专利名称：用于控制密封部件之间的接触的方法和系统的制作方法
用于控制密封部件之间的接触的方法和系统
背景技术：
示例性实施例大体上涉及密封部件，并且更具体而言，涉及控制邻接密封件之间的接触以防止流体泄漏，以便最小化或消除对密封部件的损坏和/或清除不溶解的气体。密封部件是在系统或机构中用于防止泄漏(例如，在管道系统中)、保持压力或防止污染的装置。例如，水泵系统通常使用诸如面(face)密封部件的密封部件来防止冷却剂的泄漏。更具体而言，面密封部件是密封表面垂直于密封轴线的装置。面密封件通常在动态应用中使用且用于防止泄漏。在水泵系统中，面密封部件常常位于凸缘上的凹槽或腔体中。两个面密封件彼此抵接，其中第一密封件为相对于第二固定密封件旋转的旋转密封件。旋转密封部件和固定密封部件易于磨损且在水泵功能中保持安全、无泄漏密封中常常出现问题。虽然这些材料在以往一直是泵设计的一部分，但它们一直不能满足现代机械系统中延长的泵的寿命预期。密封失效典型地由旋转密封部件的失效所导致，旋转密封 部件与驱动轴相关联，从而使旋转表面相对于水泵中的固定表面旋转。在使用流体作为用于冷却系统的冷却剂的许多系统中，例如，在如在发动机冷却系统中那样包含水泵的系统中，冷却剂含量可能降低至可接受的水平以下以冷却密封部件。另外，密封件可通过不溶解的气体与系统介质或流体绝热。目前，大部分气体通过溢流罐来释放。然而，一小部分气体可变得截留在密封区域中并对密封件造成损坏。当冷却剂含量不足以冷却密封部件或存在足够的不溶解气体时，用来防止驱动轴周围的泄漏的旋转密封部件可能变干并且在其相对于固定密封部件旋转时形成增加的摩擦。也称为“干运行”的该过程导致由一起摩擦的密封部件产生的热量升高密封部件和周围元件的温度。结果，密封部件总是被损坏或破坏。此前对于在这种情况下防止密封部件磨损的尝试已产生有限的成功。例如，为了
减少面密封件的磨损而在密封部件上注入可消耗润滑剂的尝试未能解决问题，因为随着润
滑剂的消失，面密封件磨损并最终被破坏。因此，使用邻接密封部件的装置的制造商和所有
者将从增加邻接密封部件的预期寿命和/或清除系统中的不溶解气体的系统和方法中受.、/■
Mo
发明内容
本发明的实施例涉及用于提供温度响应控制系统以管理邻接密封件之间的接触的系统和方法。该系统包括第一密封件、邻接第一密封件的第二密封件、以及与第一密封件和/或第二密封件接触的热反应(reactive)元件。当第一密封件和/或第二密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，热反应元件收缩以使第一和第二密封件中的至少一个移位，以便将在第一和第二密封件之间的接触压力的度(度是指程度或量值而不是温度的度)从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。另一个示例性系统包括旋转面密封件，其构造成提供用于旋转单元的旋转密封件；固定面密封件，其构造成提供用于固定单元的固定密封件，其中，旋转面密封件和固定面密封件彼此邻接；以及热反应元件，其与旋转面密封件和/或固定面密封件接触。当旋转密封件和/或固定密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，热反应元件收缩以使旋转面密封件和固定面密封件中的至少一个移位，以便将旋转面密封件和固定面密封件之间的接触压力的度从第一较高接触压力水平降低至第二较低接触压力水平。该方法包括提供旋转面密封件和固定面密封件，旋转面密封件构造成提供用于旋转单元的旋转密封件，固定面密封件构造成提供用于固定单元的固定密封件，其中，旋转面密封件和固定面密封件彼此邻接；提供与固定面密封件或旋转面密封件接触的热反应元件；以及当旋转面密封件和/或固定面密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，收缩热反应元件以使密封件从邻接处移位。该方法还包括当旋转面密封件和/或固定面密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，收缩热反应元件以使旋转面密封件和固定面密封件中的至少一个移位，以便将旋转面密封件和固定面密封件之间的接触压力的度从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。
·
结合附图中所示的本发明的特定实施例，将提供对以上简要描述的本发明的更具体的描述。理解到这些附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不被视为是对本发明范围的限制，因此将通过使用附图以另外的特定性和细节描述和解释本发明，在附图中
