多體式密封環的製作方法

2023-06-19 04:14:26

專利名稱：多體式密封環的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多體式密封環，包括多個弓形段和多個密封段， 它們緊密地彼此靠緊和形成一個環地設置並且具有在徑向內部彎曲的 圓周面，其中弓形段沿圓周方向在兩端通過徑向的第一端面限定，並 且在弓形段上在徑向外部的區域內設置一軸向突出的凸肩，其在徑向 內部通過一切向的密封面限定。本發明還涉及一種包括一這樣的多體 式密封環的壓力密封體和密封裝置。
背景技術：
活塞式壓縮機，特別是以雙作用的構造方式，在氣缸中需要曲柄
側的壓縮室的沿往復運動的活塞杆5的密封，在氣缸中存在隨時間變
化的(高的)氣缸壓力Pzyl。典型地必須相對於曲柄箱中存在的(低
的)環境壓力pu實現該密封。用於這樣的密封裝置4中的各密封元件 稱為密封環6、 7並且設置於一所謂壓力密封體2中，通常包括多個密 封環6、 7，如示例性在圖1的傳統的實施形式中所示的。各密封元件 在此可以跟隨活塞杆5的不可避免的橫向運動，而不喪失其密封作用。 為了提高壓力密封體2的使用壽命和可靠性，在壓力密封體2中串聯 多個ii樣的密封環6、 7。在一密封裝置4中通常接連排列多個壓力密 封體。這樣的壓力密封體2或密封裝置4由現有技術以不同的實施形 式是充分已知的，例如由GB 928 749 A或US 1 008 655 A。
密封環6、 7是自激活的密封體，其為了足夠的密封作用，因此充 分小的洩漏，通常需要一定的待密封的壓力差Pl-p2 (圖lc)。在一密 封腔3中的氣體壓力在一密封環6、7的待密封的間隙中從較高的水平 Pi降到下一密封腔3中的較低的水平p2。圖lc示意示出在密封環6、 7與活塞杆5之間形成的密封間隙中的這樣的壓降。關於密封環6、 7 的效能對該密封間隙起著重要的作用，因為活塞杆5與環6、 7之間的接觸面的相對運動引起密封環6、 7的磨損。該環磨損通常要求剖分的 環形式，其在該環/活塞杆密封間隙處的材料磨耗時能夠實現環自動的 連續的調整。對此工業標準是徑向的和切向剖分的環6、 7，其成對地 裝入壓力密封體的密封腔中，以便相互覆蓋發生的對接間隙以補償磨 損，如圖lb中示意示出的。這樣的徑向/切向剖分的環組合是單一作 用的密封體，其只向十字頭的方向密封，而在活塞式壓縮機l的曲柄 側的重新膨脹階段的過程中各徑向切口確保，可以沒有較高的壓力封 入密封體中。在剖分的環形式中眾所周知地通常採用沿外圓周巻繞的 螺旋彈簧(環形彈簧Umfangfeder) 9，其在無壓力的狀態下也將密 封環6、 7壓到活塞杆5上。
特別在較高的壓力時在傳統的裝置中也可以在活塞杆5與密封殼 體或腔圓盤10之間形成的間隙中產生密封環6 、 7的值得 一 提的擠壓。 為了最大可能避免這樣的擠壓，可以在環在低壓側面上與腔圓盤10 之間使用附加的金屬的面狀地接觸活塞杆5的支承環8，如例如在US 3 305 241 A中^^開的。
