CN102365154A - 压力流体操作的冲击装置的旋转控制阀中的密封布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压力流体操作的冲击装置的旋转控制阀的密封布置，工具(5)可安装至冲击装置，从而可在其纵向方向上移动，所述冲击装置包括：工作腔(3)和可移动地安装的传动活塞(4)，以突然压缩工具(5)而对工具(5)产生应力脉冲；入口通道(7)和出口通道(9)，其用于将压力流体引导至冲击装置和将压力流体引导远离冲击装置；以及控制阀(8)，该控制阀具有带有通道的旋转的切换构件(8a)，以穿过切换构件的通道而连接入口通道(7)和出口通道(9)，从而交替地引导压力流体流动穿过通道而到达工作腔(3)和相应地远离工作腔(3)，并且为了将入口通道(7)相对于切换构件密封的目的，在控制阀的切换构件一侧端部处的压力流体的入口通道(7)中存在至少一个密封套筒(20)。在这样的布置中，密封套筒被倾斜地安装到切换构件的表面，并且密封套筒的切换构件一侧表面大致呈切换构件表面的形状。

Description

压力流体操作的冲击装置的旋转控制阀中的密封布置

技术领域

本发明涉及一种在压力流体操作的冲击装置的旋转控制阀中的密封布置，工具可安装至冲击装置，从而可在其纵向方向上相对于冲击装置框架移动，冲击装置包括：工作腔，其具有安装成在工具轴向方向上可移动的传动活塞，以通过作用在传动活塞上的压力流体的压力在其纵向方向上突然地压缩工具，以便对工具产生应力脉冲；以及控制阀，入口通道和出口通道通向控制阀，以将压力流体引导至冲击装置以及将压力流体引导离开冲击装置，控制阀具有带有将所述入口通道、出口通道与切换构件相连接的通道的可旋转安装的切换构件，以交替地引导压力流体流动通过通道而到达工作腔，和相应地从工作腔释放压力流体，并且为了相对于切换构件密封入口通道的目的，在控制阀的切换构件一侧端部处的压力流体的入口通道中，至少一个密封套筒在压力流体的压力下朝向切换构件的表面延伸。

背景技术

在压力流体操作的冲击装置中，压力流体分别通过进给通道和排放通道而进给到冲击装置中并从冲击装置移走。对于这些进给通道和排放通道，压力流体软管一般被连接，以将压力流体供给到进给泵和压力流体容器中。

为了冲击操作，在冲击装置中压力流体的进给和排放由各种控制阀控制。控制阀可以直线移动或者旋转。特别是在旋转阀中，一个实际问题就是阀和通道之间的密封问题，因为所有间隙都会引起泄露，而泄漏又导致低下的操作效率。密封的问题还包括：密封太紧会增加阀的旋转阻力，从而白白耗掉冲击装置的动力并降低其操作效率。

美国专利US7 290 622公开了一种解决方案，其中，使用分离的密封套筒来密封旋转控制阀，并且密封套筒被压力流体的压力推动抵靠控制阀的表面，使得它们之间不再留有间隙。即使分离的密封套筒结构本身是有用的，但是通过调整密封套筒的供给压力来保持尽可能小的生成摩擦力在某种程度上也很难做到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过密封套筒来实现的密封布置，利用密封套筒能够实现可靠的密封，同时在不影响密封的可靠性的情况下，密封套筒和旋转阀之间的摩擦力会较之从前有所减少。

本发明的密封布置的特征在于密封套筒相对于切换构件的表面在其旋转方向上倾斜地安装，并且在切换构件一侧的密封套筒的表面大致与切换构件表面的形状相同。

本发明的想法是在切换构件一侧端部处的压力流体的入口通道中，密封套筒相对于阀的旋转切换构件的表面的运动方向倾斜地定位。本发明的实施例的想法是以这样的方式将密封套筒倾斜地定位，即：使得密封套筒的切换构件一侧端部在切换构件的旋转方向上在密封套筒的相对端部之前。

