專利名稱：具有定型密封面的密封環(huán)的非接觸式、空隙型密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是申請日為1992年2月21日，申請?zhí)枮?7/839，584的特批申請的后續(xù)申請，其也是申請日為1990年7月17日，申請?zhí)枮?7/553，397，現(xiàn)在的美國專利US-5，090，712的后續(xù)申請。
本發(fā)明一般的涉及用于密封殼體和相對轉(zhuǎn)動的軸之間的空間的機(jī)械面密封件，特別是本發(fā)明涉及的面密封件的密封面上有淺槽，以使在相對轉(zhuǎn)動的密封元件之間保持空隙。
螺旋槽型機(jī)械面密封件常用于旋轉(zhuǎn)軸和殼體之間的非接觸式密封。在兩個密封面中，其中之一相對于另一密封面轉(zhuǎn)動，由至少一個密封表面上的螺旋槽將壓力流體泵送到密封表面之間形成流體膜，在兩密封面之間保持空隙。在援予Gardner的美國專利US-3，804，424和授予Sedy的美國專利US-4，212，475和US-4，290，611中可以看到螺旋槽型密封件的實(shí)例。所有這些專利都以普通轉(zhuǎn)讓形式轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
在這些專利中描述的螺旋型面密封件和那些目前常用的螺旋型面密封件中具有環(huán)狀主密封環(huán)，其具有徑向延伸的密封面，它相對于環(huán)狀配合密封環(huán)的徑向延伸的密封面進(jìn)行密封。在操作過程中，主密封環(huán)或配合密封環(huán)隨著軸轉(zhuǎn)動，且包括徑向密封面，該密封面相對于另一密封環(huán)的徑向密封面進(jìn)行密封，所述另一密封環(huán)自身密封地設(shè)置在殼體上。在常規(guī)的接觸式密封件中，相對轉(zhuǎn)動的過程中，兩密封面之間的摩擦產(chǎn)生熱，引起密封面變形，縮短密封元件的壽命，還會產(chǎn)生其他不希望有的情況。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在相對轉(zhuǎn)動的徑向密封面之間的非常狹窄的空隙或空間可以使非常少量的密封流體泄漏或流到低壓一側(cè)，但是發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)流體穿過相對轉(zhuǎn)動的密封面之間提供了對流冷卻效果，它可以防止產(chǎn)生不希望的熱量。通過一系列的在一個主密封環(huán)或配合密封環(huán)或兩個密封環(huán)的密封面上的螺旋槽即可獲得這種間隙，這是因?yàn)橐粋€密封環(huán)相對于另一密封環(huán)轉(zhuǎn)動，如同泵機(jī)構(gòu)一樣，迫使流體在密封面之間流動。流體的流動將密封面分開，流體如同潤滑劑膜的作用，保持空隙并使得密封面相互相對滑動，在它們之間不產(chǎn)生直接接觸。
其他機(jī)械面密封件利用其他類型的槽形表面的方案已經(jīng)被提出。例如美國專利US-4，420，162描述了一種面密封件，其具有從內(nèi)圓周延伸到外圓周的螺旋槽，這些螺旋槽相對于密封面的轉(zhuǎn)動方向向前和向后傾斜，當(dāng)相對傾斜的成組的槽工作，將不同的流體泵送入空隙時，向前或向后傾斜的一組槽的作用是將密封流體泵送出密封面之間的空隙以外。
但是，這些密封面的結(jié)構(gòu)沒有提出理想的密封結(jié)構(gòu)，尤其是當(dāng)要求密封結(jié)構(gòu)參數(shù)有更高的運(yùn)應(yīng)性時更是這樣。例如，在美國專利US-4，420，162中描述的密封面中螺旋槽的結(jié)構(gòu)，其在接觸密封面的情況下，使流體泵送通過密封件。
密封面只能沿一個方面泵送流體提供在密封面之間形成過大厚度的流體膜，因此導(dǎo)致不希望的和不需要的泄漏。如果在密封環(huán)的內(nèi)徑或外徑附近設(shè)有密封擋圈，多少能使泄漏減少。密封擋圈是靠近帶槽的環(huán)形表面的無槽環(huán)形表面。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，密封面上螺旋槽的方向呈非對稱性，為了在密封面之間形成空隙，旋轉(zhuǎn)的密封面只能朝著一個方向轉(zhuǎn)動。軸朝著相反方向旋轉(zhuǎn)或密封環(huán)安裝不當(dāng)時，在密封面之間將產(chǎn)生真空而不是空隙。這樣，設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將使密封元件嚴(yán)重?fù)p壞。
正如Sedy的美國專利US-4，212，475已經(jīng)認(rèn)識到的那樣，要求流體膜的厚度盡可能小以便減少泄漏，與此同時可以增強(qiáng)液體膜的剛度，從而提高密封面和空隙尺寸的穩(wěn)定性。由Sedy的專利提供的解決方案相對于臺肩和擋圈的尺寸在槽的長、寬和厚度上有特定的參數(shù)。當(dāng)流體泄漏不成問題時，這個方案工作得足夠好，但是在工作中仍然要產(chǎn)生比需要更多的泄漏。而且，Sedy的美國專利US-4，212，475的密封件的結(jié)構(gòu)受例如軸的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)動方向的特殊參數(shù)的限制。
本發(fā)明是美國專利US-5，090，712的后續(xù)申請，而且要求對發(fā)明主題中公開的共同權(quán)益予以保護(hù)。在上述專利文件公開的內(nèi)容中已告知，不論軸的轉(zhuǎn)向如何，在殼體和相對轉(zhuǎn)動的軸之間需要采用非接觸式，空隙型密封件進(jìn)行密封。美國專利US-5，090，712公開和要求保護(hù)的密封面形狀，對于朝向任一個方向轉(zhuǎn)動的軸，在上述類型的密封件中提供密封能力。根據(jù)美國專利US-5，090，712公開的一些共同的原理，本發(fā)明人提出了密封面形狀的改進(jìn)方案和另外一些實(shí)施例，在特殊應(yīng)用中，密封流體和防止流體泄漏的效果等于或優(yōu)于上述專利文件中的密封面結(jié)構(gòu)。
