密封件以及制造和/或使用密封件的方法
【专利摘要】一种密封件及制造该密封件的方法，其使得使用寿命增加，并且优选地配置为提供动态密封和静态密封，同时展示改进的刚度。
【专利说明】
密封件以及制造和/或使用密封件的方法
技术领域
[0001]本发明通常涉及密封件，并且更具体地，涉及适于在极端环境中使用和/或适于延长使用寿命的密封件。
【背景技术】
[0002]常规的密封件易于在极热或使用相对较短的使用寿命后失效。提供一种密封件可能是有利的，其可包括:静态密封件，其较好配置为防止介质迀移到压盖区域;其形成优越的动态密封;其配置为允许在由相关联的壳体和压盖提供的空间内热和/或化学膨胀;其有足够的刚度，以承受长时间使用的恶劣环境;其适于用作新设备的部分，或者可以改型到现有设备中；和/或其提供较长的使用寿命。
【发明内容】
[0003]简而言之，本发明的一个实施例涉及一种密封件，其配置为密封可在轴向方向上移动的动态表面。密封件可以包括密封件主体，其具有配置为在使用期间与动态表面相邻的第一轴向密封表面，第二轴向密封表面，第一径向密封表面，以及第二径向密封表面。密封件主体优选包括环，主密封件，以及加载元件。环可具有包括第一轴向环表面的外环表面。第一轴向环表面可形成第一轴向密封表面的一部分。主密封件可布置在外环表面上，并形成第一轴向密封表面的一部分以及形成第二轴向密封表面的一部分。主密封件可形成动态密封，其配置为在使用期间接合动态表面。加载元件可设置在主密封件上，并形成第二轴向密封表面的一部分。加载元件可在第一径向密封表面上形成静态密封。
[0004]在一个单独的方面，本发明涉及一种使用密封件的方法，所述密封件被配置为密封可在轴向方向上移动的动态表面。该方法包括以下步骤:提供密封件主体，其具有配置为在使用期间与动态表面相邻的第一轴向密封表面，第二轴向密封表面，第一径向密封表面，以及第二径向密封表面，密封件主体包括环，主密封件，以及加载元件;其中提供的步骤还包括，环具有包括第一轴向环表面的外环表面，第一轴向环表面形成第一轴向密封表面的一部分，环包括刚性材料;其中提供的步骤还包括，主密封件布置在外环表面上，形成第一轴向密封表面的一部分，并形成第二轴向密封表面的一部分，主密封件形成配置为在使用期间接合动态表面的动态密封，主密封件包括耐磨材料，该材料无弹性;其中提供的步骤还包括，加载元件布置在主密封件上并形成第二轴向密封表面的一部分，加载元件在第一径向密封表面上形成静态密封，加载元件包括耐化学弹性材料;并且在密封件主体上施加轴向压缩。
[0005]在一个单独的方面，本发明涉及一种制造密封件的方法，所述密封件被配置为密封可在轴向方向上移动的动态表面。该方法包括以下步骤:提供密封件主体，其具有配置为在使用期间与动态表面相邻的第一轴向密封表面，第二轴向密封表面，第一径向密封表面，以及第二径向密封表面，密封件主体包括环，主密封件，以及加载元件;其中提供的步骤还包括，环具有包括第一轴向环表面的外环表面，第一轴向环表面形成第一轴向密封表面的一部分，环包括刚性材料;其中提供的步骤还包括，主密封件布置在外环表面上，形成第一轴向密封表面的一部分，并形成第二轴向密封表面的一部分，主密封件形成配置为在使用期间接合动态表面的动态密封，主密封件包括耐磨材料，该材料无弹性;并且其中提供的步骤还包括，加载元件布置在主密封件上并形成第二轴向密封表面的一部分，加载元件在第一径向密封表面上形成静态密封，加载元件包括耐化学弹性材料。
[0006]在一个单独的方面，本发明涉及一种密封件，其配置为密封可在轴向方向上移动的动态表面。密封件可包括动态密封，其配置为在使用期间接合动态表面，以及静态密封，由形成扩大的楔形形状的第一和第二唇表面形成，以在极端的应用过程中增强有效性。
[0007]在一个单独的方面，本发明涉及一种密封件，其配置为密封动态表面和静态表面。静态密封由第一和第二密封唇形成，优选地在它们之间具有约65度至约80度的角度。
[0008]在一个单独的方面，本发明涉及一种密封件，其配置为密封可在轴向方向上移动的动态表面，并抵靠静态表面形成静态密封，以防止介质进入压盖区域。密封件在静态密封的一侧上具有切口，并在静态密封的另一径向侧上具有空腔，其配置为使得当在径向横截面中看时，切口和空腔具有大致相同的直径和曲率半径。