本发明的解决方案实现了：在压力流体通道仅部分地开放的情况下，压力流体的压力从控制阀的切换构件一侧作用于密封套筒并且试图推开密封套筒，与压力相对的表面的摩擦力使密封套筒的运动减慢，因此密封套筒能够在适当的位置上较好地保持抵靠切换构件的表面。而且，本发明的实施例的优势在于：当控制阀的切换构件旋转时，切换构件和密封套筒之间的摩擦力试图使密封套筒随着切换构件在切换构件的运动方向上移动，由此密封套筒在其倾斜纵向方向上从切换构件延伸出来，且因此试图从切换构件的表面脱离。在这种情形下，摩擦力和作用于密封套筒的力变得平衡，由此密封套筒以比垂直于切换构件的密封套筒所产生的力小得多的力压靠于切换构件。

附图说明

将在附图中详细描述本发明，其中

图1是带有旋转控制阀的冲击装置的剖面示意图；

图2是控制阀和密封套筒的详细的剖面示意图；

图3是本发明实施例的详细的剖面示意图；

图4是本发明另一实施例的示意图；以及

图5是本发明另一实施例的示意图。

具体实施方式

图1是带有框架2的现有技术的冲击装置1的剖面示意图，在框架2内部存在工作腔3，并且在工作腔3中存在传动活塞4。传动活塞4与工具5是同轴的并且它们可以轴向地移动，使得传动活塞4至少在应力脉冲开始形成时以及在其形成期间直接接触工具5，或者通过紧固在工具上并且本身已知的柄而间接地接触工具5。在传动活塞4的与工具相对的一侧存在面向工作腔3的压力表面。为形成应力脉冲，压力流体被沿着入口通道7通过控制阀8而从诸如泵6的压力源引向工作腔3。入口通道7可以是单个通道，或者也可以在到达控制阀时分支为几个通道，压力流体从这几个通道同时流向控制阀。控制阀具有移动的切换构件8a，其具有一个通道，或者具有如图所示的几个通道，比如开口或凹槽8b。当控制阀8的切换构件8a移动时，压力流体通过开口或凹槽8b而作用于传动活塞4，相应地，当切换构件8a继续移动时，作用于传动活塞4的压力流体的压力通过排放通道9排放。当压力流体的压力朝向工具5推动传动活塞4并且通过这而使工具5压靠正在被压碎的材料时，形成了应力脉冲。当它以本身已知的方式移动通过诸如钻头的工具5的尖端而到达诸如石头的正在被粉碎的材料时，应力脉冲将材料破碎。当控制阀8的切换构件防止压力流体进入冲击装置和然后允许作用于传动活塞4的压力流体通过出口通道9而排放至压力流体容器10时，应力脉冲停止，并且允许仅仅朝着工具5移动几毫米的短距离的传动活塞4返回到其初始位置。当控制阀8的切换构件8a移动并且交替地切换压力，以作用于传动活塞和然后允许压力排放时，上述过程被重复，由此，当切换构件8a持续移动时，形成一系列连续的应力脉冲。

在冲击装置的使用过程中，通过使用朝着工具5并同时朝着被压碎的材料的进给力F以已知的方式推动冲击装置。为了使传动活塞4返回，当必要时在应力脉冲之间向腔3a供给压力介质，或者传动活塞可以通过诸如弹簧的机械装置或通过用在钻入方向上的进给力来推动冲击装置而返回，由此传动活塞相对于冲击装置往回移动，即移动至它的初始位置。工具可以是与活塞分离的部件或者是以本身已知的方式与活塞一体形成的部件。

在图1的情形下，控制阀8具有与工具5同轴的可旋转的移动切换构件8a，其在箭头A的方向上通过使用诸如电机11的适当的旋转机构而借助于图中虚线所示的动力传动装置围绕其轴线旋转。替代地，使用合适的机构将切换构件8a可旋转地前后翻转。此外，可旋转移动的切换构件另外也例如可以被安装在工作腔3一侧的框架2上。另外，有可能在各种情况下使用控制阀，其切换构件8a仅具有一个通道，以将压力流体朝着工作腔引导以及相应地引导压力流体离开工作腔。然而，控制阀8的切换构件8a优选地具有几个平行的通道。

图1进一步显示了控制单元12，借助于控制通道或者信号线13a和13b，控制单元12可被连接用以控制控制阀的转速或者往复控制阀的运动速度。通过使用诸如钻凿条件、正在被压碎的石头的硬度的理想参数，依靠本身已知的几种不同技术就可以实现这类调整。

图2是本发明的旋转控制阀和密封布置的详细剖面图。通过实例的方式，显示了控制阀8的盘状的旋转切换构件8a，其在箭头A所示的方向上旋转。切换构件8a具有开口8b以允许压力流体穿过密封套筒20并且到达冲击装置的活塞7上。在终止在切换构件8a中的切换构件8a一侧端部处，压力流体的入口通道7具有密封套筒20。

