专利名称：分段式的密封环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分段式的密封环，一种压力密封件以及一种密封装置。
背景技术：
活塞压縮机，特别是双作用结构形式的活塞压縮机要求沿往复运动的活塞杆5进 行密封。通常要克服在曲轴箱中存在的(低的)环境压力pu而实现这种密封。在这种密 封装置4中使用的密封元件被称为密封环6、7并设置在一通常由一定数量的密封环6、7组 成的压力密封件2中，如图1中的传统构型中举例示出的那样。各密封元件这里跟随活塞 杆5不可避免的横向运动，而不会失去其密封作用。为了提高压力密封件2的使用寿命和 可靠性，将多个这样的密封环6、7相串联。密封环6、7这里可以在一腔盘件10中设置在压 力密封件2中。为了防止密封环7挤入活塞杆5和腔盘件10之间的环形间隙(特别是当 密封环材料较软或压力较高时)，可以在压力密封件2中附加地设置支承环8。在密封装置 4中通常前后顺序排列多个压力密封件2。对于这种压力密封件2或密封装置4长期以来 就由现有技术，例如由GB928 749A或US 1 008 665A已知各种不同的构型。
密封环6、7是自起动的密封件，这种密封件为了实现足够的密封效果、就是说足 够小的泄漏通常需要一定的待密封的压力差Pl_P2(图lc)。在一密封腔3中的气压在密封 环6、7的待密封的间隙中从较高的水平Pl降低到后面的密封腔3中较低的水平p2。图lc 示意性地示出在密封环6、7和活塞杆5之间形成的密封间隙中的这种压力降低。所述密封 间隙在密封环6、7的性能方面有重要的作用，因为活塞杆5和密封环6、7之间的各接触面 的相对运动会导致密封环6、7的磨损。所述密封环磨损通常要求设置切割的环形，这种环 形使得当在密封环/活塞杆密封间隙处存在材料磨蚀时密封环可以进行连续的补充调整。 这里工业上标准的是径向和切向切割的密封环6、7，所述密封环成对地安装在压力密封件 的密封腔中，以便如图lb中示意性示出的那样，相互覆盖所出现的对接间隙，以进行磨损 补偿。在切割的环形中，使用已知常用的在外周上缠绕的软管弹簧(外周弹簧)9，所述软管 弹簧即使在无压力的状态下也将密封环6、7压紧在活塞杆5上。 在径向和切向切割的密封环的组合中，朝向活塞杆的密封基本上只通过切向切割 的密封环来实现，所述密封环的环段通过切向的切口分布在磨损时能够移动合拢，并由此 保持密封作用。径向切割的密封环主要用于，沿轴向和径向的方向密封切向的密封环的磨 损间隙并在磨合阶段(Einlaufphase)受到较小的磨损。径向(切割)的密封环此时只磨 损至各环段沿圆周方向相互贴靠的程度。径向和切向切割的密封环由此发生不同的磨损。 径向切割的环由于较大的面压力始终比切向切割环磨损的快，除了这种情况以外，切向的 环通常沿圆周方向还具有不均匀的磨损，由此会出现切向切口的打开以及由此还会发生明 显提高的泄漏。由此，这种环即使在还没有达到其磨损终点(必要时通过磨损补偿间隙) 时已经丧失了其密封作用的大部分。此外，由径向和切向切割的密封环组成的密封环组合 在磨损逐渐增加时要求环段发生弹性变形，以便能够保持密封作用。由此作为用于这种密 封环组合的材料只能考虑采用允许相应的弹性变形的材料。
3
在JP 05-044850A1中已经建议，采用一种分成六个部分的分段式密封环，所述密 封环具有三个沿径向在内部形成一连续的密封面的密封段。各密封段贴靠在位于它们之间 的楔形的支承段上。在密封段磨损时，密封段径向向内移动并在此时沿支承段滑动，所述支 承段基本上保持在原有位置处。这种密封环由此受到很大的磨损，而不会丧失其密封作用。 这里除了所存在的压力，磨损率基本上只与所选择的环材料或与环/活塞的材料组合相关 并因此可能非常高，从而密封环可能非常快地发生磨损。因此，在密封段过度磨损并且由此 可能由于机械和/热的载荷而损坏或甚至破坏之前，必须及时更换所述密封环。但因为实 际的磨损从外面无法看到，必须定期地检查密封装置，这在多数情况下会导致(过早地)更 换密封环。因此可能没有最佳地充分利用密封环的使用寿命。
