CN1294371C - 改进的密封圈 - Google Patents

Abstract

一种改进的密封圈(1)，包括环状的本体元件，其具有：径向内表面(5)，径向外表面(6)，第一轴向端面(15)和第二轴向端面(21)。该密封圈(1)也包括多个孔洞(25)，它们从径向外表面(6)朝向径向内表面(5)向内凸出。经过密封圈(1)的这些孔洞(25)的凸出形成侧壁(27)，这些侧壁在轴向端面(15，21)之间且在径向上从密封圈(1)的径向外表面(6)朝向密封圈(1)的径向内表面(5)凸出。密封圈(1)上附加的孔洞(25)增加了密封圈(1)在密封压缩期间的变形，同时侧壁(27)提供了在压缩和解压的反复循环过程中密封圈(1)的弹性恢复。密封圈(1)也包括从两轴向端面(15，21)轴向地伸出的圆环形凸起(23)。该轴向凸起(23)将端面(15，21)分成轴向内端面(13，19)和轴向外端面(15，21)。该轴向内端面(13，19)相对于轴向外端面(15，21)凹进，从而在轴向内端面(13，19)测得的密封圈(1)的厚度小于在轴向外端面(15，21)测得的密封圈(1)的厚度。

Description

改进的密封圈

技术领域

本发明涉及密封件，经常被称作密封垫，其用于在相对的平行表面之间使液体或者气体紧密密封地接合。

详细说来，本发明涉及金属密封件，其提供塑性变形，以便在基本为平面的平行表面之间获得极低的泄漏率。

背景技术

通常使用的密封圈是圆环状的，并且具有“C”形的径向截面。这些“C形密封件”构造为这样两种形式，即：带有如美国专利US5354072中描述的朝向该密封圈中心的C结构的开口一侧，以及带有朝向远离该密封圈中心的C形的开口一侧。由于两个平行的表面在中间与C形密封件接合在一起，所以C形密封件受到压缩，其C形截面的开口一侧在压缩期间靠拢。该密封件的弹性允许发生塑性变形，而不会损坏配合表面。为了增加该密封件的弹性恢复，某些C形密封件设有环状的弹性螺旋弹簧，该弹簧同心地设置在该密封件的中心内，也改变了耐压和弹性性能，从而达到特殊密封组件需要的性能。但不幸的是，制造带有内部的螺旋弹簧的C形密封件相对比较复杂，导致满意的密封件的结构一般不能够再现。

某些C形密封件设有圆环形凸起，在本领域也称作“三角形区(delta)”，其形成在和将要被密封的两相对的平行表面相互接触的表面上。这些凸起减小了该密封件和平行的相对表面之间的最初接触面积，从而需要较小的负载就能使密封件塑性变形，以便在平行表面内容纳较小的变形。不幸的是，当压缩该密封件时，带有圆环形凸起的C形密封件在圆环形凸起和C形密封件的外表面之间经常形成空腔。虽然这种密封件可以是防泄漏的，或者具有在容忍范围内的足够低的泄漏量，但是如果在该圆柱形空腔和该密封件的内部通道之间存在泄漏，那么就会允许气体或者液体在其间缓慢流动。尽管防泄漏密封件是有效的，但是该密封件的测试可以错误地并且不希望地反映出泄漏的存在，因此这种情况被称为“虚泄漏”。

另外一种已经得到的密封件通常被称为“V形密封件”，其也是圆环状的，但不是“C”截面，该密封件具有V形截面，该V形的低点构造为向内朝向密封件的中心或者向外朝向密封件的中心。虽然这种结构通常提供足够的变形，但是V形密封件通常不能提供特别好的弹性恢复或者反复性，因为V形密封件的该点形成应力集中源，集中了压缩载荷并且使得该密封件在反复的压缩和解压的情况下易于破坏。

本领域中另外的密封件包括“Z形密封件”和简单的“O形圈”。但是，这些密封件中的每一种也都具有明显的缺陷。

这样，就需要提供一种改进的密封圈，其能够提供在轴向相对的平行表面之间的密封接合，其具有高度的弹性，或者也叫做回弹。详细说来，在已经经历了预定压缩力的释放之后，需要该密封圈基本上恢复到其原始尺寸。

