密封件
阅读说明：本技术 密封件 (Sealing element ) 是由 西蒙娜·卡利奥 菲利普·卢梭 赫尔曼·M·迪布瓦 扬·库斯特曼斯 于 2020-03-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种环形密封件,所述环形密封件包含：第一增能护套,所述第一增能护套限定所述环形密封件的第一轴向端；多个密封环,所述多个密封环限定所述环形密封件的第二轴向端；第二增能护套,所述第二增能护套设置在所述第一增能护套和所述多个密封环之间；以及间隔件,所述间隔件设置在所述第一增能护套和所述第二增能护套之间。(The present invention provides an annular seal comprising: a first energizing jacket defining a first axial end of the annular seal; a plurality of seal rings defining a second axial end of the annular seal; a second energizing sheath disposed between the first energizing sheath and the plurality of sealing rings; and a spacer disposed between the first and second energized jackets.)
具体实施方式
提供结合附图的以下描述以帮助理解本文所公开的教导内容。以下论述将集中于本教导内容的具体实施方式和实施例。提供该重点是为了帮助描述教导内容，并且不应该被解释为是对本教导内容的范围或适用性的限制。然而，其他实施例可基于本专利申请中所公开的教导内容而使用。
术语“由...构成”“包含”“包括”“含有”“具有”“有”或它们的任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含之意。例如，包含特征列表的方法、制品或装置不一定仅限于那些特征，而是可以包括未明确列出的或这种方法、制品或装置固有的其他特征。另外，除非另有明确说明，否则“或”是指包括性的“或”而非排他性的“或”。例如，以下任何一项均可满足条件A或B：A为真(或存在的)而B为假(或不存在的)、A为假(或不存在的)而B为真(或存在的)，以及A和B两者都为真(或存在的)。
而且，使用“一个”或“一种”来描述本文所述的元件和部件。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。除非很明显地另指他意，否则这种描述应被理解为包括一个、至少一个，或单数也包括复数，或反之亦然。例如，当在本文描述单个项时，可使用多于一个项来代替单个项。类似地，在本文描述了多于一个项的情况下，单个项可以取代多于一个项。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语和科技术语都与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。材料、方法和实例仅是说明性的而非限制性的。关于本文未述的方面，有关特定材料和加工方法的许多细节是常规的，并可在密封件领域内的教科书和其他来源中找到。
密封件通常用于硬件以将体积和压力彼此分离。特别地，密封件可用于适用于恶劣环境条件(诸如低温)的硬件，并且需要满足某些泄漏性能指标。
在一个或多个实施例中，密封件可包括适于装配在内部部件周围和外部部件内的环形主体。特别地，密封件可以装配在限定在内部件和外部件之间的环状物内。在某些情况下，密封件可适于具有小于0.00001mg*s-1*m-1的无组织排放测量泄漏率，如根据ISO15848-1所测量的。在一个更特定的实施例中，如根据ISO15848-1所测量的，密封件可被认证为符合AH级。
在一个或多个实施例中，密封件可包括以轴向对齐方式堆叠在一起的多个环。多个环可包括例如第一增能护套、第二增能护套和多个密封环。第一增能护套和第二增能护套可以彼此相邻堆叠。在一个实施例中，第二增能护套可设置在第一增能护套和多个密封环之间。间隔件可定位在第一增能护套和第二增能护套之间并且至少部分地延伸到第二增能护套中。
在一个实施例中，第一增能护套和第二增能护套可包括不同类型的增能元件。例如，第一增能护套可包括具有大致“O”形横截面轮廓的螺旋弹簧，而第二增能护套可包括具有大致U形横截面轮廓的悬臂弹簧。
在某些情况下，第一增能护套和第二增能护套可按照不同方式操作。例如，第一增能护套可在密封件的第一轴向端上的环状物内产生的轴向压力下操作。该压力可导致第一增能护套径向偏压到硬件中，从而产生首要的有效密封条件。同时，第二增能护套可在由第一增能护套(或设置在第一增能护套和第二增能护套之间的间隔件)引起的机械负荷下操作。即，第一增能护套(或设置在第一增能护套和第二增能护套之间的间隔件)可机械性地使第二增能护套载有负荷，以产生次要的有效密封条件。