[0009]在一个单独的方面，本发明涉及一种密封件，其配置为密封可在轴向方向上移动的动态表面，其抵靠静态表面形成静态密封，以防止介质进入压盖区域。密封件具有加载元件，在径向密封表面上形成静态密封，并朝向动态表面驱动动态密封。
[0010]在一个单独的方面，本发明涉及一种密封件，其配置为密封可在轴向方向上移动的动态表面，并抵靠静态表面形成静态密封，以防止介质进入压盖区域。密封件具有加载元件，其配置为使得由上游介质施加在密封件上的压力导致大致相等量的压力施加到具有动态表面的动态密封上以及大致相等量的压力施加到静态密封上。
【附图说明】
[0011]前面的概述，以及本发明的优选实施例的以下详细描述将在结合所附附图阅读时更好地理解。为了说明本发明的目的，在附图中示出目前优选的实施例。然而，可以理解的是，本发明不限于所示的精确设置和手段。在附图中:
[0012]图1是根据本发明一个优选的实施例的密封件的部分径向剖视图，其定位在柱塞周围并在壳体和压盖内；
[0013]图2是图1的密封件的部分径向剖视图；并且
[0014]图3是图1的密封件的一段的透视图。
【具体实施方式】
[0015]某些术语用于以下的说明书中仅为了方便而不是限制性的。词语“右”，“左”，“顶”和“底”在图中指定方向，进行参考。单词“向内”和“向外”分别是指朝向和离开密封件的几何中心，并指定其部分。如在说明书和/或在说明书的相应部分中使用的术语“动态表面”，意思是“相对于另一个表面运动的任何表面”。例如，当密封件抵靠壳体固定在静止位置，除了与移动部分相互连接的一侧之外，然后可移动部分的接触表面可以被认为是动态表面。动态表面的一些实例是轴的外表面，活塞轴的外表面，柱塞的外表面，气缸孔的内表面，活塞杆的外表面，阀等。术语“轴向”用于权利要求和说明书的相应部分中，与密封件的各表面和相关组件相关。然而，本领域普通技术人员将会理解，使用术语“轴向”并不意味着精确线性和/或水平表面，而是用来一般指示表面，除非另有说明。例如，轴向表面可包括锯齿轮廓，通道或其中的类似物。类似地，术语“径向”用于权利要求和说明书的相应部分中，与密封件的各表面和相关部件相关。然而，本领域的普通技术人员将理解，使用术语“径向”并不意味着精确线性和/或竖直表面，而是用于与附图相关一般指示表面，除非另有说明。例如，径向表面可以包括形成密封件、空腔等的唇。如在权利要求和/或说明书中的相应部分所使用的语言“‘A’，‘B’和‘C’中的至少一个”，是指“具有至少一个‘A’的任何组;或具有至少一个‘B’的任何组;或具有至少一个‘C’的任何组;一并且确实需要一组具有每个和‘C’中的至少一个”。另外，词语“a”和“an”被限定为包括一个或多个所参照的项目，除非另有特别说明。术语包括上面特别提到的词语，它们的衍生物，以及类似含义的词。
[0016]参照图1-3，其中类似的标号在全文中指示类似的元件，示出了密封件10的优选实施例，其优选用于在重载应用中增加栗包封的使用寿命，如水力压裂流体栗。密封件10优选地构造成适合用于非常大的水力压裂流体栗的最初制造以及用于这种栗的改型。根据本发明密封件10的结构及其相应功能使密封件10比现有工业标准的密封件使用寿命增加。可替代地，密封件10可用于任何合适的应用，而不脱离本发明的范围。
[0017]参照图1，密封件10优选地配置为密封可在轴向方向14上移动的动态表面12。密封件主体16优选具有配置为在使用期间与动态表面12相邻的第一轴向密封表面18。在图1所示的应用中，第一轴向密封表面18是径向内轴向表面。然而，本领域的普通技术人员将理解，取决于密封件10所使用的应用，第一轴向密封表面18可以是外轴向密封表面，而不脱离本发明的范围。例如，如果本发明的密封件10用于形成抵靠活塞孔动态表面的密封件，然后第一轴向密封表面18实际上是外轴向密封件。当密封件10用作如图1所示的栗包封的一部分时，然后优选的是，第一轴向密封表面18与柱塞、活塞杆等形成的动态表面12相邻。
[0018]参照图2，密封件主体16优选地包括在该图的顶部示出的第二轴向密封表面20。在密封件10的径向横截面的右侧是第一径向密封表面22。在密封件10的横截面的左侧是第二径向密封表面24。密封件主体10优选地包括环26，主密封件28和加载元件30。本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，其他组件可以结合到密封件主体10中，而不脱离本发明的范围。
