专利名称：纺织垫圈及其构造方法
技术领域：
本发明通常涉及在配合件之间建立密封的垫圈，特别涉及耐热的纺织垫圈。
背景技术：
众所周知，如具有感应部分(felt portion)和绳状部分(rope portion)的多元件的垫圈或者由一对分离的绳状部分形成的垫圈可以在配合件之间创造耐热密封。虽然这些垫圈可以提供可靠的密封，但是通常垫圈的制造非常昂贵，特别是考虑利用多元件以形成垫圈时。除了增加材料成本，具有多元件导致失效来源的增加。该增加的失效模式主要来源于元件之间的通常连接或结合，从而在使用中提供一个分离和失效的位置。
除了上面描述的垫圈，我们还知道垫圈可以由金属丝网编织而形成。该金属丝网垫圈在刚模中被压实并呈现出预期用途所需的特殊形状。另外，耐热材料可被渗入到金属丝网中以提高它们的密封性能。这种垫圈的某些潜在问题包括，例如使用中对膨胀的有限忍耐力，在使用中对压缩的有限忍耐力，以及金属材料的腐蚀。除了在使用中对膨胀的有限忍耐力以外，这种垫圈通常是刚性的和不可弯曲的，导致他们用途特定。因此，它们一般用于特定的用途，就此它们不能应用于具有不同配合面构造的应用。另外，由于金属丝材料的垫圈相对不能弯曲，这种垫圈一般无法忍受配合面的密封缺陷，从而最终形成泄露。而且， 金属丝垫圈容易被腐蚀，它们在使用之前的搁置寿命通常是有限的。
发明内容
根据本发明的一个当前优选方面，提供了在高温应用中的配合件之间建立密封的纺织垫圈。该垫圈具有编织的无缝管状本体，该本体带有利用多次下针彼此编织的多根非金属耐高温的纱线。该本体在相对末端之间沿着纵轴延伸，所述末端中至少一端朝向另一端被卷曲以形成容置于所述配合件之间的既定直径的周向延伸的卷曲部分。
根据发明的另一个方面，两端都朝向彼此卷曲以形成一对容置于所述配合件之间的既定直径的周向延伸的卷曲部分。
根据发明的另一个方面，该对周向延伸的卷曲部分通过本体的伸展的桥部分彼此保持轴向间隔开，以为卷曲部分提供分开的彼此间隔开的第一和第二密封部分，用于建立配合件的轴向间隔之间的密封。
根据发明的另一个方面，该管状本体包括多根金属纱线与非金属纱线进行编织。
根据发明的另一个方面，从所述末端中的一个轴向向内延伸的所述本体的第一部分完全由所述非金属纱线形成，从所述末端中的另一个轴向向内延伸的所述本体的第二部分完全由所述金属纱线形成。该非金属的第一部分相对于金属的第二部分向内反折叠，且该第一部分的非金属纱线在卷曲所述末端之后从所述本体径向向外。
根据发明的另一个方面，提供一种纺织垫圈的构造方法。该方法包括提供多根非金属纱线并彼此编织所述纱线形成无缝管状本体，该本体具有在相对端之间延伸的长度。 然后，朝向另外一端卷曲所述末端中的至少一端以形成容置于所述配合件之间的既定直径的第一周向延伸的卷轴密封部分。
根据发明的另一个方面，该方法还包括在编织机上编织一金属纱线与该非金属纱线以为管状本体同时提供金属纱线和非金属纱线。
根据发明的另一个方面，该方法还包括在纬编机上进行编织。
根据发明的另一个方面，该方法还包括在平行针床纬编机上进行编织。
根据发明的另一个方面，该方法还包括编织所述非金属纱线以从管状本体的一端向内延伸，并编织所述金属纱线从所述管状本体的另外一端向内延伸。
根据发明的另一个方面，该方法还包括相对于所述金属纱线向内反折叠所述非金属纱线，然后卷曲所述末端中的至少一个使得非金属纱线相对于金属纱线面对径向向外。
根据发明的另一个方面，该方法还包括利用双面球衣下针彼此编织所述非金属和金属纱线。
根据发明的另一个方面，该方法还包括将所述金属纱线放置于所述非金属纱线内。
根据发明的又一个方面，该方法还包括朝向彼此卷曲两端以形成分开的第一和第二轴向延伸卷曲的密封部分。
根据发明的又一个方面，该方法还包括朝向彼此卷曲两端以形成分开的和轴向间隔开的第一和第二周向延伸的卷曲的密封部分。