图1和图2包括根据一个实施例的密封件100的横截面图。密封件100包括第一增能护套102和第二增能护套104。在一个实施例中，第一增能护套102可限定密封件100的第一轴向端106。密封件100的第一轴向端106可适于在硬件(未示出)的相对高压区域上使用。来自高压区域的合成负荷可使第一增能护套102偏向硬件的相对低压侧。
第一增能护套102可包括主体108，该主体限定至少部分地包含第一增能元件112的体积110。
在一个实施例中，主体108可包括聚合物材料。示例性聚合物包括四氟乙烯(TFE)(诸如聚四氟乙烯(PTFE))、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、偏二氟乙烯(THV)、聚乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、聚醚醚酮(PEEK)或其任意组合。本公开的范围不旨限于上面列出的那些示例性聚合物。在一个特定实施例中，主体108包括PTFE，诸如，例如A02(可从Saint-GobainPerformance Plastics获得)。A02根据ASTM D4894测量的拉伸强度为36.5MPa，根据ASTM D4894测量的伸长率为500％，根据ASTM D695测量的压缩模量为572MPa，根据ASTM D621测量并在2,000PSI测试24小时的负荷下变形为4.6％，根据ASTMD2240测量的肖氏D硬度在50到65之间，以及根据ASTM E831测量的26℃和200℃之间的线性热膨胀系数为12.6m/m/℃。
一个或多个填料可包括在第一增能护套102的主体108中。例如，示例性填料包括玻璃纤维、碳纤维、硅、PEEK、芳族聚酯、碳颗粒、青铜、含氟聚合物、热塑性填料、氧化铝、聚酰胺酰亚胺(PAI)、PPS、聚亚苯基砜(PPSO2)、LCP、芳族聚酯、二硫化钼、二硫化钨、石墨、石墨烯、膨胀石墨、氮化硼、滑石、氟化钙、或其任意组合。另外，填料可包括氧化铝、硅石、二氧化钛、氟化钙、氮化硼、云母、硅灰石、碳化硅、氮化硅、氧化锆、炭黑、颜料、或其任意组合。
在一个实施例中，第一增能元件112可完全包含在主体108的体积110内，使得密封件100的第一轴向端106由主体108的一个或多个部分限定。在一个更特定的实施例中，从密封件100的第一轴向端106可以看到第一增能元件112的至少一部分。在某些情况下，至少10％的第一增能元件112可设置在体积110中，至少25％的第一增能元件112可设置在体积110中，至少50％的第一增能元件112可设置在体积110中，或者至少75％的第一增能元件112可设置在体积中。在一个更特定的实施例中，整个第一增能元件112可设置在体积110中。
第一增能元件112可包括可变形激励器，例如弹簧，适于将第一增能护套102的主体108偏置到硬件中。在一个实施例中，第一增能元件112可包括双螺旋弹簧、单螺旋弹簧、推进螺距弹簧、悬臂弹簧或多个悬臂弹簧。在一个特定实施例中，第一增能元件112可具有大致“O”形的横截面轮廓。在一个实施例中，第一增能元件112可由金属、合金或其他弹性材料形成。示例性合金可包括钴和镍。在某些情况下，可对第一增能元件112进行热处理以增强机械性能。
第二增能护套104可包括主体114，其限定至少部分地包含第二增能元件118的体积116。在一个实施例中，主体114可包括聚合物材料。示例性聚合物包括四氟乙烯(TFE)，例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、偏二氟乙烯(THV)、聚乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、聚醚醚酮(PEEK)，或其任何组合。本公开的范围不旨限于上面列出的那些示例性聚合物。在一个特定实施例中，主体114包括PTFE，诸如，例如A02(可从Saint-Gobain PerformancePlastics获得)。
一种或多种填料可包括在第二增能护套104的主体114中。例如，示例性填料包括玻璃纤维、碳纤维、硅、PEEK、芳族聚酯、碳颗粒、青铜、含氟聚合物、热塑性填料、氧化铝、聚酰胺酰亚胺(PAI)、PPS、聚亚苯基砜(PPSO2)、LCP、芳族聚酯、二硫化钼、二硫化钨、石墨、石墨烯、膨胀石墨、氮化硼、滑石、氟化钙、或其任意组合。另外，填料可包括氧化铝、硅石、二氧化钛、氟化钙、氮化硼、云母、硅灰石、碳化硅、氮化硅、氧化锆、炭黑、颜料、或其任意组合。
在一个实施例中，第二增能元件118可完全包含在主体114的体积116内。在某些情况下，至少10％的第二增能元件118可设置在体积116中，至少25％的第二增能元件118可设置在体积116中，至少50％的第二增能元件118可设置在体积116中或者至少75％的第二增能元件118可设置在体积116中。在一个更特定的实施例中，整个第一增能元件112可完全设置在体积110中。
在一个特定实施例中，主体114可包括一个或多个固位特征部120，其适于防止第二增能元件118从体积116中挤出。固位特征部120可包括，例如，延伸到体积116中的凹口或结构以防止第二增能元件118从体积116轴向平移。图2中示出的示例性实施例包括体积116的外表面122上的固位特征部120。然而，在其他实施例中，固位特征部120可设置在体积116的内表面124上，或者主体114可包括多个固位特征部(例如，内表面124上的固位特征部和外表面122上的固位特征部)。