[0019]环26优选由设计用于压力等级的应用的刚性的，工业标准备份材料制成。优选的是，使用现有的制造技术从钢坯备料加工环26。可用于制成环26的材料的一个例子为不加固的、基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-P)的半结晶热塑性塑料。优选的是，环26具有在73华氏度、约8500镑每平方英寸测量的剪切强度。然而，本领域的普通技术人员将从本公开理解，如权利要求中使用的术语“刚性”，包括了 “约7万镑每平方英寸以上的任何剪切强度”。然而，本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，任何合适的材料或制造技术可用于制造环26，而不脱离本发明的范围。根据不同的应用，所选择的具体材料、优选的特性可以不脱离本发明的范围而变化。例如，如果应用需要高耐热性，然后选择用于本发明的任何组件的材料可以不脱离本发明的范围而变化。环26优选地具有外环表面32，包括第一轴向环表面34。第一轴向环表面34优选形成第一轴向密封表面18的一部分。如图1和2所示，当在径向横截面中观察时，环26优选地具有大致直线形状。优选的是，当如图2所示取向时，环26的宽度比环26的高度稍大。此外，环26的上左部优选包括斜边36。斜边大致延伸到密封件10中，随着一个沿着斜边大致向上向右沿着环26的左侧移动。尽管优选的是环26具有大致直线形状，本领域普通技术人员将从此公开内容理解，任何合适的横截面形状可由环26使用，而不脱离本发明的范围。例如，第一轴向环表面34可以在其中具有通道，以便润滑剂流动或降低质量，而不脱离本发明的范围。如图2中最佳所示，环26的位置在横截面的左下部，是优选的(当在其径向横截面观察时)，但不是必须的。参照图1，环26优选地支撑在载体42中，相邻于在载体42和从密封件10大致向左延伸的动态表面12之间的间隙84。优选的是，环26本身并不直接贡献于抵靠动态表面12的密封。相反，优选的是，环26防止或减少主密封件的“隆起”进入间隙84。也就是说，当密封在极端压力下使用延长的时间周期时，可能的是，不存在环26，主密封件28可以逐渐变形并延伸到间隙84中。随着时间推移，这种变形可能会增加，开始填充间隙84，消除密封件10的动态密封，并产生密封件10的使用失效。
[0020]此外，尽管优选的是环26是从主密封件28分离形成的组件，本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，他们可以在单一操作中形成，而在处于环26的区域中时稍微改变材料组成，而不脱离本发明的范围。同样地，整个环可以由单一制造过程制成，能够改变整个密封件10的属性，而不脱离本发明的范围。这样，虽然环26，主密封件28，以及加载元件30作为单独的组件进行讨论，但是组件中的一个或多个可以在一个或多个步骤中制造为单一组件，而不脱离本发明的范围。
[0021]主密封件28最好布置在环26的外环表面32上。参照图1和2，优选的是，当在径向横截面观察时，主密封件28与环26的顶部和右侧的大部分重叠。主密封件材料优选地选择为高耐磨性和密封能力。主密封件28优选用作本设计的主要密封件，并且它的高耐磨性显著地提高了密封件10的寿命。例如，可用于形成主密封件28的一种优选的材料是增强超高分子量聚乙烯。测试材料的耐磨性的一种方法已知为泥沙测试。使用泥沙测试，优选的是主密封材料具有约钢的十倍的耐磨损性。如权利要求中使用的术语“耐磨”限定为“材料具有如使用泥沙测试确定的钢的耐磨损性的至少八倍”。本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，任何合适的材料可用于主密封件28，而不脱离本发明的范围。主密封件28优选地形成第一轴向密封表面18的一部分，并优选地还形成第二轴向密封表面20的一部分。如在图2中最佳所示的，第一轴向密封表面18大致邻接密封件10的横截面区域的底部，而第二轴向密封表面20大致邻接密封件10的横截面区域的顶部。
[0022]本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，无论第一和第二轴向密封表面18，20是否定位为所示那样或者反转，相对于权利要求或密封件10的功能并不重要。这样，第一和第二轴向密封表面18，20的定位可以根据使用密封件10的应用而反转。也就是说，密封件10可配置为使得动态密封38(下面进一步描述)配置在密封件10的径向内表面上，或使得动态密封38配置在密封件10的径向外表面上，而不脱离本发明的范围。
