專利名稱：有縛自激密封環(huán)、墊及結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬受壓介質(zhì)的密封技術(shù)領(lǐng)域，涉及軸向密封結(jié)構(gòu)，即涉及端面的對(duì)接密封結(jié)構(gòu)，不涉及徑向密封結(jié)構(gòu)，即不涉及柱面的配合密封結(jié)構(gòu)，特別涉及法蘭和缸蓋等的自激密封環(huán)、自激密封墊及自激密封結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
受壓介質(zhì)的密封，按密封面的法線方向，分為軸向密封和徑向密封。軸向密封，靠密封環(huán)的扁平端面實(shí)施密封，可叫平面或端面密封，用于實(shí)現(xiàn)壓力管道或容器的端面對(duì)接密封；徑向密封，靠密封環(huán)的柱形表面實(shí)施密封，可叫柱面密封，用于實(shí)現(xiàn)孔/桿或缸/塞的柱面配合密封。廣泛使用的法蘭密封墊和缸蓋密封墊就是最典型的端面密封元件，其扁平密封面是預(yù)制的，其工作密封應(yīng)力是靠安裝預(yù)緊力提供的，不是靠所密封的介質(zhì)壓力自激提供的；不同的密封墊材和不同的應(yīng)用，要求不同的密封結(jié)構(gòu)和不同的安裝預(yù)緊力，致其密封設(shè)計(jì)和安裝十分繁瑣。廣泛使用的0形橡膠密封圈，既可用作平面密封元件，也可用作柱面密封元件，但其扁平密封面和柱形密封面是靠安裝或介質(zhì)的壓力變形產(chǎn)生的而不是預(yù)制的，其工作密封應(yīng)力是靠所密封的介質(zhì)壓力自激提供的，不是靠安裝預(yù)緊力提供的；其安裝壓縮量、縛腔填滿系數(shù)和擠出間隙等隨溫度而變，不僅致其應(yīng)用范圍有限，而且致其縛槽設(shè)計(jì)也不簡(jiǎn)單。密封，是填平補(bǔ)齊對(duì)接面的凸凹不平，因此，材料越軟，實(shí)現(xiàn)密封越易。墊的端面自密封是將其柱面上的介質(zhì)壓力全數(shù)轉(zhuǎn)換為正交端面上的密封應(yīng)力，因此，用墊實(shí)現(xiàn)端面自密封，是使固體軟材質(zhì)按液體正交傳遞壓力，顯然需要同時(shí)創(chuàng)新理論和結(jié)構(gòu)。根據(jù)何曼君等的《高分子物理》和王金(音譯)等的美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室報(bào)告《在高分子薄膜表面進(jìn)行真正液性觀察》記載，常用固體高分子密封材料，如聚四氟乙烯和橡膠， 其分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)似管中流體紊動(dòng)，其整個(gè)分子鏈似流體輸送管，既有固性又有液性。此前，無他人關(guān)注有液性的固體材料的密封應(yīng)用，更無他人研究用軟材質(zhì)普遍實(shí)現(xiàn)自密封。本發(fā)明在于創(chuàng)新提出并應(yīng)用如下“材料的自密封機(jī)理及其應(yīng)用要領(lǐng)”，成功用軟材質(zhì)普遍實(shí)現(xiàn)自密封a材料的自密封機(jī)理密封墊的自密封是將其柱面上的介質(zhì)壓力全數(shù)轉(zhuǎn)換為正交端面上的密封應(yīng)力，或者說，是需要墊能夠正交傳遞壓力；根據(jù)泊松變形，受壓的密封料環(huán)的正交變形/應(yīng)變/應(yīng)力(響應(yīng))，是由泊松比值大小決定的，而密封用材料的泊松比值皆大于O和小于0. 5 ；因此，一切固體軟料環(huán)，都可通過一個(gè)叫材質(zhì)液性補(bǔ)償角的楔角，將其受壓時(shí)的正交變形響應(yīng)，補(bǔ)償?shù)骄哂胁此杀戎档扔?. 5的受壓液體一樣的正交變形響應(yīng)或達(dá)到等同液體的壓力傳遞程度而用作自密封環(huán)。對(duì)于有液性的密封料環(huán)，只有其徑向和軸向邊界接觸同時(shí)無間隙時(shí)，才能及時(shí)靠其液性正交傳遞壓力或?qū)崿F(xiàn)自密封；然而，環(huán)的制造誤差和材料的熱脹冷縮系數(shù)差，往往會(huì)致環(huán)邊界接觸有間隙；因此，密封料環(huán)還需要一個(gè)邊界接觸補(bǔ)償楔角，及時(shí)抵消其受壓時(shí)由間隙所致的與泊松比值成正比的正交變形，始終維持其密封接觸。所以，對(duì)一切固體軟材料，無論其有無液性，其自密封甚至非自密封設(shè)計(jì)，都在于楔角設(shè)計(jì)，以有效利用料的固性楔動(dòng)(一種不同于剛性楔的楔動(dòng))和液性流動(dòng)，而楔角越大、尖角越寬敞或越圓滑，越有利其固性楔動(dòng)的變形補(bǔ)償和液性流動(dòng)的壓力傳輸，但楔角不能大到熱脹冷縮致其脫離同補(bǔ)償角度面的接觸。b密封料環(huán)的正交變形與正交壓力傳遞密封料環(huán)在受到介質(zhì)壓力變形時(shí)，其泊松變形(應(yīng)變)比μ = ￡h/￡。高度應(yīng)變/周長(zhǎng)應(yīng)變= (Ah/h)/(2Ji Ar/2Jir)周長(zhǎng)應(yīng)變=半徑應(yīng)變= (rAh)/(hAr)[AhMr=PhAJ因此，如果將垂直加載方向(垂直環(huán)徑的環(huán)高)的泊松變形/應(yīng)變/應(yīng)力，叫正交變形/應(yīng)變/應(yīng)力，則密封料環(huán)在受到介質(zhì)壓力變形時(shí)，其正交變形(環(huán)高變形)Ah= (yh/r) Ar = (tg θ ) Ar(a)其中，μ是密封材料的泊松比，ε。是密封料環(huán)變形時(shí)的周長(zhǎng)應(yīng)變(縱向應(yīng)變或半徑應(yīng)變)，ε h是密封料環(huán)變形時(shí)的高度應(yīng)變(橫向應(yīng)變或正交應(yīng)變)，r是密封料環(huán)的內(nèi)半徑，h是密封料環(huán)的高度，是密封料環(huán)的半徑變形，Ah是密封料環(huán)的正交變形，tg θ是密封料環(huán)的正交變形率。由此可知，密封材料的泊松比值越小，受壓密封料環(huán)的正交變形或應(yīng)力響應(yīng)越小，正交壓力傳遞性或自密封性自然越差。c密封料環(huán)的材質(zhì)液性補(bǔ)償(正交變形的補(bǔ)償)材料軟，意味著易受壓變形或流動(dòng)；因此，像液體一樣軟而不可壓縮的材料，可在壓力作用下及時(shí)各向相同流動(dòng)或相同傳遞壓力。材料的泊松比值，一般為大于O小于0. 5， 是材料的不可壓縮性或液性指數(shù)，泊松比μ =0.5的材料完全不可壓縮，泊松比μ = 0的材料完全可壓縮。