第二增能元件118可包括可变形增能元件，诸如弹簧，适于将第二增能护套104的主体114偏置到硬件中。第二增能元件118可包括双螺旋弹簧、单螺旋弹簧、推进螺距弹簧、悬臂弹簧或多个悬臂弹簧。在一个实施例中，第一增能元件112和第二增能元件118可包括彼此相比不同数量的凸部。例如，第一增能元件112可包括双螺旋弹簧并且第二增能元件118可包括悬臂弹簧。悬臂弹簧可具有大致“U”形的横截面轮廓。在另一个实施例中，第一增能元件112和第二增能元件118可包括彼此相比相同类型的增能元件。第二增能元件118可由金属、合金或其他弹性材料形成。示例性合金可包括钴和镍。
第二增能护套104的主体114可限定径向内表面126和径向外表面128。径向内表面126和径向外表面128中的至少一个可包括一个或多个密封特征部130，该密封特征部适于产生增强的流体密封特性。在一个实施例中，一个或多个密封特征部130可包括至少一个密封特征部、至少两个密封特征部、至少三个密封特征部、至少四个密封特征部或至少五个密封特征部。密封特征部130可包括脊、隆起、凹坑、刮刀、边缘、城堡状物、另一个径向突出的表面特征、或其的任意组合。在一个实施例中，密封特征部130可绕主体114的圆周的至少一部分延伸。在一个实施例中，密封特征部130中的至少一个可绕主体的整个圆周连续延伸。即，至少一个密封特征部130可具有绕主体114的整个圆周的不间断且相似形状的轮廓。例如，在所示实施例(图1)中，密封特征部130绕第二增能护套104的主体114的整个圆周延伸。
在示出的实施例中，密封特征部130包括设置在主体114的径向外表面128上的第一密封特征部130A和第二密封特征部130B。如图2所示的未安装状态下(即，在将密封件100安装在硬件内之前)，彼此相比且从主体的径向外表面128测量，第一密封特征部130A和第二密封特征部130B可具有不同的高度。例如，在所示实施例中，第一密封特征部130A高于第二密封特征部130B。举例来说，第一密封特征部130A的高度可以是第二密封特征部130B的高度的至少1.01倍，第二密封特征部130B的高度的至少1.05倍，第二密封特征部130B的高度的至少1.1倍，或可以是第二密封特征部130B的高度的至少1.5倍。
安装期间，第二增能护套104的主体114可变形以装配在硬件的环状物内。更特别地，主体114的轴向延伸部132A和132B可以大体悬臂的方式从主体114的毂134朝向彼此变形。这种变形可改变第一密封特征部130A和第二密封特征部130B的相对有效高度差。即，与未安装状态相比，第一密封特征部130A和第二密封特征部130B的感知高度(即，距中心轴线A的距离)在安装状态下可更为相似。在一个特定实施例中，如在安装状态下测量的，第一密封特征部130A和第二密封特征部130B的感知高度可与从中心轴线A测量的感知高度大致相同。在一个实施例中，施加在第一密封特征部130A和硬件之间的密封负荷可约等于施加在第二密封特征部130B和硬件之间的密封负荷。在另一个实施例中，硬件和第一密封特征部130A之间的密封负荷可不同于硬件和第二密封特征部130B之间的密封负荷。例如，在第一密封特征部130A和硬件之间产生的密封负荷可大于在第二密封特征部130B和硬件之间产生的密封负荷。多个密封特征部130可提供冗余密封特性。在密封特征部130A和130B之间形成的袋可收集泄漏流体并防止其从硬件的相对低压侧流出。在一个实施例中，主体114的径向内表面和径向外表面可限定彼此不同数量的环形脊130。作为非限制性示例，径向内表面可具有一个或三个环形脊130，而径向外表面可具有两个或四个环形脊130。应注意，主体114可包括设置在径向内表面和径向外表面上的不同数量的环形脊130。
如图所示，第一增能护套102和第二增能护套104可以彼此相邻或几乎彼此相邻设置。第一增能密封件102可形成适于处理硬件内相对高压的主密封界面。来自所含液体的压力可导致第一增能护套102的主体108径向偏置到硬件中。第二增能护套104可由第一增能护套102或设置在第一增能护套102和第二增能护套104之间的间隔件136机械偏置。
在一个实施例中，间隔件136可设置在第一增能护套102和第二增能护套104之间。间隔件136可将轴向负荷从第一增能护套102传递到第二增能护套104。在一个实施例中，间隔件136可包括基部138和支撑件140。支撑件140可在朝向第二增能护套104的方向上从基部138延伸。在一个更特定的实施例中，支撑件140可限定在横截面中观察且平行于密封件100的中心轴线A测量的高度HS，其大致垂直于基部138的厚度TB。
在一个实施例中，HS可不小于0.5TB。在一个更特定的实施例中，HS可不小于0.75TB、不小于1TB、不小于1.1TB或不小于1.25TB。在另一个实施例中，HS可不大于10TB、不大于5TB或不大于2TB。在一个特定实施例中，如下文更详细地描述，支撑件高度HS的大小可设计成装配在第二增能护套104的体积116内。
