在两个圆柱形元件之间实现旋转密封的环形密封件的制作方法

本发明涉及一种环形密封件，该环形密封件旨在在相对于彼此能够枢转的两个圆柱形元件之间提供密封，以及包括这种圆柱形元件和这种环形密封件的一种组件。

许多应用需要在第一圆柱形元件和第二圆柱形元件之间提供密封，所述圆柱形元件基本上同轴，并且安装成相对于彼此能够枢转。

例如，定向式推进装置(也称为“推进导向装置(propulsionorienteddevice)”(pod))包括圆柱形结构和推进轴。该结构固定在壳体上。通常设置有轴承，在推进轴和围绕推进轴的轴线的结构之间产生枢转连接。为了允许轴承的润滑，环形密封件轴向地布置在轴承的两侧，并且径向地布置在该结构和推进轴之间。

常规地，在两个圆柱形元件之间提供旋转密封的环形密封件包括主体和圆周唇(circumferentiallip)。主体被压缩在第一圆柱形元件中制成的壳体中。这样，主体相对于第一圆柱形元件保持固定。圆周唇与第二圆柱形元件动态接触。这样，主体实现与第一圆柱形元件静态密封，而圆周唇实现与第二圆柱形元件动态密封。

尽管这种环形密封件在多种应用中广泛使用，但是它们具有一些缺点。

实际上，当圆柱形元件相对于彼此有较大的径向偏移时，圆周唇可能径向移动远离第二圆柱形元件，导致密封不良。例如，在用于破冰船的推进导向装置的情况下，如果在推进导向装置与冰块之间发生碰撞，则推进轴可能发生明显变形。这种变形导致推进轴相对于圆柱形结构径向偏移。这可能导致用于轴承的润滑油泄漏到海洋中，或者相反，导致推进装置的内部隔室被淹没。

鉴于上述内容，本发明的一个目的是改善两个圆柱形元件之间的旋转密封，特别是在圆柱形元件相对于彼此有很大的径向偏移的情况下。

为此，提出了一种环形密封件，该环形密封件包括主体和第一圆周唇，该主体能够通过相对于第一圆柱形元件的静态接触来实现密封，该第一圆周唇能够通过摩擦与第二圆柱形元件的圆柱形表面配合，所述圆柱形元件基本上同轴，并且安装成相对于彼此能够枢转。

根据该环形密封件的一般特征，主体包括前表面，该前表面构造成与第一圆柱形元件的前表面轴向接触，主体包括第二圆周唇，该第二圆周唇与第一圆周唇径向相对，并且能够与第一圆柱形元件的圆柱形表面径向接触。

通过以这种方式构造的前表面，在圆柱形元件相对于彼此有大的径向偏移之后，上文限定的环形密封件可以相对于第一圆柱形元件径向移动。在这种情况下，第一圆周唇通过与第二圆柱形元件的动态接触来继续保证密封。第二圆周唇通过相对于第一圆柱形元件的静态接触来提供密封。当圆柱形元件之间相对于彼此的径向偏移减小时，第二圆周唇倾向于使环形密封件重新居中。

在一个具体实施例中，所述第二圆周唇构造成响应于圆柱形元件相对于彼此的径向偏移的较大变化而变形，并且所述第一圆周唇构造成响应于圆柱状元件相对于彼此的径向偏移的较小变化而变形。

通过这种方式，可以控制环形密封件相对于第一圆柱形元件的径向位移，使得仅在圆柱形元件相对于彼此产生较大的径向偏移时才发生所述位移。

此外，可以设置用于将第一圆周唇连接到主体的第一连接部分和用于将第二圆周唇连接到主体的第二连接部分，第一连接部分和第二连接部分相对于彼此基本上轴向相邻。

有利地，第一连接部分和第二连接部分中的至少一个相对于主体的前表面基本上轴向相邻。

在本申请中，关于任何两个物体，当谈到两个物体“基本上轴向相邻”时，将被理解为是指两个物体轴向偏移了一定的偏移量，该偏移量表示小于环形密封件沿其轴向的宽度的20％。