因此，一切易受壓變形的固體材料，如聚四氟乙烯(PTFE)、橡膠和柔性石墨，都需要一個(gè)如圖2所示的材質(zhì)液性補(bǔ)償角Q1，使其擁有泊松比μ =0.5時(shí)的正交變形響應(yīng)或不可壓縮響應(yīng)，才能完全具有液體般的正交壓力傳遞特性，滿足自激密封工作要求， 或者說，使其由大空間楔入足夠小的空間，增加其正交變形或應(yīng)力響應(yīng)，達(dá)到液體般的正交壓力傳遞效果。d密封料環(huán)的邊界接觸補(bǔ)償(正交變形的抵消)初始密封接觸，是一種在大氣溫度壓力下所實(shí)現(xiàn)的密封接觸，對(duì)軟材料，一般用手指頭擰緊便可實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，密封料環(huán)(02)與其縛腔(Φ(12')的徑向間隙(C)，在介質(zhì)壓力下，將發(fā)生環(huán)周增和環(huán)高減的泊松變形，致環(huán)脫離初始密封接觸。實(shí)際上，對(duì)于有液性的密封料環(huán)，只有其徑向和軸向接觸同時(shí)無間隙時(shí)，才能及時(shí)依托其不可壓縮性正交傳遞壓力或?qū)崿F(xiàn)自激密封。然而，環(huán)的制造誤差和材料的熱脹冷縮系數(shù)差，往往會(huì)致環(huán)邊界接觸有間隙，因此，對(duì)軟而不可壓縮(有液性)的密封料環(huán)還需要一個(gè)邊界接觸補(bǔ)償角Θ。，及時(shí)抵消間隙所致的與泊松比值成正比的受壓正交變形，始終維持其軸向的初始密封接觸。e密封料環(huán)的基本泊松補(bǔ)償角根據(jù)前述討論，材質(zhì)液性補(bǔ)償，是旨在補(bǔ)償其徑向邊界接觸無隙時(shí)由泊松比值不足0. 5所致的密封料環(huán)的正交變形的不足；邊界接觸補(bǔ)償，是旨在抵消其徑向邊界接觸有間隙時(shí)由間隙所致的密封料環(huán)與泊松比值成正比的正交變形。因此，如果液性補(bǔ)償和接觸補(bǔ)償分別按泊松比值為0和0. 5充分補(bǔ)償，則按正交變形公式(a)，任何密封材料，因其泊松比值皆大于0和小于0. 5，便都有彼此相等的一個(gè)充分液性補(bǔ)償角θ工和一個(gè)充分接觸補(bǔ)償角θ。，并可統(tǒng)稱為基本泊松補(bǔ)償角θ…tg6e= (uh)/r = h/d(b)其中h是密封料環(huán)高度，d = 2r是密封料環(huán)內(nèi)徑，μ = 0.5是達(dá)到充分補(bǔ)償?shù)牟此杀戎?。f泊松補(bǔ)償角θ n的取值考慮如圖2所示，泊松補(bǔ)償角911(01或θ。)越大，密封料環(huán)在沿徑向受壓變形時(shí)，其正交變形或應(yīng)力響應(yīng)越大，即其自激密封性越好；但是，當(dāng)補(bǔ)償角決定的高度隨半徑的變化率大于由環(huán)和縛腔的材料溫度系數(shù)差所致的高度隨半徑的變化率(h/r)時(shí)，在熱脹冷縮中， 泊松補(bǔ)償角將致密封料環(huán)脫離密封接觸。因此，按公式(b)， 在密封設(shè)計(jì)不能避免密封料環(huán)因熱脹冷縮而脫離初始密封接觸時(shí)， 對(duì)于材質(zhì)接近有液性的密封料環(huán)，其泊松補(bǔ)償角θ工可取(2tR9^ = )h/r > tg θ > h/d(U丄主要補(bǔ)償環(huán)的邊界接觸性，附帶補(bǔ)償材質(zhì)的液性， 對(duì)于材質(zhì)接近無液性的密封料環(huán)，其泊松補(bǔ)償角θ 2可取Iim tg θ 2 = Iim tg2 θ e = h/r( = 2tg θ J ,同時(shí)補(bǔ)償材質(zhì)的液性和環(huán)的邊界接觸性； 在密封設(shè)計(jì)能避免密封料環(huán)因熱脹冷縮而脫離初始密封接觸時(shí)， 無論密封料質(zhì)液性好與壞或泊松比值大與小，其泊松補(bǔ)償角θ 3可取tg θ 3 > h/r ( = 2tR θ J 0g軟金屬襯環(huán)比硬蛋殼還蛋殼，更能抗外壓而不抗內(nèi)壓蛋殼能承受相當(dāng)?shù)耐獠繅毫?，但卻不能承受弱雛的出殼掙扎力。管道所能承受的極限內(nèi)部壓力Pi = hs/d，是由直徑壁厚關(guān)內(nèi)徑(d)比和材料的極限抗拉強(qiáng)度⑶ 決定的；管道所能承受的極限外部壓力P。= MS/D，是由直徑壁厚Qa)/外徑(D)比和材料的極限抗拉強(qiáng)度( 決定的；管道外部的均勻壓力致管道直徑縮小而致壁厚均勻增加， 管道內(nèi)部的均勻壓力致管道直徑擴(kuò)大而致壁厚均勻減??；因此，軟金屬料管的耐外壓能力遠(yuǎn)大于其耐內(nèi)壓的能力，并且?guī)缀鯚o壓破管的外部均勻壓力極限。所以，軟金屬襯環(huán)比硬蛋殼還蛋殼，更能抗外壓而不抗內(nèi)壓，乃至極薄的軟金屬襯環(huán)能有效抵抗軟質(zhì)密封料環(huán)的自由收縮和束縛，而又不影響料環(huán)的自激密封性。也就是說，自激端面密封用軟質(zhì)密封料環(huán)可有一個(gè)革命性的約束或控制其熱脹冷縮而又不影響其自激密封性的薄壁金屬襯環(huán)。US2007/0176373和US6708983專利提供的對(duì)非金屬密封材料的內(nèi)嵌外裹束縛，是通過有形金屬帶的盤繞提供的，是多層交替、復(fù)雜和昂貴的；密封料層單薄，即使有液性也因不連續(xù)或流阻大而無用，加之最內(nèi)層焊接成一體的幾層金屬帶的抗力，致其無自激密封性。US2455982專利提供的對(duì)非金屬密封材料的束縛，是通過單一外金屬縛環(huán)提供的，并僅限徑向；其密封料環(huán)是自激密封元，但僅限橡膠，致其應(yīng)用規(guī)格、應(yīng)用介質(zhì)、應(yīng)用溫度和應(yīng)用壓力十分有限；其金屬縛環(huán)是承壓疆界，必須是整體的厚壁的，致其與受限制的應(yīng)用極不相稱。US6739595專利所提供的自激密封不是靠軟質(zhì)密封料的柔性(變形流動(dòng))實(shí)現(xiàn)的， 而是靠密封料環(huán)的剛性(面的著力反射和桿的受力翹動(dòng))實(shí)現(xiàn)的。
總之，現(xiàn)有墊密封技術(shù)從設(shè)計(jì)理念到具體結(jié)構(gòu)都不是使固體軟材質(zhì)按液體正交傳遞壓力。

發(fā)明內(nèi)容