也需要提供一种改进的密封圈，其能够经受相当数量的压缩和解压的循环，并且之后仍然能够提供基本上防泄漏的密封。

此外，需要提供一种改进的密封圈，其难于表现出虚泄漏。

另外，需要提供一种通用的密封圈，这样，其能够以各种尺寸和大小来构造。

发明内容

本发明通过提供一种改进的密封圈，其克服了上述的缺陷。类似于上述密封圈的该密封圈包括环状的本体元件，其具有用于气体或者液体通道的轴向排列孔。该密封件还包括径向内表面、径向外表面以及第一和第二轴向端面，第一和第二轴向端面趋向于和相对的平行表面接合，意图是使密封接合位于它们之间。

本发明的密封圈还包括多个孔洞，它们从密封圈的径向外表面朝向密封圈的径向内表面向内凸出。这些孔洞的形成产生了多个侧壁，这些侧壁在径向上沿着这些孔洞的长度延伸，并且沿着轴向位于密封圈轴向端面之间。该多个孔洞可以采用任意的构造。例如，最好通过从密封圈的径向外表面向密封圈的中心的径向钻削来制造这些孔洞，从而将成本降到最小，并且降低制造难度。用这种方式制造的孔洞具有圆形的截面，然而，这些孔洞在形状上也可以是大致长方形，以形成沿着轴向在密封圈的轴向端面之间延伸并且沿着径向在密封圈的内外径向表面之间延伸的基本为平面的侧壁。在另一替换的优选实施例中，将这些平面侧壁构造为相对于密封圈的轴线成一角度，从而以平行四边形的形式在密封圈的径向外表面上形成开口。

为简化起见，虽然这些孔洞可以具有不脱离本发明的精神和范围的其他截面形状，但是在此，这些孔洞将主要被描述为具有圆形截面。孔洞的数量和它们的直径可以改变，这取决于密封组件需要的机械性能。例如，孔洞数量的增加或者孔洞直径的增加导致密封圈内部的侧壁厚度的相应减小，其将改变该密封件的机械性能，包括密封圈变形能力的增加。但是，孔洞数量的这种增加或者孔洞直径的增加可以减小压缩和解压之后该密封件的弹性恢复(回弹)。在优选实施例中，这些孔洞是圆柱形的，并且具有密封圈厚度的25％-75％之间尺寸的直径。小于25％的直径将显著地减小密封圈弹性变形的能力。同时，超过密封圈厚度的75％尺寸的加大直径将减弱该密封件的结构完整性，并且使密封件在压缩期间容易破坏。在本发明的优选实施例中，该孔洞具有接近密封圈厚度的50％的直径。

在优选实施例中，该密封圈包括10-150个孔洞，从而形成相对应的形成在轴向端面之间的10-150个径向延伸侧壁。在进一步优选的实施例中，本发明的密封圈包括20-30个孔洞，从而形成相对应的20-30个径向和轴向延伸的侧壁。

本发明的密封圈也包括圆环形的凸起，其从轴向端面沿着轴向凸出。这些圆环形凸起也被本领域技术人员称作“三角形区”，其将轴向端面分成轴向内端面和轴向外端面，各个轴向内端面同轴地位于轴向外端面之内，因此其更加接近密封圈的中心。重要的是，轴向内端面相对于轴向外端面在轴向上偏移。具体说来，轴向内端面相对于轴向外端面凹进，从而在轴向内端面测得的密封圈的厚度小于在轴向外端面测得的密封圈的厚度。通过在压缩过程中阻止轴向内端面和相对的平行表面的接合能力，偏移的轴向端面能够消除密封件形成虚泄漏的倾向。

本发明还提供了一种密封圈，其适于在轴向上被压缩和解压，从而形成在第一和第二轴向相对的基本平行的表面之间的密封接合，所述的密封圈由硬的弹性材料构成，并且包括：环状的本体元件，其具有用于气体或者液体通道的轴向排列孔；径向内表面；径向外表面；第一和第二轴向端面，它们趋向于与轴向上相对的基本平行的表面接合；圆周上的凹槽，其从所述径向外表面朝向所述径向内表面在第一和第二轴向表面之间向内凸出，并且在所述径向外表面的圆周上延伸；设置在所述圆周上的凹槽内的多个侧壁，所述的侧壁沿着在所述的轴向表面之间的第一方向和从所述的径向外表面朝向所述的径向内表面的第二方向延伸。