发明内容
因此，本发明的目的是，消除上面所述的问题，特别是给出一种密封环，这种密封 环可以受到非常大的磨损，磨损得非常缓慢，并且能够最佳地充分利用可供使用的磨损潜 力。 根据本发明这样来实现所述目的，即，设有一定数量的第一密封段、一定数量的第 二密封段和一定数量的支承段，其中各支承段和各第二密封段沿圆周方向交替地相互贴靠 地设置，各第一密封段沿轴向贴靠在第二密封段和贴靠在支承段地设置，并且在各第二密 封段上设有一轴向延伸的凸块，所述凸块沿圆周方向设置在两个相邻的第一密封段之间。 通过所述段的这种设置形式实现了，各密封段分别通过一个另外的段卸荷，并由此降低了 密封环的磨损(速)率。此外，由此，对于磨损可以以很高的程度充分利用各密封段的可供 使用的材料。 如果沿圆周方向在一轴向的凸块和相邻的第一密封段之间设置间隙，则提供了一 种磨合阶段，在该磨合阶段中第一密封段被较为强烈地挤压在对应密封面上，由此，第一密 封段的密封面相应地受到挤压。由此，从开始就实现较高的密封作用。 当支承段设计成具有比第二密封段大的内部半径时，可以减小密封环的密封面。 利用该措施可以降低通过密封环形成的摩擦热，由此对于密封件需要较少的冷却功率，或 者密封环可以在高要求的环境条件(压力、相对速度等)下使用。 当支承段和第二密封段的圆周端面相对于径向是倾斜的时，则可以简单地最佳地 调整密封环的磨损率。所述(倾斜的)角度是可以自由调整的设计参数，利用该参数可以 使密封环最佳地与相应的应用场合和要求相匹配。这里所述角度特别有利地这样来选择， 轴向的凸块的圆周端面从径向内部径向向外楔形地聚拢。 为了能够实现第一和第二密封段的整面的接触，第一密封段的圆周端面有利地对 应于轴向的凸块的楔形相对于径向倾斜。 当轴向的凸块的轴向宽度小于第一密封段的轴向宽度时，可以非常简单地实现用 于单作用的密封环的径向槽，因为此时凸块本身形成所述槽。有利可以避免由于这种轴向 的槽对第一密封段的削弱。
下面根据示意的、举例性、非限制性的并且示出有利的实施形式的图1至11说明
4本发明。其中 图1示出活塞杆的一种已知的具有径向和切向切割的密封环的密封装置，
图2和3示出根据本发明的分段式的密封环的不同的透视图，
图4至6示出根据本发明的分段式的密封环的不同的视图， 图7示出根据本发明的分段式的密封环在活塞式压縮机的压力密封件中的应用，
图8和9示出根据本发明的具有压力补偿的分段式的密封环的不同的透视图，以 及 图10和11示出根据本发明的具有压力补偿的分段式的密封环的剖视图。
具体实施例方式
按图2和3的根据本发明的分段的密封环20的透视图从两个不同的侧面示出了 密封环20。所述密封环20包括不同的环段形的段，各所述段一起构成密封环20。这里所 述密封环分别由两个第一密封段21、两个第二密封段22和两个支承段23形成。但所述密 封环20也可以设计成分别具有多于两个的各所述段21、22、23。第二密封段22和支承段 23沿圆周方向在其圆周端面25、26上相互贴靠，其中，支承段23和第二密封段交替地相互 贴靠地设置。第一段21沿轴向贴靠在第二密封段22和支承段23上。此外，在各第二密封 段22上还分别设有一轴向的凸块24，各所述凸块分别沿圆周方向设置在两个相邻的第一 密封元件21之间。如长期以来已知的那样，各单个段21、22、23可以通过(这里未示出的) 圆周弹簧9保持在一起，各所述圆周弹簧可以设置在径向外部的圆周面中的圆周槽31、32 中。 第一密封段21具有沿径向位于内部的第一密封面27，所述第一密封面在运行正 常的使用中，例如贴靠在往复运动(振荡)的活塞杆上并相对于活塞杆沿轴向方向密封。