高压密封组件的制作方法

本公开总体上涉及用于高压流体泵和容器的密封件。

背景技术：

1、目前可用的高压流体泵可包括在高压室内往复运动以对腔室内的流体加压的柱塞，并且还可包括允许流体进出高压室的止逆阀。泵通常包括在柱塞和室内壁之间以及在止逆阀和室内壁之间的密封件，以防止高压流体从腔室中泄漏。在这种泵中，密封件必须能够在高压环境中操作，从而承受超过10,000psi的压力。

2、参照图1和2，高压泵10包括压力容器20，压力容器20具有相对的表面23以及在表面23之间延伸穿过压力容器20的孔22。两个插入件30(显示为柱塞30a和止逆阀组件30b)从相对端延伸到孔22中。柱塞30a在压力容器20内往复运动以对压力容器20内的流体加压。柱塞30a可由液压致动活塞11驱动，或者由机械致动器驱动。

3、止逆阀组件30b具有止逆阀33，用于在柱塞30a的吸入冲程期间允许未加压流体进入压力容器20，并且允许加压流体在柱塞30a的动力冲程之后离开压力容器20。两个插入件30通过轭12相对于压力容器20保持在其位置中，该轭包括用螺杆15固定的端盖13，该螺杆将端盖13朝向压力容器20偏压。

4、两个密封组件40(显示为动态密封组件40a和静态密封组件40b)可密封插入件30和孔22的内壁25之间的间隙21，以防止流体从压力容器20泄漏。动态密封件40a密封往复柱塞30a和内壁25之间的间隙21的一部分，静态密封件40b密封固定止逆阀主体30b和内壁25之间的间隙21的一部分。邻近密封组件40之间的内壁25的衬套14减小了间隙21的体积。

5、动态密封组件40a可包括环形密封件41和o形环43，两者都定位在柱塞30a和孔22的内壁25之间的间隙21中。密封件41可包括弹性材料，例如超高分子量聚乙烯，其在压力容器20加压时填充间隙21而不会从间隙21中挤出。因此，密封件41在低压下可以相对较硬。当压力容器20内的压力相对较低时，例如在柱塞30a的动力冲程开始时，o形环43在低压下比密封件41更具柔性以密封间隙21。

6、动态密封组件40a还可包括位于密封件41和端盖13之间的可拆卸密封座42。密封座42可包括与密封件41接合并将密封件41与孔22和压力容器20的表面23之间的边缘24间隔开的间隔部分44。在一个实施例中，间隔部分44的轴向尺寸大致等于间隙21的径向尺寸。在其它实施例中，间隔部分44可具有其它尺寸。

7、密封座42还可包括连接到间隔部分44的支撑部分45，以将间隔部分44支撑在其位置中，并当压力容器20被加压时防止密封件41移出间隙21。密封座42在径向方向上可以相对较硬，以抵抗朝向或远离柱塞30a的变形，或者密封座42在径向方向上可以足够柔性，以允许间隔部分44朝向柱塞30a弯曲，并且当密封座42被轴向压缩时在柱塞30a和内壁25之间提供额外的密封。

8、动态密封组件40a还可包括围绕密封件41设置的抗挤压环46。在一个实施例中，抗挤压环46具有大致三角形的截面形状，并包括轴向表面35和径向表面36。抗挤压环46被构造成当压力容器20被加压时抵靠孔22的内表面25径向地膨胀。因此，抗挤压环的径向表面36的尺寸可以被确定成桥接可能在扩张孔22的内表面25与间隔部分44之间形成的径向间隙，该径向间隙在压力容器20被加压时不趋于径向扩张。

9、通过密封组件泄漏的流体可能对高压泵10的部件的操作和预期寿命具有有害影响。

技术实现思路

1、本公开涉及用于密封高压容器组件的部件的方法和装置。具体地，公开了一种密封组件，其解决了与在加压期间绕过(或绕到...后面)密封组件的增能器的流体(例如，水)的量相关联的问题。在减压期间，增能器(energizer)(例如，o形环)用于密封该流体，防止其在压力下降时返回到压力容器组件的腔室。这继而导致在增能器上的压差，当释放时(例如，当增能器不再能够抵抗增加的压差而阻止流体时)，该压差可能导致密封件和增能器中的一者或两者的损坏。通过减少/限制绕到增能器后面的流体量，可用于损坏增能器和密封件的能量更少，从而导致寿命更长的密封组件。

2、对于包括主密封件和增能器的密封组件，增能器相对于主密封件的位置是影响最终绕到增能o形环后面的流体体积的一个因素。因此，本文公开的密封组件的实施例在增能器与主密封件的密封区域(位于增能器“后面”)之间采用一定的(最小化的)横向静止位移。根据一个实施例，密封件主体包括接收增能器的凹槽，并且凹槽定位成比已知密封组件更靠近主密封件的密封区域。