在一个实施例中，基部138的厚度TB可沿着垂直于密封件100的中心轴线A定向平面布置。在径向内部和外部位置之间测量的基部138厚度TB可小于适于接收密封件100的环状物的厚度。以这种方式，间隔件136可适于在安装状态下与硬件间隔开。
在一个实施例中，间隔件136可包括单个主体。间隔件136可由弹性材料如弹性聚合物形成。在一个实施例中，间隔件136可包括与第一增能护套102和第二增能护套104的材料相比具有更高强度的材料。作为非限制性示例，间隔件136可包括芳族聚酰胺，如芳族聚酰胺、芳族聚酯、芳族聚醚或芳族聚氨酯，因为这些材料表现出低线性热膨胀系数和低断裂伸长率。其他示例性聚合物包括：聚酰亚胺(诸如，例如，可从EI duPont deNemours和Co.,Wilmington,Delaware获得的KAPTON牌聚酰亚胺)、聚对苯撑(PPP，可从Maxdem,Inc.,SanDimas,California获得)、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚(萘二甲酸乙二醇酯-co-2,6-二苯甲酸酯，PENBB)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃共聚物(COC，诸如，例如可从Hoechst Technical Polymers获得的)、聚苯硫醚(PPS)、PES(聚醚砜)、聚芳醚酮(PAEK)、聚砜、聚丙烯酸酯(例如交联的聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)等及其混合物。在一个特定实施例中，间隔件136可包括全芳香族聚酰亚胺。人们将认识到，该列表并非详尽无遗，并且其他材料也可用于间隔件136的组成中。
在一个未示出的实施例中，间隔件136可与第一增能护套102成为一体。也就是说，间隔件136可与第一增能护套102的主体108是一体的或整体式的。在某些情况下，间隔件136可被定义为主体108的一部分，其主要用于将第一增能护套102和第二增能护套104隔开。
参照图2所示，间隔件136可限定适于接触第一增能护套102的主体108的第一轴向端面142。在一个更特定的实施例中，间隔件136的第一轴向端面142可适于接触第一增能护套102的毂144的表面。在所示实施例中，间隔件136的第一轴向端面142沿平直接触界面146接触第一增能护套102的毂144。在一个实施例中，界面146可沿着大体垂直于密封100的中心轴线A的平面布置。如图所示，界面146可在间隔件136的整个厚度上延伸。与非平直界面，诸如拱形界面、多平面界面或两者相比，在第一增能护套102和间隔件136之间使用平直界面146可以增强密封件100的密封特性。在某些实施例中，当绕密封件100的圆周测量时，界面146在形状、尺寸或两者上可是大致均匀的。在一个未示出的实施例中，第一增能护套102和间隔件136之间的界面146可是非平直的。
图3包括根据实施例的密封件100的间隔件136和第二增能护套104的放大图。如图所示，间隔件136的支撑件140可限定延伸到第二增能护套104的体积116中的锥形轮廓。在一个实施例中，支撑件140可在安装状态下接触第二增能元件118。在一个更特定的实施例中，支撑件140的尖端152可在安装和未安装状态下接触第二增能元件118。在一个更特定的实施例中，至少当密封件100处于未安装状态时(即，在来自硬件的安装力引起的偏转之前)，支撑件140的侧表面154可与第二增能元件118隔开。
在一个特定实施例中，支撑件140可限定沿支撑件140的第一轴向位置148处测量的第一厚度TS1和沿着支撑件140的第二轴向位置150处测量的第二厚度TS2，其中TS1不等于TS2。例如，TS1可小于TS2。举例来说，TS1可不大于0.99TS2、不大于0.98TS2、不大于0.97TS2、不大于0.96TS2、不大于0.95TS2、不大于0.9TS2、不大于0.75TS2，或不大于0.5TS2。在一个实施例中，TS1可不小于0.01TS2、不小于0.1TS2或不小于0.25TS2。在一个实施例中，第一轴向位置148可设置为比第二轴向位置150更靠近密封件100的第一轴向端部106。
在一个实施例中，支撑件140可具有大致线性的锥形。即，从横截面看，支撑件140的至少一个侧表面154的至少一部分可沿直线L布置。在另一个实施例中，支撑件140可限定弓形横截面轮廓、多面多边形横截面轮廓，或两者兼而有之。在某些情况下，支撑件140的尖端152可限定小于第二增能元件118的曲率半径的曲率半径。在一个实施例中，支撑件140可在弯曲的或倒角的界面处从基部138延伸以减少它们之间的开裂和接合问题。