因此，本發(fā)明依賴于美國專利US-5，090，712公開的雙向機(jī)械面密封件和系列沿周向設(shè)置的起始臺肩，該起始臺肩由各起始臺肩的一個側(cè)邊限定，側(cè)邊與密封環(huán)面的圓周邊緣重合。相對于密封環(huán)的轉(zhuǎn)向，各起始臺肩的徑向延伸的邊緣向前傾斜，而另一條徑向延伸的邊緣向后傾斜。向前和向后傾斜的邊各自與所述密封環(huán)的周邊相對于切線限定成夾角，各夾角的范圍在5°到90°之間。在軸以任一方向轉(zhuǎn)動時，相對于各起始臺肩的軸的轉(zhuǎn)動向前傾斜的各徑向延伸邊緣的夾角為所述密封環(huán)面提供啟動流體的功能。
本文還公開了在一對相對轉(zhuǎn)動的元件之間提供密封的機(jī)構(gòu)面密封件，機(jī)械面密封件包括適于不轉(zhuǎn)動地安裝在所述元件之一上的并相對于所述的一個元件進(jìn)行密封的第一密封環(huán)，適于不轉(zhuǎn)動地安裝在另一元件上，并相對于所述另一個元件進(jìn)行密封的第二密封環(huán)，安裝的第二密封環(huán)沿軸向相對于第一密封環(huán)對準(zhǔn)。還設(shè)有軸向彈性推動第一密封環(huán)的密封面與第二密封環(huán)的密封面密封接合的裝置。具有密封面的至少密封環(huán)之一包括下面所述密封面形狀之一。
無槽擋圈部分，該部分從至少密封環(huán)之一的密封面的一個圓周邊向內(nèi)延伸，環(huán)狀槽形部分具有第一和第二周邊，它們由徑向?qū)挾萕限定，徑向?qū)挾萕在第一和第二周邊沿徑向獲取。槽形部分包括至少一條連續(xù)的槽，該槽圍繞環(huán)狀槽形部分的整個周邊從第一周邊鄰接到第二周邊。圍繞環(huán)狀槽形部分的第一周邊設(shè)有多個分隔開的第一臺肩。各第一臺肩基本上呈三角形，其至少有三條三角形側(cè)邊。各三角形的側(cè)邊通常是平緩的弧線。三角形側(cè)邊之一是底邊，該底邊與環(huán)狀槽形部分的第一周邊共同延伸，并且由該第一周邊的弧線部分限定。還有三角形的另外兩條側(cè)邊的交點(diǎn)，該交點(diǎn)相對三角形的底邊通常沿徑向相對設(shè)置。各第一臺肩有幾何高度H1是沿徑向在三角形的底邊和交點(diǎn)之間測得。圍繞著環(huán)狀槽形部分的第二周邊，設(shè)有多個沿周向間隔開的第二臺肩，由連續(xù)的槽將第二臺肩與第一臺肩分開。各第二臺肩基本上呈四邊形，其至少有四條側(cè)邊，各條側(cè)邊由平緩的弧線限定，側(cè)邊中的第一條側(cè)邊與環(huán)狀槽形部分的第二周邊共同延伸，并且由第二周邊的弧線部分限定。第二側(cè)邊相對置并平行于第一側(cè)邊，并且沿徑向相互分開。第二側(cè)邊包括沿周向設(shè)置的平緩的弧線，四邊形有幾何高度H2，它由第一和第二側(cè)邊之間的徑向尺寸限定。其中至少第一臺肩之一沿圓周方向設(shè)置在兩個第二臺肩之間，其中徑向?qū)挾萕尺寸和幾何高度H1，H2如下H1＞0;
H2＞0;以及W-H1＜H2在第二實(shí)施例中，密封面的形狀包括普通的平表面，該表面從環(huán)面的內(nèi)周邊向外延伸到外周邊。該表面包括至少三個同心的環(huán)形帶，環(huán)形帶在密封面上沿徑向相繼設(shè)置，同心的環(huán)形帶包括徑向向內(nèi)設(shè)置的帶，和至少兩個環(huán)形帶徑向設(shè)置在上述徑向向內(nèi)設(shè)置的環(huán)形帶外側(cè)。至少三個環(huán)形帶中的任意兩個沿徑向彼此相鄰。各環(huán)形帶包括周向相鄰的多個基本上呈三角形的臺肩，各三角形臺肩有徑向向外設(shè)置的底邊和相對向內(nèi)側(cè)設(shè)置的另外兩個側(cè)邊的第一交點(diǎn)。這另外兩個側(cè)邊基本上相互為對映圖象，并且設(shè)置在徑向中心線的相對兩側(cè)。徑向中心線穿過第一交點(diǎn)和密封面的軸心中心線。沿徑向向內(nèi)設(shè)置的環(huán)形帶中，沿周向相鄰的三角形臺肩的底邊基本上相連，其具有共同的第二交點(diǎn)，在向外設(shè)置的環(huán)形帶中的第一交點(diǎn)與緊靠該環(huán)形帶沿徑向向內(nèi)設(shè)置的環(huán)形帶中的第二共同交點(diǎn)重合，還有從密封面的所述另一圓周邊延伸的無槽擋圈。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例包括從所述至少一個密封環(huán)的密封面中一個周邊向內(nèi)延伸的無槽部分，從至少一個密封環(huán)的密封面中另一周邊延伸的槽形部分。槽形部分包括多個分開的半圓形或橢圓形槽，這些槽圍繞槽形部分均勻間隔，并且由多個臺肩相互分開，各半圓形或橢圓形槽在另一圓周處是敞開的，這些半圓形或橢圓形槽的軌跡點(diǎn)位于另一圓周的徑向內(nèi)側(cè)。各槽的內(nèi)部還有圓形或橢圓形臺肩，這些臺肩的直徑小于半圓形槽的尺寸，并且其位于槽的內(nèi)周邊部分，但是，不延伸到密封面的另一圓周。槽的外周邊部分有兩個與密封面的另一圓周形成的交點(diǎn)，因而槽與另一圓周的各相交處限定預(yù)定的銳角，從而為流體提供啟動功能。


圖1是本發(fā)明采用的機(jī)械面密封的局部側(cè)視圖;
圖2是具有常規(guī)螺旋形槽結(jié)構(gòu)的密封環(huán)的端面視圖;
圖3是本發(fā)明的密封面的一個實(shí)施例;
圖4是圖3所示密封面的局部的詳細(xì)視圖;
圖5是本發(fā)明的密封面的另一個實(shí)施例;
圖6是圖5所示密封面的局部詳細(xì)視圖，以及圖7和8是本發(fā)明的密封面的又一個實(shí)施例。
在圖1中描繪了可以采用本發(fā)明密封面的場合。在這種場合中包括壓力機(jī)(未圖示)的殼體10和穿過殼體10延伸的轉(zhuǎn)動軸12。
按照本發(fā)明的機(jī)械的面密封件被用來密封空間14中的高壓，以免空間14中的高壓流體泄漏到由A代表的大氣空間。
本發(fā)明的基本元件包括環(huán)形主密封環(huán)20，在主密封環(huán)20上具有徑向延伸的面22，徑向延伸的面22相對于環(huán)形配合環(huán)26的徑向延伸的面24進(jìn)行密封。
下面將討論與本發(fā)明相關(guān)的機(jī)械構(gòu)造和操作的詳細(xì)情況，并且參照美國專利US-4，212，475以便進(jìn)一步概括討論機(jī)械的槽密封件。