用作兩個(gè)對(duì)接端面自密封的密封料環(huán)，需要一個(gè)用作密封面的特設(shè)端面和一個(gè)用作被密封面的全平端面；密封料環(huán)，安裝在特設(shè)端面上的縛腔中后、與特設(shè)端面一道構(gòu)成密封面，用于填平補(bǔ)齊全平端面上的凸凹不平(泄漏通道)而實(shí)現(xiàn)密封，或負(fù)責(zé)將其柱面上的介質(zhì)壓力自動(dòng)正交轉(zhuǎn)換為其端面上的密封應(yīng)力。對(duì)于材質(zhì)接近有液性的密封料環(huán)，如聚四氟乙烯(PTFE)和橡膠密封料環(huán)，在常溫和小規(guī)格范圍應(yīng)用中，一般不需要材質(zhì)液性補(bǔ)償， 也不需要邊界接觸補(bǔ)償。但是，對(duì)于大規(guī)格應(yīng)用，PTFE的熱脹冷縮系數(shù)是鋼的十多倍，橡膠的熱脹冷縮系數(shù)是鋼的數(shù)十倍；溫度變化時(shí)，規(guī)格越大，密封料環(huán)直徑相對(duì)其金屬縛腔直徑變化越大，可以大得或是因過盈配合而無法安裝或是因過大徑向間隙而無法正交傳遞壓力或按自激密封工作；例如，一個(gè)IOOmm直徑的PTFE墊，溫度變化50°C，相對(duì)其鋼縛腔直徑變化0. 8mm左右；一個(gè)4000mm直徑的PTFE墊，溫度變化100°C，相對(duì)其鋼縛腔直徑變化64mm 左右ο為約束軟質(zhì)密封料環(huán)相對(duì)其金屬縛腔的徑向熱脹冷縮，確保密封料環(huán)的直徑變化不至影響其可靠安裝和可靠工作，提出一種有縛自激密封環(huán)，靠密封料的正交變形實(shí)現(xiàn)密封，由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛環(huán)(外環(huán))和金屬襯環(huán)(內(nèi)環(huán))組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛環(huán)(外環(huán))組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬襯環(huán)(內(nèi)環(huán))組成，其特征是所述縛環(huán)和所述襯環(huán)的壁薄，僅能約束所述料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮。所述軟質(zhì)密封料是聚四氟乙烯(PTFE)、橡膠、柔性石墨、鉛、銦等一類易變形的金屬和非金屬軟材料，所述料環(huán)的端面是密封面并呈扁平狀。在大氣溫度壓力下所實(shí)現(xiàn)的密封(接觸)叫初始密封(接觸)，對(duì)軟質(zhì)密封料，一般由手指頭擰緊密封連接便可實(shí)現(xiàn)。自(激)密封，是靠所密封的介質(zhì)壓力自動(dòng)提供的，壓力越高，密封越好，但是，沒有初始密封就沒有自增強(qiáng)密封的壓力，因此，沒有初始密封就沒有自激密封。未填滿其縛腔前的密封料環(huán)的相對(duì)熱脹冷縮，叫自由熱脹冷縮；填滿其縛腔后的密封料環(huán)的相對(duì)熱脹冷縮，叫非自由熱脹冷縮。對(duì)有縛自激密封環(huán)，其外柱面受承壓疆界束縛，在其內(nèi)柱面受介質(zhì)壓力激勵(lì)時(shí)，其端面應(yīng)自動(dòng)產(chǎn)生密封應(yīng)力。外壓致襯環(huán)應(yīng)力面積增， 內(nèi)壓致襯環(huán)應(yīng)力面積減，因此，壁薄的軟金屬襯環(huán)，既能抵抗外部軟質(zhì)密封料環(huán)的自由冷縮，又不影響料環(huán)在小壓力下的自激密封性。金屬縛環(huán)的壁，比襯環(huán)的壁稍厚，不僅能完全阻止密封料環(huán)的自由膨脹，而且還可為密封環(huán)提供一個(gè)相對(duì)縛腔不變的配合直徑，確保其既可反復(fù)拆卸又可消除影響密封的徑向間隙?？`環(huán)和襯環(huán)能遏制密封料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮，但卻不能遏制密封料環(huán)的徑向非自由膨脹。當(dāng)密封料環(huán)填滿縛腔后再隨溫度變化脹大時(shí)，首先致襯環(huán)和縛環(huán)彈性變形，然后致襯環(huán)塑性變形。襯環(huán)和縛環(huán)的變形可使密封結(jié)構(gòu)自動(dòng)適應(yīng)密封材料的多少變化。襯環(huán)和縛環(huán)的彈性變形可使密封料環(huán)經(jīng)歷高溫后再回到常溫時(shí)，仍然能維持初始密封接觸，確保密封永不失效。當(dāng)襯環(huán)塑性變形超過某個(gè)極限后再回到常溫時(shí)，密封料環(huán)將失去密封接觸而致密封失效。也就是說，金屬縛環(huán)和襯環(huán)，無論其料環(huán)約束面是柱面還是曲母線回轉(zhuǎn)面(本文簡(jiǎn)稱曲面，并特指非柱形回轉(zhuǎn)面)，除確保軟質(zhì)密封環(huán)的滿足安裝要求外，還能適當(dāng)擴(kuò)大其工作溫度范圍。密封料環(huán)，僅在縛環(huán)和襯環(huán)的柱面約束和控制下熱脹冷縮時(shí)，一般只能沿軸向流動(dòng)，不能沿徑向流動(dòng)。端面有承壓腔界約束后，料環(huán)主體沿軸向的膨脹流動(dòng)過程，實(shí)際上是一個(gè)環(huán)高被壓縮的過程。如果縛環(huán)或襯環(huán)的料環(huán)約束面不是全連續(xù)柱面而是兩端有直角肩腔的斷續(xù)柱面或叫矩形曲(母線回轉(zhuǎn))面，那么，當(dāng)料環(huán)的主體高度被壓縮得不能維持常溫密封接觸時(shí)，其肩部密封面一定還能維持常溫密封接觸，因?yàn)榧缜桓叨冗h(yuǎn)比料環(huán)主體高度小，冷縮變量小得多；也就是說，密封料環(huán)，以有肩腔的矩形曲面為約束面的，比以無肩腔的全連續(xù)柱面為約束面的，有更大的溫度變化適應(yīng)能力。如果縛環(huán)和襯環(huán)中的一環(huán)的料環(huán)約束面是以凸伸入料環(huán)的碗形截面曲線或V形曲線為母線的回轉(zhuǎn)面，另環(huán)的料環(huán)約束面是一個(gè)兩端有直角肩腔的矩形曲面，那么，當(dāng)料環(huán)主體沿軸向冷縮時(shí)，料環(huán)將被碗形曲面或 V形曲面的斜面，壓向?qū)γ婕缜粌?nèi)，加強(qiáng)肩部的密封接觸，進(jìn)一步提高密封環(huán)的工作溫度范圍。碗形底越闊，曲面的軸向肩縛功能越強(qiáng)，曲面的斜向力反射功能越弱，反之亦然；碗底闊為0的V形曲面，軸向肩縛功能弱，斜向力反射功能強(qiáng)。以凸伸入料環(huán)的弧線為母線的回轉(zhuǎn)面，既有足夠的斜向力反射功能，又有足夠的軸向肩縛功能，還致弓形截面環(huán)有更好的整體強(qiáng)度，是理想的縛環(huán)的料環(huán)約束面。因此，所述縛環(huán)和所述襯環(huán)的料環(huán)約束面最好是以沿徑向凸伸入所述料環(huán)的碗形截面曲線或V形曲線或矩形曲線(包括接近矩形的曲線)或弧線為母線的回轉(zhuǎn)面，非矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有斜角肩的料環(huán)縛腔截面，矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有直角肩或接近直角肩的料環(huán)縛腔截面。