自動對齊動態間隙密封和利用該密封的流體移動裝置的制作方法

專利名稱：自動對齊動態間隙密封和利用該密封的流體移動裝置的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及一種往復構件與其外殼之間的流體密封的動態密封。更具體 地，本發明涉及一種自動對齊動態間隙密封和利用該密封的流體移動設備，諸如活塞泵。
背景技術：
在多種流體移動設備，比如液泵、泥漿泵、干式攪拌機和許多其他裝置中，滑 動柱塞、桿、活塞或者其他類似構件在固定支座中往復運動。典型地，通過利用密封結 構防止移動構件周圍的流體滲漏。密封結構的材料要求具有允許移動構件通過密封結構 的軸向開口來回滑動的一些彈性和一定程度的硬度，并且足夠緊，以防止移動構件周圍 的流體滲漏或者至少使得移動構件周圍的流體滲漏最小化。一種常規的密封結構是機械面密封。典型地，機械面密封包括一個隨驅動軸旋 轉的密封環和附接于周圍的外殼上的靜止密封環。兩個密封環被偏壓力被朝向彼此按 壓，用這種方法防止流體經過它們之間。例如，美國專利No.3,282,235 ； No.4,754,981和 No.5,772,217描述了具有提供偏壓力的彈簧的密封。通常，附加的彈性體組件被要求相應 地從軸或者外殼密封每個環。典型地，密封表面之間需要薄的潤滑膜，以防止由于干摩 擦而導致它們的損壞。然而，隨著時間的推移，磨損和振動引起密封環的接合面變得有 劃痕，導致工作流體的滲漏。工作流體會造成磨蝕或者包含凝結劑的環境尤其會破壞常 規的密封并且需要頻繁地更換它們。類似地，美國專利No.3,348,849揭示了一種往復柱塞填密(plunger packing)，
包括多個環繞柱塞且在環與柱塞之間設置具有預定空隙的金屬環。環用于在柱塞的操作 過程中，在壓力的作用下縮小到幾乎關閉的其空隙的程度。當流體壓力被施加于每個環 時，環封閉或者在柱塞上縮小，因此減少環和柱塞之間的初始空隙。有效減少流體通過 組件的通道所需的壓力導致金屬環和柱塞之間的高摩擦，損壞環和柱塞。封裝的密封箱(stuffingbox)是用于移動構件的常規密封的另一個示例。例如在 美國專利No.3,659,862和No.5,333,883中已經公開了這類密封。一般地，該封裝被充分 地壓縮以限制流體通過封裝的通道，但不是被壓縮以形成封裝和移動構件之間的過度摩 擦。通過手動緊固密封箱上的密封墊(gland)直到達到通過封裝的滲漏的最小化的點為 止，但在封裝和軸之間的摩擦使封裝過熱的點之前，壓力主要保持在封裝上。這樣的構 造根據對向大氣的滲漏進行控制，而不是零滲漏的原則進行操作。然而，這需要頻繁的 調節，并且過度的緊固導致封裝產生過量的摩擦、熱量積累以及過度磨損，并且甚至可 能破壞移動構件。即使當封裝上的壓力被適當地調節，使得流體通過封裝的通道最小化所需的壓力導致封裝和軸之間比較高的摩擦。結果，封裝很快磨損并且需要頻繁更換。美國專利No.6,843,481描述了一個封裝密封的可能替換方案，其揭示了一種間隙 密封組件，包括安裝在圓柱形外殼結構中并且環繞布置在外殼結構和移動活塞之間的密 封構件。參照圖1，密封構件4與固定外殼3和殼體構件(housing member) 5具有流體密 封關系。這個流體密封的關系通過具有安裝在密封構件的頂部上的彈性O形環1實現， 以防止跨過密封構件和固定外殼之間的頂部的流體滲漏。當O形環被壓縮時，密封構件 被鎖定到殼體構件的表面，因此防止流體流動。由于密封構件和活塞2之間非常緊的空 隙，密封構件和活塞的軸向位置必須彼此嚴密地對齊。然而，活塞必須還與作為活塞的 引導件的殼體孔對齊。如果這兩個軸沒有對齊，活塞運動的卡滯會導致損壞驅動活塞運 動的傳動皮帶。因為需要非常低的公差以消除活塞對于密封構件的卡滯，這些密封組件 的大部分傾向于難于控制質量，因此以大的商業規模制造它們是不切實際的。因此，現有技術的密封結構并沒有在移動構件和它們的殼體之間提供可靠和持 久的密封。在正常運行期間，常規的密封受到大量磨損并且必需頻繁更換，使得設備的 預防性維護更加繁重，并且增加了它的養護費用。間隙密封經常需要很高的制造標準， 使得大量生產很昂貴且難于實現。