在操作過程中，配合環(huán)26隨著軸轉(zhuǎn)動，在配合環(huán)26上有徑向的面24，徑向的面24相對于主環(huán)20的徑向的面22進(jìn)行密封。由于這些面之間相對轉(zhuǎn)動，由摩擦產(chǎn)生熱。為了避免產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，密封件形成空隙型密封，如在徑向面22和24之間具有非常狹窄的空隙或空間，以便允許流體從高壓空間泄漏或流到由A代表的低壓或大氣空間一側(cè)。
現(xiàn)在參見圖2，其表示常規(guī)密封環(huán)中密封面的端面視圖，在圖2所示的特殊元件中提供了在密封環(huán)20和26的密封面之間保持空隙的裝置。對于本專業(yè)的普通技術(shù)人員來說，在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知，通過在主密封環(huán)或配合環(huán)的密封面上形成槽70即可獲得上面所述的空隙。由于轉(zhuǎn)動，這些槽如同泵一樣迫使流體進(jìn)行密封面之間的空隙。流體壓力將密封面分開，從而在密封面之間形成很狹小的空隙，因而產(chǎn)生少量的流體泄漏。據(jù)螺旋槽的參數(shù)，并考慮到其它密封結(jié)構(gòu)特征，可以使流體泄漏量保持所需要的最小值?，F(xiàn)在使用的許多槽的形狀具有螺旋形結(jié)構(gòu)，因而這些密封件被稱為機(jī)械的螺旋槽面密封件。對于常規(guī)的螺旋槽空隙型密封件的一般設(shè)計依據(jù)是眾所周知的。
正如美國專利US-4，212，475中所述，密封面的穩(wěn)定性在很大程度上依賴于相關(guān)的密封件之間相互保持的平行關(guān)系。密封穩(wěn)定性部分和密封面之間流體膜的剛性相關(guān)。因此，在螺旋槽密封件的情況下，隨著流體膜厚度減小，流體膜的剛性和密封穩(wěn)定性增加。因此，希望產(chǎn)生的流體膜厚度盡可能小。通過提高密封均衡性很容易達(dá)到上述目的。但是，壓力和溫度將對密封面的平面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，使密封面接觸的危險性提高，使密封面破環(huán)，還可能使密封件損壞。根據(jù)本發(fā)明的啟示，采用具有獨(dú)特形狀結(jié)構(gòu)的密封面可以使這些壓力和溫度產(chǎn)生的不利影響降低到最小。而所述密封面能夠保持非常薄的、但具有高度穩(wěn)定性的流體膜的厚度，同時流體膜能夠保持密封面的平行度。
在美國專利US-4，212，475中描述的已知實(shí)施例中，通過在特殊范圍內(nèi)確定三個密封參數(shù)的尺寸，就可以使其發(fā)明的具有自對準(zhǔn)特性的密封件獲得平行的密封面。這些參數(shù)是(1)槽的深度;(2)密封均衡性;(3)擋環(huán)的寬度。為了全面描述這些參數(shù)的最適宜的范圍，可以再次參考美國專利US-4，212，475。在本文中以美國專利US-4，212，475和US-4，290，611的說明書作為參考文件是非常適宜的。
在美國專利US-4，212，475中詳細(xì)描述的三個參數(shù)并不是窮盡的因素和參數(shù)，這些因素和參數(shù)影響密封空隙，密封空隙的厚度和密封空隙的穩(wěn)定性。具有大約70個參數(shù)可以影響機(jī)構(gòu)的面密封的功能，修改這些參數(shù)中的任何一個參數(shù)都必然在操作過程中引起密封和密封空隙的變化。本發(fā)明直接提出修改密封環(huán)之一的密封面中的槽，所述密封環(huán)提供了較狹窄而且非常穩(wěn)定的密封空隙，與些同時，還能夠在密封面之間保持分開，并且保持流體剛性，由此可以防止密封面之間相互接觸。
在專利申請?zhí)?7/553，397，現(xiàn)在美國專利US-5，090，712授權(quán)日1992，2，25，文件中描述了密封環(huán)的密封面的實(shí)施例，在所述的密封環(huán)上有成型的微小擋圈表面，而且適于軸的雙向轉(zhuǎn)動。在本文中以美國專利US-5，090，712的主題內(nèi)容結(jié)合參照是非常適宜的。
現(xiàn)在參照圖3，密封環(huán)36包括密封面40，在密封面40中具有環(huán)形擋圈42和槽區(qū)域44。擋圈42與圖2所示的擋圈24相同;而且，在另一方面對于靜密封來說也可不需要擋圈，正如上面所述。最好希望設(shè)有擋圈42，因?yàn)檫@有助于在密封面22和40之間的空隙中建立壓力效應(yīng)，如下所述。
最好環(huán)形槽區(qū)域44包括槽和臺肩，它們涉及兩個參數(shù)。臺肩46基本上呈三角形，所述三角形具有稍微彎曲的呈弧形的三角形側(cè)邊，這些三角形的臺肩由多個槽形區(qū)域48分割開。
現(xiàn)在參照圖4，它是圖3所示環(huán)形槽區(qū)域44的詳細(xì)截面視圖，描繪的臺肩46具有側(cè)邊，所述側(cè)邊限定了三角形的底邊50，通常設(shè)置的三角形底邊50呈環(huán)形。三角形臺肩46還包括另外兩條側(cè)邊52和54，這兩條側(cè)邊是稍微彎曲區(qū)域，并且沿徑向向內(nèi)延伸，而且它們呈環(huán)形，以致各條側(cè)邊與環(huán)狀槽形區(qū)域的環(huán)形邊形成夾角，而且也相對密封面的半徑距離形成夾角。
正如從圖3和4中已經(jīng)看到的那樣，沿環(huán)形邊相鄰的臺肩46的三角形底邊共同延伸，即，任何一個臺肩46的底邊50都連接到沿環(huán)形邊相鄰的另一臺肩46的底邊50上。如圖3所示，這些沿環(huán)形邊相鄰的臺肩46的環(huán)路顯示出由相應(yīng)的底邊50限定了圍繞環(huán)狀槽形區(qū)域44的圓周的周邊，所述環(huán)狀槽形區(qū)域44的圓周與由底邊50形成的界線同心。
多個沿環(huán)形邊相鄰的三角形臺肩46的各組有三角形底邊50，相鄰的底邊50形成一組同心的圓形界線，該界線位于臺肩46和相應(yīng)相鄰的沿徑向向外設(shè)置的槽48之間。這個網(wǎng)絡(luò)效果是使臺肩46形成環(huán)形形狀，環(huán)形形狀形成臺肩46和槽48交替的同心圓或帶，正如圖3所示。