[0023]主密封件28优选从环26的顶部大致向上延伸，以形成第二轴向密封表面20的一部分。仍参照图2，主密封件28的左端优选地具有斜边40。优选的是，左上斜边40流入大致光滑的线性表面43，其可形成第二轴向密封表面20的左部。
[0024]优选的是，主密封件28形成动态密封38，其配置为在使用期间接合动态表面12。动态密封38优选提供与动态表面12的密封(其在优选的应用中是往复柱塞的表面)。虽然图1示出了动态密封38与动态表面12的体积共同延伸，本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，在使用中，动态密封38通常不会穿过动态表面12的外部。图1中的密封件10的图示只是为了提供想要的径向压缩的一些想法，其在密封件10被压配在动态表面12、密封件保持器42(在一些应用中，密封件保持器将是压盖)和容器44(在一些应用中，容器可指的是压缩壳体，包封箱等)之间时出现。优选的是，主密封件28包括耐磨材料，该材料无弹性。保持器可具有在右侧位于开口周围的圆周肩部86。当密封件在运输时已经定位在载体42中以用于栗或其他应用时，圆周肩部可对将密封件10保持在载体42内非常有用。另外，在一些实施例中，圆周肩部86的尺寸最好允许密封件10可以卡入载体42。这可以大大方便装配和运输，并简化改造现有设备的位置。
[0025]如图2中最佳示出，优选的是至少有一个通道46由主密封件28大致沿第一轴向密封表面18限定。优选的，但不是必要的，至少一个通道46大致具有半球形横截面形状。然而，本领域的普通技术人员将理解，通道46可具有任何横截面形状，而不脱离本发明的范围。进一步优选的是，主密封件28包括大致轴向远离环26延伸并终止于扩大的头部50中的细长部48。本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，细长部48可从第一轴向环表面34倾斜多达四十五度45j并仍然被认为大致从其轴向延伸。优选的是，细长部48具有一般约为环26的厚度的一半，如图2所示。还优选，但不是必要的，扩大的头部50具有如径向剖视图中观察的大致直线形的右上部和左上部。优选的是，扩大的头部50比细长部48厚约百分之十(10%)至约百分之三十(30%)(即，更高如在图中观察的)。密封件10可配置为使得细长部48和扩大的头部50形成动态密封38。
[0026]在图1和2所示的实施例中，第一通道52可以由主密封件38沿第一轴向密封表面18限定，其不形成细长部48的部分也不形成扩大的头部50，而第二通道54可由主密封件38的细长部48沿第一轴向密封表面18限定。优选的是，第一和第二通道52，54具有大致半球状的横截面形状。然而，本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，第一和第二通道52，54可以具有任何横截面形状，而不脱离本发明的范围。主密封件38的底表面可从第二通道54大致向右延伸，可形成主接触图案82。主接触图案82优选形成动态密封38。然而，在一些情况下，介质88随着时间的泄漏可开始通过主触点图案82泄漏。发生这种情况时，第二通道54优选提供收集介质88的位置。这可以增加密封件10的使用寿命，因为一旦通过主接触表面80的泄漏出现，主接触表面80上的磨损可能增大，其可进一步降低密封。而密封件可在任何合适的应用中使用，在钻井作业中使用时，介质88可以包括，泥，灰尘，水，油，气体等，其压力可以是一万镑每平方英寸或更高。
[0027]如果主接触表面80随着形成动态密封38开始失去效率，那么第二接触表面82优选保持动态密封，延长整体密封件10的使用寿命。第一通道52优选地提供铰链，如在主密封件28的主要部分和细长部48之间作用。当形成主密封件28的材料的硬度可以使细长部和头部48，50的向下偏转比最理想的更加困难时，这可以是有用的。换句话说，第一通道52可有助于使动态密封28对施加在密封件10上的压力更敏感。本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，第一和第二通道52，54可以省略，而没有脱离从本发明的范围。
