用于密封活塞式压缩机的往复移动的活塞杆的密封装置制造方法
【专利摘要】为了减少在包括两个密封元件（8）的密封装置（1）中的密封介质泄漏，各密封元件通过密封介质被压向活塞杆（3）和压向一凹槽（10）的壁（11），在此设定，至少其中一个密封元件（8）的径向内部的圆周面（24）由所述密封面（12）和邻接该密封面的引入面（23）组成，在密封面（12）上邻接一个背离凹槽（10）的所述轴向端部（11）的第二端面（21），并且设置刚性的盖环（9），该盖环至少部分地径向贴紧密封元件（8）的径向外部的圆周面（25）且至少部分地轴向贴紧密封元件（8）的第二端面（21）。
【专利说明】用于密封活塞式压缩机的往复移动的活塞杆的密封装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于密封活塞式压缩机的往复移动的活塞杆的密封装置，该密封装置包括第一和第二密封元件，其轴向间隔开地设置在密封装置的凹槽中，其中各密封元件设置成以第一端面贴紧凹槽的轴向端部并且以密封面贴紧活塞杆，并且在密封装置中设置用于密封介质的输入管道，该输入管道与所述凹槽连接。
【背景技术】
[0002]在活塞式压缩机中要将具有高压、例如在压缩机的气缸中的工作压力的空间相对具有低压、例在压缩的曲轴箱中的大气压力的空间沿活塞杆密封。为此以已知的方式使用所谓密封组件，其在活塞式压缩机的往复移动的活塞杆与固定的机件、通常是压缩机壳体之间密封。这样的密封组件一般包括多个轴向接连设置的密封环或密封环组合。最经常使用由径向切开的和切向切开的密封环的组合，如例如从EP1146264A2中得出的。此外也使用分段的环设计，其中由多个环形段组成密封环，如例如由US4350349A已知的。但这样的密封组件没有成为100%密封的系统，而总是具有压缩机的工作介质的一定的泄漏量，其通过密封装置漏出。
[0003]为了减少泄漏问题，在W02010/079227A1中已建议，作为密封装置使用两个轴向间隔开的密封元件，在它们之间加进具有高压的密封介质、例如油，由此为了密封将各密封元件压向密封组件中设置的密封面和压向活塞杆。按这种方式构成密封介质阻挡，其至少减少压缩机的工作介质例如空气或天然气沿活塞杆的泄漏，在理想情况下和力求甚至达到消除该泄漏。不过同时可能导致密封介质在密封元件与活塞杆之间的泄漏，主要由于密封介质粘附在往复移动的活塞杆的表面上并由此离开密封装置输送和脱掉。由于密封元件由一种对摩擦有利的材料、一般由塑料制成，在操作中由于起作用的压力差和密封元件的几何形状可能导致密封元件的变形，其不利地影响密封元件的密封面或密封唇边并由此增加密封介质泄漏。但该密封介质泄漏按要求的方式应该尽可能地少。
【发明内容】
[0004]因此本发明的目的在于提供一种上述型式的密封装置，借其通过密封可以很有成效地减少密封介质泄漏。
[0005]这利用密封装置的密封元件达到，其中至少一个密封元件的径向内部的圆周面由密封面和邻接该密封面的引入面组成，其中该引入面相对密封面倾斜设置，并且在密封面上邻接一个背离凹槽的所述轴向端部的第二端面，并且此外设置刚性的盖环，该盖环至少部分地径向贴紧密封元件的径向外部的圆周面且至少部分地轴向贴紧密封元件的第二端面。由于盖环轴向和径向贴紧密封元件的与密封元件密封面邻接的第二端面，盖环主动介入到密封唇边或在密封元件与活塞杆之间构成的密封间隙的变形中并且支承密封唇边。通过活塞杆的往复移动将密封介质拉入密封间隙中，由此在密封间隙中建立压力，该压力要径向扩大密封元件。通过盖环，密封间隙一方面可以不会因活塞杆的往复移动和在其上粘附的密封介质薄膜而过分扩大，该扩大导致通过密封装置的密封介质泄漏增加。另一方面，盖环支承密封元件对抗产生的卷边力矩，该卷边力矩试图使密封元件变形，该变形同样产生对密封唇边或密封间隙不利的影响和同样增加通过密封装置的密封介质泄漏。