簡(jiǎn)而言之，所述縛環(huán)或所述襯環(huán)對(duì)所述料環(huán)的約束面形，都是致所述料環(huán)的工作截面沿軸向兩頭大中間小。對(duì)于兩頭大中間小的料環(huán)縛腔，當(dāng)料環(huán)主體沿軸向縮小時(shí)，由大空間縮入小空間，致四角局部隆起而能有效維持自激密封所需的初始密封接觸，當(dāng)料環(huán)主體沿軸向增大時(shí)，致兩端密封接觸全面同時(shí)增加；更準(zhǔn)確地說，無介質(zhì)壓力時(shí)，當(dāng)其相對(duì)其縛腔縮小時(shí)，料環(huán)內(nèi)側(cè)兩角的密封接觸首先得以加強(qiáng)，當(dāng)其相對(duì)其縛腔增大時(shí)，料環(huán)外側(cè)兩角的密封接觸首先得以加強(qiáng)，都能有效維持自激密封所需的初始密封接觸條件，因此，有介質(zhì)壓力時(shí)，料環(huán)能利用其固性楔動(dòng)和液性流動(dòng)可靠按自激密封工作。對(duì)于熱帶和亞熱帶(最低氣溫不低于0°C)的常溫應(yīng)用，所述有縛自激密封環(huán)有時(shí)只需縛環(huán)而不需襯環(huán)就可滿足保管、安裝和工作要求。對(duì)于寒帶和亞寒帶(最高氣溫不高于20°C )的常溫應(yīng)用，所述有縛自激密封環(huán)有時(shí)只需襯環(huán)而不需縛環(huán)就可滿足保管、安裝和工作要求。所述有縛自激密封環(huán)可以安裝在金屬承壓疆環(huán)的通腔中，同疆環(huán)一道用作平面對(duì)接的自激密封墊；此時(shí)，密封料環(huán)的縛環(huán)和襯環(huán)的高度不大于疆環(huán)高度，密封料環(huán)的高度稍大于疆環(huán)高度，以提供初始密封接觸；要輕松安裝，縛環(huán)與通腔間必然需要一定安裝間隙， 而該間隙可致密封極限壓力降低。消除該間隙的有效方法是使縛環(huán)和疆環(huán)成一體，或者說， 是將縛環(huán)的環(huán)料約束面結(jié)構(gòu)在通腔壁上而不再用分離縛環(huán)；而一旦如此，便是一種有縛自激密封墊，靠密封料的正交變形實(shí)現(xiàn)密封，由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬承壓疆環(huán)(外環(huán))和金屬襯環(huán)(內(nèi)環(huán))組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬承壓疆環(huán)組成，其特征是有襯環(huán)時(shí)，所述襯環(huán)僅能約束所述料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮；無襯環(huán)時(shí)，所述疆環(huán)對(duì)所述料環(huán)的約束面是曲母線回轉(zhuǎn)面。同樣，簡(jiǎn)單地說，所述疆環(huán)或所述襯環(huán)對(duì)所述料環(huán)的約束面形，致所述料環(huán)的工作截面沿軸向兩頭大中間小，具體地說，所述疆環(huán)和所述襯環(huán)的料環(huán)約束面是以沿徑向凸伸入所述料環(huán)的碗形截面曲線或V形曲線或矩形曲線(包括接近矩形的曲線)或弧線為母線的回轉(zhuǎn)面，非矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有斜角肩的料環(huán)縛腔截面，矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有直角肩或接近直角肩的料環(huán)縛腔截面。在所述疆環(huán)的兩個(gè)端面上有用作緊固支撐的宏觀鋸齒環(huán)，或有用作密封的微觀鋸齒環(huán)，或兩者皆有。所述有縛自激密封環(huán)也可安裝在對(duì)接的特設(shè)端面的縛腔中，與特設(shè)端面一道完成同對(duì)接的全平端面的密封對(duì)接；此時(shí)，密封料環(huán)的縛環(huán)和襯環(huán)的高度不大于縛腔深度，密封料環(huán)的高度稍大于縛腔深度，以提供初始密封接觸。要輕松安裝，縛環(huán)與縛腔間必然需要一定安裝間隙，而該間隙可致密封極限壓力降低。消除該間隙的有效方法是使縛環(huán)和縛腔成一體，或是將縛環(huán)的環(huán)料約束面結(jié)構(gòu)在縛腔壁上而不再用分離縛環(huán)；而一旦如此，便是一種有縛自激密封結(jié)構(gòu)，靠密封料的正交變形實(shí)現(xiàn)密封，由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛腔和金屬襯環(huán)組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛腔組成，其特征是有襯環(huán)時(shí)，所述襯環(huán)僅能約束所述料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮；無襯環(huán)時(shí)，所述縛腔對(duì)所述料環(huán)的約束面是曲母線回轉(zhuǎn)面。同樣，簡(jiǎn)單地說，所述縛腔或所述襯環(huán)對(duì)所述料環(huán)的約束面形，致所述料環(huán)的工作截面沿軸向兩頭大中間小，具體地說，所述縛腔和所述襯環(huán)的料環(huán)約束面是以沿徑向凸伸入所述料環(huán)的碗形截面曲線或V形曲線或矩形曲線(包括接近矩形的曲線)或弧線為母線的回轉(zhuǎn)面， 非矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有斜角肩的料環(huán)縛腔截面，矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有直角肩或接近直角肩的料環(huán)縛腔截面。在所述縛腔的外端面上有用作緊固支撐的宏觀鋸齒環(huán)，或有用作密封的微觀鋸齒環(huán)，或兩者皆有。依據(jù)前述密封結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)原理，還有一種有縛自激密封結(jié)構(gòu)，靠密封料的正交變形實(shí)現(xiàn)密封，由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛腔和金屬襯環(huán)組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛腔組成，其特征是有襯環(huán)時(shí)，所述襯環(huán)僅能約束所述料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮；無襯環(huán)時(shí)，所述縛腔有一個(gè)泊松補(bǔ)償錐面底部或有一個(gè)斜角臺(tái)階或直角臺(tái)階口部，或所述縛腔同時(shí)有所述錐面底部和所述斜角臺(tái)階或直角臺(tái)階口部。