优选地，第一连接部分沿着轴向的厚度小于第二连接部分沿着轴向的厚度。

在一个实施例中，密封件由聚氨酯制成。

主体的前表面也可以由聚四氟乙烯制成。

由于使用了连接部分的这种设计和这些材料，可以预期在环形密封件和圆柱形元件之间出现的摩擦力，以及由圆周唇实现的径向力。因此，环形密封件可以设计成：针对圆柱形元件相对于彼此的一定的径向偏移值而做特定的圆周唇功(circumferentiallipwork)。

有利地，主体包括从前表面轴向向内延伸的凹部和容纳在所述凹部中的接触环。

因此，容易制造主体，所述主体包括由与环形密封件的材料性质不同的材料制成的接触表面。容易制造具有适合于轴向接触的材料和适合于径向接触的材料的密封件。

根据另一方面，提供了一种包括第一圆柱形元件和第二圆柱形元件的组件，该第二圆柱形元件相对于第一圆柱形元件基本上同轴并且安装成能够枢转，第一圆柱形元件包括第一圆柱形表面和前表面，第二圆柱形元件包括第二圆柱形表面，所述组件包括如上所述的第一密封件。

在一个实施例中，第一圆柱形元件是用于水运工具的推进导向装置的圆柱形结构，第二圆柱形元件是推进导向装置的推进轴，所述第二圆柱形元件径向位于所述第一圆柱形元件内。

此外，可以提供如上所述的第二密封件和第三密封件，所述组件包括由第一密封件和第二密封件轴向界定的排放空间以及由第二密封件和第三密封件轴向界定的缓冲空间。

参考附图，在下文仅通过非限制性示例的方式提供的描述中，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见，图中：

-图1示出了根据本发明的一个实施例的组件的径向横截面；

-图2示出了图1的组件的密封件的轴向视图；和

-图3示出了图2的密封件的局部横截面。

参考图1，示意性地示出了组件2。组件2可以结合在安装在诸如船只、潜艇或石油平台的水运工具上的推进导向装置(未示出)中。但是，本发明不限于这些应用。特别地，在不超出本发明的范围的情况下，可以将这种组件结合在推进装置、潮汐能收集装置或水力发电装置中。

组件2包括圆柱形结构4，其附装至推进导向装置的壳体(未示出)。参考图1至图3，定义了与结构4相关的正交向量基6。基6由向量向量和向量组成。

结构4相对于圆柱轴线8大体上是圆柱形。该轴线平行于向量在结构4的内部制造孔9。孔9是围绕轴线8的圆柱形。

组件2还包括推进轴10。该轴固定至推进导向装置的推进器(未示出)。轴10安装在孔9的内部。轴10是圆柱形。轴10相对于结构4布置成使得轴10的圆柱轴线基本上与轴线8重合，正如在图1所示的构型中那样。然而，在推进导向装置的不同操作情况下，轴10的变形可能导致轴10的圆柱轴线和轴线8之间的径向偏移。除非另有说明，否则表述“轴向”和“径向”将被视为参考轴线8。

轴10通过围绕轴线8的枢轴连接机械地联接至结构4。为了驱动轴10相对于结构4旋转，设置有电机(未示出)，该电机包括固定至轴10的转子和固定至结构4的定子。为了使轴10能够相对于结构4枢转连接地引导，设置有旋转轴承12。轴承12可以是摩擦型，例如包括衬套，或者可以是滚子型，例如球轴承、滚柱轴承或圆锥轴承。尽管示出了单个轴承12，但是应当理解，可以设置其他旋转轴承，以实现结构4和轴10之间的机械链接。通过诸如油或润滑油的液压油(未示出)来润滑轴承12。

轴10由表面14径向界定。表面14是圆柱形，其具有围绕轴10的圆柱轴线(与图1中的轴线8重合)的圆形基部和直径d14。

结构4旨在浸入海水中。如将在下文中详细描述的那样，组件2包括用于在结构4和轴10之间实现旋转密封的装置。特别地，应用密封件来避免润滑轴承12的液压流体从组件2的任何泄漏，并且避免海水进入孔9。