[0006]L形的盖环是简单的并可以有利地构成为紧凑的。
[0007]为了待力求达到的低摩擦力或摩擦功率和少的密封介质泄漏，已证明特别有利的是，盖环在密封元件的径向高度的一部分上、优选在该径向高度的至少35%直到最大85%上轴向贴紧密封元件，或密封面沿密封元件的轴向宽度的最大50%延伸，或引入面相对密封面倾斜最大4°，或密封元件的第二端面相对密封面倾斜至少75°，或盖环在密封元件的径向外部的圆周面的轴向宽度的至少25%直到最大100%上贴紧该密封元件。在此很特别优选的是密封元件和盖环组合，该组合具有上述特征的全部或至少多个。
[0008]为了避免因密封元件挤出到在腔盘与活塞杆之间的间隙中引起的密封元件的变形，在凹槽的轴向端面与密封元件之间有利地设置支承环，密封元件设置成轴向贴紧该支承环。
[0009]很特别优选，支承环在径向外部轴向贴紧面向密封元件的轴向肩部，按这种方式可以防止支承环接触活塞杆。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]以下参照示出示意的、不限制的和有利的各实施例的图1和2更详细地说明具体的发明。其中:
[0011]图1按照本发明的密封装置，和
[0012]图2按照本发明的密封装置的一密封元件的详图。
【具体实施方式】
[0013]图1中示出一按照本发明的密封装置I用于相对工作介质的待密封压力差Pd_Pat、例如气缸压力Pd和曲轴箱中压力Pat的差值来密封活塞式压缩机的轴向往复移动的活塞杆
3。密封装置I设置在压缩机的一固定的壳体部分2中并且在该壳体部分2与移动的活塞杆3之间密封。
[0014]密封装置I在所示的实施例中包括两个L形的腔盘4、5，它们在所示的实施例中轴向通过一隔离盘6分开。L形腔盘4、5和隔离盘6轴向相互贴紧地设置并且径向与活塞杆3保持间距，以便防止活塞杆3在腔盘4、5或隔离盘6上擦过和能够实现活塞杆3的横向于往复直线运动(通过双箭头说明)的可运动性。但在很简单的情况下也可以省去隔离盘6。但也可设想其他的实施形式，例如具有T形的隔离盘。在一腔盘5上在径向外部也可以设置一法兰，借其可以将密封装置I固定在壳体部分2上。可以以已知的方式通过一直通的螺栓将腔盘4、5和可选地将隔离盘6固定在一起。通过这样的设置，在L形腔盘4、5、可选地隔离盘6与活塞杆3之间形成两个凹槽10，在其中分别设置一密封元件8。原则上也可以在各凹槽10之一个中设置仅仅一个密封元件8或各密封元件8也可以构成不同的，密封元件8构成为一体的、沿圆周方向不切开的密封环并且通过输入凹槽10中的、处于压力的密封介质的起作用压力分别被压紧到凹槽10的各轴向端部11上、亦即压紧到L形腔盘4、5的径向侧臂上(定向“轴向”和“径向”参照活塞杆3的定向)。各密封元件在径向外部与腔盘4、5保持间距，亦即与腔盘4、5的轴向侧臂间隔开设置并且在径向内部以一沿轴向方向延伸的密封面12贴紧活塞杆3。刚性的未分割的例如金属的盖环9沿径向和轴向贴紧密封元件8，如以下参照图2还要详细说明的。