[0028]参照图2，加载元件30优选布置在主密封件28上，并形成第二轴向密封表面20的一部分。加载元件30优选由耐化学弹性材料制成。仍然优选的是，加载元件30利用压缩成型制成。加载元件30的结构的一个优选的功能效应是动态密封38上的负载作用力的提供。此外，加载元件30优选地在第一径向密封表面22上，抵靠容器44的径向表面形成静态密封56。在示出的实施例中，静态密封56优选地执行保护压盖42(即前面提到的密封件保持器42)不受材料侵入的功能。高度化学相容的弹性材料优选用于形成加载元件30，允许栗包封以各种各样的使用流体工作。本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，加载元件30可以由任何适当的材料，使用任何适当的制造工艺制成，而不脱离本发明的范围。
[0029]优选的是，加载元件在压力下变形，但不显著改变体积(S卩，优选不显著压缩)。仍参照图2，加载元件30优选包括空腔74，切口 76，以及通道72，其提供空间，以便当加载元件在密封件10的安装过程中在压力下进入装置时，S卩加载元件优选具有空间，其可变形。例如，在图1所示的一个优选应用中，当在将载体42安装到容器44中之前，密封件10放置在载体42中时，密封件10稍微突出通过载体42的右侧。在典型的安装中，可能的是密封件利用载体42和容器44之间的三十镑每平方英寸的压力轴向压缩。这可能会导致加载元件的一些变形，以使载体42的右侧与容器的相邻径向表面平齐。在这些情况下，其中密封件10在安装或使用期间受到轴向压缩，加载元件30的可能的压缩可用于补偿载体42、容器44或其他组件中的公差。
[0030]优选的是，加载元件30通过主密封件28从第二径向密封表面24分离。静态密封56优选地由第一唇表面58和第二唇表面60形成，两者在顶点62处相交以形成静态密封56接触的初始接合点。优选的是，随着它们接近静态密封56的顶点62，第一和第二唇表面58，60通常是平滑的线性表面。
[0031]静态密封56可配置为使得第一唇表面58和第二唇表面60之间的角度64为约45度(45°)到约90度(90°)之间。术语“约”当在权利要求书和说明书中的相关联的部分中与度一起使用时，限定为表示“所述度数加上或减去2度”。更优选地，当从径向横截面中观察时，角度64为约55度(55°)到约85度(85°)之间。更优选地，角度64为约70度(70°)到约80度(80°)之间。
[0032]优选的是，静态密封56形成轴向压缩点，排除介质迀移进入包封的静态侧。本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，角度64可以超出上述范围变化，而不脱离本发明的范围。成角度的第二唇表面60优选地以这样的方式设计，正常制造公差不会影响密封件10的密封能力。
[0033]此外，静态密封56的构造以及第一和第二唇表面58，60的相应的取向允许在静态密封点横跨通常较宽的公差范围保持轴向压缩并保持较高的密封力。这导致密封件10在用作目前的制造技术的改造或用作新的栗组件的部件时更经济。
[0034]如图2中最佳示出的，当在径向横截面中观察时，加载元件30可以沿第二轴向密封表面20形成大致锯齿轮廓66。当在径向横截面中观察时，锯齿轮廓66可包括四个半齿。然而，本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，可以使用任何数量的齿或任何类型的或锯齿轮廓的组合，而不脱离本发明的范围。优选的是，锯齿轮廓66的最右侧以表面68结束，大致平行于第二径向密封表面24。如在权利要求中和相关的说明书部分中使用的术语“锯齿”限定为不限于多个倒置的三角形横截面，而是可在邻接的顶点70包括其他各种横截面。例如，邻接的顶点70之间的横截面可以是倒置的半球形横截面等，而不脱离本发明的范围。锯齿轮廓66可导致多个通道72沿第二轴向密封表面20在加载元件30中形成。
[0035]参照图1和图2，优选的是，加载元件30和动态密封38配置为沿着第一轴向密封表面18的一部分和第一径向密封表面22在密封件主体16中共同形成空腔74。参照图2中的密封件10的横截面的右下部分，空腔的径向横截面具有大致从通过凹形弯曲然后向下延伸到第一轴向密封表面18的第一径向密封表面22向内延伸的表面。空腔74优选地配置为具有用于使用期间加载元件30的热膨胀的空间。因此，空腔74可以允许弹性材料32具有热膨胀以及化学膨胀的空间。空腔74优选设计为使用不可压缩加载材料时减轻对压盖溢出的担忧。