结构4由端部前表面16轴向界定。壳体18轴向定位在表面16和轴承12之间。壳体18容纳维修密封件20。在这种情况下，密封件20是充气密封件。密封件20旨在当对组件2进行维修时充气。为此，密封件20被设计成在充气时相对于轴10的表面14实现静态密封。

组件2包括轴向位于壳体18和轴承12之间的缓冲空间22。缓冲空间22通过导管24与组件2的外部流体连通。由于导管24，缓冲空间22可以充满缓冲液(未示出)。在用于实现组件2的旋转密封的装置发生故障的情况下，缓冲液可以保证安全。

组件2包括轴向位于缓冲空间22和轴承12之间的排放空间26。排放空间26经由导管28与组件2的外部流体连通。导管28可以排放由于用于实现组件2的旋转密封的装置故障而已经渗入排水空间26中的流体。

排放空间26在第一环形密封件30和第二环形密封件32之间轴向延伸。排放空间22在第二环形密封件32和第三环形密封件34之间轴向延伸。密封件30、32和34基本相同。密封件30、32和34相对于轴线8同轴。图2和图3详细地示出了密封件32。密封件30、32和34主要由聚氨酯制成。

结构4包括分别设置成容纳密封件30、32和34的三个壳体36。特别地，每个壳体36由圆柱形表面38径向界定，该表面38具有围绕轴线8的圆形基部和比直径d14更大的直径d38。每个壳体36由从表面38径向向内延伸的凸缘40轴向界定。每个凸缘40在两个轴向前表面(未标记出)之间轴向地延伸。

尽管在所示的示例中，仅在轴承12的一侧设置有用于实现旋转密封的装置，但是很明显，在不超出本发明的范围的情况下，可以设想轴向地结合在轴承12的另一侧的相同的装置。

在图2和图3中，示出了处于静止位置的密封件32。附图中的密封件32的尺寸不是限制性的。此外，在表面14和38的接触压力以及由所要实现密封的流体施加的压力的作用下，密封件32的形状可以变化。

密封件32包括主体42。主体42相对于密封件32的其余部分径向定位在外部。在图3中，虚线44示意性地表示主体42的内部径向界线。

主体42由远侧表面46和前部近侧表面48轴向界定。在近侧表面48处，主体42包括聚四氟乙烯环50。环50容纳在凹部(未标记出)中，该凹部从表面48轴向延伸到主体42的内部。环50不必由界线44径向界定。在图3所示的示例中，环50在界线44之内继续径向延伸。为了产生密封件32，可以将主体42包塑到环50上。可选择地，可以将环50压入主体42中在近侧表面48处形成的凹部中。

参考图1和图3，密封件30、32和34通过其近端表面48轴向抵靠其相应的壳体36的凸缘40的前表面。更精确地，密封件30通过其近端表面48与凸缘40的靠近轴承12的前表面相接触。密封件32和34通过其相应的近端表面48与相应的凸缘40的与轴承12相对的前表面相接触。换句话说，如图1所示，相对于垂直于轴线8的平面，密封件30与密封件32和34对称布置。

参考图2和图3，由流体(在这种情况下是环形密封件32的缓冲流体)施加的压力沿着向量的方向和与向量的方向相反的方向施加在远端表面46上。结果是密封件32的近端表面48和凸缘40的前表面之间的轴向接触压力。

环形密封件32包括外周唇52。唇52从主体42径向向外延伸。唇52通过连接部分54连接到主体42的内部径向部分(未标记出)。虚线56示意性地示出了唇52与连接部分54之间的界线。虚线58示意性地示出了连接部分54与主体42的内部之间的界线。唇52沿着倾斜方向延伸，该倾斜方向相对于轴线8的方向形成角度α。唇52的变形使得角度α能够被改变。当唇52不因表面62与表面38的接触而变形时，唇52由直径为d63的外部圆形边缘63径向界定。直径d63大于直径d38。