在一徑向和一切向剖分的密封環的組合中向活塞杆那邊的密封基 本上只通過切向剖分的密封環來實現，其各弓形段通過切向的通口在 磨損時可以移到 一起並因此保留密封作用。徑向剖分的密封環基本上 只用於在軸向和徑向的方向密封切向的密封環的磨損間隙。徑向的密 封環只一直磨損到各4形段在圓周方向彼此靠緊。因此徑向和切向剖 分的各密封環磨損是不同的。為了防止徑向剖分的和切向剖分的密封 環相互相對旋轉，其可能導致不再覆蓋切向剖分的密封環的磨損間隙 並因此會喪失密封作用，必須在各環之間設置一防轉裝置。 一種這樣 的防轉裝置通常構成為銷，其插入在徑向和切向剖分的密封環中的配 置的孔隙內。但由於徑向和切向剖分的各密封環的不同的磨損，這樣 的銷隨著連續的磨損經受一越來越大的剪切負荷，這經常導致銷斷裂 並從而不再防轉，並且接著也可能喪失密封裝置的密封作用。
在現有技術中因此已建議，不設置由 一徑向和一切向剖分的密封 環的密封環組合，而只是設置一唯一的密封環。為了一方面即使在不可避免存在的磨損的情況下不喪失相對活塞杆的需要的密封作用並且 沿軸向和徑向的方向也可以確保充分的密封，為此需要多個特別部分
的密封環。由US 2 208 976 A和US 4 350 349 A已知這樣的密封環。 其中描述一種六體式密封環包括多個徑向剖分的弓形段，它們通過一 環形彈簧保持在一起。在各弓形段之間沿圓周方向形成徑向的磨損間 隙。為了密封這些磨損間隙，在每一弓形段上設置一軸向突出的凸肩， 其在徑向內部通過一切向密封面限定。因此在這些凸肩之間形成一軸 向空隙。為了在軸向和徑向的方向密封磨損間隙，將密封段嵌入該空 隙中，密封段以切向的端面貼緊在切向的密封面上並且覆蓋磨損間隙。 這些密封段通過另一環形彈簧保持在一起。對此不僅弓形段而且密封 段為了向活塞杆那邊的密封基本上(除不可避免的磨損間隙外)沿全 圓周貼緊活塞杆。但這樣的密封環的問題在於，弓形段和密封段經受 不同的磨損。弓形段在其外徑上受高壓側的高氣體壓力作用，而在其 內徑上已作用一通過密封段降低的較小的氣體壓力。類似如在徑向/ 切向剖分的環對中因此弓形段比密封段更快地磨損，從而在磨損上並 未最好地充分利用完全供使用的環材料。這樣的不均勻的磨損率還導 致一直更多地降低各切向的密封面之間的單位面積壓力，直到或長或 短的時間以後不再提供足夠的密封作用並且通過密封環的洩漏變成不 可接受地大。

發明內容
因此本發明的目的是，消除這樣的密封環的上述缺點，特別是降 低這樣的密封環的磨損和通過這樣的密封環的洩漏，並因此提高這樣 的密封環的使用壽命。
按照本發明這樣達到該目的，即在密封段上設置一軸向的突出部， 其沿軸向方向在突出部的區域內加寬密封段的徑向內部的彎曲的圓周 面，並且突出部沿圓周方向看在弓形段的各端之間和為了形成第一磨 損間隙而與弓形段的各端間隔開距離設置。藉此在密封段上沿軸向方 向為磨損提供較多的材料。因此在保持相同的單位面積壓力時(由於 作用在外圓周面上的壓力)，可以很有效地降低密封段的磨損。在一個這樣的實施形式中各弓形段只再沿一小的區域貼緊在待密封的構件上 並且基本上只再用於在各密封段之間的磨損間隙的密封。
有利地，在密封段上在其沿圓周方向看的各端各設置一個切向的 端面和一徑向的第二端面，其中各切向的端面貼緊在各鄰接的弓形段 的各切向的密封面上並且徑向的各第二端面為了形成一第二磨損間隙 相互面對和彼此間隔開距離設置。在這樣的設置中達到，各密封段， 除形成的磨損間隙外，沿全圓周貼緊在待密封的構件上，並且從而基 本上密封段承擔對待密封構件的密封。