各 第二密封段22具有一沿径向位于内部的第二密封面28，所述第二密封面在运行正常的使 用中，例如贴靠在往复运动(振荡)的活塞杆上并相对于活塞杆沿轴向方向密封。由此，通 过第一密封面27和第二密封面28沿圆周方向形成一闭合的(连续的)密封面。此外第一 密封段21还覆盖第二密封段22和支承段23之间的通过圆周端面25、26形成的接缝，并且 由此还沿轴向方向密封该接缝。沿径向方向通过由第二密封段22和支承段23之间的圆周 端面25 、26形成的接缝实现密封。 第二密封段22上的轴向的凸块24的圆周端面29相对于通过密封环20的中点的 径向(线)倾斜一个角度P，从而圆周端面29从径向内部沿径向向外楔形地聚拢。第一密 封段21的圆周端面30优选平行于圆周端面29布置，由此，可以实现圆周端面29、30的整 面的接触。沿圆周方向可以在支承段和第二密封段22的圆周端面29、30之间设置一间隙 h，从而圆周端面29、30不是相同地彼此贴靠。 轴向的凸块24的轴向宽度也可以小于第一密封段21的轴向宽度，从而凸块24相 对于第一密封段21的自由端面沿轴向略微向内凹入。由此凸块24同时还在密封环20的 端面上形成一径向构成的槽，用于单作用的密封环20。对于凸块24没有向内凹入的情况， 也可以在第一密封段21上在自由端面上设置一径向的槽，以便获得单作用的密封环20。对 于双作用的密封环不需要这种径向的槽。 第二密封段22和支承段23的圆周端面25、26可以相对于径向倾斜一个角度a设
5置。支承段23具有沿径向位于内部的圆周面33，该圆周面具有比第一和第二密封段21、22 的密封面27、28(的半径)大的半径，从而在各支承段23上沿径向在内部形成一环形间隙。 这种环形间隙减小了密封环20的密封面，并由此有利地同时还减小了所产生的摩擦热。
下面参考图4至6说明根据本发明的密封环20的功能。沿径向在外部在密封环 20的各段21、22、23上作用一压力p，该压力将第一密封段21径向向内挤压。因此，在第一 阶段，第一密封段21以确定的磨损率磨损，直至间隙h闭合，并且第一密封段21贴靠在轴 向的凸块24上。第二密封段22在这个阶段支承在支承段23上，并通过支承元件23卸荷， 因为由于所存在的压力P和角度a形成一个力巳，该力试图将各第二密封段22相互压开。 因此该力巳可以在支承段23的区域内通过角度a以及必要时通过所述环形间隙调整。因 此第二密封段22在该阶段以比第一密封段21小的磨损率磨损。 当间隙h由于不同的磨损率闭合以及第一密封段21贴靠在轴向的凸块24上时 (如图5所示)，第一密封段21的磨损率降低，因为第一密封段21现在支承在第二密封段 22上，但第二密封段22的磨损率22同时提高，因为由于角度13形成一个力F2，该力向内 推压第二密封段22。由此获得了一个"平均"磨损率，第一和第二密封段21、22以该磨损率 进一步磨损。但因为两个密封段21、22被卸荷(第二密封段22通过支承段23，第一密封段 21通过第二密封段22卸荷)，实现了密封环20的较低的磨损率。这里支承段23不发生磨 损。由于角度a和P，以及必要时由于所述环形间隙，可以简单且灵活地调整密封环20的 磨损特性，从而可以针对相应的应用场合最佳地设计密封环20。 这里也可以省去间隙h。如果存在该间隙，则该间隙h用于提供一种磨合阶段，在 该磨合阶段中，第一密封段21的密封面27较为强烈地挤压在对应密封面上，以便通过由此 实现的密封面27的匹配而实现从一开始就较高的密封作用。此外，由此还确保了，与段21、 22、23的尺寸上的由于制造工艺引起的波动无关地从一开始就存在密封面27上的密封作 用。同样可以省去通过支承段23形成的环形间隙。