在一个实施例中，由于密封件100安装在硬件内，主体114的轴向延伸部132A和132B可朝向彼此变形。例如，第一轴向延伸部132A和第二轴向延伸部132B可限定在未安装状态下相对于密封件100的中心轴线A测量的第一角度和在安装状态下测量的第二角度，第一角度和第二角度彼此不同。在一个实施例中，第一角度可小于第二角度。在一个实施例中，第二角度可比第一角度更接近支撑件140的侧表面154的侧角α。在一个实施例中，侧表面154的侧角α可为至少1°、至少2°、至少3°、至少4°、至少5°、至少10°、至少15°，或至少20°。安装期间呈现的轴向延伸部132A和132B的偏转可为至少1°、至少2°、至少3°、至少4°、至少5°、至少10°、至少15°，或至少20°。即，偏转可导致轴向延伸部132A和132B朝向支撑件140移动。在一个特定实施例中，轴向延伸部132A和132B的偏转不大于支撑件140的侧表面154的侧角α。在有效密封特性可能不需要的最大偏转处，第一轴向延伸部132A和第二轴向延伸部132B中的至少一个(或与其相关联的第二增能元件118的至少一部分)可接触支撑件140。在这点上，支撑件140可限定轴向延伸部132A和132B的最大偏转能力。
在一个特定实施例中，当密封件100完全安装在硬件内时，第二增能元件118、轴向延伸部132A和132B中的一个或两个或其组合可接触支撑件140的侧表面154。即，例如，体积116的内表面122或124可接触支撑件140的侧表面154。第二增能元件118可抵抗轴向延伸部132A和132B的变形，从而产生第二增能护套104相对于硬件的加载力。
需要注意的是，图2所示的第二增能护套104包括圆形密封特征部130，而图3所示的第二增能护套104包括非圆形密封特征部130。密封件100可利用第二增能护套104，其包括圆形密封特征部130、非圆形密封特征部130或两者兼而有之。图3所示的密封特征部130的卸载高度可通过距密封件100的中心轴线A的相对高度测量而不是距径向外表面128(图2)的高度测量。在这点上，图3中的密封特征部130A比密封特征部130B高。
如图2所示，密封件100可进一步包括多个密封环156。在一个实施例中，密封环156可限定V形填料。密封环156可设置在密封件100的相对低压侧。在一个实施例中，多个密封环156可限定密封件100的第二轴向端部158。例如，多个密封环156可包括设置在多个密封环156的轴向端上的第一轴向端密封环160和第二轴向端密封环162。第二轴向端密封环162可限定密封件100的第二轴向端158。在一个实施例中，第二轴向密封环162的轴向端可是平面的。即，例如，第二轴向密封环162的轴向端可定向为垂直于密封件100的中心轴线A。在某些情况下，第二轴向密封环162的轴向端可适于与硬件的环状物中的停止部件接合。停止部件可防止密封件100通过低压侧从硬件挤出。在一个实施例中，停止部件可是延伸到硬件的环状物中的突起。在另一个实施例中，停止部件可包括环状物的端面。
一个或多个中间密封环164可设置在第一轴向端密封环160和第二轴向端密封环162之间。在某些情况下，一个或多个中间密封环164可包括至少一个密封环、至少两个密封环、至少三个密封环、至少四个密封环，或至少五个密封环。在一个实施例中，中间密封环164可包括第一密封环166和第二密封环168。在一个更特定的实施例中，第一密封环166和第二密封环168可交替。相比之下，第一密封环166和第二密封环168可具有相同或不同的性质(例如，尺寸、材料成分、形状)。例如，在一个实施例中，第一密封环166可包括第一材料，第二密封环168可包括不同于第一材料的第二材料。作为非限制性示例，第一密封环166可具有较低的摩擦系数并适于在施加载荷力时更易流动，而第二密封环168可更为脊状并适于容纳加载时流动的第一密封环166。
在一个实施例中，第一轴向端密封环160和第二轴向端密封环162可包括第一材料成分并且中间密封环164可包括不同于第一材料成分的第二材料成分。举例来说，第一材料组合物可包括更具弹性的材料，第二材料组合物可具有更低的摩擦系数。
在一个实施例中，第一轴向端密封环160可限定适于接触第二增能护套104的主体114的第一轴向端表面170。在一个更特定的实施例中，第一轴向端密封环160的第一轴向端表面170可适于接触第二增能护套104的毂172的表面。在图示的实施例中，第一轴向端密封环160的第一轴向端表面170沿平直接触界面174接触第二增能护套104的毂172。在一个实施例中，界面174可沿大体垂直于密封件100的中心轴线A的平面布置。如图所示，界面174可延伸经过第一轴向端密封环160、毂172或两者的整个厚度。与非平面界面如拱形界面、多平面界面或两者相比，在第二增能护套104和第一轴向端密封环160之间使用平直界面174可增强密封件100的密封特性。在某些实施例中，当绕密封件100的圆周测量时，界面174在形状、尺寸或两者上可是大致均匀的。在一个更特定的实施例中，界面174可是非平面的。
在未示出的实施例中，第一轴向端密封环160可与第二增能护套104成为一体。即，第一轴向端密封环160可与第二增能护套104的主体114是一体的或整体式的。在某些情况下，第一轴向端密封环160可被定义为主体114的一部分，其主要用于将第二护套104与多个密封环156接合。
在某些情况下，密封件100的元件可相对于彼此自由浮动。即，第一增能护套102、第二增能护套104、间隔件136和多个密封环156中的至少两个可适于相对于彼此轴向平移。在一个实施例中，第一增能护套102、第二增能护套104、间隔件136和多个密封环156中的至少两个可相对独立地(即，在不同时间-例如，连续地)安装。密封件100的元件可在插入硬件之前堆叠以确保安装期间方向适当。