3、根据一个实施例，待密封流体的最远到达(在uhp密封点处)与增能器之间的横向距离可以在增能器的轴向长度的0.400倍至1.7087倍之间。

4、另外，本文所公开的密封组件的实施例减少了出现一种或多种失效模式的可能性。密封组件的一个实施例在主密封件内径和待密封的轴之间保持特定间隙，同时确保密封组件中的应力足够低以防止剪切失效。密封组件的“腹板”部分可以充分地顺应性，以确保应力分布在主密封件内，同时保持足够的刚性，以确保密封组件与待密封的轴形成充分的密封。此外，增能器应当被充分压缩以允许适当的增能。

技术特征：

1.一种密封组件，包括：

2.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述密封组件包括孔，所述孔沿着所述密封主体的中心轴线从所述第一端穿过所述密封主体延伸到所述第二端，并且所述中心轴线平行于所述方向。

3.根据权利要求2所述的密封组件，其中，所述密封主体关于所述中心轴线径向对称。

4.根据权利要求3所述的密封组件，其中，所述密封主体的一部分包括沿着垂直于所述中心轴线的方向测量的最大尺寸，并且所述部分相对于平行于所述中心轴线的方向定位在所述凹槽与所述第一端之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的密封组件，其中，所述增能器抵接表面的至少一部分垂直于所述方向，并且所述横向距离是从所述增能器抵接表面的所述部分测量的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的密封组件，其中，所述增能器抵接表面包括弯曲部分，所述弯曲部分具有与所述增能器的周边的一部分的曲率半径匹配的曲率半径。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的密封组件，其中，所述增能器是具有圆形横截面形状的o形环。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述轴向长度的比率大于或等于0.400且小于或等于0.600。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述轴向长度的比率大于或等于0.600且小于或等于1.000。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述轴向长度的比率大于或等于1.000且小于或等于1.400。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述轴向长度的比率大于或等于1.400且小于或等于1.7087。

12.根据权利要求2至4中任一项所述的密封组件，其中，所述密封主体包括内半径，所述内半径是从所述中心轴线到所述密封主体的形成所述孔的至少一部分的内表面垂直地测量的。

13.根据权利要求12所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述内半径的比率大于或等于0.10且小于或等于0.401。

14.根据权利要求13所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述内半径的比率大于或等于0.10且小于或等于0.20。

15.根据权利要求13所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述内半径的比率大于或等于0.20且小于或等于0.401。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的密封组件，其中，所述密封主体包括腹板厚度，所述腹板厚度是相对于所述中心轴线垂直地测量的从所述密封主体的内表面到所述增能器抵接表面的最小距离，并且所述腹板厚度与所述内半径的比率大于或等于0.068且小于或等于0.0881。

17.根据权利要求16所述的密封组件，其中，所述腹板厚度大于或等于0.030英寸且小于或等于0.0385英寸。

18.根据权利要求2至4中任一项所述的密封组件，其中：

19.根据权利要求18所述的密封组件，其中，所述腹板厚度大于或等于0.030英寸且小于或等于0.0385英寸。

20.根据权利要求2至4和12至19中任一项所述的密封组件，其中：

21.根据权利要求12至19中任一项所述的密封组件，其中：

22.一种密封组件，包括：

23.根据权利要求22所述的密封组件，还包括：

24.根据权利要求22和23中任一项所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述内半径的比率大于或等于0.10且小于或等于0.20。

25.根据权利要求22和23中任一项所述的密封组件，其中，所述横向距离与所述内半径的比率大于或等于0.20且小于或等于0.401。

26.一种密封组件，包括：

27.根据权利要求26所述的密封组件，其中，所述腹板厚度大于或等于0.030英寸且小于或等于0.0385英寸。

28.一种密封组件，包括：

29.一种密封组件，包括：

技术总结
一种密封组件包括密封主体和增能器。密封组件的尺寸被设计成减小某些失效模式的可能性，例如在加压操作期间绕到增能器后面的加压流体的反向喷射。密封主体的横向距离与增能器的轴向长度的比率在0.400和1.7087之间。横向距离与密封主体的内半径的比率在0.10和0.401之间。密封主体的腹板厚度与内半径的比率在0.068和0.0881之间。增能器的径向高度与密封主体的凹槽高度之间的差与径向高度的比率在0.050与0.155之间。径向高度和凹槽高度之间的差与内半径的比率在0.015和0.3486之间。

技术研发人员：乔丹·J·霍普金斯,伊桑·E·罗马诺夫,托马斯·W·西斯摩尔,马克·F·亨特利
受保护的技术使用者：塑形科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15