發明內容
因此，本發明的目標是提供改善的動態密封，該改善的動態密封能夠避免現有 技術的密封的不希望的缺陷。具體地，本發明的目標是提供一種動態密封，該動態密封 具有低磨損，可以相對低的成本制造，并且在使用中提供優越的性能。本發明的另一個 目的是提供一種利用這種密封的便利的流體移動裝置，其具有相對低的維護保養成本并 且具有高可靠性。 這些及其他目標由本發明的自動對齊動態間隙密封組件實現。該組件包含固定 外殼，該固定外殼限定第一側、第二側以及連接第一和第二側的開口；移動構件，該移 動構件具有外壁且布置為可移動通過開口；殼體構件，該殼體構件具有內壁和在殼體構 件中形成凹陷的脊，該殼體構件環繞布置在固定外殼和移動構件之間；密封構件，該密 封構件具有內壁、外壁、頂面和底面，該密封構件環繞布置在所述殼體構件和移動構件 之間；第一彈力密封，該第一彈力密封布置在固定外殼和密封構件的頂面之間；和第二 彈力密封，該第二彈力密封布置在殼體構件和密封構件的底面之間的凹陷中。第一彈力 密封防止流體流入密封構件和殼體構件之間的間隙。當壓縮時，第二彈力密封防止殼體 構件的脊偏壓在密封構件的底面上。密封構件和移動構件限定連續且均勻的間隙，該間 隙的尺寸允許流體充滿該間隙，但防止流體在第一和第二側之間的工作壓力差的作用下 從開口的第一側流過該間隙到達開口的第二側。這個間隙的尺寸在工作壓力差的作用下 本質上不會改變。 在另一個方面中，本發明提供一種利用該間隙密封組件的泵。該泵包含固定外 殼，該固定外殼具有限定用于儲存流體的壓力室的內壁；具有外壁的活塞，該活塞可移 動地布置在壓力室內；殼體構件，該殼體構件具有內壁和在殼體構件中形成凹陷的脊， 該殼體構件環繞布置在固定外殼和活塞之間；密封構件，該密封構件具有內壁、外壁、 頂面和底面，該密封構件環繞布置在殼體構件和活塞之間；第一彈力密封，該第一彈力密封布置在固定外殼和密封構件的頂面之間；和第二彈力密封，該第二彈力密封布置在 殼體構件和密封構件的底面之間的凹陷中。第一彈力密封防止流體流入密封構件和殼體 構件之間的間隙。當壓縮時，第二彈力密封防止殼體構件的脊偏壓在密封構件的底面 上。密封構件和活塞限定連續且均勻的間隙，該間隙的尺寸允許流體充滿該間隙，但防 止流體在工作壓力差的作用下從壓力室流到該室的外部。這個間隙的尺寸在工作壓力差 下本質上不會改變。通過排除密封構件和移動構件之間的直接接觸，該間隙密封組件減少了很多上 面討論到的與常規密封相關聯的問題。具體地，該手段的優點包括使得部件的磨損最小 化，使得裝配和維修簡單化，顯著地改善可靠性，以及降低維護費用。本發明的間隙密 封可以被用于任何需要汲取、移動和分配流體的裝置或者系統。本發明可以尤其有利地 用于分析測試設備中使用的高精度泵。例如，具有根據本發明制造的間隙密封的活塞泵 可以被有利地用于Nexgen存取系統(貝克曼儀器(Beckman Instruments)，加利福尼亞) 中的樣本抽吸及分配，該儀器在美國專利No.6,825,041中被揭示，該專利已經被轉讓給本 發明的受讓人，并且其相關內容通過引用結合在本文中。本發明通過在密封構件的底面上附加的彈力密封的創新使用，克服了美國專 利No.6,843,481中揭示的早先的間隙密封設計的問題。