環(huán)狀槽形區(qū)域44的形狀的另一特征涉及各臺肩46中的另外兩條側(cè)邊52和54。這些側(cè)邊52、54沿徑向內(nèi)延伸，并且沿環(huán)形邊匯聚到點(diǎn)56(如圖4所示)。一組多個臺肩46的三角形側(cè)邊52相對于密封面的轉(zhuǎn)動方向的一個方向全部向前取向，另一組三角形側(cè)邊54相對于所述轉(zhuǎn)動方向的一個方向向后取向。
在此實(shí)施例中，點(diǎn)56設(shè)置在同一臺肩46的相應(yīng)底邊50沿徑向向內(nèi)的位置處。各點(diǎn)56還限定了至少兩個臺肩46中各自底邊50的一個終點(diǎn)，所述臺肩46是下一個徑向向內(nèi)的臺肩帶。
無論這些臺肩46是沿徑向向內(nèi)或沿徑向向外設(shè)置，都可以在相鄰的臺肩帶中通過設(shè)置各臺肩46獲得上述特殊的排列形狀。此外，各三角形臺肩46的側(cè)邊52或54也可以分別與沿徑向偏置的相鄰的三角形臺肩46的相同側(cè)邊52或54相聚。一組側(cè)邊52的交界處呈環(huán)形并沿徑向設(shè)置，因此從外圓周邊緣36向內(nèi)朝著密封面的槽區(qū)域的內(nèi)圓直徑形成螺旋形路線。于是，沿著側(cè)邊52的路線徑向向內(nèi)到達(dá)相應(yīng)的點(diǎn)56，在此處，側(cè)邊52與另一個相鄰的徑向內(nèi)側(cè)的臺肩46的側(cè)邊52相交，然后，隨著后一條側(cè)邊52共同形成連續(xù)的弧形路線。當(dāng)從環(huán)狀槽形區(qū)域46的外徑位置到達(dá)該區(qū)域的內(nèi)徑位置處時，這條連續(xù)的弧線將構(gòu)成一條螺旋線，其相同于圖2中所示槽70的常規(guī)螺旋線形槽的界線(見圖2槽70)。
另一個本發(fā)明結(jié)構(gòu)中非常重要的的特征是已經(jīng)在美國專利US-5，090，712中公開并得到保護(hù)的起始臺肩58，該起始臺肩58與密封環(huán)面40的外圓36相鄰。在本實(shí)施例中的起始臺肩58相似于，但不完全相同于美國專利US-5，090，712中的起始臺肩。本發(fā)明的起始臺肩58與已有技術(shù)之間的具體差別是起始臺肩58的側(cè)邊52和側(cè)邊52之間有交叉點(diǎn)56，而且，第一個向內(nèi)設(shè)置的臺肩46的底邊50較小，假如有的話，起始槽60和第一整體槽48之間的寬度也較小。
這種結(jié)構(gòu)形狀的功能特征為機(jī)構(gòu)的面密封提供了許多優(yōu)點(diǎn)，顯而易見，這種結(jié)構(gòu)形狀可以完成許多所述設(shè)備的任務(wù)。首先，對于槽的形狀具有徑向?qū)ΨQ性，正如美國專利US-5，090，712中公開和要求保護(hù)的密封面的形狀。對于上述目的來說，徑向?qū)ΨQ性被限定為沿著指出的同一元件的任一側(cè)至少可以設(shè)置一條徑向線，上述元件的兩側(cè)相互成對映圖象。元件的徑向?qū)ΨQ性為軸提供了雙向轉(zhuǎn)動的能力。機(jī)構(gòu)的面密封件使軸有雙向轉(zhuǎn)動的功能。
其次，如美國專利US-5，090，712所述，本發(fā)明依賴于在密封面40的外徑的起始臺肩58。起始臺肩58的作用是從密封的外徑向外牽引流體，并且在起始臺肩的位置有向內(nèi)推動流體的作用，如美國專利US-5，090，712中第6欄所述。上述內(nèi)容在本文中作為參考。
各起始臺肩58如同象其他三角形臺肩46具有引導(dǎo)邊緣和拖曳邊緣。這些邊緣60、62各自的同一性取決于相對軸的轉(zhuǎn)動方向。在構(gòu)成三角形底邊64的外邊緣與各邊緣60、62之間形成銳角α。如本文中所述，兩個稍微呈環(huán)形圓弧的夾角不是精確的描述，而當(dāng)切線取自弧線相交點(diǎn)時，所述銳角α是各圓弧的切線的夾角。
銳角α理想地提供了為在機(jī)械的面密封件(見圖1)中兩個密封環(huán)的密封表面之間向內(nèi)推動或“泵送”流體。銳角α的最佳范圍是5°～90°，在最佳實(shí)施例中的銳角α大約為15°。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，具有起始臺肩的密封環(huán)將轉(zhuǎn)動，邊緣60或62根據(jù)軸的轉(zhuǎn)動方向，將象鏟削器一樣在密封件的高壓一側(cè)，在密封面之間向內(nèi)推動或泵送流體。當(dāng)流體進(jìn)入密封表面之間時，隨著軸的轉(zhuǎn)動方向因?yàn)榕_肩46的邊緣52或54之一形成的角度，以及臺肩46的移動引導(dǎo)方向使臺肩46的各接續(xù)的環(huán)形帶連續(xù)徑向向內(nèi)“泵送”流體。流體被連續(xù)向內(nèi)“泵送”直到流體到達(dá)擋圈部分42，圍繞著擋圈部分42處保持著不同的壓力“區(qū)域”，所述擋圈部分42緊靠槽形區(qū)域44。正是這個壓力“區(qū)域”提供了最大的推動力，在密封面之間保護(hù)具有空隙。
在密封面40的圓周邊緣和相鄰的三角形起始臺肩58的底邊64端部之間的槽形開口65作為流體的入口，而且其必須相對于三角形臺肩的底邊64有確定的尺寸，以使提供足夠的流動區(qū)域。優(yōu)選的槽形開口65的長度與三角形臺肩的底邊64的長度之比應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥?，這種特定比例的選擇依賴于轉(zhuǎn)速，流體壓力和流體特性。
圖5表示圖4所示密封面形狀的另一實(shí)施例。在正側(cè)視圖表示的密封環(huán)136中可以看到密封面140。密封面140中包括環(huán)形擋圈142，其與圖3中所示的擋圈42相同，還包括槽形區(qū)域144。再一點(diǎn)，擋圈142不是絕對必需的，這是因?yàn)椴坌螀^(qū)域144的槽從該區(qū)域144的內(nèi)邊緣至其外邊緣不是連續(xù)的。這種結(jié)構(gòu)在壓力下不為流體提供泄漏渠道，而且，當(dāng)軸12不轉(zhuǎn)動時，即在靜密封條件下，在密封面之間保護(hù)密封狀態(tài)。