在所述縛腔的外端面上有用作緊固支撐的宏觀鋸齒環(huán)，或有用作密封的微觀鋸齒環(huán)，或兩者皆有。本發(fā)明所依據(jù)的設(shè)計(jì)理念是空前的，因此，取得的技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)效果也必定是空前的。首先，手指頭擰緊或接近手指頭擰緊本發(fā)明的密封連接螺栓或螺紋，無論是用聚四氟乙烯(PTFE)還是柔性石墨作密封材料，在材料不發(fā)生相變或分解前，無論壓力多高多低，只要承壓件不破裂，本發(fā)明的密封連接永遠(yuǎn)都不會(huì)因密封本身失效而泄漏，在總體上， 是現(xiàn)有墊的端面密封技術(shù)所完全不能及的，因此，加之還有一個(gè)微觀鋸齒環(huán)的密封保護(hù)和實(shí)際密封連接不可能松弛到手指頭擰緊的地步，無疑，本發(fā)明的密封連接將致一個(gè)泄漏無憂時(shí)代的誕生。其次，本發(fā)明的密封環(huán)只要求一個(gè)在直徑和深度上適合其安裝的縛腔，與現(xiàn)有平墊密封技術(shù)相比，無需繁瑣的螺栓載荷設(shè)計(jì)和安裝保障程序，與現(xiàn)有0形環(huán)密封技術(shù)相比， 無需繁瑣的縛腔設(shè)計(jì)或選擇，因此，本發(fā)明密封環(huán)的設(shè)計(jì)或選用與應(yīng)用成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、可
靠性高。再其次，本發(fā)明的密封環(huán)只分尺寸規(guī)格不分壓力級(jí)別，或者說，一個(gè)尺寸規(guī)格的密封環(huán)可滿足該規(guī)格的任何壓力的密封需求，因此，與現(xiàn)有的平墊密封技術(shù)相比，本發(fā)明將致密封件的系列規(guī)格和品種銳減及各單件批量劇增，顯著降低密封件的制造、庫存和應(yīng)用成本。再其次，本發(fā)明的各密封環(huán)是一種只用聚四氟乙烯或柔性石墨密封材料的結(jié)構(gòu)相似密封元，并且能勝任美國(guó)ASME B16. 5指定的la、lb、Ila、lib、IIIa和IIIb六組密封墊或歐洲EN1514-1 8規(guī)定的七組密封墊所能勝任的全部端面密封任務(wù)，顯著降低密封墊的設(shè)計(jì)、選用、制造、庫存、使用、維修等成本。最后，本發(fā)明使用的聚四氟乙烯和柔性石墨密封材料，幾乎耐一切腐蝕，幾乎不老化變質(zhì)，可回收再利用，因此，加之可填補(bǔ)修復(fù)，密封環(huán)有無限壽命而無材料廢棄所致的浪費(fèi)和污染；所以，加之密封無泄漏而無泄漏所致的浪費(fèi)和污染，與現(xiàn)有平墊密封技術(shù)相比， 本發(fā)明技術(shù)十分節(jié)能環(huán)保。


本發(fā)明的有縛自激密封環(huán)、墊及結(jié)構(gòu)都是環(huán)形結(jié)構(gòu)，大都以環(huán)形的局部截面視圖表達(dá)，并以直徑尺寸符號(hào)Φ和尺寸箭頭明確表示出環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向和徑向及環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。在所有視圖中，相同的字母符號(hào)代表功能相同或相近的元件或結(jié)構(gòu)或尺寸。圖1是不符合本發(fā)明的自激密封環(huán)02，其密封料沒有徑向約束縛環(huán)和襯環(huán)，在常溫范圍內(nèi)，溫度變化就可致其直徑變大而無法安裝，或致其直徑變小而出現(xiàn)徑向安裝間隙。圖2是不符合本發(fā)明的圖1的密封環(huán)02，在裝入工作縛腔后，有一個(gè)徑向間隙C， 以至于在介質(zhì)壓力作用下，密封環(huán)02將發(fā)生如圖中虛線所示的環(huán)周增和環(huán)高減的泊松變形。圖3是符合本發(fā)明的一種只有徑向束縛的自激密封環(huán)，其密封料環(huán)02外受縛環(huán)01 約束，密封環(huán)的外徑大小不受溫度變化影響，既能確保反復(fù)拆卸安裝，又能避免徑向安裝間隙；內(nèi)受襯環(huán)03約束，料環(huán)不會(huì)冷縮致脫離縛環(huán)。圖4是符合本發(fā)明的圖3的有縛自激密封環(huán)，在裝入工作縛腔后，縛環(huán)確保無徑向安裝間隙，襯環(huán)確保自動(dòng)適應(yīng)密封料的多少和冷縮變化，并且不影響自激密封性。圖5是本發(fā)明的有徑向和軸向束縛的自激密封環(huán)的結(jié)構(gòu)說明圖，圖6是工作原理說明圖。圖7 12是符合本發(fā)明的典型的有縛自激密封環(huán)，圖13 16是它們的縛肩的局部結(jié)構(gòu)放大圖與泊松補(bǔ)償角θη。圖17是符合本發(fā)明的有縛自激密封墊，圖18和圖19是其密封結(jié)構(gòu)部分的局部放大圖；圖18，其料環(huán)02的外約束面設(shè)在縛環(huán)01上，是分離式縛環(huán)結(jié)構(gòu)；圖19，其料環(huán)02的外約束面設(shè)在疆環(huán)04上，是整體式縛環(huán)結(jié)構(gòu)。圖20是符合本發(fā)明的有縛自激密封結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)在特設(shè)端面A上)，圖21和圖22 是其密封結(jié)構(gòu)部分的局部放大圖；圖21，其料環(huán)02的外約束面設(shè)在縛環(huán)01的內(nèi)壁上，是分離式縛環(huán)結(jié)構(gòu)；圖22，其料環(huán)02的外約束面設(shè)在特設(shè)端A上的縛腔壁上，是整體式縛環(huán)結(jié)構(gòu)。圖23是符合本發(fā)明的又一種有縛自激密封結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)在特設(shè)端面A上)，圖M和圖25是其密封結(jié)構(gòu)部分的局部放大圖；圖M的料環(huán)02的縛腔是一個(gè)有泊松補(bǔ)償角θ 錐面底部和直角臺(tái)階口部的結(jié)構(gòu)，圖25的料環(huán)02的縛腔是一個(gè)有粗實(shí)線所示的泊松補(bǔ)償角θ 錐面底部加直角口部的結(jié)構(gòu)，或是一個(gè)有細(xì)線所示的直角(θ η = 0)底部加直角臺(tái)階口部的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式圖1所示的常用聚四氟乙烯(PTFE)和橡膠密封料環(huán)02，環(huán)高度Ii1稍大于其縛腔高度h，安裝在圖2所示的特設(shè)端面A的縛腔中后，靠特設(shè)端面A和全平端面B的對(duì)接連接螺栓或螺紋的緊固提供對(duì)接端面的初始密封，靠介質(zhì)在內(nèi)柱面上的壓力提供對(duì)接端面的工作密封。