为了更清楚地说明本发明的上述和其他方面、特征及优点，以下结合当前优选的实施例和最佳实施方式、所附权利要求以及附图对本发明进行详细描述，其中 图1为一对设置为彼此密封配合的元件的横截面分解图，其中根据本发明构造的纺织垫圈设置于其间； 图2是根据本发明的一个方面编织的垫圈本体的平面图，其中该本体示出为非卷曲的伸展配置； 图3与图1类似，其垫圈设置为反向配置； 图4与图3类似，其垫圈设置为另一配置； 图5与图3类似，其垫圈设置为又一配置； 图6是一对相对彼此可移动元件的横截面视图，其根据本发明的另一个方面构造的纺织垫圈在所述元件之间建立密封； 图7 —对元件的横截面视图，所述元件利用根据本发明的另一个方面构造的纺织垫圈进行密封； 图8是根据本发明的另一个方面构造的纺织垫圈材料的侧视图，其材料示出为非卷曲的伸展配置； 图9是图8中示出的反折叠配置的垫圈材料视图； 图10是图8中示出的整体卷曲配置的垫圈材料视图； 图11是根据本发明的另一个方面构造的纺织垫圈材料的平面图，其本体示出为一个非卷曲的伸展配置； 图IlA是图11示出的卷曲配置的垫圈材料视图； 图12是根据本发明的又一个方法构造的垫圈材料的本体的侧视图，其本体示出为非卷曲的伸展配置；及 图12A是图11示出的卷曲配置的垫圈材料视图。
具体实施例方式更具体地参考附图，图1示出了用于在高温应用中的配合件(例如一对排气管元件11，13)之间建立密封的纺织垫圈10。该垫圈10具有编织的无缝的管状本体12 (图2)，该管状本体由至少一根或多根非金属的耐高温纱线(示出为14)利用多次下针(a plurality of knit stitches)彼此编织而成。本体12在相对末端16，18之间延伸，其至少一端优选被锁缝编织(lock-knit stitched)，且所述末端中的至少一个，此处示出为两端16，18，朝向彼此被卷曲并形成面对径向向内圆周延伸的卷轴密封部分20，22，该部分容置于管元件 11，13之间并具有一个预定的直径。由于本体12由非金属纱线编织而成，比如耐高温的黑陶瓷或硅土材料，垫圈10可塑性强且在安装过程中可径向膨胀。另外，该卷轴密封部分20， 22在安装时相对容易卷曲，且在管元件11，13之间可随时压缩以形成气密密封。此外，非金属纱线14为垫圈10的使用和储存提供一个长的使用寿命。
该无缝的管状本体12通过针织机的单一工艺编织而成，优选纬编机，更优选平行针床(flat bed)纬编工艺或机器。然而，应该理解，根据本发明构造的管状本体12可使用其他类型的编织机编织而成，例如圆型纬编机。同样不需要任何二次操作。根据所需垫圈 10的用途和尺寸，本体12可被编织成具有任何合适的直径和长度。本体12被编织为单片的整体元件后，末端16、18中的任意一端或者两端朝向彼此被卷曲以形成面对径向向内的卷轴部分20、22 (图1)，或者面对径向向外的卷轴部分20，22 (图幻。由此形成展开的桥接部分M以连接相对的卷曲的密封部分20、22。由于本体12通过互连的下针形成，成型垫圈 10可径向伸展以增加垫圈10的外直径。本体12径向扩展后，末端16、18易于自身卷曲，因此，卷轴密封部分20、22易于维持它们所需的卷曲配置。
如图1所示，当设置垫圈在一个管元件11上后，另一个管元件13可被连接至该管元件11使垫圈10在管元件11、13之间处于压缩密封状态。优选的，每个管元件11、13都具有径向延伸的法兰25、27以便于朝向彼此压缩卷轴密封部分20、22以建立气密密封。
如图3所示，垫圈10以与图1反向的配置被设置于管元件11上。因此，桥接部分 M不是面对径向向外，而是面对径向向内与管元件11邻接。另外，如图4和图5所示，该卷轴密封部分20、22不是都被设置为与管元件11的外表面相邻接从而具有大体上常见的直径，而是可以被拉伸使得一个卷轴密封部分20可径向向内对齐于另一个卷轴密封部分22。 如果需要的话，如图4所示，桥截面M可被设置为临近管元件11的法兰25，或如图5所示， 桥接部分M可被设置为临近管元件13的法兰27。
如图6所示，垫圈10可被配置为容置于执行元件(例如活塞30)的一对环形凹槽 26,28内。桥接部分M面对径向向外，且该分开的卷轴密封部分20、22大小适配于活塞30的环形凹槽26、28内，且当活塞30在汽缸32内往复运动时仍在其中。应该理解，桥接部分 M可以跨越任何需要的距离以允许卷轴部分20，22容纳于凹槽沈，28内。