图4包括根据一个实施例的密封件400的横截面图。第一增能护套402可类似于先前描述的第一增能护套102。间隔件404可设置在第一增能护套402和第二增能护套406之间。
第二增能护套406可包括限定从其轴向表面412凹进的凹部410的第一密封元件408和至少部分地设置在凹部410内的第二密封元件414。第二密封元件414可限定从其轴向表面418凹陷的凹部416。增能元件420可至少部分地设置在第二密封元件414的凹部416内。
在一个实施例中，至少10％的第二密封元件414可设置在由凹部410限定的体积内，至少25％的第二密封元件414可设置在由凹部410限定的体积内，至少50％的第二密封元件414可设置在由凹部410限定的体积内，或者至少75％的第二密封元件414可设置在由凹部410限定的体积内。
在一个实施例中，第二密封元件414可沿限定凹部410的第一密封元件408的表面接触第一密封元件408。在一个更特定的实施例中，第一密封元件408和第二密封元件414可彼此紧密配合。即，例如，第一密封元件408和第二密封元件414的配合表面的轮廓可适于具有相似的形状以用于两个部分之间的紧密布置。
在一个实施例中，第二密封元件414的凹部416可具有适于将增能元件420保持在其中的轮廓。例如，凹部416的厚度可小于在凹部416的开口处或附近的增能元件420的厚度。
在一个实施例中，第一密封元件408和第二密封元件414可包括互补的固位特征部422，其适于将第一密封元件408和第二密封元件414固定在一起。作为非限制性示例，互补的固位特征部422可包括适于卡扣在一起的凹口和凹槽。
在另一个实施例中，第二密封元件414可包括多件式构造。例如，第二密封元件414可包括通过凹部416彼此隔开的径向内部424和径向外部426。互补的固位特征部422可以防止径向内部424和径向外部426之间的相对轴向平移。
在一个实施例中，第二密封元件414可限定轴向端428，其具有适于与间隔件404的表面430配合的轮廓。由间隔件404施加在第二密封元件414上的负荷可将第二密封元件414径向向外朝向硬件偏置。以这种方式，第二密封元件414可接触硬件、将第一密封元件408偏置到硬件中、或两者兼而有之以形成有效密封条件。
在一个实施例中，间隔件404与第一密封元件408的凹部410轴向隔开。在另一个实施例中，间隔件404与第二密封元件414的凹部416的至少大部分隔开。使用没有支撑件(例如，先前描述的支撑件140)的间隔件404可适用于应用场合，其中增能元件420为具有非悬臂轮廓的弹簧。在高负荷条件下，对非悬臂弹簧使用间隔支架可能会损坏非悬臂弹簧。
实例
密封件安装在直径为46毫米的孔和直径为34.91毫米的轴之间的组件中。密封件具有直径33.78毫米和外径47.02毫米的中心开口。密封件包括图1到图3所述的设计。具体地，密封件包括第一增能护套102、第二增能护套104、包括两个中间密封环164的多个密封环156，以及第一增能护套102和第二增能护套104之间的间隔件136。
为了测试无组织排放物泄漏，组件在室温(约22℃)和低温(-44℃)之间以下表1所示的速率循环。氦气用作测试流体，并使用ISO15848-1的附录A中定义的真空方法进行测量。泄漏量是按每毫米阀杆径测量的。
图表1-根据ISO 15848-1所测量的组件泄漏率
图5包括描绘作为温度循环的函数的组件泄漏502的曲线图500。温度曲线504根据以上图表1进行调整。AH级密封性能由直线506表示。BH级密封性能由直线508表示。如图所示，组件泄漏502在AH级和BH级标准内执行。更具体地，如根据ISO15848-1所测量的，样品密封件表现出小于1x10-5mg*s-1*m-1/阀杆周长的无组织排放测量泄漏率(质量流)。样品密封件可能表现出上述泄漏率或优于CO1(205次循环)、CO2(1500次循环)和CO3(2500次循环)耐久等级。
为了测试无组织排放物泄漏，组件在室温(约22℃)和高温(160℃)之间以下表2所示的速率循环。氦气用作测试流体。泄漏量是按每毫米阀杆径测量的。
图表2-根据ISO 15848-1所测量的组件泄漏率
图6包括描绘作为温度循环的函数的组件泄漏602的曲线图600。温度曲线604根据以上图表1进行调整。AH级密封性能由直线606表示。BH级密封性能由直线608表示。如图所示，组件泄漏602在AH级和BH级标准内执行。更具体地，如根据ISO15848-1所测量的，样品密封件表现出小于1x10-5mg*s-1*m-1/阀杆周长的无组织排放测量泄漏率(质量流)。样品密封件可能表现出上述泄漏率或优于CO1、CO2和CO3的耐久等级。
在一个实施例中，如根据ISO15848-1所测量的，环形密封件适于具有小于阀杆的1.78x10-7mbar*l*s-1*mm的无组织排放测量泄漏率(体积流)。测量的泄漏率(体积流)可通过阀杆密封系统的每毫米阀杆直径确定。在一个实施例中，环形密封件适于表现出上述泄漏率或优于CO1(205次循环)、CO2(1500次循环)和CO3(2500次循环)的耐久等级。这种性能通常只能使用波纹管型密封件来实现。