[0036]具体地参照图2，优选的是，空腔74的第一体积优选为密封件主体16的其余部分的第二体积的约百分之五(5%)到约百分之二十(20%)之间。更优选的是，空腔74的第一体积优选为密封件主体16的其余部分的第二体积的约百分之七(7%)到约百分之十二(12%)之间。换句话说，当观察图2所示的径向横截面的区域时，优选的是，如在扩大的头部50的右下角和第一径向密封表面22之间以及在空腔74的边界表面之间测量的空腔74的第一区域74为密封件主体16的径向横截面的实心部分的其余部分的第二区域的约百分之五(5%)到约百分之二十(20%)之间。这样，更优选的是，第一区域为第二区域的约百分之七(7%)到约百分之十二(12%)之间。本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，第一和第二区域的相对大小可以超出上述范围变化，而不脱离本发明的范围。
[0037]仍参考图2，优选的是，切口76形成在加载元件30的径向横截面的右上角。优选的是，切口 76形成在第一径向密封表面22和第二轴向密封表面20之间。当在径向横截面中观察时，切口 78优选地包括弧形段，使得切口 76和空腔74具有大致相同的直径。该优选的结构允许密封介质，以流进流出压盖空间的左侧，并减少了介质“填满”压盖的倾向。这样可以提高密封件10的使用寿命，由于填满对密封性能和使用寿命是非常有害的。在某些情况下，空腔74和切口 76类似的尺寸和直径导致静态密封56两侧上的流体压力差别降低(或更接近或大致相等的流体压力)，便于防止介质进入压盖42区域。
[0038]密封件10优选地配置为使得当密封件10受到轴向压缩时，加载元件30在静态密封56和动态密封38上施加增大的压力。例如，如图1所示，当密封件10围绕往复柱塞78使用并放置在包封箱44与压盖42之间时，轴向压力由压盖42施加在密封件10上。本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，在密封件10上提供轴向压力/压缩的任何合适的方法均可使用，而不脱离本发明的范围。
[0039]本发明的优选方法的优选方案在下文描述。本发明的方法的步骤可以以任何顺序执行，省略或组合，而不脱离本发明的范围。这样，结合该方法的一种实施例描述的可选或必需的步骤也可用于另一种实施例或省略。另外，除非另有说明，结合以下方法描述的类似的结构或功能优选地，但不一定是，以与本申请中别处描述的大致相似的方式运行。
[0040]参照图1-3，根据本发明的一种方法涉及制造密封件10，其配置为密封可在轴向方向14上移动的动态表面12。该方法包括，提供密封件主体16，具有配置为在使用期间与动态表面12相邻的第一轴向密封表面18，第二轴向密封表面20，第一径向密封表面22，和第二径向密封表面24。密封件主体16可包括环26，主密封件28，和加载元件30。
[0041]该方法可以包括提供环26，使得它具有包括第一轴向环表面34的外环表面32。第一轴向环表面34可以形成第一轴向密封表面18的一部分。
[0042]该方法可包括提供主密封件28，使得它位于外环表面32上，形成第一轴向密封表面18的一部分，并形成第二轴向密封表面20的一部分。主密封件28优选形成动态密封38，其配置为在使用期间接合动态表面12。
[0043]该方法可以包括加载元件30，其设置在主密封件28上并形成第二轴向密封表面20的一部分。加载元件可在第一径向密封表面22上形成静态密封56。该方法优选包括在密封件主体16上施加轴向压缩。
[0044]该方法优选包括提供加载元件30和主密封件28的动态密封38，使得它们配置为沿第一轴向密封表面18的一部分和第一径向密封表面22共同在密封件主体16中形成空腔74。空腔74可配置为在使用期间，提供用于加载元件的热膨胀的空间。空腔可以配置为使得空腔74的第一体积优选为密封件主体16的其余部分的第二体积的约百分之五(5%)到约百分之二十(20%)之间。