如图7所示，垫圈10可配置于跨越具有非平行表面的区域以建立气密密封，因此， 具有需要密封的变化的区域，例如截头圆锥体的(frustroconical)区域。例如，内部元件 34带有圆锥形或截头圆锥体形的外锥形面36，而外部元件38具有需要密封的大致圆柱形的孔39，该锥形面36彼此通过垫圈10进行密封。为了跨越在非平行表面36、39之间的可变的轴线延伸的径向区域以建立一个有效地气密密封，形成的垫圈10的一个卷轴密封部分20具有较小的减小的内孔直径，而另一个卷轴密封部分22具有较大的增加的内孔直径， 其桥接部分M在两者之间延伸。当朝向彼此卷曲相对末端16、18时，可建立该分开的密封部分20、22的相关尺寸，其中，该较小的密封部分20比较大直径的密封部分22在垫圈编织材料上卷曲了更大的轴向距离。因此，该较小直径的密封部分20在横截面视图中具有更多的卷曲层。应该理解，根据被密封区域的配置和尺寸，任何一个卷轴密封部分20，22可配置为任何所需大小的形状。
如图8和图9所示，垫圈10的本体12可以编织成具有从末端16轴向向内延伸的第一部分40和从另一末端18轴向向内延伸的第二部分42，其中，该第一和第二部分40，42 被构造成彼此不相同。比如，该第一部分40可完全由非金属的耐高温纱线14编织而成，而第二部分42可完全由金属纱线44形成，例如不锈钢纱线，这只是作为示例而非限制。通过单一工艺编织完本体12的整个长度后，该第二部分42可相对于第一部分40径向向外反折叠，或者第一部分40可相对于第二部分42径向向内反折叠，使得金属纱线44变成相对于非金属纱线14径向向外设置。然后，如图10所示，反折叠的本体12的一个或者两个末端被卷曲预定的距离以形成轴向相对的卷轴密封部分20，22。卷曲反折叠的本体12的末端后，该内部的非金属纱线14由本体12面向径向向外露出，其中，金属纱线44变成被非金属纱线14覆盖，从而提供适合于建立可靠的气密密封的外表面。同时，该被覆盖的内部金属纱线44的作用是为垫圈10提供结构和刚性并促使卷轴密封部分20，22维持其卷轴配置。
如图11所示，管状本体12可被构造为具有由非金属的耐高温的纱线14在肋模式中(in a ribbed pattern)编织而成的中心区域46，比如狄2模式。肋模式编织的中心区域46为本体12提供更多的弹性。该本体12还具有一对由金属纱线编织而成的末端区域 48，比如球衣编织模式(in a jersey knit pattern) 0另外，本体12被构造为在末端区域 48和中心区域46之间具有一对中间区域50。该中间区域50由非金属耐热纱线14编织而成，比如球衣编织模式。因此，本体12沿其长度具有金属纱线和非金属纱线的分离的区段。 编织本体12的整个长度后，末端区域48可卷曲预定距离直到中间区域50变成至少部分卷曲以在中心区域46的相对边上形成卷曲的密封部分20，22的面对径向向外的外表面。因此，如图IlA所示，与上述讨论的图10的实施例类似，该非金属纱线14从本体12面对径向向外露出，从而提供适合于建立可靠气密密封的外表面，而该被覆盖的内部金属纱线44的作用是为垫圈10提供结构和刚性并促使卷曲的密封部分20，22维持其卷轴配置。
如图12所示，管状本体12还可被构造为具有与上述讨论的图11类似的中心区域 46和一对由非金属纱线14和金属纱线44共同编织而成的末端区域52，例如采用双面球衣编织模式(in a double jersey knit pattern) 0然后，在编织本体12的整个长度后，如图12A所示，外部区域52在中心区域46的相对边上被卷曲以形成轴向相对的一对卷曲的密封部分20、22。与图11的实施例不同的是，该卷曲的部分20、22的外表面同时具有金属和非金属纱线14、44。
根据以上教导，本发明的许多修正和变型是可能的。例如利用非金属纱线和金属纱线构造垫圈本体，各纱线可彼此搭配。因此，应当理解，在后所附权利要求的范围内，本发明可不同于上述具体描述通过其他方式实施。
权利要求
1.在配合件之间建立密封的高温纺织垫圈，包含编织的无缝的管状本体，具有利用多次下针彼此编织的多根非金属耐高温的纱线，所述本体沿着在相对末端之间的纵轴延伸，所述末端中至少一端朝向所述末端中的另外一端被卷曲，并形成容置于所述配合件之间的既定直径的周向延伸的卷曲部分。