環(huán)的介質(zhì)密封作用面積(環(huán)的內(nèi)柱面積)大于環(huán)的介質(zhì)去密封作用面積(環(huán)的端面積)，因此，壓力越高密封越好。但是，由于環(huán)的Φ(12和Φd3柱面無約束，因此，環(huán)境溫度變化就可致預(yù)制的環(huán)外徑Od2變得大于或小于環(huán)縛腔直徑Φd2'。如果Φ(12>Φ(ν，則環(huán)無法安裝就位；如果Od2 < Φ(12'，則如圖2的虛線所示，環(huán)的徑向安裝間隙C將致環(huán)直徑隨介質(zhì)壓力變大，環(huán)直徑變大將致環(huán)高度按泊松比μ降低而致密封失效。柔性石墨，其熱脹冷縮系數(shù)比聚四氟乙烯(PTFE)和橡膠的熱脹冷縮系數(shù)低得多或更接近金屬的熱脹冷縮系數(shù)，在普通溫度范圍內(nèi)，無上述聚四氟乙烯(PTFE)和橡膠所面臨的安裝問題和工作問題，但在高得多的工作溫度范圍內(nèi)，從冷溫到高溫的過程中，隨著溫度的升高，在柔性石墨密封環(huán)的外側(cè)同樣會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致密封失效的徑向間隙。再說，只有內(nèi)外有金屬環(huán)束縛的柔性石墨密封環(huán)，才便于操作處理和反復(fù)拆卸維修。因此，如圖3的密封環(huán)及其裝配就位工作圖4所示，無論高溫度系數(shù)的聚四氟乙烯 (PTFE)密封料環(huán)02還是低溫度系數(shù)的柔性石墨密封料環(huán)02，都應(yīng)該有金屬縛環(huán)01和金屬襯環(huán)03的束縛，才能確保其在流通、保管、安裝、拆卸、維修等過程中有理想的操作性。為不影響密封料環(huán)02的自激密封性，襯環(huán)03的壁應(yīng)當(dāng)薄得僅能遏制料環(huán)02的徑向相對(duì)自由縮小，遠(yuǎn)不能抵抗所密封的介質(zhì)的額定壓力。為確保密封環(huán)有一個(gè)穩(wěn)定的安裝直徑Φ(12，縛環(huán) 01的壁厚應(yīng)當(dāng)大于襯環(huán)03的壁厚。為確保特設(shè)端面A和全平端面B的密合性和密合后的料環(huán)的初始密封性，密封料環(huán)02的高度Ii1、縛腔的高度h和縛環(huán)01及襯環(huán)03的高度Ii2應(yīng)該有、>!!>、的關(guān)系。由于襯環(huán)03的壁僅能遏制料環(huán)02的徑向自由冷縮或束縛，不能抵抗料環(huán)02的徑向非自由冷縮或束縛，因此，密封環(huán)的安裝壓縮或熱膨脹壓縮可致襯環(huán)03 發(fā)生彈性或塑性徑向縮小而使料環(huán)02可適度適應(yīng)溫度變化或料多料少變化?？`環(huán)01和襯環(huán)03的彈性變形有利于料環(huán)02由高溫回到常溫后能維持初始密封接觸，因此，縛環(huán)01又不能太厚。料環(huán)02熱膨脹致襯環(huán)03徑向塑性縮小的過程，實(shí)際上是料環(huán)02被壓縮致其常溫高度發(fā)生塑性縮小的過程，因此，在某個(gè)高溫后再回到常溫時(shí)，料環(huán)的高度將不足以維持料環(huán)的初始密封接觸。也就是說，圖3所示的有縛自激密封環(huán)，對(duì)溫度變化的適應(yīng)能力是有限的。密封料環(huán)的高度絕對(duì)彈性壓縮量決定其端面能否提供或維持初始密封，而高度的永久絕對(duì)熱脹變量或永久絕對(duì)冷溫縮量與高度成正比，因此，如圖5的密封環(huán)及其裝配就位工作圖6所示，當(dāng)料環(huán)02熱脹致其主體冷溫高度h變小而剛好不能維持初始密封接觸時(shí)，比h小很多的局部縛肩的高度t 一定還能維持初始密封接觸。也就是說，對(duì)密封料環(huán)的軸向流動(dòng)有縛肩約束的有縛自激密封環(huán)，對(duì)溫度變化有更高的適應(yīng)能力。如圖5所示，縛環(huán)01的V形料環(huán)約束面是以碗底闊h4 = 0的碗形曲線(V形曲線) 為母線的回轉(zhuǎn)曲面，襯環(huán)03的矩形料環(huán)約束面是以碗口闊Ii2 =碗底闊h4 =襯環(huán)高Ii3的碗形曲線(矩形曲線)為母線的回轉(zhuǎn)曲面；顯然，碗口闊不變，碗形曲面的底越闊，曲面的直縛或軸向肩縛功能越強(qiáng)，斜縛功能越弱，反之亦然。曲面的直縛功能可提高有縛自激密封環(huán)對(duì)溫度變化的適應(yīng)能力(見前述)，曲面的斜縛功能(斜面的反作用力R直指對(duì)角而)使對(duì)角的密封接觸再加強(qiáng)，因此，曲面可再提高有縛自激密封環(huán)對(duì)溫度變化的適應(yīng)性。實(shí)際上，圖5的縛環(huán)01的V形曲面、弧形曲面和碗形曲面，是在對(duì)料環(huán)02分別提供兩個(gè)對(duì)稱的泊松補(bǔ)償角；盡管弧形的θ ’ η不是常數(shù)，但總體有θ ‘ 3> θ ‘ η> 9 “ 3。由于對(duì)于徑向雙向有束縛的密封料環(huán)，其徑向尺寸基本不再隨溫度變化，即其泊松補(bǔ)償角度面基本不會(huì)因溫度變化而脫離同其被縛面的接觸；對(duì)于軸向雙向局部有束縛的密封料環(huán)， 即使無徑向束縛，有適當(dāng)長(zhǎng)度的泊松補(bǔ)償角度面也不至于會(huì)因溫度變化而完全脫離同其被縛面的接觸；因此，圖5那樣四向均有束縛的密封料環(huán)的V形曲面、弧形曲面和碗形曲面泊松補(bǔ)償角均可按θ3取?；⌒慰`環(huán)既可提供一個(gè)總體較厚的壁厚以獲得穩(wěn)定的安裝尺寸，又可提供一個(gè)兩端易變形的薄的壁厚以利裝配時(shí)消除端部接觸間隙。大體上，弧形曲面的弓形弦為縛腔高度h，改變弓形高可改變對(duì)料環(huán)約束或泊松補(bǔ)償角大小，以滿足不同的極限工作溫度或材質(zhì)的需求。如圖6的襯環(huán)03的虛線截面所示，當(dāng)料環(huán)02的體積變得大于其容腔的體積時(shí)， 強(qiáng)度弱的襯環(huán)中部被迫內(nèi)曲而又致縛肩高度t變小，吞下多出的料環(huán)體積而又不致襯環(huán)端部塑性縮小；當(dāng)料環(huán)的體積相對(duì)其容腔的縮小時(shí)，強(qiáng)度高的襯環(huán)端部迫使其兩端縛肩隆起而加強(qiáng)密封接觸，致其四角之外的表面出現(xiàn)真空間隙，因此，無論是大氣壓力還是介質(zhì)壓力都可致中部彎曲的襯環(huán)伸直，吐出此前吞下的體積，或把儲(chǔ)存的料環(huán)體積由中部壓向端部， 特別是壓向四角肩部，致密封接觸達(dá)到緊密又緊密的地步。