[0045]该方法可包括提供主密封件28，其具有大致轴向远离环26延伸并终止于扩大的头部50中以形成动态密封38的细长部48。第一通道52可以由主密封件38沿第一轴向密封表面18限定，其不形成细长部48的部分也不形成扩大的头部50，而第二通道54可由主密封件38的细长部48沿第一轴向密封表面18限定。
[0046]该方法可包括提供加载元件30，使得当在径向横截面中观察密封件主体16时，其沿第二轴向密封表面20形成锯齿轮廓66。该方法还可包括提供具有切口 76的加载元件30，其位于第一径向密封表面22和第二轴向密封表面20之间。切口76和空腔74可配置为使得当在径向横截面中观察密封件10时，切口 76和空腔74具有大致相同的直径。
[0047]本发明的方法可包括提供具有静态密封56的加载元件30，静态密封56由第一唇表面58和第二唇表面60形成，两者在顶点62处相交以形成用于静态密封56接触的初始接合点。静态密封56可配置为使得当在径向横截面中观察密封件时，第一唇表面58和第二唇表面60之间的角度64为约55度(55°)到约85度(85°)之间。
[0048]参照图1，本发明的一个实施例优选如下操作。柱塞78上具有动态表面12。绕柱塞78定位的是容器/保持器44，其配置为其中容纳压盖42。密封件10插入容器44的空腔中，同时也定位在柱塞78上。当密封件10适当地定位在容器(又名，包封箱)44内时，主密封件28抵靠柱塞78的动态表面12形成动态密封28，其相对于密封件10轴向移动。主密封件28优选地由高耐磨材料形成，其很好配置为用于密封能力(如高耐磨塑料材料)。此外，加载元件30优选地抵靠容器44的大致径向对齐表面形成静态密封56，以防止材料进入压盖42。加载元件优选的经由高耐化学弹性材料制成。加载元件的构造导致其在主密封件28上施加径向向下的压力，使得主密封件28的细长部48和扩大的头部50抵靠柱塞78的动态表面12形成动态密封38。环26优选地由刚性材料支撑，以向密封件10提供刚性，使得密封件10可以在增大的压力下运行，例如那些在极端使用的应用中遇到的(例如在水压致裂和其它钻井作业过程中遇到的)。压盖42最好插入使得轴向压缩负载施加到密封件10上。参照图1，密封件I示出为轴向压缩到压缩宽度15。这增加了动态密封38和静态密封56的作用力。此外，像用于形成静态密封56的加载元件的一部分的形状的优选放大的楔形大大增加了它的有效性。因此，优选的是，静态密封56的第一和第二唇表面58，60之间的角度64为约65度(65° )到约85度(85°)之间。用于形成静态密封56的唇的结构增加了其在防止介质输送到压盖区域42中的有效性。密封件10优选配置为使得空腔74位于密封件的右下部分(当在如图1中所示的径向横截面中观察时)。该空腔用于形成加载元件30的弹性材料的优选的热和/或化学膨胀。
[0049]虽然各种形状结构和特征已在上面描述，并在本发明的各种实施例的附图中示出，本领域的普通技术人员将从本公开中理解到，上述特征的任意组合可以使用，而不脱离的本发明的范围。例如，密封件的组件的取向可以颠倒(在径向横截面观察时)，使得密封件10配置为与位于密封件圆周径向外侧的动态表面动态密封。这样可能情况就这样，如果密封件用来密封气缸孔动态表面。可以理解的是，因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而是旨在覆盖由所附权利要求和/或附图所示的本发明的精神和范围内的所有变形。
【主权项】
1.一种配置为密封可在轴向方向上移动的动态表面的密封件，该密封件包括: 密封件主体，该密封件主体具有配置为在使用期间与动态表面相邻的第一轴向密封表面、第二轴向密封表面、第一径向密封表面以及第二径向密封表面，密封件主体包括环、主密封件以及加载元件； 所述环具有包括第一轴向环表面的外环表面，第一轴向环表面形成第一轴向密封表面的一部分； 所述主密封件设置在外环表面上并形成第一轴向密封表面的一部分以及形成第二轴向密封表面的一部分，主密封件形成配置为在使用期间接合动态表面的动态密封;和 加载元件设置在主密封件上并形成第二轴向密封表面的一部分，加载元件在第一径向密封表面上形成静态密封。2.根据权利要求1所述的密封件，其中主密封件包括无弹性的耐磨材料，所述环由刚性材料制成，以及加载元件由耐化学弹性材料制成。3.根据权利要求2所述的密封件，其中加载元件和主密封件的动态密封配置为沿部分的第一轴向密封表面和第一径向密封表面共同形成在密封件主体中的空腔，该空腔配置成为加载元件在使用期间的热膨胀提供空间。