特別有利的是，將多體式密封環設計成四體式，包括兩個弓形段 和兩個密封段，其中各弓形段和各密封段分別對置地設置並且各密封 段的徑向內部的圓周面除第 一磨損間隙外形成一封閉的圓周面。這樣 的對稱的兩體式剖分結構產生一種磨損圖，在其中兩個密封段徑向向 內移動，從而在密封段中心發生最大的磨損，亦即在最大材料厚度的 區域內，而在兩個沿圓周方向看的密封段末端上密封段的剛度導致一 較小的磨損。藉此還進一步降低磨損。此外藉此使各切向的密封面之 間的密封不會隨著漸增的磨損而變差，因為相應彼此靠緊的切向的密 封面在整個的使用壽命中位於一個平面內，因此各切向的密封面始終 均勻地相互貼靠。另一方面密封段在其兩個沿圓周方向看的密封段末 端由於其(基本上)保持不變的剛度而沒有很大的磨損，這與密封段 的較小磨損一起也阻止切向的密封面的敞開。
為了減小對於磨損重要的壓緊力(借其將密封段壓在待密封的構 件上)，並從而降低磨損，為了壓力平衡在一密封段的徑向內部的圓周 面上有利地設置 一 環形槽，其經由 一 凹槽在第二磨損間隙的區域內與 密封段的一徑向的第二密封面連通。
為了減小密封段傾斜的傾向，在一密封段的徑向內部的圓周面上 有利地設置一高壓槽，其經由一凹槽與密封環的外圓周面連通或經由 一凹槽在第二磨損間隙的區域內與密封段的徑向的一第二密封面連 通，並且在高壓槽與軸向的突出部之間設置一低壓槽，其經由一凹槽 與密封環的遠離軸向突出部的端面連通。如果在弓形段和密封段中在具有軸向突出部的端面上設置一徑向 的階梯，則提供另一種結構上的特徵，以便通過有針對性地造成弓形 段和密封段的一定的徑向彎曲剛度使這些段以足夠單位面積壓力不僅 貼靠在待密封的構件上而且貼靠在切向的密封面上。通過這樣的徑向 階梯，弓形段的沿圓周方向的各端一方面不再完全結合於弓形段，借 此弓形段可以更好地貼靠在待密封的構件上並因此可以更好地密封密 封段的切口。另一方面藉此密封段的各端同樣是較柔性的，這使密封 環關於密封狀況對可能出現的形狀偏差是不敏感的。密封段在密封段 中心的支承並不因此受到損害。


以下藉助示意示例性示出、非限制性的和有利的實施形式的圖1
至10描述本發明。其中
圖1 一已知的傳統的密封裝置包括一徑向和一切向剖分的密
封環；
圖2 —按照本發明的密封環的三維視圖3 —這樣的密封環的分解圖的不同視圖4 一包括壓力平衡的密封環的分解圖的不同視圖5 同時形成的壓力分布；
圖6 包括可選的壓力平衡方案的一密封環；
圖7 同時形成的壓力分布；
圖8和9在一按本發明的密封環上的連續磨損的示意圖；以及 圖10 —按本發明的密封環的另一實施形式。
具體實施例方式
多體式密封環11的一優選的實施形式以一四體式環的形式示於 圖2中。相同的密封環為了更好的理解以分解圖的不同視圖示於圖3a 和3b中。以下描述參照圖2和3。
密封環11在這裡包括四個部件，即兩個弓形段12和兩個密封段 14，它們形成一個環並緊密地彼此靠緊。在弓形段和密封段12、 14 的外圓周面上可以制出一環形槽15，在其中可以設置一環形彈簧用以使各個段保持在一起。兩個弓形段12及密封段14分別對置地設置。 弓形段12在徑向內部具有一彎曲的、通常為圓形的圓周面16, 其在密封環11的使用中緊密地貼緊在待密封的構件上，在這裡即貼緊 在壓縮機的活塞杆上。在弓形段12上在弓形段12的徑向外部的區域 內還設置一軸向突出的凸肩18，其在徑向內部通過一切向的密封面19 限定。在切向的密封面19與圓周面16之間由此在端面上也形成一徑 向的第一密封面13。在圓周方向上看弓形段12在兩端通過徑向的第 一端面17限定。
