與面1 和148接合。作為這種潛在的間歇式接觸的后果，來(lái)自工件200的內(nèi)表面的碎屑會(huì)積聚在表面127和147上，這樣，對(duì)于隨后的接合，會(huì)削弱在上部和下部密封保持件120和 140上的密封性能。還要理解的是密封件的高壓側(cè)被流體接口 149接通以包括腔155，156和157，同時(shí)密封件的低壓側(cè)被流體接口 1 接通以包括腔135和136。因此，密封接合發(fā)生在表面128 和202上?，F(xiàn)在參照?qǐng)D14，所顯示的密封組件110部分地拆開(kāi)以允許移去密封元件180和安裝新的密封元件180。在該結(jié)構(gòu)中，密封組件110的帽螺釘190被部分地移去，允許分別附加上部和下部密封保持件120和140的間隔，在該位置，密封元件180可以在密封槽153中被側(cè)向地移去，以便一側(cè)的位置與臨近密封組件的中間半徑的負(fù)載成對(duì)肩部150相鄰，而密封元件180的相對(duì)端徑向地位于密封組件110的外部，并且只要密封元件的直徑足夠小且由有足夠強(qiáng)度、彈性和順應(yīng)性的材料如典型的用于流體密封的彈性體制成就能被移去?？偠灾?，上述密封組件包括具有密封件容納槽的密封載體，密封件容納槽由承載了能與工件的密封表面接合以密封密封載體與工件之間的間隙的彈性體密封元件的兩個(gè)側(cè)壁限定，其中·側(cè)壁(這里也稱作接觸面)被構(gòu)造為便于密封槽的寬度從其外部(或近)端向其內(nèi)部(遠(yuǎn))端減?。弧椥泽w密封元件被構(gòu)造為與接觸面緊密配合，兩個(gè)側(cè)壁相對(duì)于工件的密封表面的角度方位被選擇為允許密封元件在基本垂直于密封表面的方向移動(dòng)同時(shí)在接觸面之間被側(cè)向壓縮；和·當(dāng)與工件一起組裝時(shí)，彈性體密封元件的未變形形狀被設(shè)置為與工件的限制表面和槽的側(cè)壁共同干涉配合(interfere)，從而引起對(duì)這些限制表面的接觸壓力，這些接觸壓力進(jìn)而趨向于密封在工件和密封載體之間的間隙?？紤]預(yù)期的摩擦力來(lái)選擇密封槽的幾何結(jié)構(gòu)，以便當(dāng)密封組件從工件上拆離時(shí)， 密封元件從密封槽向外朝其中間位置移動(dòng)。根據(jù)密封元件的形狀和密封槽的幾何形狀，有可能密封元件會(huì)完全跑出密封槽外，這時(shí)將需要提供與密封槽關(guān)聯(lián)的密封保持工具。在某些軸對(duì)稱密封件的場(chǎng)合，即密封槽和工件是圓形或圓柱形，密封保持可通過(guò)使用密封元件自身的卡箍剛度來(lái)完成。然而，在這種保持手段不充分或不可獲得的場(chǎng)合 (例如在面密封的場(chǎng)合)，密封槽的至少一個(gè)側(cè)壁可設(shè)有第二錐面(這里稱為保持面)形式的密封保持件。這樣，密封槽的幾何形狀被選擇為便于槽的寬度較小接近密封載體的外 (或近)表面，其中至少一個(gè)側(cè)壁的最外端的區(qū)域用作保持面，其從相對(duì)的槽的側(cè)壁上的保持面開(kāi)始向遠(yuǎn)端呈錐形，直到保持面與密封槽側(cè)壁的內(nèi)側(cè)面交接處的最大寬度的點(diǎn)，上文定義為接觸面。密封槽的側(cè)壁的面的交點(diǎn)限定了密封元件的中間位置；即密封元件在不受壓或不與工件接合時(shí)所定位的位置。中間位置結(jié)合密封元件的幾何形狀來(lái)選擇以將密封元件定位成與工件接合和在工件/密封載體的間隙寬度范圍上提供一些初始接觸接合。一對(duì)保持面相對(duì)于工件的密封面的角度被選擇為將密封元件在不受壓時(shí)定位在中間位置和通過(guò)減小密封槽的開(kāi)口寬度防止失去密封保持。本發(fā)明的密封組件是單向的，而槽的幾何形狀可以是對(duì)稱的。組件被設(shè)置為便于密封元件內(nèi)側(cè)的槽連通密封件的高壓側(cè)。這樣，密封元件密封地與工件的密封表面和密封件低壓側(cè)的接觸面接合。—般理解的是在密封元件的過(guò)早材料損壞發(fā)生之前，一般固體的彈性體密封件的干涉或“擠壓”極限，如0型密封圈，是大約30%。這用作可允許的變形應(yīng)力的計(jì)量，其中材料可以被預(yù)期為不失效地容納。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，具有減小的變形應(yīng)力與間隙位移之比的密封組件將允許可密封間隙寬度的增加而不會(huì)失效。在本文中，“干涉位移”被定義為工件的密封表面與位于密封載體中的不受壓彈性體密封件之間的差值，主要是在密封表面接觸的密封體失去以前間隙尺寸可增大的量。