本发明还提供了一种C形密封圈，其适于在轴向上被压缩和解压，从而形成在第一和第二轴向相对的基本平行的表面之间的密封接合，所述的密封圈由单件的、硬的弹性固体金属材料构成，并且包括：环状的本体元件，其具有大致C形的截面，并具有用于气体或者液体通道的轴向排列孔；径向内表面；径向外表面；第一和第二轴向端面，它们趋向于与轴向上相对的基本平行的表面接合；第一圆环形凸起，其从第一轴向端面沿着轴向凸出，将所述的第一轴向端面分成第一轴向内端面和第一轴向外端面，所述第一圆环形凸起设置成：与所述径向外表面相比，更靠近所述径向内表面；第二圆环形凸起，其从第二轴向端面沿着轴向凸出，将所述的第二轴向端面分成第二轴向内端面和第二轴向外端面；所述第二圆环形凸起设置成：与所述径向外表面相比，更靠近所述径向内表面；其特征在于，所述的轴向外端面相对于轴向内端面偏移，在所述的轴向内端面之间的距离小于所述的轴向外端面之间的距离。

因此，本发明的一个目的是提供能够多次反复使用的、高质量的、廉价且可靠的密封圈，以便在两平面之间提供一种密封。

本发明的另一目的是提供一种密封圈，其提供显著的弹性，从而提供一种实质上防泄漏的密封件。

本发明的另一目的是提供一种密封圈，其提供基本的弹性恢复，从而该密封件能够经受相当数量的压缩和解压循环，并且仍然提供实质上防泄漏的密封。

本发明的另一目的是提供一种密封圈，当压缩密封件时其不会形成同轴的空腔，从而产生表示虚泄漏特征的密封。

此外，本发明的一个目的是提供一种密封圈，其易于制造且能够以多种尺寸和大小制造。

从下面接合附图进行的详细描述中，本领域技术人员将会理解本发明的这些和其他特征及好处。

附图说明

图1是本发明的密封圈的正视图；

图2是沿着图1中的2-2线剖开的本发明的密封圈的剖面图；

图3是本发明的密封圈的剖面图；

图4是处于压缩的现有技术的密封圈的放大的剖面图；

图5是处于压缩的本发明的密封圈的放大的剖面图；

图6是沿着图2中的6-6线剖开的剖面图；

图7是包括圆柱形孔洞的本发明的密封圈的侧视图；

图8是本发明的密封圈的部分侧视图，示出了具有正方形截面形状孔洞的实施例；

图9是本发明的密封圈的部分侧视图，示出了具有状似平行四边形孔洞的实施例；

图10是本发明的密封圈的剖面侧视图，解释了作为密封件在具有一轴向通道的两相对的平行表面之间它的作用。

具体实施方式

虽然本发明可以有如附图所示的各种形式的实施例，但是下面将要描述的本发明的优选实施例，应该理解为：该公开被认为是对本发明的例证，并非想将本发明限定到例示的特定实施例。

如图所示，本发明的密封圈1包括环状的本体元件3，其具有允许气体或者液体从此经过的轴向排列的中心孔4。由于密封圈1的环状结构，所以密封圈1包括：径向的内表面5，径向的外表面6，第一轴向端面11和第二轴向端面17。这些表面中的每一个均可以采用任意的造型。它们可以是基本上平坦的和平面的，或者基本上曲面的。例如，如图3中所示，径向内表面5包括平坦的区域7和弯曲的区域9。相似地，如图中所示，径向外表面6包括平坦的表面和倾斜的邻接部分。这些表面可以采用其他的形式，只要不脱离本发明的构思。