環(huán)狀槽形區(qū)域144最好包括臺肩和槽的形狀，其基本上與圖3所示環(huán)狀槽形區(qū)域44中的臺肩和槽的形狀相似。區(qū)別在于槽形區(qū)域144還包括環(huán)形相鄰的臺肩146的環(huán)形帶，所述臺肩146具有增加的較小寬度，其寬度值取決于環(huán)帶的位置，環(huán)帶的寬度沿徑向向內(nèi)測量。
任何由相應(yīng)的槽148分開的，環(huán)形相鄰臺肩146的單一環(huán)形帶的寬度在實(shí)際上是臺肩146的幾何“高度”，當(dāng)這些臺肩聚在一起時，就構(gòu)成環(huán)形帶。因?yàn)樯晕⒊虱h(huán)狀的圓弧包括那些臺肩146的側(cè)邊152，154，臺肩146的“高度”不是真實(shí)的三角形的幾何高度。因此，將“高度”限定為從交叉點(diǎn)156向三角形的底邊150延伸的徑向尺寸。環(huán)形相鄰的臺肩146都有相同的高度H，于是，環(huán)形帶的徑向?qū)挾?，例如，臺肩146的最外層帶具有相同的尺寸H。
沿徑向向內(nèi)的環(huán)形帶，即，從最外層數(shù)第二層臺肩146′的環(huán)形帶有不同的“高度”H′。從最外層數(shù)第三層臺肩146″的環(huán)形帶具有“高度”H″，等等。
但是，應(yīng)當(dāng)注意到，在本實(shí)施例中，最外組的臺肩146是起始臺肩146，與圖3所示實(shí)施例的情況相同，臺肩呈截錐形。即，在最外層的三角形臺肩146沒有共同延伸的底邊150。但是這些臺肩由槽148分開。槽148呈“梯形”槽，具有稍微呈圓環(huán)形的側(cè)邊。起始臺肩146分開。槽148呈“梯形”槽，具有稍微呈圓環(huán)形的側(cè)邊。起始臺肩146同樣提供在密封面之間向內(nèi)推動或“泵送”流體的功能。
在圖5中所示實(shí)施例的高度H，H′，H″等等是反對數(shù)級數(shù)。即，相繼向內(nèi)的臺肩“高度”按照對數(shù)函數(shù)相反的關(guān)系減小，所述對數(shù)使用在該結(jié)構(gòu)中特殊環(huán)形帶的相對位置作為最外層，從最外層起定為第二層。最內(nèi)層的環(huán)形帶包括最靠近環(huán)形擋圈142的臺肩，最內(nèi)層的環(huán)形帶的高度最小。這種結(jié)構(gòu)不是提供連續(xù)向前或向后傾斜的三角形側(cè)邊152和154的光滑圓弧，將這些三角形的側(cè)邊放在一起形成從槽形區(qū)域144的外邊緣到內(nèi)邊緣斷開的“螺旋線”。因?yàn)橛拷瘍?nèi)邊緣測量，環(huán)形帶的寬度愈小，這些螺旋線不是光滑曲線，但是這些稍微有些不連續(xù)的狀態(tài)相信不會對密封面140的操作特性產(chǎn)生影響。
對于確定的密封場合，可以不需要擋圈部分。例如，在上面提到的美國專利US-5，090，712中，微小擋圈構(gòu)成完全阻擋物，當(dāng)軸不轉(zhuǎn)動時，可以防止流體從密封面之間泄漏。即，因?yàn)槲⑿跞Ρ砻嫦鄬τ诓畚挥谙嗤叨?，?dāng)微小擋圈表面與相應(yīng)相對的密封面相靠時，形成靜密封件，如上所述。
現(xiàn)在參照圖6和7，圖6是密封環(huán)的密封面120的正視圖，其表示槽和臺肩表面的形狀，該表面有雙重對稱性，并且能夠使密封表面沿順時針或逆時針方向轉(zhuǎn)動。圖7是按照本發(fā)明的密封面120的局部詳細(xì)視圖。如前面所述的實(shí)施例，密封面120最好包括環(huán)形擋圈部分122，以及由槽和臺肩指示的槽形區(qū)域124。環(huán)形擋圈部分122基本上相同于圖2所示的常規(guī)密封環(huán)中的擋圈部分。而且，擋圈部分122由具有直徑GD的圓劃界，直徑GD由槽形區(qū)域124和擋圈部分122之間的界線來限定。如其他實(shí)施例，為了使密封件有最適宜的操作特性，可以確定擋圈部分與槽形區(qū)域的相對比例。
槽形部分124有其自身的兩種類型的表面，即槽形表面126和兩種不同類型的臺肩表面128和104。最好槽形表面126是連續(xù)的，即，該表面在環(huán)狀槽形區(qū)域的圓周附近，以及在兩種不同類型的臺肩128，104之間形成彎曲路線。位于這條路線圍繞著密封面120能完全沿著槽形表面126彎曲，同時總是在槽形表面126內(nèi)。
在槽形部分124內(nèi)的臺肩表面由至少兩種分開的，而且有不同類型的臺肩表面128和104構(gòu)成。一種類型是三角形臺肩表面128，其基本上呈等腰三角形，這個等腰三角形的頂點(diǎn)130最靠近密封環(huán)的密封面120的軸向中心線。這種臺肩表面128已經(jīng)在美國專利US-5，090，712中予以描述。在本實(shí)施例中將臺肩表面128作為起始臺肩。畫出的徑向中心線穿過頂點(diǎn)130和密封環(huán)120的半徑，其表示沿中心的兩側(cè)相對于徑向?qū)ΨQ。例如，等腰三角形的臺肩128有三角形的底邊132，該底邊沿徑向與點(diǎn)130相對，還有兩條側(cè)邊134和136，這兩條側(cè)邊分別位于中心線的兩側(cè)，其長度相互相等。
與等腰三角形的底邊相連的側(cè)邊132與密封環(huán)120的外徑相鄰。從嚴(yán)格意義上講，三角形臺肩表面128不是三角形，但是由稍微彎曲的弧線組成的側(cè)邊大致構(gòu)成三角形，正如圖3和5中所示的實(shí)施例。這些稍微彎曲的弧形側(cè)邊132，134，136限定了三角形臺肩128的實(shí)際界線。
但是，密封環(huán)面120的槽形部分不一定心要有螺旋槽的形狀，正如美國專利US-5，090，712中實(shí)施例所述。例如，在另一實(shí)施例中稍微彎曲的、等長的側(cè)邊134，136可以在必彎曲，而且可以是直線形(未圖示)。
如上所述，基本呈三角形臺肩128沿著密封環(huán)面的圓周邊緣設(shè)置，其中各三角形起始臺肩128的底邊132與密封環(huán)的圓周邊緣重合或相互連接。等腰三角形的側(cè)邊134、136相對于密封環(huán)的圓周邊緣向前傾斜或向后傾斜。
這些側(cè)邊134、136各自與密封環(huán)的圓周邊緣形成交角α。交角α由密封環(huán)的圓周邊緣的切線和相交的側(cè)邊134、136形成，所述側(cè)邊134、136或者向后傾斜，或者向前傾斜，根據(jù)軸沿順時針方向，或沿逆時針方向轉(zhuǎn)動決定，為密封環(huán)提供起始效果。由圓周邊緣和相交的等腰三角形側(cè)邊限定的α角可以在5°～90°，最好是15°。