根據(jù)本發(fā)明的基本軸對(duì)稱的密封組件提供的優(yōu)點(diǎn)是方便移走和更換密封元件的能力，如因?yàn)槟p或損壞而需要的話。一般，彈性密封件通過(guò)在密封載體上拉伸密封元件使其進(jìn)入固定幾何形狀的槽來(lái)安裝。當(dāng)密封元件的厚度相對(duì)密封長(zhǎng)度增加時(shí)這會(huì)變得異常困難，因?yàn)樾枰蟮目ü繎?yīng)力和更多壓力。為了解決這一問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的密封載體可選擇性地包括上部和下部部分，以便這些部分可部分地拆卸，密封槽的幾何形狀可以被選擇為便于密封元件可側(cè)向移動(dòng)和無(wú)需拉伸密封元件即可從密封載體中取出。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易理解的是可以在不脫離不發(fā)明的范圍和教導(dǎo)下做出本發(fā)明的各種改進(jìn)，包括可使用之后設(shè)計(jì)或發(fā)展的等同結(jié)構(gòu)或材料的改進(jìn)。特別要理解的是，本發(fā)明的目的不在于局限于任何描述的或圖示的實(shí)施例，請(qǐng)求保護(hù)的元件或特征的變體的替換，只要無(wú)須任何實(shí)質(zhì)性地最后改變本發(fā)明工作，將不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的偏離。還要意識(shí)到的是這里描述和討論的實(shí)施例的不同教導(dǎo)可以分開(kāi)應(yīng)用或任意何時(shí)地組合以產(chǎn)生所需的結(jié)果。在本專利文件中，詞語(yǔ)“包括”的任何形式被理解為其非限制性含義，即包括該詞語(yǔ)之后的任何項(xiàng)目，但是不排除非有特別提及的項(xiàng)目。用非限定性詞語(yǔ)“a”標(biāo)示的元件不排除存在多個(gè)該元件，除非文中清楚地表明有一個(gè)和只有一個(gè)該元件。詞語(yǔ)“連接”、“接合”、 “耦接”、“附接”的任何形式的任何使用，或描述元件之間的相互作用的任何其它術(shù)語(yǔ)不在于將相互作用限制在目標(biāo)元件之間的直接相互多作用，而還可包括元件之間的間接相互作用，例如通過(guò)第二或中間結(jié)構(gòu)。相關(guān)的術(shù)語(yǔ)如“平行”、“垂直”、“一致”、“交叉”、“等距”目的不在于指示或要求絕對(duì)的幾個(gè)精度。相應(yīng)地，這些術(shù)語(yǔ)將被理解為只是指示或要求大概的精度(例如，基本平行)除非文中清楚地另外要求。
權(quán)利要求
1.一種流體密封組件，包括(a)順應(yīng)性材料的密封元件；(b)密封載體，包括相對(duì)剛性材料的、限定密封面的一個(gè)或多個(gè)元件，密封面具有斷開(kāi)該密封面的密封件容納槽；其中(c)密封件容納槽具有槽限定壁，每個(gè)壁具有遠(yuǎn)端和位于密封面處的近端；(d)槽限定壁用作密封接觸表面，密封接觸表面中的至少一個(gè)向內(nèi)會(huì)聚以使密封件容納槽向所述遠(yuǎn)端變窄；和(e)密封件容納槽具有適于接受密封元件的深度和寬度，當(dāng)密封元件被壓縮而與密封接觸表面接觸時(shí)，密封元件凸出超過(guò)密封面。
2.如權(quán)利要求1所述的流體密封組件，其中，密封件容納槽通過(guò)密封接觸表面中的至少一個(gè)的近端處的向內(nèi)凸出的密封保持件而在密封面處變窄。
3.如權(quán)利要求1所述的流體密封組件，其中，密封元件具有大致圓形的橫截面。
4.如權(quán)利要求3所述的流體密封組件，其中，密封元件的大致圓形的橫截面具有大致對(duì)應(yīng)于密封件容納槽的密封接觸表面的平坦部分。
5.如權(quán)利要求1所述的流體密封組件，其中，密封元件是軸對(duì)稱的且具有內(nèi)周表面、夕卜周表面和大致圓形的橫截面。
6.如權(quán)利要求5所述的流體密封組件，其中，軸對(duì)稱密封元件的大致圓形的橫截面具有大致對(duì)應(yīng)于密封件容納槽的密封接觸面的平坦部分，平坦部分中的至少一個(gè)從外周向內(nèi)周會(huì)聚。
7.如權(quán)利要求1所述的流體密封組件，其中，密封件容納槽的深度超過(guò)密封元件的最大深入長(zhǎng)度從而朝向密封接觸表面的遠(yuǎn)端限定出內(nèi)部壓力腔，接口從密封面開(kāi)始延伸穿過(guò)密封載體到達(dá)內(nèi)部壓力腔，從而來(lái)自密封面的流體與內(nèi)部壓力腔連通。