該附加的彈力密封的目的不在 于密封流體，而作為對第一彈力密封的平衡，允許兩個密封作為用于密封構件的懸掛 (suspension)而協調一致。這允許密封構件充分浮動以調節殼體和密封構件的軸線之間 的未對齊，且在第一彈性環上保持足夠的壓力，以允許其完成防止密封構件和固定外殼 之間流體流動的功能。密封構件能夠浮動的距離有限制，因為密封構件離開正常位置越 遠，越大的約束力被施加于密封構件上。因為過多的移動將導致分配結果的不一致，這 就非常重要。該自動對齊間隙密封設計的試驗顯示其在功能性和可靠性上相比于美國專 利No.6,843,481揭示的初始的間隙密封設計做出了巨大的改善。例如，使用本自動對齊 間隙密封設計，困難的體積分配上的第一經過率從28%提高到88%。


接下來，將參照附圖對本發明進行說明，根據參照附圖的描述，本發明的以上 及其他特征和獲得它們的方式將變得更加明顯，其中圖IA是美國專利No.6,843,481中揭示的間隙密封的截面圖。圖IB是密封構件 的側視圖，以及移動構件和殼體構件的截面圖。圖IC是密封構件的俯視圖，以及移動構 件的截面圖。圖2A為根據本發明的一個實施例的間隙密封的截面圖。圖2B是密封構件的放 大側視圖，以及移動構件和殼體構件的截面圖。圖2C是密封構件的俯視圖，以及移動構 件的截面圖。圖3是根據本發明的一個實施例的密封構件和殼體構件之間的凹陷的放大截面 圖。
具體實施例方式除非另外限定，這里使用的所有技術和科學術語的含義與本發明所屬技術領域中的本領域技術人員所普遍理解的含義相同。在此引用的所有專利、專利申請(公布或 者未公布的)以及其他公開物的全部內容在這里通過引用而被結合。如果在本節中闡明 的定義與通過引用而被結合的專利、申請、公布的申請以及其他公開物闡明的定義相反 或不一致，采用在本節中闡明的定義，而不是那些通過引用結合在本文中的定義。引用的公開物或者文件不作為承認任何這樣的公開物或者文件是適當的現有技 術，也不構成任何對有關這些公開物或者文件的內容或者日期的任可。這里使用的“a”或“an”意味著“至少一個”或者“一個或更多”。在這里使用的術語“自動對齊”指裝配特征，其中兩個或更多部分能夠互相連 接而不需要任何實現想要的接合所需的由人操作的對齊操作。這里使用的術語“流動”指的是由高壓區和低壓區之間的壓差所引起的流體的 定向運動(例如，泵內部的工作流體壓力和泵外部的大氣壓力之間的差)。在這里使用的 術語“泄漏”指的是由移動構件的往復運動和流體因靜電、毛細作用和/或范德瓦耳斯 力(vanderWaalsforces)而附著到實心結構元件的壁上所引起的流體運動。這里使用的術語“粘性”指的是對通過剪切應力或者拉伸應力而變形的流體的 阻力的程度。粘性描述了一種流體對流動的內在阻力，并且有時被認為是流體摩擦的程 度。因此，水和乙醇被認為具有相對低的粘度，而甘油和槭糖漿(maplesyrap)被認為具 有比較高的粘性。流體的粘性通常獨立于壓力(除非在超高壓下)并且傾向于隨著溫度升 高而降低。例如，隨著水溫從0°C升高到100°C，水的粘度從1.79厘泊(centipoise，cP)降 到0.28cP。作為溫度T(K)的函數，水的粘性可以如下這樣確定μ (Pa · s) =AXIOB7 (T_C),其中 A = 2.414X ICT5Pa · s ； B = 247.8K ；并且 C = 140K[lcP = ICT3Pa · s]。在 室溫下(20°C )，水的粘性為1.003cP。這里使用的術語“兩個結構元件之間的流體密封關系”的意思是沒有流體能夠 經過這些元件之間。可以理解的是，任何密封方法可能用來實現流體密封關系，只要其 提供可靠的密封即可。這里使用的術語“防止流體流動”意思是流經密封的流體體積足夠小，從而不 會對由包含該密封的泵的分配精確性產生任何明顯的副作用。替代地，這里使用的術語