图I示出在两个密封构件之间的温度响应控制系统的示例性实施例；
图2示出在两个密封构件之间的温度响应控制系统的两个其它示例性实施例；以及 图3示出用于管理系统中邻接的密封件之间的接触的方法的示例性实施例。
具体实施例方式下面将详细参照本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中使用的相同附图标记表示相同或类似的部件。本发明的示例性实施例通过提供温度响应控制系统和管理邻接密封件之间的接触的方法来解决本领域中的问题。本文所述为具有可在诸如但不限于机车的机动车辆中使用的水泵密封压力系统的水泵。然而，本领域的技术人员将容易地认识到，本文所述示例性实施例不限于水泵或机车。例如，本发明的示例性实施例可在其它动力系统中使用，诸如但不限于固定动力系统、非公路车辆、公路运输系统等。另外，本发明的示例性实施例可在其它子系统中使用，而不仅仅是水泵，其中两个密封件彼此邻接以形成无泄漏密封。图I示出在两个密封构件之间的温度响应压力控制系统100的实施例。通常，在水泵内存在固定侧10和旋转侧20。固定侧10可包括凸缘30和具有面密封件108的固定密封件107，面密封件108嵌入凸缘30并围绕开口 40或孔，旋转轴50穿过开口或孔设置。固定密封件107 (具有面密封件108)密封到凸缘30，并且在至少第一和第二位置之间可轴向移动。具有面密封件104的旋转密封件103固定在旋转轴50周围且随旋转轴50旋转，旋转密封件103通常由与固定密封件相同的材料制成。在旋转密封件103之后为弹簧装置118或弹簧元件，其将旋转密封件103压靠到固定密封件107。弹簧装置118的力与旋转密封件103和固定密封件107两者的面密封件104、108的组合防止在泵静止时任何大量的水在面密封件104、108之间渗透并泄漏。当旋转轴50旋转时，在面密封件104、108处的热量的积聚将蒸发在面密封件104、108之间渗透的水，这有助于防止任何泄漏。面密封件104、108大体上在略高于密封件103、107周围的水的沸点的温度下操作。如图I中进一步示出地，旋转密封件103和固定密封件107彼此邻接，其中每个面密封件104、108实际上彼此邻接，以防止流体泄漏。还提供了与固定密封件107接触的热反应元件110。热反应元件110随着固定密封件107的温度变化而收缩和膨胀，从而使固定密封件107从邻接的旋转密封件103移位。热反应元件110膨胀至预定尺寸。预定尺寸可基于热反应元件110的物理构造。在实施例中，热反应元件包括环形主体，其中，环形主体在膨胀时为大致截头锥形的，并且环形主体在收缩时为大致平坦或垫圈状的，或者至少为截头锥形的但具有更低的有效高度。通过供给热反应元件，例如双金属元件110，热反应元件用来使密封件103、107移位并减少它们之间的接触，具体取决于温度条件。因此，当热反应元件收缩时，这减少了固定密封件和旋转密封件之间的接触压力，并且减少了热量的产生。结果，在密封件的整个接触水平范围内，防止或至少减少了在密封件103、107之间的流体泄漏或流体通过。双金属 元件110是由具有不同热膨胀特性的两种金属制成的金属材料。当温度超出预定温度时，双金属元件110将收缩，该预定温度取决于用来形成双金属元件110的材料。在另一个示例性实施例中，当双金属元件110的温度低于预定温度或将自动导致双金属元件膨胀至其初始尺寸的另一个温度时，双金属元件110将膨胀以恢复其收缩前尺寸。当密封件103、107中的任一个达到预定温度时，热反应元件110移动以释放和/或减小密封件103、107之间的接触压力，以允许密封件103、107中的至少一个从邻接密封件103、107处移位。密封件103、107和双金属元件112以这样的构型连接，使得密封件103、107的温度传递到双金属元件110以实现双金属元件110的收缩。随着双金属元件110的温度的变化，双金属元件110收缩一定量，这是用来随温度而控制密封件的位置的特性。另外，当热反应元件收缩时，固定密封件和旋转密封件之间的接触压力减小和/或移除，从而允许截留的不溶解气体在密封件之间离开。更具体而言，当面密封件上的压力减小时，密封件将开始仅使所存在的非常小分子的气体通过。随着压力的进一步减小，液体和/或更大分子的气体将开始通过密封件的边缘周围。气体可以是截留在系统流体中的任何一种或多种气体。就机车冷却系统而言，气体通常为空气。在不例性实施例中，气体在面密封件之间流动且通过密封件的背面流出。诸如密封腔的腔体设置在密封件后面并且被通风。例如，气体将通过靠近密封件的泄水孔60逸出。图2示出在两个密封构件之间的温度响应控制系统的两个其它示例性实施例。