在一个实施例中，根据本文所述的一个或多个实施例的密封件可用于阀，例如控制阀或开关阀。更具体地，密封件可设置在阀的轴和阀盖之间，密封其间的环状物。在某些情况下，根据本文所述的一个或多个实施例的密封件可用于石油和天然气中，例如用在钻机上或用在精炼操作中。根据所述的实施例的密封件可以低无组织排放物操作，满足如ISO15848-1定义的AH级要求。
实施例1.一种环形密封件，所述环形密封件包含：
第一增能护套，所述第一增能护套限定所述环形密封件的第一轴向端；
多个密封环，所述多个密封环限定所述环形密封件的第二轴向端；
第二增能护套，所述第二增能护套设置在所述第一增能护套和所述多个密封环之间；以及
间隔件，所述间隔件设置在所述第一增能护套和所述第二增能护套之间。
实施例2.根据实施例1所述的环形密封件，其中所述环形密封件适于安装在相对高压区域和相对低压区域之间的硬件内，使得所述环形密封件的所述第一轴向端靠近所述相对高压区域。
实施例3.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述第一增能护套和第二增能护套与彼此相比包括不同类型的增能元件，或者其中所述第一增能护套和所述第二增能护套与彼此相比包括相同类型的增能元件。
实施例4.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述第一增能护套包含第一主体，所述第一主体限定至少部分地包含第一增能元件的体积。
实施例5.根据实施例4所述的环形密封件，其中第一增能元件包括双螺旋弹簧、单螺旋弹簧、推进螺距弹簧、悬臂弹簧或多个悬臂弹簧。
实施例6.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述第二增能护套包含第二主体，所述第二主体限定包含第二增能元件的体积。
实施例7.根据实施例6所述的环形密封件，其中第二增能元件包括双螺旋弹簧、单螺旋弹簧、推进螺距弹簧、悬臂弹簧或多个悬臂弹簧。
实施例8.根据实施例6和实施例7中任一项所述的环形密封件，其中所述第一主体和第二主体彼此相比具有不同的横截面形状，或者其中所述第一主体和第二主体彼此相比具有相同的横截面形状。
实施例9.根据实施例6到实施例8中任一项所述的环形密封件，其中所述第二主体的径向内表面和径向外表面中的至少一个限定环形脊。
实施例10.根据实施例9所述的环形密封件，其中环形脊包括沿第二主体的径向内表面或径向外表面延伸的至少两个环形脊。
实施例11.根据实施例10所述的环形密封件，其中从径向内表面或径向外表面测量，所述至少两个环形脊具有不同的高度。
实施例12.根据实施例9到实施例11中任一项所述的环形密封件，其中径向内表面和径向外表面限定不同数量的环形脊。
实施例13.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述间隔件包括基部。
实施例14.根据实施例13所述的环形密封件，其中，从横截面看，所述间隔件进一步包含支撑件，并且其中所述支撑件的至少一部分延伸到所述第二增能护套的体积中。
实施例15.根据实施例14所述的环形密封件，其中所述支撑件包括锥形轮廓，所述锥形轮廓限定在第一轴向位置处的第一厚度和在第二轴向位置处的第二厚度，其中所述第一厚度小于所述第二厚度，并且其中所述第一轴向端环形密封件比第二轴向位置更靠近第一轴向位置。
实施例16.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述第一增能护套和所述间隔件彼此成为一体。
实施例17.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中，所述第一增能护套和所述间隔件沿着垂直于所述环形密封件的中心轴线设置的平直界面彼此接触。
实施例18.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中，在安装状态下，所述间隔件适于仅接触所述第一增能护套和第二增能护套，其中，在安装状态下，所述间隔件适于与硬件隔开进入安装环形密封件的位置，或两者兼而有之。
实施例19.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述第二增能护套包括限定第一角度的轴向延伸臂，所述第一角度相对于处于未安装状态的所述环形密封件的中心轴线测量，并且限定第二角度，其在安装状态下测量，其中间隔件包括限定侧角的支撑件，其相对于环形密封件的中心轴线测量，并且其中，支撑件的侧角比第一角度更靠近第二角度。
实施例20.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述多个密封环包括设置在所述多个密封环的轴向端上的第一轴向端密封环和第二轴向端密封环以及设置在其间的一个或多个中间密封环。
实施例21.根据实施例20所述的环形密封件，其中第一轴向端密封环和第二增能护套彼此成一体。