“防止流體流動”指的是流經密封的流體數量非常小，以致于不能由肉眼察覺。這里使用的術語“兩個結構元件之間的連續間隙”指的是這些元件之間沒有直 接接觸的點。術語“兩個結構元件之間的均勻間隙”指的是這些元件之間的距離沒有危 及它們之間形成的液體密封的顯著變化。因此，這里使用的術語“連續且均勻的間隙” 指的是兩個結構元件之間的空間關系，其中這些元件之間沒有直接接觸點，并且元件之 間的距離沒有危及形成在它們之間的液體密封的顯著差異。這里使用的術語“本質上沒有改變”指的是所討論的特性具有的改變小于大約 50%,優選小于大約40%，更優選小于大約30%，再優選小于大約20%，并且最好小于 大約10%。因此，短語“在工作壓力的作用下，第二間隙的尺寸實質上保持不變”通常 指操作過程中第二間隙的尺寸沒有從操作之前的第二間隙的尺寸偏離超過大約50%。這里使用的術語“實質上圓形形狀”，在理想的圓之外，還包括接近于理想的 圓的形狀、但由于制造過程等等的精確度的變化而從理想的圓變形得到的形狀。在更定 量化的術語中，術語“實質上圓形形狀”指的是短軸長度A與長軸長度B的比值等于或者小于大約1.0，并且等于或者大于約0.8 (即，0.8SA/BS1.0)。圖1顯示前面所揭示的采用單個彈性O形環的間隙密封組件(參見美國專利 Νο.6,843,481)。參照圖1Α，具有間隙密封組件10的活塞泵包括具有內壁8的固定外殼 3，內壁8限定用于包含被抽取的流體的壓力室9。活塞2可移動地布置在壓力室9內， 并且圓柱形殼體構件5環繞布置在固定外殼3和活塞2之間，以支撐活塞。密封構件4環 繞布置在殼體構件5和活塞2之間，并且與固定外殼3具有流體密封的關系。參照圖IA 和1Β，密封構件4和固定外殼3之間的流體密封關系典型地通過利用環形的彈力密封， 諸如O形環1實現，該彈力密封可移除地安裝在外殼和密封構件之間。當O形環1被壓 縮時，它與固定外殼3形成密封點11Α，且與密封構件4形成密封點11Β，因此防止流體 在外殼和密封構件之間流動。參照圖IA和1C，密封構件4的內壁7和活塞2的外壁6 限定連續且均勻的間隙12。間隙12的尺寸允許流體充滿該間隙，并且防止流體在工作流 體的壓力作用下通過間隙從壓力室流到該室的外部。然而，如上所述，由于密封構件4和活塞2之間非常緊的空隙，殼體和密封構 件的縱軸之間的未對齊經常導致活塞2接合到密封構件4，引起使活塞動作的傳動皮帶損 壞。因為需要非常低的公差以避免活塞2與密封構件4的頻繁接合，該密封組件的相當 一部分傾向于難于控制質量，因此使大的商業規模制造這種密封不可實施。本發明通過提供浮動(floating)、自動對齊間隙密封有效地克服這些問題，該自 動對齊間隙密封利用密封構件的底面上的可移動的附加彈力密封。該第二彈力密封的目 的不在于密封流體，而是作為對主要彈力密封的平衡，允許兩個密封作為用于密封構件 的懸掛(suspension)而協調一致。這允許密封構件能夠充分地浮動，以調節殼體和密封 構件的軸線之間的任何未對齊，且在相對的彈力密封上保持足夠的壓力，以允許其完成 防止流體在密封構件和固定外殼之間流動的功能。注意的是，本發明的間隙密封組件可以用于與具有開口和通過該開口往復運動 的移動構件的固定構件的任何裝置聯合使用。這樣的裝置的示例包括，但不局限于在很 大范圍內使用的分配泵、泥漿泵和葉輪泵。移動構件可以是，例如，滑動柱塞、桿或者 活塞。本發明的特定的構造可以采用不同的或者改進的形式，活塞泵將被用于進一步詳 細地說明本發明。參照圖2A，具有間隙密封組件20的活塞泵包括具有內壁32的固定外殼23，內 壁32限定用于包含被抽取的流體的壓力室30。