本发明的密封圈1还包括多个孔洞25，它们从该密封圈的径向外表面6朝向密封圈的中心孔4凸出。这些孔洞25的形成产生了多个侧壁27，这些侧壁也从密封圈的径向外表面6沿着径向延伸，并且沿着轴向位于密封圈轴向端面11和17之间。尽管经常将术语“孔洞”解释为具有一圆形截面的开口凸出，但是在此使用的“孔洞”趋向于广泛地解释为包括许多形状截面的孔。比如，孔洞25可以具有如图8所示的正方形或者长方形的截面，或者孔洞25可以具有这样的截面，即：侧壁27是平面并且相对于密封圈1的轴线倾斜，从而形成具有平行四边形形状的截面，如图9中所示。可以相信，具有形成孔洞25的非轴向排列的侧壁27的密封圈1特别适合这样的场合：为了特定的载荷，密封圈1需要明显的变形。此外，一般来说，虽然孔洞在轴向上从径向外表面向密封圈的中心凸出，但是这些孔洞也可以沿着曲线路径向密封圈中心凸出，或者可以朝着轴向的方向倾斜，只要不脱离本发明的精神或者范围。

同时，如图2、3和7所示，在一优选实施例中，通过沿着径向钻削形成具有圆形截面的圆柱孔，从而制造孔洞25。可以相信，这种形状的孔洞造价最廉价，并且最易于制造。本发明的密封圈1可以包括任何数量的孔洞25。然而，密封圈1最好包括足够的孔洞25，以便在压缩载荷之下有效地增加密封圈的塑性变形，但是孔洞不能太多，那样由于减小了侧壁27的厚度将会危及密封圈1的结构完整性，从而导致它们在反复压缩和解压的循环作用下，易于破坏。在一优选实施例中，密封圈1包括在10到150个之间的径向排列的孔洞25。更好的是，密封圈1包括在20到30个之间的孔洞25。如图6中所示，优选的密封圈1包括24个孔洞。

如上所述，侧壁27可以具有许多不脱离本发明的精神和范围的形状。例如，当孔洞25在形状上为圆柱形时，该圆柱形从接近径向外表面6的外部末端朝向密封圈的中心具有固定的直径，侧壁27具有这样的截面：其基本上为凹面并且从径向外表面6朝向密封圈中心具有变小的厚度。同时，参考图8和9，在此，侧壁27基本上为平面并且沿着它们的径向长度具有固定的厚度，这样孔洞25将具有朝向密封圈1的中心减小的截面。此外，侧壁27不必在孔洞25的整个长度上延伸。例如，如图2、3和7所示，侧壁27可以包括凹坑29。设置该凹坑29，以便能使密封圈1***保持器(未示出)。保持器为一基本上平整的板件，其具有尺寸能够容纳密封圈1的侧壁凹坑29的一个或者多个孔。如本领域技术人员所理解的那样，参考图10，通过在压缩密封圈1之前，将包括一个或者多个密封圈的保持器放置在在两个相对的平面31之间，可以更容易地以正确对准的方式放置一个或者多个密封圈，并且将它们定位在两个相对的平面31之间。

参考图4，通常现有技术的C形密封件包括在它们轴向端面的圆环形凸起。当压缩C形密封件以形成密封件接合时，由于在圆环形凸起上的压缩，C形密封件的开口端具有靠拢的趋势，并且在C形密封件靠拢一侧上具有增加的硬度。当发生这种情况时，对于轴向端面和径向内表面5相交叉的那点，通常也和相对的平面31接合。尽管C形密封件可以形成较好的防漏密封，但不幸的是，形成了可以容纳来自该密封件中心的气体或者液体的空腔33，并且随后其可以泄漏这些内含物，返回该密封件的中心。图4画出了空腔33的剖面图，其已经被放大到能够看见它的位置。事实上，圆环形凸起23一般只有千分之几英寸高，并且当压缩该密封件时它们经历足够的塑性变形。结果是，空腔33几乎不能被人的肉眼看见。但是，密封圈的空腔33能够存放气体或者液体，并且将气体或者液体传送到该密封件的中央，由于这能够反映出在该密封件中事实上不发生泄漏的地方存在泄漏，所以它是非常麻烦的。有利的是，在一优选实施例中，本发明的密封圈1消除了这种“虚泄漏”。