[0015]在盖环9与密封装置I中的一轴向挡板、在这里例如隔离盘6之间也可以设置弹簧元件14 (例如多个沿圆周分布的螺旋弹簧)，其轴向向凹槽10的轴向端面11的方向偏压盖环9并从而密封元件8。因此通过弹簧元件14压开两密封元件8。由此特别在停顿时可以确保各密封元件的一确定的位置，由此可以可靠地起动密封装置I或压缩机。
[0016]在密封装置I中还设置输入管道7，其连接于凹槽10并且经由该输入管道可以将密封介质例如油在压力Ptjil (其大于待密封的压力Pd或在某些实施形式中至少大于压缩机的吸入压力)下输入凹槽10中。在工作压力Pd动态改变的情况下自然必须适用PtjilAimax或使密封介质的压力动力地适应于工作介质的压力，从而总是适用P()il>Pd。密封介质在径向外部和轴向作用到各密封元件8或各盖环9上，因此将它们径向向内压向活塞杆3和轴向压向腔盘4、5并因此密封活塞杆3和腔盘4、5。由此形成密封介质阻挡，阻止压缩机的待密封的气态的工作介质沿活塞杆3的泄漏。
[0017]图2以有利的实施形式放大地示出一密封元件8，另外在图2中在密封元件8与凹槽10的轴向端部11之间设置一选择的支承环13，密封元件8在轴向上以第一端面20贴紧在支承环上。支承环13轴向贴紧腔盘4。如上对图1已描述的，也可以取消支承环13，由此密封元件8以第一端面20直接轴向贴紧凹槽10的轴向端部11，亦即在这里贴紧腔盘4。
[0018]密封元件8具有径向内部的圆周面24，该圆周面由密封面12和邻接该密封面的引入面23组成。密封面12设置在密封元件8的背离第一端面20的轴向端上。引入面23对此相对密封面12倾斜一角度α并且优选将密封面12与第一端面20连接，密封元件8的对置于端面20的第二轴向端面21相对密封面12倾斜一角度β设置并且优选连接于密封面12，在密封面12与第二端面21之间的边缘构成密封唇边22。
[0019]由此密封元件8只以小的密封面12贴紧活塞杆3，以高压(Ptjil)压向活塞杆。由此产生高的摩擦负荷，密封元件8必须足够长久地经受住该摩擦负荷。因此优选由一种对摩擦有利的、但同时机械高强度的和温度稳定的材料、优选塑料例如改性的PEEK (聚醚醚酮)或PPS (聚苯硫醚)材料制造密封元件8。在此通过密封介质的压力ρΜ1在密封元件8或盖环9上作用力，其将密封元件8压向腔盘4或支承环13并以密封面12压向活塞杆3。由此在约50巴的密封介质压力Ptjil时在密封元件8与活塞杆3之间产生几百牛高的摩擦力、典型地在100N与250N之间，并且产生几百瓦高的摩擦功率、典型地在500W与1000W之间。但由于这样的力和密封元件8的几何形状在密封元件8也作用卷边力矩Ms，其试图使密封元件变形。特别是很小的密封面12或密封唇边22对此是很敏感的并且这样的卷边力矩可以妨碍在活塞杆3与密封面12之间的接触，由此升高密封介质泄漏。为了减少或阻止泄漏，设置盖环9，其轴向贴紧密封元件8的前面的第二端面21 (它连接于密封面12)并以此支承密封唇边22抗变形，从而密封唇边可以不或只不显著地变形。为此盖环9部分地沿高度hd贴紧密封元件8，其中高度hd有利地为密封元件8高度匕的至少35%，至多85%。
[0020]同样已表明，密封元件8在运行中可能径向扩大，特别在多次起动/停止压缩机的操作时、在密封介质供应系统的起动/停止时或在密封元件首先必须进入的启动操作时，这自然同样增加密封介质泄漏。为了阻止泄漏，盖环9沿轴向方向也在径向外部的圆周面25上覆盖密封元件8。为此盖环9沿一长度Id贴紧外面的圆周面25，其中长度Id有利地为密封元件8在外面的圆周面25上的宽度bM的至少25%直到100%。由此得出盖环9的L形横截面。