活塞24可移動地布置在壓力室30內，并 且圓柱形殼體構件26環繞布置在固定外殼23和活塞24之間，以支撐活塞。如前所述， 密封構件25環繞布置在殼體構件26和活塞24之間。如前所述，密封構件25與固定外 殼23具有流體密封的關系，密封構件25還具有第一環形彈力密封，諸如O形環21，該 第一環形彈力密封可移除地安裝在密封構件25和外殼23之間。當第一密封21被壓縮 時，它與外殼23形成密封點35A，且與密封構件25形成密封點35B，因此防止流體在外 殼和密封構件之間流動。第一密封21的精確位置不重要，只要它防止流體在固定的外殼 23和密封構件25之間流動即可。參照圖2A和2C，密封構件25的內壁34和活塞24的 外壁31限定連續且均勻的間隙33。間隙33具有允許流體充滿該間隙的尺寸，但防止流 體在工作流體的壓力作用下通過間隙從壓力室流到該室的外部。參照圖2A和2B，本發 明的殼體構件26具有脊27，該脊27在殼體構件和密封構件25之間形成凹陷36。第二環形彈力密封，諸如O形環22，可移除地安裝在殼體構件26和密封構件25之間的凹陷 36中，以防止脊27與密封構件25接觸并偏壓密封構件25。通過具有安裝在密封構件25 和殼體構件26之間的凹陷36的第二 O形環22，密封構件被給予附加的自由度，因此提 升了其自身和可移動的活塞24之間的更有效的對準，并且防止這兩個結構元件之間的卡滯。參照圖3，使得本發明與美國專利Νο.6,843,481所揭示的間隙密封相區分的關鍵 要素是諸如O形環22的第二彈力密封和脊27，第二彈力密封安裝在密封構件25和殼體 構件26之間，脊27在殼體構件26中形成凹陷36，所述凹陷能夠調節第二 O形環22以 防止脊27偏壓密封構件25。第二 O形環22可以用任何合適的彈性材料制成，例如，合 成橡膠、熱塑性塑料等等。脊27的高度必須被小心地關于第二 O形環22的主體部分的 直徑進行校準，從而當第二 O形環22被壓縮時，密封構件25沒有和脊27接觸，并且繼 續浮在第二 O形環22的頂部上。對所屬技術領域的專業人員來說，需要注意的是，脊 27的高度h及第二 O形環22的本體部分的未壓縮直徑d之間的期望比值將通常取決于制 造第二 O形環22的材料的硬度。因此，在一個實施例中，第二 O形環22具有壓縮的本 體部分直徑d'，且壓縮的直徑d'與未壓縮的直徑d的比值處于大約0.60和大約0.90之 間的范圍內，進一步優選在大約0.65和大約0.85之間，且最好在大約0.68和大約0.78之 間。因此，脊27優選具有的高度在第二 O形環22的本體部分的未壓縮直徑的大約0.40 和0.75之間的范圍內，進一步優選在第二 O形環22的本體部分的未壓縮直徑的大約0.50 和0.70之間，且最好在第二 O形環22的本體部分的未壓縮直徑的0.55和0.65之間。然 而，應該注意，諸如脊的高度和第二 O形環22的未壓縮直徑之間的比值(h/d)及第二 O 形環22的本體部分的壓縮的直徑與未壓縮的直徑之間的比值(d' /d)的其他比值也可以 根據本發明被使用。本發明的間隙密封組件的一個明顯的優點是殼體構件26、密封構件25、第一彈 力密封21和第二彈力密封22的組合獨立模塊的事實，該模塊能夠被容易地從固定的外殼 23去除以在必要時進行清潔和/或維護。如美國專利Νο.6,843,481揭示的，流體密封能夠形成在移動和固定構件之間，且 它們之間沒有直接接觸。間隙33的尺寸可以被選擇成允許流體充滿密封和活塞之間的間 隙，因此避免了干摩擦，但是能夠防止流體流過該間隙。當間隙足夠小時，流體向活塞 和密封的附著力大于由于工作壓力通過流體施加的力，因此防止流體流過該間隙。