最好起始臺肩128均勻地沿著密封環(huán)120的周邊設(shè)置，以致在任何兩個相鄰的起始臺肩128之間的角距離都相同。即，畫出的穿過等腰三角形的兩側(cè)邊134、136的交點(diǎn)130的各條中心線說明任何兩個相鄰的起始臺肩128相對于任何兩個其他相鄰的起始臺肩128都有相同的角位移。起始臺肩128的數(shù)量通常隨著要求使用密封件的軸的直徑變化。最好，對于有4英寸直徑的軸，設(shè)置12個起始臺肩128。畫出的穿過臺肩的點(diǎn)130的各條中心線與任何相鄰的起始臺肩128都相距30°。
最好，圍繞著起始臺肩128的槽形區(qū)域是連續(xù)的帶，該帶沿著環(huán)狀槽形區(qū)域124的圓周在全部路線上彎曲。環(huán)狀槽形區(qū)域124有不連續(xù)的實(shí)際界線和內(nèi)徑界線102。如上所述，內(nèi)徑界線由直徑GD限定，并由假想線表示。
內(nèi)徑界線102在臺肩104處是不連續(xù)的，可以看到連線102是斷開的。臺肩104是處于相對于密封表面120的高度，基本上與擋圈122的高度相等。
臺肩104沒有一個與起始臺肩128或密封面120的外圓周相接觸的連接區(qū)域。和環(huán)狀槽形區(qū)域124的外圓周邊緣對照，沿徑向延伸的側(cè)邊106、108朝著彼此相對的方向延伸。在優(yōu)選的實(shí)施例中，各沿徑向延伸的側(cè)邊106、108的內(nèi)側(cè)部分與環(huán)狀槽形區(qū)域120的內(nèi)徑邊緣相交，其相交點(diǎn)相互分開，分開的距離大約是各側(cè)邊106、108長度的二分之一。在最佳實(shí)施例中，稍微彎曲的沿徑向延伸的弧形側(cè)邊110與沿徑向延伸的線106、108擴(kuò)散的相對端相連接。雖然可以看到，在側(cè)邊106、108的兩端點(diǎn)之間的連線側(cè)邊110不斷開，在另一種輪廓情況下，如槽斷開，或者在臺肩104上設(shè)置較小的槽形區(qū)域，而不會影響密封件的基本操作性能，如下面所述。
在距離密封面120的中心相同的徑向位置處，沿周向設(shè)置多個臺肩104，以致將各臺肩104設(shè)置在成對的相鄰起始后肩128之間?？梢哉J(rèn)為臺肩104是三角形截錐構(gòu)形，該構(gòu)形直接與擋圈122相連。如同起始臺肩128，臺肩104有彎曲的，稍微成弧形，的限定臺肩104的側(cè)邊。應(yīng)當(dāng)看到，在側(cè)邊106和108之間的實(shí)際交點(diǎn)位于擋圈部分122內(nèi)。但是，因?yàn)榕c連續(xù)的槽126比較臺肩104和擋圈122有相同高度，在臺肩104和擋圈122的表面之間不存在不連續(xù)處。
在此實(shí)施例中，超如臺肩128與圖3和5中所示實(shí)施例實(shí)現(xiàn)同樣功能。即，它們引導(dǎo)流體從密封面的圓周外側(cè)流入密封面之間，從而在密封面120和相對的配合的環(huán)密封面之間保持空隙，正如圖1中所示的情況。從圓周處引導(dǎo)流體向內(nèi)進(jìn)入槽126，而且引導(dǎo)流體進(jìn)入兩相鄰的臺肩104之間的槽形區(qū)域112。應(yīng)當(dāng)注意到，在密封環(huán)朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)的起始臺肩的側(cè)邊134，沿周向位于相聯(lián)系的臺肩104的側(cè)邊108前方。于是，由起始臺肩128將流體從外圓周泵送到槽形區(qū)域112。接著，由連接的側(cè)邊108進(jìn)一步將流體向內(nèi)泵送進(jìn)入槽形區(qū)域112的后緣角。當(dāng)然，對于反方向旋轉(zhuǎn)的情況來說，相聯(lián)接的側(cè)邊136將流體泵入槽形區(qū)域126，然后，由臺肩104中相對設(shè)置的側(cè)邊106將流體泵送到槽114中相對的后緣角。
現(xiàn)在參照圖8，另一個雙向密封面的形狀220的實(shí)施例中包括擋圈222的和由假想的虛線225限定的槽形區(qū)域224，虛線225將密封面分為兩部分。擋圈222基本上與上述其它的擋圈相同。
但是，槽形區(qū)域224包括多個槽226。最好槽226由半圓形或橢圓形區(qū)域構(gòu)成，上述區(qū)域由半圓形或橢圓形界線228限定，而半圓形或橢圓形界線228具有一個軌跡(或多個)點(diǎn)230，230是位于槽形部分224的圓周邊緣232的徑向向內(nèi)。但是，半圓形界線228可以是橢圓形或其它形狀，如下所述。
將臺肩234設(shè)置在槽226內(nèi)，最好臺肩234具有圓形或橢圓形界線236。由界線236將臺肩234和槽226分開。界線236的徑向向內(nèi)的側(cè)邊與槽226和臺肩224之間的界線的徑向向內(nèi)的側(cè)邊相連接，而且，與環(huán)狀槽形區(qū)域和擋圈222之間的假想虛線225連續(xù)相切。
具有界線236的槽226或臺肩234的界線228的形狀可以采取與所述不同的其他形狀。臺肩234的特征也可以采取其他形狀，而不是優(yōu)選的橢圓或圓形，例如可以包括菱形，當(dāng)這種菱形臺肩接近槽形區(qū)域224的內(nèi)直徑邊緣225時，只要槽226提供具有匯聚到一起的界線228、236即可。
應(yīng)當(dāng)注意到，界線228的軌跡點(diǎn)230可以處于與圓周邊緣232的不同偏置點(diǎn)，因此在槽228的界線和圓周邊緣232之間的夾角相對于圓周邊緣232形成銳角。按照上面所述的限定方式限定彎曲的，或稍微彎曲的圓弧部分的角度。即，首先確定兩個彎曲部分的交點(diǎn)，然后在交點(diǎn)處取兩彎曲圓弧部分各自的切線。在彎曲圓弧部分的兩條切線之間的夾角就是所述的角。
對于半圓或橢圓形界線228和圓周邊緣232的夾角來說，這兩條曲線的夾角相對于轉(zhuǎn)動方向形成銳角，從而臺肩234具有起始臺肩的功能，它和本發(fā)明前面所述的和先有技術(shù)中公開的其它實(shí)施例相同。因?yàn)楦鞑?26相對于中心線的對稱性，不論軸的轉(zhuǎn)動方向如何，在另一方向轉(zhuǎn)動的軸都可以提供起始臺肩的功能。