实施例22.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述多个密封环定义V字形填料。
实施例23.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述第二增能护套沿相对于所述环形密封件的中心轴线垂直布置的平直界面接触所述第一轴向端密封环。
实施例24.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述第二增能护套包括：
第一密封元件，所述第一密封元件限定从其轴向表面凹入的凹部；
第二密封元件，所述第二密封元件至少部分地设置在第一密封元件的所述凹部内，其中第二密封元件限定从其轴向表面凹入的凹部；以及
增能元件，所述增能元件至少部分地设置在第二密封元件的所述凹部内。
实施例25.根据实施例24所述的环形密封件，其中第二密封元件包括通过第二密封元件的凹部彼此隔开的径向内部和径向外部。
实施例26.根据实施例24和实施例25中任一项所述的环形密封件，其中第一密封元件和第二密封元件包括互补的固位特征部，其适于防止第一密封元件和第二密封元件之间的相对轴向平移。
实施例27.根据实施例24至实施例26中任一项所述的环形密封件，其中所述间隔件与所述第一密封元件的整个凹部轴向隔开。
实施例28.根据实施例24至实施例27中任一项所述的环形密封件，其中所述第二密封元件限定适于与所述间隔件的表面配合的轴向端轮廓。
实施例29.根据实施例24至实施例28中任一项所述的环形密封件，其中第二密封元件的增能元件包括与第一增能护套相同类型的增能元件，或者其中第二密封元件的增能元件包括与第一增能护套不同类型的增能元件。
实施例30.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件、前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中所述环形密封件适于在-200℃到300℃、-50℃到200℃或-46℃和200℃的范围内的温度下使用。
实施例31.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中如根据ISO15848-1所测量的，环形密封件适于具有无组织排放测量泄漏率(质量流量)，通过阀杆密封系统，其小于1x10-5mg*s-1*m-1每阀杆周长。
实施例32.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中如根据ISO15848-1所测量的，环形密封件适于具有小于阀杆的1.78x10-7mbar*l*s-1*mm无组织排放测量泄漏率(体积流)。
实施例33.根据前述实施例中任一项的环形密封件，其中如根据ISO15848-1所测量的，所述环形密封件符合AH级。
实施例34.根据实施例33所述的环形密封件，其中如根据ISO15848-1所测量的，所述环形密封件符合AH级CO1，其中所述环形密封件符合AH级CO2，或者其中所述环形密封件符合AH级CO3。
实施例35.根据前述实施例中任一项所述的环形密封件，其中第一增能护套、第二增能护套中的至少一个或多个密封环中的至少一个包含四氟乙烯(TFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、填充的PTFE、改性的PTFE、纯PTFE、聚醚醚酮(PEEK)或它们的任意组合。
实施例36.根据实施例35所述的环形密封件，其中第一增能护套、第二增能护套中的至少一个或多个密封环中的至少一个包括填充材料。
需注意，并非所有上述一般说明或实例中的行为都是必需的，可能不一定需要具体行为的一部分，并且除描述的那些行为外，还可执行一个或多个进一步的行为。此外，所列行为的次序不一定是执行它们的次序。
上面已经参考具体实施例描述了益处、其他优点及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案及可使任何益处、优点或解决方案被想到或变得更加显著的任何特征都不被认为是任何或所有权利要求的关键、所需或必要的特征。
本文所述的实施例的说明书和图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和图示并不旨在用作对使用了本文所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。单独的实施例也可在单个实施例中以组合的方式来提供，并且相反地，为简明起见而在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地提供或以任何子组合的方式来提供。此外，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值和所有各值。只有在阅读本说明书之后，许多其他实施例对于技术人员才是显而易见的。通过本公开内容可以利用和得到其他实施例，使得可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其他改变。因此，本公开应被视为说明性的而非限制性的。