热反应元件110’与旋转密封件103接触。在一个示例性实施例中，热反应元件110’可以是弹簧元件118的一部分。在另一个示例性实施例中，热反应元件110’’为独立元件，其位于弹簧元件118与旋转密封件103之间或独立于弹簧元件118的另一位置处。虽然热反应元件110示出为与固定密封件107或旋转密封件103中的任一个连通，但在另一个示例性实施例中，第一热反应元件与固定密封件107连通，并且第二热反应元件与旋转密封件103连通。在又一个示例性实施例中，单个热反应元件可与固定密封件107和旋转密封件103两者接触。图3示出用于管理系统中邻接的密封件之间的接触的方法116的示例性实施例。方法116包括在117处提供用于旋转单元的旋转密封件(具有旋转面密封件)和用于固定单元的固定密封件(具有固定面密封件)，其中，旋转面密封件和固定面密封件彼此邻接。在120处还提供与固定面密封件或旋转面密封件接触的热反应元件。在122处，当旋转面密封件和/或固定面密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，热反应元件收缩以使密封件从邻接处移位。在124处，当固定面密封件和/或旋转面密封件的温度降低至低于启动热反应元件以收缩的温度时，热反应元件膨胀以使固定面密封件和旋转面密封件恢复彼此邻接。一个实施例涉及温度响应控制系统。该系统包括第一密封件、第二密封件和热反应元件。第二密封件邻接第一密封件。热反应元件与第一密封件和/或第二密封件接触。当第一密封件和/或第二密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，热反应元件收缩以使第一和第二密封件中的至少一个移位。换言之，在一定温度以上，热反应元件收缩，并且当热反应元件收缩时，其使第一和第二密封件中的至少一个移位。在移位时，第一和第二密封件之间的接触压力的度(即，程度或量值而不是温度)从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。在一个实施例中，“收缩”意味着从第一物理构型变为第二不同的物理构型。在另一个实施例中，第二物理构型比第一物理构型减小或更紧凑，至少对于一个尺寸范围而言。在另一个实施例中，减小接触压力的度包括使密封件从彼此邻接处移位。在一个实施例中，热反应元件为双模态的，S卩，其在低于一定温度时处于第一构型，而在高于该温度时处于第二构型。在另一个实施例中，热反应元件为三模态的，即，其在低于(或处于)第一温度时处于第一构型，其在第一温度和第二更高温度之间或处于第一温度或第二温度时处于第二构型，并且在处于或高于第二温度时处于第三构型。在一个实施例中，当热反应元件处于第一构型时，第一和第二密封件在第一接触压力水平下邻接；当热反应元件处于第二构型时，第一和第二密封件保持邻接，但第一和第二密封件之间的接触压力的度从第一接触压力水平降低至第二、更低的接触压力水平；并且当热反应元件处于第三构型时，第一和第二密封件从彼此邻接处移位。三模态热反应元件可包括由具有不 同的热膨胀特性的三种金属制成的主体。在一个实施例中，在温度响应控制系统的不同操作模式中的每一种(例如，密封件以第一接触压力水平邻接的一种模式，以及接触压力的度降低的另一种模式)下，第一和第二密封件定位成防止或至少最小化或减少密封件之间的流体泄漏。另一个实施例涉及用于管理系统中的邻接密封件之间的接触的方法。该方法包括使热量从密封结构传递到热反应元件。密封结构包括旋转面密封件和邻接旋转面密封件的固定面密封件。该方法还包括用传递的热量使热反应元件反应，其中在指定温度以上，热反应元件从第一物理构型变为第二不同的物理构型。(在物理状态之间的变化可包括热反应元件的至少一部分从一位置移动至另一位置。)该方法还包括当热反应元件从第一物理构型变为第二物理构型时，将旋转面密封件和固定面密封件之间的接触压力的度从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。在另一个实施例中，当温度降低至指定温度，热反应元件从第二物理构型变为第一物理构型，从而使旋转面密封件和固定面密封件之间的接触压力的度返回至第一、较高水平。另一个实施例涉及用于泵密封或其它密封的温度响应控制系统。泵密封或其它密封包括具有旋转面密封件的旋转密封件和具有固定面密封件的固定密封件。热反应元件与面密封件中的一个可操作地接合。在指定温度以下，热反应元件处于第一物理状态，并且将两个面密封件在第一接触压力水平下保持邻接关系。当超出指定温度时，热反应元件变为第二物理状态，例如，热反应元件收缩或以其它方式移动。这导致两个密封件略微远离彼此移动，从而降低这两个面密封件之间的接触压力水平。