一旦將流體從圓周邊緣232向內(nèi)泵送到槽226，則在槽226的半圓或橢圓形界線228和圓形或橢圓形界線236的交點(diǎn)附近產(chǎn)生壓力，在此處流體的流動被壓縮和集中。流體壓力的產(chǎn)生致在密封面之間出現(xiàn)空隙，這種空隙與其它空隙型機(jī)械面密封的空隙相同。
上述密封面提供用于旋轉(zhuǎn)軸的可能性，而且密封環(huán)可以朝著順時針或逆時針方向轉(zhuǎn)動，這一點(diǎn)明顯相同于在先申請的美國專利US-5，090，712。例如，在同心的帶狀區(qū)域內(nèi)的三角形臺肩的實(shí)施例(圖3～5)，在各交點(diǎn)的阻擋物處也產(chǎn)生壓力，并且限制流體在槽之間流動。而且，所有實(shí)施例都具有起始臺肩功能，其將流體從圓周向內(nèi)泵送，并且使流體壓縮和集中在很小的區(qū)域內(nèi)。
當(dāng)然，在完全理解了本發(fā)明之后，顯然對于本專業(yè)的普通技術(shù)人員可以提出其它改變的結(jié)構(gòu)方案。上述實(shí)施例的目的僅在于說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不受它們的限制。
權(quán)利要求
1.用于一對相對轉(zhuǎn)動的元件之間的機(jī)械的面密封件，包括第一密封環(huán)，所述第一密封環(huán)適于不旋轉(zhuǎn)地安裝在所述元件之一上，并且相對于所述一元件進(jìn)行密封；第二密封環(huán)適于不旋轉(zhuǎn)地安裝在另一元件上，并且相對于所過另一元件進(jìn)行密封；所述第二密封環(huán)沿軸向與第一密封環(huán)對準(zhǔn)安裝；以及設(shè)有軸向彈性推動第一密封環(huán)的密封面與第二密封環(huán)的密封面密封接合的裝置；具有密封面的至少一個密封環(huán)包括無槽的擋圈部分，該擋圈部分從至少所述密封環(huán)之一的所述密封面的一個圓周向內(nèi)延伸；環(huán)狀槽形部分，該槽形部分有第一和第二邊緣，該邊緣限定了取自徑向在第一和第二邊緣之間的徑向?qū)挾萕，槽形部分包括至少一條連續(xù)的槽，其圍繞所述環(huán)狀槽形部分的全部圓周從所述第一邊緣連接到所述第二邊緣；沿著所述環(huán)狀槽形部分的第一邊緣設(shè)有多個相互間隔開的第一臺肩；設(shè)置每個靜密封環(huán)和帶相對徑向延伸的密封面的相對轉(zhuǎn)動的密封環(huán)，所述密封環(huán)之一密封地固定在殼體上，另一密封環(huán)密封地固定到軸上，在至少所述密封環(huán)之一上的密封面包括無槽的擋圈部分，該擋圈部分從至少所述密封環(huán)之一的密封面的一個圓周向內(nèi)延伸；以及環(huán)狀槽形部分，該槽形部分有第一和第二邊緣，該邊緣限定了取自徑向在第一和第二邊緣之間的徑向?qū)挾萕，其改進(jìn)的特征在于槽形部分包括至少一條連續(xù)的槽，其圍繞所述環(huán)狀槽形部分的全部圓周從第一邊緣連接到所述第二邊緣；圍繞所述環(huán)狀槽形部分的第一邊緣設(shè)有多個相互間隔開的第一臺肩，各所述第一臺肩基本上呈三角形，而且至少有三條三角側(cè)邊，各三角形側(cè)邊通常包括平緩的弧線；所述三角形的側(cè)邊之一限定為底邊，該底邊與所述環(huán)狀槽形部分的第一邊緣共同延伸，并且由該邊緣的圓弧部分限定；所述三角形的另外兩條側(cè)邊相交點(diǎn)；所述交點(diǎn)通常沿徑向與所述三角形的底邊相對；各所述第一臺肩有幾何高度H1，該幾何高度H1沿徑向在所述底邊和交點(diǎn)之間測量而得；圍繞環(huán)狀槽形部分的第二邊緣，設(shè)有周向間隔開的多個第二臺肩，并且由所述連續(xù)的槽將第二臺肩與第一臺肩分分開，所述各第二臺肩基本上呈四邊形，其包括至少四條邊，所述各邊由平緩的弧線限定，所述側(cè)邊中的第一條邊與所述環(huán)狀槽形部分的第二邊緣共同延伸，并且由該邊緣的弧線段限定；所述側(cè)邊的第二條邊相對并基本上平行于所述第一側(cè)邊，而且徑向分開它們，所述第二側(cè)邊包括平緩的沿周向設(shè)置的弧線，所述四邊形有幾何高度H2，該幾何高度由所述第一和第二側(cè)邊之間的徑向尺寸限定；其特征是至少所述第一臺肩之一沿周向設(shè)置在所述兩臺肩之間，并且位于徑向?qū)挾萕的尺寸范圍之內(nèi)，而且所述幾何高度H1、H2有如下關(guān)系H1＞0；H2＞0；以及W-H1＜H2。
2.按照權(quán)利要求1所述的密封件，其特征是所述第一臺肩是起始臺肩，所述第一臺肩的三角形的另兩條三角側(cè)邊尺寸大致相等。
3.按照權(quán)利要求2所述的密封件，其特征是所述第一臺肩的另兩條側(cè)邊之一以預(yù)定的角度相對于所述第一邊緣傾斜，參照根據(jù)軸的轉(zhuǎn)動方向，所述兩條側(cè)邊之一包括拖曳邊緣，而所述兩條側(cè)邊的另一條側(cè)邊包括引導(dǎo)邊緣。
4.按照權(quán)利要求3所述的密封件，其特征是所述預(yù)定的角度范圍是約5°到小于90°。
5.按照權(quán)利要求4所述的密封件，其特征是所述預(yù)定角度約為15°。
6.按照權(quán)利要求1所述的密封件，其特征是所述幾何高度H1、和H2大致相等，而且H1和H2的高度稍大于寬度W的二分之一。
7.按照權(quán)利要求1所述的密封件，其特征是在臺肩和槽之間的相對高度范圍大約在25至1500微英寸。
8.按照權(quán)利要求7所述的密封件，其特征是所述相對高度大約為350微英寸。
9.一種在機(jī)械端面密封件中的密封面，其包括具有槽和臺肩區(qū)域的環(huán)形帶，所述槽區(qū)域圍繞密封環(huán)的圓周鄰接，所述槽區(qū)域有多個基本上呈三角形的第一臺肩，這些臺肩沿周邊均勻間隔開，所述第一三角形的臺肩有兩條基本上等腰的側(cè)邊，和稍微圓形的第三側(cè)邊，所述稍微圓形的第三側(cè)邊與密封面的圓形邊緣鄰接，所述槽區(qū)域有一組均勻間隔開的，基本上呈三角形而被截平的第二臺肩，所述三角形被截平的第二臺肩之一被插入任何兩個所述三角形第一臺肩之間，各所述第二三角形臺肩有半圓形側(cè)邊，該半圓形側(cè)邊最接近并同心于密封面的外圓周邊緣，被截平的部分緊靠著環(huán)形密封面的內(nèi)徑設(shè)置，所述三角形的第一等腰側(cè)邊的交點(diǎn)設(shè)置在所述第二三角形的側(cè)邊的所述外半圓側(cè)邊內(nèi)側(cè)。