唇52在其宽度方向上由内表面60和外表面62界定。参考图1和图3，唇52的外表面62与表面38接触。与在表面46上施加压力的流体(在这种情况下是密封件32的缓冲液)相同的流体在表面60上施加压力，这倾向于使唇52与主体42的内部分开。结果是唇52的表面62和结构4的表面38之间的径向接触压力。

环形密封件32包括从主体42径向向内延伸的内周唇64。唇64通过连接部分65连接至主体42。虚线44从连接部分65界定出主体42。虚线66示意性地示出了唇64和连接部分65之间的界线。唇64沿着倾斜方向延伸，该倾斜方向相对于轴线8的方向形成角度β，角度β可以响应于唇64的变形而改变。在未变形时，唇64由直径为d71的内部圆形边缘71径向界定。直径d71小于直径d14。

唇64在其宽度方向上由外圆柱形表面68和内圆柱形表面70界定。参考图1和图3，唇64的内表面70与表面14相接触。与唇52一样，缓冲液在表面68上施加压力，该压力倾向于使唇64与主体42分离，从而在唇64的表面70和轴10的表面14之间产生径向接触压力。

在图3中用附图标记a表示连接部分54沿着轴向的宽度。附图标记b表示连接部分65沿着轴向的宽度。更具体地，附图标记a和b分别对应于部分54和部分65沿着轴向的最小厚度。附图标记c表示密封件32沿着轴向的宽度。附图标记d表示圆形边缘63和71之间沿着径向的距离。

在所示的示例中，尺寸a、b和d满足以下关系：

b＝k1·a，其中：1.5≤k1≤2

d＝k2·a，其中：9≤k2≤13。

此外，尺寸c优选地基本上等于唇52和64中较长者(在这种情况下是唇52)的长度。

在所示的示例中，静止的密封件32的尺寸如下：

a＝5mm；b＝8.4mm；c＝25mm；d＝55.5mm。

由于选择了这种尺寸，因此，基于圆柱形轴10相对于结构4的径向偏移的值来控制：两个唇52和64中的哪一个响应于所述径向偏移而变形。在这种情况下，在所选择的尺寸和材料下，当轴10相对于结构4的径向偏移小于0.5mm时，内唇64变形。当轴10相对于结构4的径向偏移大于0.5mm时，唇52变形。此外，由于尺寸d的选择，接触表面48和62足够宽，以在主体42上产生比轴10在唇64上施加的摩擦力更大的粘附力。因此，在推进导向装置的典型速度范围内，密封件32相对于结构4保持静止，而无需设置附加的装置使密封件32与结构4保持旋转联接。

以这种方式，密封件32由其主体42通过与结构4的静态接触来实现密封，并且由其内周唇64通过与轴的动态接触来实现密封。

当轴10发生变形时，使轴10相对于结构4径向偏移，当径向偏移较小时，内唇64变形，当径向偏移较大时，外唇52变形。以这种方式，当轴10相对于结构4发生大的径向偏移时，主体42径向偏移。尽管径向偏移较大，但是继续保证了由环形密封件32实现的密封。压缩唇52将密封件32稳固在其壳体36中。当轴10返回其初始形状并且由此径向偏移倾向于减小时，外唇52在主体42上施加弹力，倾向于使密封件32围绕轴线8重新居中。

在一个变型实施例中，圆周唇64包括从表面68径向延伸向唇64内部的环形凹槽(未示出)。该环形凹槽容纳可以由弹性材料制成的保持环(未示出)。在一个变型实施例中，圆周唇64的变形受连接部分的宽度以及保持环的弹性和尺寸控制。

鉴于上述内容，本发明能够在相对于彼此枢转的两个圆柱形元件之间相对于流体实现密封，特别是在其中一个圆柱形元件变形导致一个圆柱形元件相对于另一圆柱形元件径向偏移的情况下改善所述密封。