在一个实施例中，面密封件充分移动，以使得彼此不再邻接。在一个实施例中，热反应元件的收缩和膨胀或物理构型的其它变化涉及比由于温度增加而导致的原子激发和热膨胀更大的热反应元件的至少一部分的物理位移或移动。另一个实施例涉及用于管理系统中的邻接密封件之间的接触的方法。该方法包括当旋转面密封件和/或固定面密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，收缩热反应元件以使旋转面密封件和固定面密封件从邻接处移位。旋转面密封件构造成 提供用于旋转单元的旋转密封件，并且固定面密封件构造成提供用于固定单元的固定密封件，其中，旋转面密封件和固定面密封件彼此邻接。热反应元件与旋转面密封件或固定面密封件接触。该方法还包括当旋转面密封件和/或固定面密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，收缩热反应元件以使旋转面密封件和固定面密封件中的至少一个移位，以便将旋转面密封件和固定面密封件之间的接触压力的度从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。在另一个实施例中，该方法还包括当固定面密封件和/或旋转面密封件的温度降低至低于启动热反应元件以收缩的温度时，使热反应元件膨胀以使固定面密封件和旋转面密封件返回至彼此邻接。在另一个实施例中，该方法还包括当热反应元件收缩以减小固定面密封件和旋转面密封件之间的接触压力时，允许不溶解气体在旋转面密封件和固定面密封件之间离开。另一个实施例涉及温度响应控制系统。该系统包括第一密封件、邻接第一密封件的第二密封件、以及与第一密封件和/或第二密封件接触的热反应元件。当第一密封件和/或第二密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，热反应元件收缩以使第一和第二密封件中的至少一个移位，以便将第一和第二密封件之间的接触压力的度从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。在另一个实施例中，温度响应控制系统实现为水泵密封压力系统或其一部分。这里，第一密封件为旋转面密封件，其构造成提供用于旋转单元的旋转密封件。第二密封件为固定面密封件，其构造成提供用于固定单元的固定密封件；旋转面密封件和固定面密封件彼此邻接。热反应元件与旋转面密封件和/或固定面密封件接触。当旋转密封件和/或固定密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，热反应元件收缩以使旋转面密封件和固定面密封件中的至少一个移位，以便将旋转面密封件和固定面密封件之间的接触压力的度从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。虽然已参考各种示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可做出各种更改、省略和/或添加并可用等同物替换本发明的元件。此外，可作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导而不脱离其范围。因此，意图本发明不限于作为构思为用于实现本发明的最佳方式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。此外，除非明确陈述，否则对术语第一、第二等的任何使用不表示任何顺序或重要性，相反，术语第一、第二等用来区别 一元件与另一元件。
权利要求
1.一种温度响应控制系统，所述系统包括 第一密封件； 第二密封件，所述第二密封件邻接所述第一密封件；以及 热反应元件，所述热反应元件与所述第一密封件和/或所述第二密封件接触； 其中，当所述第一密封件和/或所述第二密封件的温度增加至启动所述热反应元件以收缩的水平时，所述热反应元件收缩以使所述第一密封件和第二密封件中的至少一个移位，以便将在所述第一密封件和第二密封件之间的接触压力的度从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，当所述第一密封件和/或所述第二密封件的温度降至低于启动所述热反应元件以收缩的温度水平时，所述热反应元件膨胀至预定尺寸，并且其中，所述热反应元件在膨胀之后使所述第一密封件和第二密封件返回至所述第一、较高接触压力水平。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述热反应元件为双金属元件。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述热反应元件与所述第一密封件接触。