如图2所示，密封套筒20相对于切换构件8a以倾斜角α安装在空间2a中，使得密封套筒远离切换构件朝着切换构件的运动方向倾斜。因此密封套筒20的在切换构件8a一侧上的端部在切换构件的运动方向上位于密封套筒20的进一步远离切换构件8a的那一端部之前。密封套筒20在其纵向上可滑动地在安装空间2a中，空间2a形成于框架2或其部件中，并且在密封套筒20的最外端，存在封闭空间21并且被固定地连接至框架2的塞子22。塞子22具有贯通通道23，通过该贯通通道23，压力流体被允许流入密封套筒20内部并且继续穿过通道20a向前进入密封套筒20内部。

密封套筒具有用于塞子22的空间21，该空间21的横截面比通道20a大并且具有在其切换构件8a一侧的压力表面20b。压力流体的压力p作用于表面20b并朝向切换构件8a推动密封套筒20，结果密封套筒20被压靠于切换构件8a的表面。塞子22不是绝对必要的，并且当密封套筒20和压力流体的入口通道及框架被适当地设计时，仅密封套筒20就足够了。

在图2所示的情况中，在密封套筒20和切换构件8a中的通道20a和8b完全不是成一条直线，但是作用在切换构件8a的通道8b中的压力流体的压力相应地作用于密封套筒20的面向切换构件8a的表面20c上。这试图推动密封套筒20远离切换构件8a的表面。当压力流体通道20a通入切换构件的通道8b时，或者当它们之间的连接被关闭时，压力脉冲特别地作用于密封套筒20。在这种情形下，密封套筒20和空间2a的表面之间的摩擦力阻止或减慢密封套筒20远离切换构件8a的运动，并且这样使密封套筒20大致保持抵靠切换构件8a的表面。

当切换构件8a沿箭头B的方向旋转时，在其表面和密封套筒20的表面之间也存在摩擦力，该摩擦力试图将密封套筒朝向切换构件8a运动的方向推动。由于密封套筒20的倾斜位置，因为密封套筒20压靠于框架2内的空间2a的壁，所以摩擦力的作用也会产生在密封套筒20纵向方向上的力矢量，因此不能随着切换构件8a直接移动。这样的结果是，密封套筒20试图沿它的纵向方向远离切换构件8a地移动，这样，摩擦力和相应地由朝向切换构件8a推动密封套筒20的压力所供给的力变得平衡，并且切换构件8a和密封套筒之间的摩擦力以及由其产生的动力损失比在垂直于切换构件8a的表面的密封套筒中所产生的动力损失小。

图3是本发明实施例的详细剖面示意图。图中在切换构件8a中形成若干分离的压力凹口8c，以减小切换构件8a和密封套筒20之间的摩擦和磨损。

压力凹口8c是在下述区域中形成在切换构件8a中的凹部，所述区域即：位于在切换构件8a的密封套筒20一侧的表面上的通道8b之间的区域。当凹口在密封套筒20的定位处移动并经过密封套筒时，在密封套筒20的底表面上形成类似压力的作用，正如当它们与穿过密封套筒的压力流体通道20a的连接打开或关闭时在通道8b的定位处那样，由此密封套筒20试图升高远离切换构件8a。这减少了切换构件8a与密封套筒20之间的摩擦，也因此减少了动力损耗和磨损。

图4还显示了本发明的另一个实施例。它显示了控制阀8的旋转摩擦以及以因此产生的动力损耗如何能够比从前减少。

压力流体的入口通道7以上面描述的方式配备有密封套筒20，并且压力流体的压力p自然地一直作用于那一侧，其中通过入口通道7而将压力流体进给至切换构件8a。

切换构件8a的另一侧又在传动活塞4的工作腔3一侧上。对于密封的关键情况是在压力流体的入口一侧是良好的，但是这在工作腔一侧上不是非常重要的因素，因为那一侧一直连接至工作腔3。这又是因为在工作腔一侧上的通道只是短暂地受压，而压力流体的入口一侧一直受压。因此，控制阀8的切换构件8a在装配有推力轴承24的工作腔3一侧上，使得在切换构件8a和冲击装置的框架之间存在间隙25。例如，通过在框架2和切换构件8a之间使用具有合适厚度的分离的间隙板或环26，间隙的尺寸就可以得以调整。推力轴承24又一直处于压力流体中并且因此从压力流体得到润滑和冷却。切换构件8a例如借助于诸如水力或电动马达的合适的旋转装置而以一种本身已知的方式经由转轴27旋转。