8.如權(quán)利要求1所述的流體密封組件，其中，第一密封接觸表面由密封載體的第一元件承載，第二密封接觸表面由密封載體的第二密封元件承載。
9.如權(quán)利要求1所述的流體密封組件，其中，密封元件由彈性體材料制成。
10.一種流體密封組件，包括(a)具有目標(biāo)密封表面的工件；(b)順應(yīng)性材料的密封元件；和(c)密封載體組件，包括c. 1相對(duì)剛性材料的且具有外形與工件的目標(biāo)密封表面緊密配合的密封面的一個(gè)或多個(gè)元件；和c. 2斷開(kāi)密封面的密封件容納槽，所述密封件容納槽由第一密封接觸表面和第二密封接觸表面限定，第一和第二密封接觸表面均具有近端部和遠(yuǎn)端部；其中(d)第一和第二接觸表面的遠(yuǎn)端部會(huì)聚使得密封件容納槽向遠(yuǎn)端變窄；和(e)密封件容納槽具有適于接受密封元件的深度和寬度，當(dāng)密封元件被壓縮而與第一和第二密封接觸表面接觸時(shí)，密封元件凸出超過(guò)密封面。
11.如權(quán)利要求10所述的流體密封組件，其中，密封件容納槽通過(guò)密封接觸表面中的至少一個(gè)的近端處的向內(nèi)凸出的密封保持件而在密封面處變窄。
12.如權(quán)利要求10所述的流體密封組件，其中，密封元件具有大致圓形的橫截面。
13.如權(quán)利要求12所述的流體密封組件，其中，密封元件的大致圓形的橫截面具有大致對(duì)應(yīng)于密封件容納槽的密封接觸表面的平坦部分。
14.如權(quán)利要求10所述的流體密封組件，其中，密封元件是軸對(duì)稱的且具有內(nèi)周表面、 外周表面和大致圓形的橫截面。
15.如權(quán)利要求14所述的流體密封組件，其中，軸對(duì)稱密封元件的大致圓形的橫截面具有大致對(duì)應(yīng)于密封件容納槽的密封接觸面的平坦部分，所述平坦部分中的至少一個(gè)從外周向內(nèi)周會(huì)聚。
16.如權(quán)利要求10所述的流體密封組件，其中，密封件容納槽的深度超過(guò)密封元件的最大深入長(zhǎng)度從而朝向密封接觸表面的遠(yuǎn)端限定出內(nèi)部壓力腔，接口從密封面開(kāi)始延伸穿過(guò)密封載體到達(dá)內(nèi)部壓力腔，從而來(lái)自密封面的流體與內(nèi)部壓力腔連通。
17.如權(quán)利要求10所述的流體密封組件，其中，第一密封接觸表面由密封載體的第一元件承載，第二密封接觸表面由密封載體的第二密封元件承載。
18.如權(quán)利要求10所述的流體密封組件，其中，密封元件由彈性體材料制成。
19.一種流體密封組件，包括(a)具有目標(biāo)密封表面的工件；(b)順應(yīng)性彈性體密封元件；和(c)密封載體組件，包括c. 1相對(duì)剛性材料的且具有外形與工件的目標(biāo)密封表面緊密配合的密封面的多于一個(gè)元件；和c. 2斷開(kāi)密封面的密封件容納槽，所述密封件容納槽由第一個(gè)元件承載的第一密封接觸表面和第二個(gè)元件承載的第二密封接觸表面限定，第一和第二密封接觸表面均具有近端部和遠(yuǎn)端部；其中(d)第一和第二接觸表面的遠(yuǎn)端部會(huì)聚使得密封件容納槽向遠(yuǎn)端變窄；和(e)密封件容納槽具有適于接受密封元件的深度和寬度，當(dāng)密封元件被壓縮而與第一密封接觸表面和第二密封接觸表面接觸時(shí)，密封元件凸出超過(guò)密封面；(f)密封件容納槽的深度超過(guò)密封元件的最大深入長(zhǎng)度從而朝向密封接觸表面的遠(yuǎn)端限定出內(nèi)部壓力腔，接口從密封面開(kāi)始延伸穿過(guò)密封載體到達(dá)內(nèi)部壓力腔，從而來(lái)自密封面的流體與內(nèi)部壓力腔連通。
全文摘要
一種流體密封組件，由順應(yīng)性材料的密封元件組成，密封元件由密封載體保持地承載。密封載體包括相對(duì)剛性材料的、限定密封面的一個(gè)或多個(gè)元件，密封面具有斷開(kāi)該密封面的密封件容納槽。密封件容納槽具有槽限定壁，每個(gè)壁具有遠(yuǎn)端和位于密封面處的近端。槽限定壁用作密封接觸表面。密封接觸表面被構(gòu)成為便于密封件容納槽向其遠(yuǎn)端變窄。密封件容納槽具有適于接受密封元件的深度和寬度，當(dāng)密封元件被壓縮而與密封接觸表面接觸時(shí)，密封元件凸出超過(guò)密封面。
文檔編號(hào)F16J15/18GK102459968SQ201080025364
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者M.H.艾倫, M.W.斯拉克 申請(qǐng)人:諾伊蒂克技術(shù)股份有限公司