但它同样用于，与段21、22、23的尺寸 上的由于制造工艺引起的波动无关地在一开始就可以使用在第二密封段22上的密封面28 上的密封作用。 密封段21、22以这样的方式磨损，直至各第一密封段21沿圆周方向相互贴靠。此 外，现在只有第二密封段22继续磨损。由此，在必须更换密封环20之前，可以以非常高的 程度充分利用各密封段21、22的可供使用的材料。 根据图7以活塞压縮机的活塞杆5的密封为例来说明上面所述的根据本发明的分 段式的密封环20的应用。这里，所述分段式的密封环20也设置在一压力密封件的腔盘件 10中，其中，第一密封段21朝向高的压力Pl设置。当然在压力密封件中在低的压力p2的侧 面也可以设置支承环，如参考图1所述的那样。在密封腔3中形成的高压力Pl在径向外部 作用在密封环20的各段21、22、23上。支承段23的密封面27通过其中存在低的压力p2的 环形间隙卸荷。对于其它情况，密封环20与上面针对图4至6所述的情况相同地起作用。
根据本发明的分段式密封环20也可以非常简单地实现为具有压力补偿的，如下 面参考图8和9所述的那样。所示的密封环20对应于上面所述的密封环20。附加地在第 一密封段21上在径向内部的圆周面27中加工出沿圆周方向延伸的压力补偿槽34。只要 所述凸块24和第一密封段21沿圆周方向还没有相互贴靠，存在于第一密封段21的自由端 面37上的压力也作用在压力补偿槽34中。如果第一密封段21贴靠在凸块24上，则可以设想，通过由凸块24封闭压力补偿槽34，由压力补偿槽34进行的压力补偿不再起作用，或 者压力补偿通过压力补偿槽34继续起作用。在后一种情况下设想，压力补偿槽34继续与 存在于第一密封段21的自由端面37上的压力相连通。这例如可以通过一轴向的、从自由 端面37延伸离开并通入压力补偿槽34的槽来实现。除此以外，还可以使凸块24沿轴向縮 回至这样的程度，即，当第一密封段21贴靠在凸块24上时，压力补偿槽34不是完全闭合。
第二密封段22同样可以设计成压力补偿的。为此，可以在第二密封段22的径向内 部的圆周面28中加工出沿圆周方向延伸的压力补偿槽35，但该压力补偿槽不是沿圆周方 向在第二密封段22的整个周向长度上延伸。所述压力补偿槽35通过一轴向的槽36与凸 块24的端面38相连。由此，存在于凸块24的自由端面38上的压力也作用在压力补偿槽 35中。替代轴向的槽36，第二密封段中的压力补偿槽35也可以通过一轴向的孔与该密封 段的径向外部的圆周面相连，由此，作用在所述圆周面上的压力也作用在圆周槽35中。当 然也可以设想，密封环20设计成只具有第一密封段21中的压力补偿槽34或只具有第二密 封段22中的压力补偿槽35。通过这样的压力补偿可以降低密封环20或密封环20的各单 个密封段21、22与例如活塞杆上的对应密封面之间作用的面压力，并因此降低密封环20的 磨损。 参考图10根据密封环作为压縮机的活塞杆5的密封装置的应用示出压力补偿槽 34、35的作用。在图10中示出密封环20的沿线A-A的剖视图。该分段式的密封环20这里 也设置在压力密封件2的腔盘件10中，其中，第一密封段21朝向高的压力Pl设置。当然 在压力密封件中在低的压力P2的侧面也可以设置支承环，如参考图1所述的那样。在密封 腔3中形成的高压力Pl在径向外部作用在密封环20的各段21、22、23上。在第一密封段 21上，较高的压力Pl通过压力补偿槽34沿径向在内部作用在密封面27上。在压力补偿槽 35中较高的压力Pl同样通过轴向的槽36(或者如上所述等同地通过径向的孔)作用在第 二密封段22上。在它们之间，在两个压力补偿槽34、35之间建立压力分布。
权利要求
分段式的密封环，其特征在于，设有多个第一密封段(21)、多个第二密封段(22)和多个支承段(23)，其中支承段(23)和第二密封段(22)沿圆周方向交替地相互贴靠地设置，各第一密封段(21)沿轴向贴靠在第二密封段(22)和贴靠在支承段(23)上地设置，并且在各第二密封段(22)上设有一沿轴向延伸的凸块(24)，该凸块沿圆周方向设置在两个相邻的第一密封段(21)之间。