10.一種空隙型帶槽的面密封件，其包括多個沿周向間隔開的第二臺肩，所述第二臺肩圍繞著環(huán)狀槽形部分的第二邊緣設(shè)置，并且由所述連續(xù)的槽將第二臺肩與第一臺肩分開，各所述第二臺肩基本上呈四邊形，它包括至少四條側(cè)邊，各所述側(cè)邊由平緩的弧線限定，所述側(cè)邊中的第一側(cè)邊與所述環(huán)狀槽形部分的第二周邊緣共同延伸，并且由該周邊的弧線部分限定，所述側(cè)邊的第二側(cè)邊相對并大致平行于所述第一側(cè)邊，而且與第一側(cè)邊徑向分開，所述第二側(cè)邊包括平緩的弧線，該弧線沿周向設(shè)置，所述四邊形有幾何高度H2，該幾何高度由第一和第二側(cè)邊之間的徑向尺寸限定;其特征是至少所述第一臺肩之一沿周邊方向設(shè)置在兩個第二臺肩之間，其中所述徑向?qū)挾萕的尺寸和所述幾何高度的尺寸H1，H2如下H1＞0;H2＞0;以及W-H1＜H2。
11.一種機(jī)械的端面密封件，其中至少一個密封環(huán)有密封面結(jié)構(gòu)，以便在殼體和相對旋轉(zhuǎn)軸之間密封，該密封件包括密封地安裝在殼體上的第一密封環(huán)，以及密封安裝在相對旋轉(zhuǎn)軸上的第二密封環(huán)，密封面中包括從所述環(huán)面的內(nèi)圓周邊向外延伸到外圓周邊的一般平的表面，該表面包括至少兩個環(huán)形帶，其在所述密封面上徑向相繼設(shè)置，各環(huán)形帶有內(nèi)徑和外徑界線，所述環(huán)形帶包括徑向向內(nèi)設(shè)置的帶，而且至少一個環(huán)形帶在所述徑向向內(nèi)設(shè)置的帶處徑向向外設(shè)置，所述至少兩個環(huán)形帶彼此徑向相鄰，以致一個環(huán)形帶的內(nèi)徑界線與相鄰的環(huán)形帶的外徑界線重合;各所述環(huán)形帶包括多個周邊相鄰的基本上呈三角形的臺肩，各三角形臺肩有徑向向外設(shè)置的底邊，以及另外兩條側(cè)邊的相對向內(nèi)安排的第一交點(diǎn)，所述另外兩條側(cè)邊基本上相互成為對映圖象，而且設(shè)置在徑向中心線的相對兩側(cè)，所述徑向中心線穿過第一交點(diǎn)和所述密封面的軸向中心線，在徑向向內(nèi)設(shè)置的環(huán)形帶中，周向相鄰的三角形臺肩的底邊有基本上連在一起的共有的第二交點(diǎn)，所述向外設(shè)置的環(huán)形帶的第一交點(diǎn)與所述環(huán)形帶中第二共有交點(diǎn)重合一致，所述環(huán)形帶設(shè)置在緊靠向外設(shè)置的環(huán)形帶的徑向內(nèi)側(cè);以及無槽部分，該部分從所述至少一個密封環(huán)的密封面的周邊之一向內(nèi)延伸。
12.按照權(quán)利要求11所述的密封件，其特征是各同心的環(huán)形帶有徑向?qū)挾?，其中至少兩個同心的環(huán)形帶的徑向?qū)挾却笾碌扔谄渌h(huán)形帶的徑向?qū)挾取?br> 13.按照權(quán)利要求11所述的密封件，其特征是各同心的環(huán)形帶有徑向?qū)挾龋渲懈魍牡沫h(huán)形帶的徑向?qū)挾葘Ω鬟B續(xù)向內(nèi)安排的環(huán)形帶按對數(shù)關(guān)系減小。
14.按照權(quán)利要求11所述的密封件，其特征是在臺肩和槽之間的相對高度的范圍大約在25到1500微英寸。
15.按照權(quán)利要求14所述的密封件，其特征是所述相對高度大約是350微英寸。
16.如按照權(quán)利要求11所述的密封件，其特征是，設(shè)置的相鄰于密封面的周邊的環(huán)形帶包括三角形臺肩，它是起始臺肩，各所述的另外兩條三角形側(cè)邊分別以預(yù)定的角度相對于所述密封面的周邊對置傾斜，所述預(yù)定角度范圍大約在5°到小于90°。
17.按照權(quán)利要求16所述的密封件，其特征是所述預(yù)定的角度大約是15°。
18.一種空隙型，帶槽的面密封件，其具有固定的密封環(huán)和相對轉(zhuǎn)動的密封環(huán)，在這些密封環(huán)上有沿徑向延伸，并相互對置的密封面，所述密封環(huán)之一密封安裝在殼體上，而另一密封環(huán)則密封安裝在軸上，不論軸的轉(zhuǎn)向如何，密封件都能夠進(jìn)行密封，至少所述密封件的密封環(huán)之一有密封面，它包括無槽部分，該部分從所述至少一個密封環(huán)的密封面的周邊之一向內(nèi)延伸;槽形部分，該部分從所述至少一個密封環(huán)的密封面的另一周邊延伸，所述槽形部分包括多個分開的半圓形或橢圓形槽，這些槽圍繞所述槽形部分均勻間隔，并且由多個臺肩相互分開，各所述半圓形或橢圓形槽在另一圓周處形成開口，所述半圓形或橢圓形槽的軌跡點(diǎn)安置在所述另一圓周邊的徑向向內(nèi)側(cè)，在各所述槽內(nèi)還包括圓形或橢圓形臺肩，這些臺肩的直徑小于所述半圓形或橢圓形槽的尺寸，并且設(shè)置在所述槽的內(nèi)周邊部分，所述槽的外周邊部分有兩個與所述密封面的另一圓周相交的交點(diǎn)，以致在各所述槽與所述另一圓周的相交處限定預(yù)定的銳角，以便提供流體啟動功能。
19.按照權(quán)利要求18所述的密封件，其特征是所述預(yù)定的角度范圍大約在5°到90°。
20.按照權(quán)利要求18所述的密封件，其特征是所述預(yù)定角度大約是15°。
全文摘要
一種用于非接觸式、空隙型機(jī)械端面密封件中至少一個密封環(huán)上的密封面的形狀包括可選擇設(shè)置的擋圈和環(huán)狀槽形區(qū)域。環(huán)狀槽形區(qū)域有若干實(shí)施例，其中一個實(shí)施例包括起始臺肩，其基本上呈三角形，而且一條側(cè)邊與環(huán)狀槽形區(qū)域的一條圓周邊緣相連。這些實(shí)施例還包括槽的一組匯聚的界線邊，以便形成壓力區(qū)效果。
文檔編號F16J15/34GK1100503SQ9410892
公開日1995年3月22日 申請日期1994年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月28日
發(fā)明者G·G·佩特, J·哈梅卡, P·L·凱 申請人:約翰起重機(jī)有限公司