密封段14在徑向內部同樣具有一彎曲的、通常為圓形的圓周面 21,其在密封環11的使用中緊密地貼緊在待密封的構件上，在這裡即 貼緊在壓縮機的活塞杆上。密封段14沿圓周方向看在其兩端通過一徑 向的第二端面22和一切向的端面23限定。在密封段14上還設置一軸 向的突出部24，其在徑向內部沿軸向方向延長密封面21。該軸向突出 部24在此設置在與弓形段12的軸向凸肩18相反的端面上。沿圓周方 向看突出部24隻沿密封段14的一部分延伸並且在兩端通過徑向的第 三端面25終止。因此沿圓周方向形成一階梯。在各徑向的第三端面 25與密封段14的各端之間因此在端面上形成一徑向的第二密封面26。
在組裝的狀態下鄰接的密封段14的切向端面"緊密地貼緊在一 弓形段12的切向密封面19上。此外鄰接的密封段14的徑向的第二密 封面26緊密地貼緊在弓形段12的徑向的第一密封面l3上。對此各密 封段14的各徑向的第二端面22對置地設置並形成一磨損間隙30。因 此兩個密封段14的內圓周面21除磨損間隙30外幾乎是封閉的。各密 封段14的軸向突出部24設置在各弓形段12的末端之間。鄰接的弓形 段和密封段12、 14的各徑向的第一端面17和各徑向的第三端面25 在此相互面對和彼此間隔開距離設置以^>形成一徑向的第 一磨損間隙 31。兩個磨損間隙30、 31因此設置在密封環11的不同的端面上。通 過弓形段12和密封段14的這樣的設置，多體式密封環11不僅在徑向 的方向而且在軸向的方向並且在內圓周面上也相對於待密封的構件、 例如活塞杆密封。
9但密封環11並不限於四體式的環，而也可以由多於四個部件、例
如六個部件或八個部件構成，其中各個弓形段12和密封段14的實施 形式和各個段的配合作用類似於以上所述。
在本發明的密封環11上也可以很簡單地實現一種壓力平衡，如圖 4中藉助一四體式密封環11的實例所示的那樣。在這裡在密封段14 的內圓周面21上制出一環形槽40，其在所示的實例中沿圓周方向在 密封段14的兩個徑向的第三端面25之間延伸並且在第二磨損間隙31 的區域內徑由一凹槽41與密封段14的徑向的第二密封面26連通。因 此在磨損間隙31中作用的壓力也作用於環形槽40中。以下藉助圖5 描述同時形成的壓力分布。
多體式密封環11設置於一密封腔3中，例如再次在兩個軸向並排 的腔圓盤IO之間構成的那樣(類似於圖1)。在此各密封段14的軸向 突出部24面向具有高壓pi的側面。密封環11又通過高壓pd皮緊密地 壓向密封腔3的低壓側的壁。在徑向外圓周面上高壓pi作用到密封環 11上並且將其緊密地壓向活塞杆5。通過環形槽40與第一磨損間隙 31的連通並從而與具有高壓p,的空間的連通，高壓p！同樣作用於環 形槽40中。在環形槽41與低壓側之間壓力被降到低的壓力p2。藉此 可以減小密封環11與活塞杆5之間作用的單位面積壓力並因此降低磨 損。
參照圖6和7說明壓力平衡的另一種可能性。在該實施形式中， 在圓周面21中在徑向的笫三端面25與徑向的第二端面22之間設置一 環形槽64。該環形槽64在第二磨損間隙31的區域內經由一凹槽65 與密封段14的徑向的第二密封面26連通，從而在環形槽64中作用有 在磨損間隙31中作用的壓力。這樣的環形槽64在此可以設置在密封 段14的沿圓周方向看的兩端上。該環形槽64的作用如同以上對圖4 和5描述的那樣。但由於在內圓周面21上出現的壓力分布， 一密封環 11隨著一這樣的壓力平衡傾向於增大傾斜並且增大一與其聯繫著的 不均勻的磨損。為了減小傾斜傾向，在密封段14的內圓周面21中在 軸向突出部24的區域內設置一高壓槽60，其經由一徑向凹槽61、優