間隙33的合適的尺寸范圍取決于被抽吸的流體的物理性能，諸如粘性、表面張 力、附著力、溫度和工作壓力差。低粘度流體將典型地需要比更高粘性的流體更小的間 隙33。一般地，流體的粘性越高，間隙33可以使用的范圍越寬。在一個實施例中，間 隙33具有在大約0.5微米和大約3.0微米之間的范圍內的尺寸，進一步優選在大約0.75微 米和大約2.0微米之間，最好位于大約1.0微米和大約1.5微米之間。還應該認識到間隙 的尺寸大大取決于應用的類型。那些本領域技術人員能夠考慮當前公開來選擇間隙的尺 寸，以調節被用于特定應用的流體和工作壓力，而用不著不適當的實驗。在一個實施例中，被抽吸的流體包含水或者含水的緩沖溶液，例如諸如，磷 酸鹽緩沖鹽水溶液(phosphate-buffered saline)，磷酸鹽緩沖液(phosphate buffer)，硼酸 鹽緩沖液(borate buffer)，檸檬酸鹽緩沖液(citrate buffer)，三羥甲基氨基甲烷緩沖液(Tris buffer)，MOPS 緩沖液(MOPS buffer)，PIPES 緩沖液(PIPES buffer)或者 HEPES 緩沖液(HEPESbuffer)。含水的緩沖溶液的粘性優選在大約0.3CP(3X10_4Pa · s)和大 約20cP(2xl0_2Pa · s)之間的范圍內，進一步優選在大約0.5cP(5xlO_4Pa · s)和大約 5cP(5xlO 3Pa · s)之間，并且最好在大約0.9cP(9xl(T4Pa · s)和大約 1.5cP(1.5xl(T3Pa · s)
之間。然而，需要理解，其他合適的流體也可以被用于本發明。
被抽吸的流體的溫度優選在大約10°C和大約90°C之間的范圍，進一步優選在大 約15°C和大約60°C之間，最好在大約20°C和大約30°C之間。工作壓力差優選小于大約 IOOOkPa,進一步優選小于大約500kPa，并且最好小于大約350kPa。然而，需要理解， 其他合適的溫度和工作壓力也可以被用于本發明。在活塞24和密封構件25之間保持均勻間隙需要精密地控制活塞的外壁31和密 封構件內壁34的徑向尺寸，以及高的組裝精確性。因此，為了簡化臨界間隙33的控制， 在優選實施例中，內壁34和外壁31的截面實質上具有圓形。具有高硬度且能夠被加工成想要的較高精度的材料可以被用來制造密封構件和 活塞，并且對于本發明所在領域的本領域技術人員來說，這是已知的。在一個實施例 中，密封構件采用與殼體構件不同的材料制成。例如，活塞可以用陶瓷材料制成，而密 封構件可以用聚合物，例如諸如，丙烯酸類聚合物(acrylic polymer)制成。在另一個實 施例中，密封構件采用與殼體構件相同的材料制成。例如，該密封構件和活塞可以都用 陶瓷材料制成。雖然通過特別參照活塞泵進行描述了本發明，應該認識到，該間隙密封的主要 特征可以用于任何具有諸如外殼23的固定構件和諸如活塞24的移動構件的任何裝置，外 殼23具有諸如壓力室30的開口，活塞24被通過該開口可移動地設置。一般而言，固定 構件可以具有任何形狀，只要其限定諸如泵的內側與外側的兩個體積，所述內側和外側 被稱為固定構件的兩側并且通過開口連接諸如。兩個體積可以包括不同的流體和/或處 于不同的壓力下(例如，在泵內部為工作流體壓力而在泵外部為大氣壓力)。本發明可以體現為其他特定的形式而沒有脫離它的基本特征。在這里描述的實 施例在各個方面均僅僅作為示例，而非限制。