图5还显示了本发明的另一个实施例。在这里，箭头A所示的密封套筒20的倾斜度与图2至图4所示的是相反的。在这个实施例中，压力流体在密封套筒20上的作用类似于在其它附图中的作用，但是在移动方向上倾斜的表面的减轻作用却不存在。此外，圆圈中叉号A′表示切换构件8a的移动方向可以横向于图5的平面或者箭头A和叉号A′之间的某个地方。在这些实施例中，密封套筒20和空间2a的壁之间的压力和摩擦的作用也是相同的。

在上面，仅借助于示例在说明书和附图中描述了本发明，并且本发明决不限于说明书。实施例的不同细节可以以不同的方式实现并且它们也可以互相结合在一起。因此，在不同的附图即图1到5中的细节可以以不同的方式互相结合起来以获得实践中需要的实施例。控制阀8的切换构件8a的旋转可以通过任何本身已知的机械、电力、气动或者液压的方式得以实现。密封套筒的横截面有可以是圆形的、椭圆形的，角形的等等。类似地，例如倾斜的角度可以是45度或者是在30度至80度之间。作为盘状切换构件8a的替代，只要密封构件的端部的形状与切换构件的表面的形状一致，则切换构件8a可以是柱形的、锥形的或者球形的。也可以存在多于一个的密封构件。

Claims (6)

1.一种压力流体操作的冲击装置的旋转控制阀中的密封布置，工具(5)能够安装至冲击装置，从而能够在其纵向方向上相对于所述冲击装置的框架移动，所述冲击装置包括：工作腔(3)，所述工作腔(3)具有安装成能够在所述工具(5)的轴向方向上移动的传动活塞(4)，以通过作用在所述传动活塞上的压力流体的压力而在其纵向方向上突然地压缩工具(5)，以便对工具(5)产生应力脉冲；以及控制阀(8)，入口通道(7)和出口通道(9)通向所述控制阀(8)，以将所述压力流体引导至所述冲击装置以及引导压力流体离开所述冲击装置，并且所述控制阀具有带有通道(8b)的可旋转安装的切换构件(8a)，用于将所述入口通道(7)、出口通道(9)与所述切换构件(8a)相连接，以交替地引导所述压力流体流动通过所述通道而到达所述工作腔(3)，和相应地从所述工作腔(3)释放所述压力流体，并且为了相对于所述切换构件(8a)密封所述入口通道(7)的目的，在控制阀的所述切换构件(8a)一侧端部处的所述压力流体的入口通道(7)中，至少一个密封套筒(20)在所述压力流体的压力下朝向所述切换构件(8a)的表面延伸，其特征在于，所述密封套筒(20)相对于所述切换构件(8a)的表面在旋转方向上被倾斜地安装，并且在所述切换构件(8a)一侧上的所述密封套筒(20)的表面与所述切换构件(8a)的表面的形状大致相同。

2.如权利要求1所述的密封布置，其特征在于所述密封套筒(20)的倾斜角为45度。

3.如权利要求1或2所述的密封布置，其特征在于所述密封套筒(20)的切换构件(8a)一侧端部在所述切换构件(8a)的旋转方向上位于所述密封套筒(20)的相对端部之前。

4.如权利要求1或2所述的密封布置，其特征在于所述密封套筒(20)的远离所述切换构件(8a)的端部在所述切换构件(8a)的旋转方向上位于所述密封套筒(20)的切换构件(8a)一侧端部之前。

5.如权利要求1至4中任一项所述的密封布置，其特征在于在所述切换构件(8a)的位于所述切换构件(8a)的通道(8b)之间的表面上，存在经过所述密封套筒(20)的定位处的至少一个凹部。

6.如在前权利要求中任一项所述的密封布置，其特征在于所述密封套筒(20)在所述压力流体入口通道一侧上具有直径大于所述切换构件(8a)一侧通道的通道，使得在所述压力流体入口方向上形成压力表面，所述压力流体的压力作用在所述压力表面上并产生在所述切换构件(8a)的方向上作用在所述密封套筒(20)上的推力。

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