[發明專利]流體致動的軸密封件

有效

• 申請號: 200580046205.2
• 申請日: 2005-11-22
• 公開（公告）號: CN101099057A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: M·C·范肖
• 申請（專利權）人: 米德技術股份有限公司
• 主分類號: F16J15/16
• 分類號: F16J15/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 胡曉萍

政府支持

在此所描述概念的諸部分利用合同號N65538-04-M-0157下的政府支持進行或開發。聯邦政府對這些概念具有某些權利。

技術領域

本發明總的涉及密封件，且尤其涉及包含凝膠體材料的流體致動軸密封件。

背景技術

很多工業應用需要從結構的一區域穿過壁或結構的其它區域的軸。該軸通常穿過壁上的開口并相對于壁的位置移動。例如，該軸可平移、旋轉、或平移和圍繞軸的軸線旋轉(例如，扭曲、彎曲或拉伸)結合移動通過表面。在軸和壁上的開口之間一般存在空間間隙以便于該移動。

一些包括使軸移動的應用要求結構的分開區域之間的流體隔離以使結構的一區域的泄漏或污染不會通過軸和壁上的開口遷移或流入結構的相鄰區域。例如，沿著船體的長度延伸的推進軸穿過將船的不同艙室分開的幾個艙壁。防止一艙室內的漏水沿軸穿過艙壁進入下一艙室對防止船體充入水和沉船是至關重要的。軸密封件通常用于在例如軸相對于船結構上軸開口旋轉時限制流體從一艙壁流到下一艙室。

設計成在軸運行期間旋轉的軸的常規軸密封件的實例是華盛頓Poulsbo的Wartsila-Lips，Inc.出售的ND-型軸密封件。ND-型密封件包括位于橡膠模制軸界面的o形環，使得模制件和o形環都隨著軸旋轉而旋轉。由艙壁任一側的不相等壓力量產生的橫跨o形環的壓差引起橡膠模制件變型并壓抵位于開口附近的殼體。靜止模制件產生抵靠殼體的密封并迫使o形環與軸接觸。o形環還阻止旋轉并產生相對于軸的流體密封。

ND型軸密封件的一個缺點是密封部件與軸之間的接觸在密封部件干燥時導致由o型環和橡膠模制件上相關的摩擦引起磨損引起的密封部件過早破壞。目前的造船業規范通常要求約1/3psig(磅/平方英寸規格或約234.1kg/m²)的密封部件的相對表面之間的壓差，或在密封件與軸嚙合的大概8-9英寸(約203-229)的水壓壓差。水的存在有助于產生軸和密封部件(例如，模制件和o形環)之間界面的水密封。ND型密封件在存在小至0.6-0.9英寸(約15.-22.9mm)水壓時致動(即，與軸接觸)。密封部件與軸接觸，同時密封部分相對干燥并導致過早磨損。此外，當密封部件在存在相對小的水量致動時，相對的密封部件之間產生的壓力不足以產生水密封。當不產生水密封時，與軸和密封部件相關聯的泄漏率可超過造船規范。

例如，造船規范一般要求自致動艙壁軸密封件具有的泄漏率最大是0.5U.S.品脫/小時(約0.065ml/s)。自致動軸密封件在相對于軸安裝后和泄漏期間一般不要求人工操作(例如，密封件的調節)。對于DDG型驅逐艦，在造船規范中允許的最大泄漏率是1U.S.品脫/小時(約0.1314ml/s)。存在相對低壓差時密封件的致動(例如，由上述相對低的水面引起的過早致動)引起密封部件的加速磨損。密封件的加速磨損導致密封件的過早損壞且不符合造船規范。

因此，需要在存在相對少量流體時不會提前致動的自致動軸密封件。還需要設計成限制過早磨損的軸密封件。還需要其設計規格可有效地密封多個直徑的軸的軸密封件。例如，需要對相對小直徑的軸和相對大直徑的軸設計的軸密封件，兩者都可在驅逐艦或各種工業應用中發現。

發明內容

在此描述的概念通過將密封件與暴露于流體時膨脹的凝膠體材料相關聯解決與當前軸密封件相關的這些和其它問題。在一實施例中，采用這些材料的密封件設計一般在無流體時不與移動軸接觸。密封件和軸之間的分離通過在無流體時降低摩擦對密封件的影響而延長密封件的壽命。當凝膠體材料膨脹時，密封件變型并被迫與軸接觸。下文會描述與這些密封件相關的各種特征和優點。

一方面，本發明的特征是包括殼體和相對于殼體設置的密封件的系統。該密封件包括當暴露于流體時膨脹以減小通過殼體和軸之間間隙的流體流量的凝膠體材料。該密封件包括唇形部分且凝膠體材料的膨脹迫使唇形部分與軸接觸。