如图3、5和10中所示，本发明的密封圈1包括圆环形的凸起23，其从轴向端面11和17轴向地凸出，凸起23将第一轴向端面11分成第一轴向内端面13和第一轴向外端面15。相似地，从第二轴向端面17凸出的凸起23将该轴向端面分成第二轴向内端面19和第一轴向外端面21。本发明的一个目的是，相对于轴向外端面15和21，轴向内端面13和19向内凹进，从而产生偏移量。如图5所示，在轴向内表面13和19测得的密封圈1的厚度小于在轴向外端面15和21测得的密封圈1的厚度。这种偏移允许出现一间隙39，其保持在轴向内端面13和19以及相对的两平行平面31之间。该间隙允许将增加的负荷施加到凸起23上，其在密封期间增加该凸起的变形，并且因此提高了获得防泄漏密封的可能性。此外，该间隙也保证了在轴向内端面13和19以及两相对平面之间不形成能够产生“虚泄漏”的空腔33。

在轴向外端面15和21以及轴向内端面13和19之间的偏移量可以为任意的距离，该距离需要保证不发生虚泄漏。该距离可以根据这些因素而改变，即：密封圈的材料，凸起23的高度，通过相对的平行平面31施加到该密封组件上的压力，孔洞25的数量和直径，孔洞25的深度，侧壁27的厚度，侧壁27的长度，等等。在优选实施例中，该偏移量为至少0.001英寸。

本发明的密封圈1可以采用不脱离本发明的精神和范围的多种不同结构。参考图2、3和6，下面提供特别适于极低泄漏率的该优选的密封圈1的尺寸。

                         尺寸/度数

A                        0.228±0.002

B                        0.268-0.271

C                        0.282±0.002

D                        0.028±0.002

E                       0.017

F                       0.028±0.002

G                       15°

H                       0.051

I                       0.010±0.002

J                       0.005

K                       0.015

L                       0.010±0.002

M                       45°

N                       0.057

O                       45°

P                       0.002-0.0025

Q                       90°

R                       0.060-0.062

S                       0.055

T                       0.017

该密封圈1可以由适于密封的任意材料制造。然而，密封圈1最好由诸如铝、铜、银、镍、钢或者比如耐蚀镍基合金之类的材料来制造。在优选实施例中，密封圈1由不锈钢制造。然而，密封圈也可以由包括弹性体在内的其他材料制造，只要不脱离本发明的精神和范围。

这样，就已经用能够使本领域技术人员制造和使用它的术语描述了本发明，并且已经确定了实现它的最佳形式。

Claims (8)

1、一种密封圈，其适于在轴向上被压缩，从而形成在第一和第二轴向相对的基本平行的表面之间的密封接合，所述的密封圈由硬的弹性材料构成，并且包括：

环状的本体元件，其具有用于气体或者液体通道的轴向排列孔；

径向内表面；

径向外表面；

第一和第二轴向端面，它们趋向于与轴向上相对的基本平行的表面接合；其特征在于，所述密封圈还包括：

多个孔洞，它们从所述径向外表面朝向所述径向内表面径向向内凸出。

2、如权利要求1所述的密封圈，其特征在于，所述的多个孔洞是基本圆柱形的，并且具有在所述第一轴向端面到第二轴向端面之间测得的所述密封圈厚度的25％至75％的直径。

3、如权利要求2所述的密封圈，其特征在于，所述的多个孔洞具有接近在所述第一轴向端面到第二轴向端面之间测得的所述密封圈厚度的50％的直径。

4、如权利要求1所述的密封圈，其特征在于，所述的密封圈包括10至150个孔洞。

5、如权利要求2所述的密封圈，其特征在于，所述的密封圈包括20至30个孔洞。

6、一种密封圈，其适于在轴向上被压缩和解压，从而形成在第一和第二轴向相对的基本平行的表面之间的密封接合，所述的密封圈由硬的弹性材料构成，并且包括：

环状的本体元件，其具有用于气体或者液体通道的轴向排列孔；

径向内表面；

径向外表面；

第一和第二轴向端面，它们趋向于与轴向上相对的基本平行的表面接合；

圆周上的凹槽，其从所述径向外表面朝向所述径向内表面在第一和第二轴向表面之间向内凸出，并且在所述径向外表面的圆周上延伸；

设置在所述圆周上的凹槽内的多个侧壁，所述的侧壁沿着在所述的轴向表面之间的第一方向和从所述的径向外表面朝向所述的径向内表面的第二方向延伸。

7、如权利要求6所述的密封圈，其特征在于，所述的密封圈包括10至150个侧壁。

8、如权利要求6所述的密封圈，其特征在于，所述的密封圈包括20至30个侧壁。

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