[0021]为了密封元件8的有利的运行、亦即为了低的摩擦力或摩擦功率和小的密封介质泄漏，还已证明有利的是，选择角度α〈4°、但大于零，和角度β >75°，其中也可设想大于90°。同样对此有利的是，密封面12的长度Is为密封元件8在内部的圆周面24上的宽度bri的最大50%。
[0022]支承环13在径向外部可以具有轴向的面向密封元件8的肩部26，支承环13经由该肩部径向贴紧密封元件8，以便防止通常由金属制成的支承环13可能与活塞杆3进入接触。在这种情况下盖环9优选沿一个长度Id (其为密封元件8的宽度bM的至少25%直到75%)贴紧外面的圆周面25，以便为肩部26提供空间。支承环13以已知的方式阻止密封元件8由于起作力的压力差被挤出到在腔盘4与活塞杆3之间的间隙中，这种挤出可能不利地影响密封元件8的功能。
【权利要求】
1.用于密封活塞式压缩机的往复移动的活塞杆(3)的密封装置，该密封装置包括第一和第二密封元件(8)，第一和第二密封元件轴向间隔开地设置在密封装置(I)的凹槽(10)中，其中各密封元件(8)设置成以第一端面(20)贴紧凹槽(10)的轴向端部(11)并且以密封面(12)贴紧活塞杆(3)，并且在密封装置(I)中设置用于密封介质的输入管道(7)，该输入管道与所述凹槽(10)连接；其特征在于，至少其中一个密封元件(8)的径向内部的圆周面(24)由所述密封面(12 )和邻接该密封面的弓I入面(23 )组成，该引入面(23 )相对密封面(12)倾斜设置；在密封面(12)上邻接一个背离凹槽(10)的所述轴向端部(11)的第二端面(21);并且设置刚性的盖环(9)，该盖环至少部分地径向贴紧密封元件(8)的径向外部的圆周面(25)且至少部分地轴向贴紧密封元件(8)的第二端面(21)。
2.按照权利要求1所述的密封装置，其特征在于，盖环(9)设计成L形的。
3.按照权利要求1所述的密封装置，其特征在于，盖环(9)在密封元件(8)的径向高度(hr)的一部分(hd)上、优选在该径向高度(hj的至少35%直到最大85%上轴向贴紧密封元件(8)。
4.按照权利要求1所述的密封装置，其特征在于，密封面(12)沿一个长度(Is)延伸，该长度最大为密封元件(8)的径向内部的圆周面(24)的轴向宽度(bd的50%。
5.按照权利要求1所述的密封装置，其特征在于，引入面(23)相对密封面(12)倾斜最大4。。
6.按照权利要求1所述的密封装置，其特征在于，密封元件(8)的第二端面(21)相对密封面(12)倾斜至少75°。
7.按照权利要求1所述的密封装置，其特征在于，盖环(9)在密封元件(8)的径向外部的圆周面(25)的轴向宽度(bra)的至少25%直到最大100%上贴紧该密封元件。
8.按照权利要求1至6之一项所述的密封装置，其特征在于，在凹槽(10)的轴向端部(11)与密封元件(8)之间设置支承环(13)，密封元件(8)设置成轴向贴紧该支承环。
9.按照权利要求8所述的密封装置，其特征在于，支承环(13)在径向外部具有面向密封元件(8)的轴向肩部(26)，该轴向肩部设置成在径向外部贴紧密封元件(8)。
【文档编号】F04B39/00GK103850914SQ201310612706
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2012年11月28日
【发明者】M·拉格勒尔, C·霍尔德, A·扬德尔, T·林德纳-西尔韦斯特, A·勒德尔 申请人:贺尔碧格压缩机技术控股有限公司