2.如权利要求1所述的纺织垫圈，其特征在于，所述管状本体包括多根与所述非金属耐高温的纱线进行编织的金属纱线。
3.如权利要求2所述的纺织垫圈，其特征在于，所述本体具有从所述末端中的一端轴向向内延伸的第一部分和从所述末端中的另一端轴向向内延伸的第二部分，该第一部分完全由所述非金属耐高温的纱线形成，该第二部分完全由所述金属纱线形成。
4.如权利要求3所述的纺织垫圈，其特征在于，所述第一部分相对于所述第二部分向内反折叠，所述至少一端的所述非金属耐高温的纱线从所述本体面对径向向外。
5.如权利要求1所述的纺织垫圈，其特征在于，所述末端的两端都朝向彼此卷曲以形成容置于所述配合件之间的既定直径的周向延伸的卷曲部分。
6.如权利要求5所述的纺织垫圈，其特征在于，所述卷曲部分中的一个比所述卷曲部分中的另一个具有更大的内径。
7.如权利要求5所述的纺织垫圈，其特征在于，所述卷曲部分通过一伸展的桥接部分连接。
8.如权利要求5所述的纺织垫圈，其特征在于，所述卷曲部分中的一个由所述非金属耐高温的纱线形成，而所述卷曲部分中的另一个由所述金属纱线形成。
9.如权利要求1所述的纺织垫圈，其特征在于，所述管状本体包括多根与所述非金属耐高温的纱线编织的金属纱线，所述金属纱线和所述非金属耐高温的纱线沿着所述本体的长度彼此交替以形成所述金属纱线和所述非金属耐高温的纱线的分离的区段。
10.一种构造纺织垫圈的方法，包括提供多根非金属纱线；将所述非金属纱线彼此编织形成无缝管状本体，该本体具有在相对端之间延伸的长度；将所述末端中的至少一端朝向另外一端卷曲以形成容置于所述配合件之间的既定直径的第一周向延伸的卷轴密封部分。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括编织至少一根金属纱线与所述非金属纱线从而为管状本体同时提供非金属纱线和金属纱线。
12.如权利要求10所述的方法，进一步包括编织所述金属纱线和所述非金属纱线以形成金属纱线和非金属纱线的分离的管状区段。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括编织所述非金属纱线以从管状本体的所述末端中的一端向内延伸，并编织所述金属纱线从所述管状本体的所述末端中的另一端向内延伸。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括朝向彼此卷曲所述末端中的两端，并形成由非金属纱线形成的卷曲部分和由金属纱线形成的卷曲部分。
15.如权利要求13所述的方法，进一步包括相对于所述金属纱线向内反折叠所述非金属纱线并卷曲所述末端使得非金属纱线处于朝径向向外。
16.如权利要求11所述的方法，进一步包括利用双面球衣下针将所述非金属纱线和金属纱线彼此编织。
17.如权利要求11所述的方法，进一步包括将所述金属纱线放置于所述非金属纱线内。
18.如权利要求10所述的方法，进一步包括卷曲所述末端中的另一端以形成容置于所述配合件之间的既定直径的第二周向延伸的卷轴密封部分。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括卷曲所述末端中的一端比所述末端中的另一端更大的距离，并形成卷曲部分中的一个比卷曲部分中的另一个具有更大的内径。
20.如权利要求10所述的方法，进一步包括利用平行针床纬编工艺完成所述编织。
全文摘要
提供一种高温应用中在配合件之间建立密封的纺织垫圈及其构造方法。该垫圈具有编织的管状本体，该本体至少一部分由非金属的耐高温纱线构造而成。该本体在相对末端之间沿着纵轴延伸，所述末端中至少一端朝向另一端被卷曲，并形成容置于所述配合件之间的既定直径的周向延伸的卷曲部分。
文档编号F16L27/10GK102187141SQ200980140640
公开日2011年9月14日 申请日期2009年8月13日 优先权日2008年8月13日
发明者卡西·马洛依, 忠怀·张, 敏敏·陈, 圣卢西亚·德拉普塔, 热拉尔·米尔芒德, 林伍德·伦迪 申请人:费德罗-莫格尔动力系公司