5.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述热反应元件与所述第二密封件接触。
6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第二、较低接触压力水平导致所述第一密封件和/或所述第二密封件从彼此邻接处移位。
7.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，当所述热反应元件收缩时，这减小了在所述第一密封件与所述第二密封件之间的接触压力，热量的生成减少。
8.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，当所述热反应元件收缩时，在所述第一密封件和所述第二密封件之间的接触压力减小，从而允许截留的不溶解气体在所述密封件之间离开。
9.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统为在机车上使用的水泵。
10.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括构造成提供压力以使所述密封件邻接的弹簧元件。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述热反应元件为所述弹簧元件的一部分。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述热反应元件在所述密封件中的至少一个与所述弹簧元件之间移位。
13.—种带有邻接密封件的水泵密封压力系统,包括 旋转面密封件，所述旋转面密封件构造成提供用于旋转单元的旋转密封件； 固定面密封件，所述固定面密封件构造成提供用于固定单元的固定密封件，其中，所述旋转面密封件和固定面密封件彼此邻接；以及 热反应元件，所述热反应元件与所述旋转面密封件和/或所述固定面密封件接触； 其中，当所述旋转密封件和/或所述固定密封件的温度增加至启动所述热反应元件以收缩的水平时，所述热反应元件收缩以使所述旋转面密封件和固定面密封件中的至少一个移位，以便将在所述旋转面密封件和固定面密封件之间的接触压力的度从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。
14.根据权利要求13所述的水泵密封压力系统，其特征在于，当所述固定面密封件和所述旋转面密封件之间的温度降至低于启动所述热反应元件以收缩的温度时，所述热反应元件膨胀以使所述固定面密封件和所述旋转面密封件返回至彼此邻接。
15.根据权利要求13所述的水泵密封压力系统，其特征在于，所述热反应元件为双金属元件。
16.根据权利要求13所述的水泵密封压力系统，其特征在于，所述固定面密封件或所述旋转面密封件与所述热反应元件热连通，使得所述固定面密封件或所述旋转面密封件的温度传递至所述热反应元件。
17.根据权利要求13所述的水泵密封压力系统，其特征在于，所述水泵密封压力系统在机车上使用。
18.根据权利要求13所述的水泵密封压力系统，其特征在于，还包括构造成提供压力以使所述密封件邻接的弹簧元件。
19.根据权利要求18所述的水泵密封压力系统，其特征在于，所述热反应元件为所述弹簧元件的一部分。
20.根据权利要求18所述的水泵密封压力系统，其特征在于，所述热反应元件在所述面密封件中的至少一个与所述弹簧元件之间移位。
21.根据权利要求13所述的水泵密封压力系统，其特征在于，当所述热反应元件收缩时，在所述固定面密封件和所述旋转面密封件之间的接触压力减小，从而允许截留的不溶解气体在所述面密封件之间离开。
全文摘要
一种温度响应控制系统(100)，该系统包括第一密封件、邻接第一密封件的第二密封件(107)以及与第一密封件和/或第二密封件接触的热反应元件(110)，其中，当第一密封件和/或第二密封件的温度增加至启动热反应元件以收缩的水平时，热反应元件收缩以使所述第一和第二密封件中的至少一个移位，以便将第一和第二密封件之间的接触压力的度从第一、较高接触压力水平降低至第二、较低接触压力水平。还公开了具有邻接密封件的水泵密封压力系统和用于管理系统中的邻接密封件之间的接触的方法。
文档编号F16J15/34GK102884347SQ201080066806
公开日2013年1月16日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年5月17日
发明者N.G.苏普 申请人:通用电气公司