也就是說，能給襯環(huán)兩端各提供一個(gè)有縛腔的等壁厚的矩形曲面的襯環(huán)，可適應(yīng)料環(huán)的非自由熱脹冷縮或適應(yīng)更大的極限溫度變化；縛腔可是如圖8的開放式或圖9的封閉式；開放式的縛腔更適合聚四氟乙烯 (PTFE)密封料環(huán)，封閉式的縛腔更適合柔性石墨密封料環(huán)。對(duì)密封料環(huán)的徑向和軸向約束或斜向綜合約束，表面上是在消除制造誤差和溫度變化所致的有害間隙，以便至少在料環(huán)截面的四角始終維持自激密封所需的初始密封接觸條件，實(shí)質(zhì)上是在總體上使料環(huán)的約束截面在軸向呈兩頭大中間小，以便在介質(zhì)壓力作用下，使料環(huán)在徑向由大空間入足夠小空間，增加料環(huán)的軸向變形/應(yīng)變/應(yīng)力(響應(yīng))，在完成對(duì)料環(huán)的材質(zhì)液性補(bǔ)償和邊界接觸補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，使料環(huán)充分按液體正交傳遞壓力，實(shí)現(xiàn)自激密封。弧形的料環(huán)約束面和矩形的料環(huán)約束面的基本排列組合，可形成6種基本不同的兩頭大中間小的環(huán)料約束截面，分別如圖7 12所示。這就是有縛自激密封環(huán)的典型結(jié)構(gòu)。 圖7 9的縛環(huán)01的截面尖角結(jié)構(gòu)如其局部I的放大視圖13所示。圖10 12的縛環(huán)01 的直縛肩部結(jié)構(gòu)如其局部II的放大視圖14所示，可根據(jù)密封材料的不同提供一個(gè)θ工或 θ2的泊松補(bǔ)償角θη，提高縛肩部位的自激密封性；但當(dāng)、/(13太小時(shí)，Q1* 02不大，只能要求縛環(huán)端面不外凸而或平或微凹。對(duì)于圖8、圖9、圖11和圖12的襯環(huán)03，其直縛肩結(jié)構(gòu)如局部III和IV的放大視圖15和16所示，可在裝配中或工作中自動(dòng)形成一個(gè)θ工或 θ 2的提高縛肩自激密封性的泊松補(bǔ)償角θ η，因此，制造中只要求縛肩不外凸即可。相比較而言，圖7和圖10的襯環(huán)的兩端強(qiáng)度弱，圖8、圖9、圖11和圖12的襯環(huán)的兩端強(qiáng)度高，因此，兩者有著正負(fù)相反的泊松補(bǔ)償角，前者有允許環(huán)料自由進(jìn)出尖角的味道，后者有只許環(huán)料進(jìn)、不許環(huán)料出肩腔的味道，但都在于加強(qiáng)縛肩部位的自激密封性。有縛自激密封環(huán)的縛環(huán)，可如圖18和圖21那樣，是分離式的，是獨(dú)立的；也可如圖 19、圖22、圖對(duì)和25那樣，是整體式的，縛環(huán)與其縛腔成一體，不再是獨(dú)立的。分離式縛環(huán)結(jié)構(gòu)在縛環(huán)和其縛腔間多出一道需要考慮自動(dòng)抵消的間隙，整體式縛環(huán)結(jié)構(gòu)無這道間隙影響，極限工作壓力更高。有密封環(huán)的對(duì)接端叫特設(shè)端(A)或密封端，要求與其對(duì)接的端為全平端(B)或被密封端。在特設(shè)端面上可有微觀密封鋸齒環(huán)(05是其齒面，06是其齒刃)，其齒距(Xs)/齒高(Zt) = 20 500，用于提供重復(fù)金屬密封，增加密封的結(jié)構(gòu)可靠性；還可有宏觀支撐鋸齒環(huán)(05是其齒面，07是其齒刃)，用于提供連接安裝的緊固支撐，消除對(duì)接面繞接觸圓翻轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)化安裝緊固程序，確保密封接觸的均勻性，增加密封的可靠性。本發(fā)明的有縛自激密封環(huán)的內(nèi)徑Φ(13是余進(jìn)圓整后的ΕΝ1092-1表A-I的管外徑 (ΦΑ)的圓整值，密封環(huán)壁厚(a)是按遞增至11地取EN1092-1表A-I的次最小壁厚，即有密封環(huán)外徑Od2 = Od3+2a ；特設(shè)端面A上的Φ Ι/ΦΚ/ΦΟ/η-Φ 是EN1092-1的相關(guān)規(guī)定尺寸。因此，加之有縛自激密封環(huán)是按自密封工作的，一個(gè)尺寸規(guī)格的法蘭用密封環(huán)可滿足該規(guī)格的任何壓力的密封需求，或者說，法蘭用密封環(huán)或密封元只分規(guī)格不分壓力級(jí)別， 而且其對(duì)應(yīng)的金屬管壁厚值就是法蘭制造和安裝的總同軸度允差半值。本發(fā)明的法蘭用密封環(huán)的應(yīng)用尺寸Φ(13/Φ(12ΑιΛ如下表所列，其中h = ka，k > l+a/d3，在于確保介質(zhì)在密封環(huán)上的密封作用面積(環(huán)的內(nèi)柱面積)永遠(yuǎn)大于其去密封作用面積(環(huán)的端面積)，即確保密封環(huán)的密封維持系數(shù)m永遠(yuǎn)大于1，能始終維持可靠密封。尺寸單位為mm
DN101520253240506580100125150200NPS3/81/23/411-1/41-1/222-1/234568管外徑17. 221. 326. 933. 742.448. 360. 376. 188. 9114. 3139. 7168. 3219. 1182227344349617789115140169220Φ 2222632. 240.449.455. 468. 284. 298124151. 2181. 6234a222. 63. 23. 23. 23. 63. 64. 54. 55. 66. 37h2. 62. 63.44. 14. 14. 14. 54. 55. 65. 66. 97. 88. 權(quán)利要求
1.一種有縛自激密封環(huán)，靠密封料的正交變形實(shí)現(xiàn)密封，由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛環(huán)(外環(huán))和金屬襯環(huán)(內(nèi)環(huán))組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛環(huán)(外環(huán))組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬襯環(huán)(內(nèi)環(huán))組成，其特征是所述縛環(huán)和所述襯環(huán)的壁薄，僅能約束所述料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮。
2.一種按權(quán)利要求1的有縛自激密封環(huán)，其特征是所述縛環(huán)或所述襯環(huán)對(duì)所述料環(huán)的約束面形，致所述料環(huán)的工作截面沿軸向兩頭大中間小。