2. 根据权利要求l所述的分段式的密封环，其特征在于，沿圆周方向在轴向的凸块(24)和相邻的第一密封段(21)之间设有间隙(h)。
3. 根据权利要求1或2所述的分段式的密封环，其特征在于，所述支承段(23)构成为具有比第二密封段(22)大的内半径。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的分段式的密封环，其特征在于，支承段(23)和第二密封段(22)的圆周端面(25、26)相对于径向倾斜。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的分段式的密封环，其特征在于，所述轴向的凸块(24)的圆周端面(29)构成为从径向内部沿径向向外楔形地会聚。
6. 根据权利要求5所述的分段式的密封环，其特征在于，第一密封段(21)的圆周端面(30)与轴向的凸块(24)的楔形相对应地相对于径向倾斜。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的分段式的密封环，所述轴向的凸块(24)的轴向宽度小于第一密封段(21)的轴向宽度。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的分段式的密封环，其特征在于，在第一密封段(21) 的径向内部的圆周面(27)内设有沿圆周方向延伸的压力补偿槽(34)。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的分段式的密封环，其特征在于，在第二密封段(22) 的径向内部的圆周面(28)内设有沿圆周方向延伸的压力补偿槽(35)，该压力补偿槽沿圆周方向在第二密封段(22)的周向长度的一部分上延伸。
10. 根据权利要求9所述的分段式的密封环，其特征在于，第二密封段(22)中的压力补偿槽(35)通过一轴向的槽(36)与凸块(24)的端面(38)相连或通过一径向的孔口与第二密封段(22)的外部的圆周面相连。
11. 由根据权利要求1至10中任一项所述的分段式的密封环(20)组成的压力密封件，所述密封环设置在一密封腔(3)中，其中第二密封段(22)的轴向的凸块(24)朝向具有高压力(P》的侧面。
12. 压縮机的活塞杆(5)与压縮机壳体之间的密封装置，具有一定数量的沿轴向并排设置的压力密封件(2)，所述压力密封件分别由根据权利要求1至10中任一项所述的分段式的密封环(20)组成，所述密封环设置在一密封腔(3)中，其中第二密封段(22)的轴向的凸块(24)朝向具有高压力(Pl)的侧面。
全文摘要
本发明涉及一种密封环，该密封环可以承受非常大的磨损，磨损得非常慢并且最佳地充分利用可供使用的磨损潜力，为了实现这种密封环，建议了一种分段式的密封环(20)，该密封环具有一定数量的第一密封段(21)、一定数量的第二密封段(22)和一定数量的支承段(23)，其中支承段(23)和第二密封段(22)沿圆周方向交替地相互贴靠地设置，各第一密封段(21)沿轴向贴靠在第二密封段(22)和贴靠在支承段(23)上地设置，并且在各第二密封段(22)上设有一沿轴向延伸的凸块(24)，该凸块沿圆周方向设置在两个相邻的第一密封段(21)之间。
文档编号F16J15/18GK101793325SQ20101010401
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年1月29日
发明者A·扬德尔, C·霍尔德, T·林德纳-西尔韦斯特 申请人:贺尔碧格压缩机技术控股有限公司