4.根据权利要求3所述的密封件，其中加载元件通过主密封件与第二径向密封表面分离。5.根据权利要求2所述的密封件，其中至少一个通道沿第一轴向密封表面由主密封件限定。6.根据权利要求2所述的密封件，其中主密封件具有细长部，该细长部大致轴向远离所述环延伸并终止于扩大的头部中，以形成动态密封。7.根据权利要求6所述的密封件，其中第一通道沿第一轴向密封表面由主密封件限定，其不形成细长部的一部分也不形成扩大的头部，第二通道沿第一轴向密封表面由主密封件的细长部限定。8.根据权利要求2所述的密封件，其中当在径向横截面中观察密封件主体时，加载元件沿第二轴向密封表面形成锯齿轮廓。9.根据权利要求8所述的密封件，其中多个通道沿第二轴向密封表面形成在加载元件中。10.根据权利要求2所述的密封件，其中所述密封件主体被配置成以使得当密封件受到轴向压缩时，所述加载元件在静态密封和动态密封上施加增大的压力。11.根据权利要求3所述的密封件，其中空腔的第一体积优选为密封件主体的其余部分的第二体积的约5 %到约20 %之间。12.根据权利要求11所述的密封件，其中空腔的第一体积优选为密封件主体的其余部分的第二体积的约7 %到约12 %之间。13.根据权利要求3所述的密封件，其中切口形成在第一径向密封表面和第二轴向密封表面之间的加载元件中，该切口和空腔配置为使得当从径向横截面中观察密封件时，切口和空腔具有大约相同的直径。14.根据权利要求2所述的密封件，其中静态密封由第一唇表面和第二唇表面形成，二者在顶点处相交以形成用于静态密封接触的初始接合点，静态密封被配置为使得当在径向横截面中观察密封件时，第一唇表面和第二唇表面之间的角度为约55度到约85度之间。15.一种制造密封件的方法，该密封件被配置为密封在轴向方向上可移动的动态表面，该方法包括以下步骤: 提供密封件主体，该密封件主体具有配置为在使用期间与动态表面相邻的第一轴向密封表面、第二轴向密封表面、第一径向密封表面以及第二径向密封表面，所述密封件主体包括环、主密封件以及加载元件； 其中提供的步骤还包括，所述环具有包括第一轴向环表面的外环表面，第一轴向环表面形成第一轴向密封表面的一部分，所述环包括刚性材料； 其中提供的步骤还包括，主密封件设置在外环表面上并形成第一轴向密封表面的一部分以及形成第二轴向密封表面的一部分，主密封件形成配置为在使用期间接合所述动态表面的动态密封，主密封件包括无弹性的耐磨材料； 其中提供的步骤还包括，加载元件设置在主密封件上并形成第二轴向密封表面的一部分，加载元件在第一径向密封表面上形成静态密封，加载元件包括耐化学弹性材料;以及 在密封件主体上施加轴向压缩。16.根据权利要求15所述的方法，其中提供的步骤还包括，加载元件和主密封件的动态密封被配置为沿第一轴向密封表面的一部分和第一径向密封表面共同形成在密封件主体中的空腔，该空腔被配置成为加载元件在使用期间的热膨胀提供空间，其中空腔的第一体积优选为所述密封件主体的其余部分的第二体积的约5 %到约20 %之间。17.根据权利要求16所述的方法，其中提供的步骤还包括，主密封件具有细长部，该细长部大致轴向远离所述环延伸并终止于扩大的头部中以形成动态密封，第一通道沿第一轴向密封表面由主密封件限定，其不形成细长部的一部分也不形成扩大的头部，第二通道沿第一轴向密封表面由主密封件的细长部限定。18.根据权利要求16所述的方法，其中提供的步骤还包括，当在径向横截面中观察所述密封件主体时，加载元件沿第二轴向密封表面形成锯齿轮廓。19.根据权利要求16所述的方法，其中提供的步骤还包括，其中切口形成在第一径向密封表面和第二轴向密封表面之间的加载元件中，切口和空腔被配置为使得当从径向横截面中观察所述密封件时，切口和空腔具有大约相同的直径。20.根据权利要求12所述的方法，其中提供的步骤还包括，静态密封由第一唇表面和第二唇表面形成，二者在顶点处相交以形成静态密封接触的初始接合点，所述静态密封被配置为使得当在径向横截面中观察所述密封件时，第一唇表面和第二唇表面之间的角度为在约55度到约85度之间。
【文档编号】F16J15/3252GK106051167SQ201610326241
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】R·L·查普林, D·K·齐廷, T·J·赖瑟
【申请人】斯凯孚公司