10選一簡單的孔，與密封環11的外圓周面連通，從而在外圓周面上作用
的壓力也施加於高壓槽60。可選擇地，代替一徑向凹槽61，高壓槽 60在第二磨損間隙31的區域內也可經由一第二軸向凹槽與密封段14 的徑向的第二密封面26連通。在高壓槽60與軸向突出部24 (實際是 軸向突出部24的端面)之間還設置一低壓槽62，其經由一軸向凹槽 63，在這裡即兩個沿圓周方向在高壓槽60旁邊設置的軸向槽，與密封 環11的遠離軸向突出部24的端面連通，從而在該端面上作用的壓力 也施加於低壓槽62中。由圖7可得知該高壓槽和低壓槽60、 62的作 用。在密封環11的外圓周面上再次作用高壓Pl並因此經由凹槽61在 高壓槽60中也作用高壓Pl。在高壓槽60與有高壓Pl的側面之間設置 的低壓槽62經由凹槽63與低壓p2的側面連通，從而在低壓槽62中 同樣存在低壓p2。藉此在內圓周面21上作用的壓力在低壓槽62的區 域內下降，以便接著再次升到高壓Pl。因此這樣的壓力分布通過有助 於壓力平衡的環形槽64抵抗密封段14的傾斜。
但高壓槽和低壓槽60、 62在密封段14的內圓周面21上的設置取 決於一用於壓力平衡的環形槽40、 64的設置。因此可以設置高壓槽和 低壓槽60、 62而沒有環形槽40、 64。
隨著持續的磨損，各密封段14移到一起，如圖8中藉助一六體式 密封環11所示的那樣並且由箭頭說明的那樣，其中虛線表示漸增的磨 損。由於磨損，在這樣的密封環11中密封段14的各端越來越薄並從 而失去剛度。在一四體式的密封環中，如上所述，各密封段14在磨損 時同樣徑向移到一起，如圖9中所示，不過在這裡各密封段14的各端 仍保留其厚度，並且從而各端的剛度基本上不改變。由此磨損在密封 段中心，亦即在軸向突出部24的區域內是最大的。由於在那裡提供充 足的材料厚度供使用，藉此可以降低磨損。
在密封環11的另一有利的實施形式中，在軸向突出部24的端面 上在密封環11的徑向外部的區域內設置一徑向的階梯70，如圖10中 所示。藉此一方面軸向凸肩18不再連貫地連接於弓形段12，而凸肩 18的各端71是自由的。另一方面密封段14藉此在軸向突出部24的區域內構成為易彎曲(biegewdcher)的。通過構成這樣的徑向的階梯， 提供另一結構上的特徵，以便通過有針對性地造成各段12、 14的一定 的徑向彎曲剛度來改善密封作用。
權利要求
1. 一種多體式密封環，包括多個弓形段(12)和多個密封段(14)，它們緊密地彼此靠緊和形成一個環地設置並且具有在徑向內部彎曲的圓周面(21)，其中弓形段(12)沿圓周方向在兩端通過徑向的第一端面(17)限定，並且在弓形段(12)上在徑向外部的區域內設置一軸向突出的凸肩(18)，該凸肩在徑向內部通過一切向的密封面(19)限定；其特徵在於，在密封段(14)上設置一軸向的突出部(24)，該突出部沿軸向方向在軸向的突出部(24)的區域內加寬密封段(14)的在徑向內部的彎曲的圓周面(21)，並且軸向的突出部(24)沿圓周方向看在弓形段(12)的各端之間和為了形成第一磨損間隙與弓形段(12)的各端間隔開距離設置。
2. 按照權利要求l所述的多體式密封環，其特徵在於，在密封段 (14)上在其沿圓周方向看的各端各設置一切向的端面(23)和一徑向的第二端面(22)，其中各切向的端面(23)貼緊在鄰接的弓形段(12) 的各切向的密封面(19)上，並且各徑向的第二端面(22)為了形成 一第二磨損間隙(30)相互面對和彼此間隔開距離設置。