3.一種按權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的有縛自激密封環(huán)，其特征是所述縛環(huán)和所述襯環(huán)的料環(huán)約束面是以沿徑向凸伸入所述料環(huán)的碗形截面曲線或V形曲線或矩形曲線(包括接近矩形的曲線)或弧線為母線的回轉(zhuǎn)面，非矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有斜角肩的料環(huán)縛腔截面，矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有直角肩或接近直角肩的料環(huán)縛腔截面。
4.一種有縛自激密封墊，靠密封料的正交變形實(shí)現(xiàn)密封，由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬承壓疆環(huán)(外環(huán))和金屬襯環(huán)(內(nèi)環(huán))組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬承壓疆環(huán)組成，其特征是有襯環(huán)時(shí)，所述襯環(huán)僅能約束所述料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮；無襯環(huán)時(shí)，所述疆環(huán)對(duì)所述料環(huán)的約束面是曲母線回轉(zhuǎn)面。
5.一種按權(quán)利要求4的有縛自激密封墊，其特征是所述疆環(huán)或所述襯環(huán)對(duì)所述料環(huán)的約束面形，致所述料環(huán)的工作截面沿軸向兩頭大中間小。
6.一種按權(quán)利要求4或權(quán)利要求5的有縛自激密封墊，其特征是所述疆環(huán)和所述襯環(huán)的料環(huán)約束面是以沿徑向凸伸入所述料環(huán)的碗形截面曲線或V形曲線或矩形曲線(包括接近矩形的曲線)或弧線為母線的回轉(zhuǎn)面，非矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有斜角肩的料環(huán)縛腔截面，矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有直角肩或接近直角肩的料環(huán)縛腔截面。
7.一種按權(quán)利要求4或權(quán)利要求5的有縛自激密封墊，其特征是所述疆環(huán)的兩個(gè)端面上有用作緊固支撐的宏觀鋸齒環(huán)，或有用作密封的微觀鋸齒環(huán)，或兩者皆有。
8.一種有縛自激密封結(jié)構(gòu)，靠密封料的正交變形實(shí)現(xiàn)密封，由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛腔和金屬襯環(huán)組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛腔組成，其特征是有襯環(huán)時(shí)，所述襯環(huán)僅能約束所述料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮；無襯環(huán)時(shí)，所述縛腔對(duì)所述料環(huán)的約束面是曲母線回轉(zhuǎn)面。
9.一種按權(quán)利要求8的有縛自激密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述縛腔或所述襯環(huán)對(duì)所述料環(huán)的約束面形，致所述料環(huán)的工作截面沿軸向兩頭大中間小。
10.一種按權(quán)利要求8或權(quán)利要求9的有縛自激密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述縛腔和所述襯環(huán)的料環(huán)約束面是以沿徑向凸伸入所述料環(huán)的碗形截面曲線或V形曲線或矩形曲線(包括接近矩形的曲線)或弧線為母線的回轉(zhuǎn)面，非矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有斜角肩的料環(huán)縛腔截面，矩形曲線回轉(zhuǎn)面界定一個(gè)兩端有直角肩或接近直角肩的料環(huán)縛腔截面。
11.一種按權(quán)利要求8或權(quán)利要求9的有縛自激密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述縛腔的外端面上有用作緊固支撐的宏觀鋸齒環(huán)，或有用作密封的微觀鋸齒環(huán)，或兩者皆有。
12.—種有縛自激密封結(jié)構(gòu)，靠密封料的正交變形實(shí)現(xiàn)密封，由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛腔和金屬襯環(huán)組成，或由軟質(zhì)密封料環(huán)及其金屬縛腔組成，其特征是有襯環(huán)時(shí)，所述襯環(huán)僅能約束所述料環(huán)的徑向自由熱脹冷縮；無襯環(huán)時(shí)，所述縛腔有一個(gè)泊松補(bǔ)償錐面底部或有一個(gè)斜角臺(tái)階或直角臺(tái)階口部，或所述縛腔同時(shí)有所述錐面底部和所述斜角臺(tái)階或直角臺(tái)階口部。
13. 一種按權(quán)利要求12的有縛自激密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述縛腔的外端面上有用作緊固支撐的宏觀鋸齒環(huán)，或有用作密封的微觀鋸齒環(huán)，或兩者皆有。
全文摘要
一種按新的“自密封機(jī)理”設(shè)計(jì)的有縛自激密封環(huán)，由軟質(zhì)密封料環(huán)(02)及其外縛環(huán)(01)和內(nèi)襯環(huán)(03)組成，極薄的軟金屬襯環(huán)比蛋殼還蛋殼，更能抗外壓而不抗內(nèi)壓，能有效抵抗軟質(zhì)料環(huán)的自由冷縮或束縛而又不影響料環(huán)的自激密封性，可像O形橡膠圈一樣安裝在縛腔中使用。無論是聚四氟乙烯(PTFE)還是柔性石墨的料環(huán)，都能像液體一樣正交傳遞壓力，即按自密封工作，因此，手指頭擰緊或接近手指頭擰緊密封連接螺栓或螺紋，在材料不發(fā)生相變和分解的范圍內(nèi)，只要承壓疆界零件不破裂，密封本身絕不會(huì)首先失效。
文檔編號(hào)F16J15/12GK102261472SQ20101019514
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者徐長(zhǎng)祥 申請(qǐng)人:徐長(zhǎng)祥, 浙江華夏閥門有限公司