3. 按照權利要求1或2所述的多體式密封環，其特徵在於，軸向 的突出部(24)沿圓周方向通過徑向的第三端面(25)限定，並且鄰 接的弓形段和密封段(12、 14)的徑向的第一端面(17)和第三端面(25)為了形成第一磨損間隙(3)相互面對和間隔開距離設置。
4. 按照權利要求1至3之一項所述的多體式密封環，其特徵在於， 多體式密封環(11)設計成四體式的，包括兩個弓形段(12)和兩個 密封段(14)，其中各弓形段和密封段(12、 14)分別對置地設置，並 且各密封段的在徑向內部的圓周面(21)除第二磨損間隙(30)外形 成一封閉的圓周面。
5. 按照權利要求1至4之一項所述的多體式密封環，其特徵在於， 在一密封段(14)的徑向內部的圓周面(21)上設置一環形槽(40、 64)，該環形槽經由一凹槽(41、 65)在第一磨損間隙(31)的區域內與密封段(14)的一徑向的第二密封面(26)連通。
6. 按照權利要求1至5之一項所述的多體式密封環，其特徵在於， 在一密封段(14)的徑向內部的圓周面(21)上設置一高壓槽(40)， 該高壓槽經由一凹槽(61)與密封環(11)的外圓周面連通或經由一 凹槽在第二磨損間隙(30)的區域內與密封段(14)的一徑向的第二 密封面(26)連通，並且在高壓槽(60)與軸向的突出部(24)之間 設置一低壓槽(62)，該低壓槽經由一凹槽(63)與密封環(11)的遠 離軸向的突出部(24)的端面連通。
7. 按照權利要求1至6之一項所述的多體式密封環，其特徵在於， 在弓形段(12)和密封段(14)中，在具有軸向的突出部(24)的端 面上在徑向外部的區域內設置一徑向的階梯(70)。
8. 包括按照權利要求1至7之一項所述的多體式密封環的壓力密 封體，所述密封環設置在一密封腔(3)中，其中各密封段(14)的軸 向突出部(24)面向具有高的壓力(pj的側面。
9. 在壓縮機的活塞杆(5)與壓縮機殼體之間的密封裝置，包括 多個軸向並排的壓力密封體(2)，所述壓力密封體分別包括按照權利 要求1至7之一項所述的多體式密封環(11 )，所述密封環設置在一密 封腔(3)中，其中各密封段(14)的軸向突出部(24)面向具有高的 壓力(pj的側面。
全文摘要
在用於密封壓縮機的活塞杆的壓力密封體中通常使用由徑向剖分的和切向剖分的密封環構成的組合。這兩個配合作用的密封環在此必須是相互防轉的，以便確保覆蓋通過相應另一環的磨損間隙。防轉裝置通常是銷，其插入兩環中。但由於徑向剖分的和切向剖分的密封環產生的不同的磨損，防轉銷經受剪切負荷，其可能導致銷的斷裂。為了避免這種情況建議具有各個密封環的壓力密封體，它們為此必須構成為特殊剖分的。本發明描述一種這樣的密封環，其特徵是各密封段的特別低的磨損和隨其出現的高的使用壽命。密封環(11)為此在最大磨損的位置，即在密封段中心具有最大的材料厚度，其中密封環(11)的一密封段(14)在該區域內通過一軸向突出部(24)沿軸向方向被加寬。
文檔編號F16J15/18GK101424343SQ20081017382
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月29日 優先權日2007年10月31日
發明者A·揚德爾, C·霍爾德, T·林德納-西爾弗斯特 申請人:賀爾碧格壓縮機技術控股有限公司