包含在后附權利要求中或其等效替代的范 圍和意思內的各種變化被包含在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種自動對齊間隙密封組件，包含(a)固定外殼，該固定外殼限定第一側、第二側和連接所述第一側和第二側的開Π ；(b)具有外壁的移動構件，所述移動構件布置為可移動通過所述開口；(c)殼體構件，所述殼體構件具有內壁和在所述殼體構件中形成凹陷的脊，所述殼體 構件環繞布置在所述固定外殼和所述移動構件之間；(d)密封構件，所述密封構件具有內壁、外壁、頂面和底面，所述密封構件環繞布置 在所述殼體構件和所述移動構件之間；(e)第一彈力密封，所述第一彈力密封布置在所述固定外殼和所述密封構件的頂面之 間；和(f)第二彈力密封，所述第二彈力密封布置在所述殼體構件和所述密封構件的底面之 間的凹陷中；其中所述殼體構件的內壁和所述密封構件的外壁限定第一間隙，且所述第一彈力密 封防止流體流入所述第一間隙；被壓縮時的所述第二彈力密封防止所述殼體構件的脊偏壓所述密封構件的底面。
2.如權利要求1所述的自動對齊間隙密封組件，其特征在于，所述密封構件在所述第 一彈力密封和第二彈力密封之間浮動，且與所述移動構件自動對齊。
3.如權利要求1所述的自動對齊間隙密封組件，其特征在于，當組裝時，所述密封構 件的內壁和所述移動構件的外壁限定連續并且均勻的第二間隙；所述第二間隙具有的尺寸允許所述流體充滿所述第二間隙但防止所述流體在所述第 一側和第二側之間的工作壓力差的作用下經過所述第二間隙從所述開口的第一側流到第 二側；并且所述第二間隙的尺寸在所述工作壓力差的作用下基本不變。
4.如權利要求1所述的自動對齊間隙密封組件，其特征在于，其中所述第二間隙的尺 寸在從大約0.75微米到大約2.0微米的范圍內。
5.如權利要求1所述的自動對齊間隙密封組件，其特征在于，其中所述工作壓力差小 于大約350kPa。
6.如權利要求1所述的自動對齊間隙密封組件，其特征在于，其中所述第二彈力密封 具有未壓縮本體部分直徑和壓縮本體部分直徑，并且所述壓縮直徑與所述未壓縮直徑的 比值范圍為從大約0.65到大約0.85。
7.如權利要求1所述的自動對齊間隙密封組件，其特征在于，其中所述殼體構件的脊 具有高度，并且所述第二彈力密封具有未壓縮本體部分直徑，并且所述高度與所述未壓 縮直徑的比值范圍為從大約0.50到大約0.70。
8.如權利要求1所述的自動對齊間隙密封組件包括在泵內。
9.一種泵，包含(a)固定外殼，所述固定外殼具有內壁，所述內壁限定用于儲存流體的壓力室；(b)具有外壁的活塞，所述活塞可移動地布置在所述室內；(C)殼體構件，所述殼體構件具有在所述殼體構件中形成凹陷的脊，所述殼體構件環 繞布置在所述固定外殼和所述活塞之間；(d)密封構件，所述密封構件具有內壁、外壁、頂面和底面，所述密封構件環繞布置 在所述殼體構件和所述活塞之間；(e)第一彈力密封，所述第一彈力密封布置在所述固定外殼和密封構件的頂面之間；和(f)第二彈力密封，所述第二彈力密封布置在所述殼體構件和所述密封構件的底面之 間的凹陷中；其中，所述密封構件在所述第一彈力密封和第二彈力密封之間浮動，且與所述活塞 自動對齊。
10.如權利要求9所述的泵，其特征在于，其中所述密封構件用陶瓷材料制成。
11.如權利要求9所述的泵，其特征在于，其中所述流體包含水或者含水的緩沖溶液。
12.如權利要求9所述的泵，其特征在于，其中所述第一和第二彈力密封中的每個是 環形的彈力密封(O形環)。
13.—種泵，包含殼體，所述殼體包括其大小能夠接收移動構件的內壁和布置在所述殼體的內壁中的 槽，所述槽具有上表面和下表面；密封構件，所述密封構件包括頂面和底面，所述密封構件布置在所述槽內； 第一彈力密封，所述第一彈力密封布置在所述槽的上表面和所述密封構件的頂面 之間，所述第一彈力密封構造為在所述槽的上表面和所述密封構件的頂面之間形成上間 隙；和第二彈力密封，所述第二彈力密封布置在所述槽的下表面和所述密封構件的底面 之間，所述第二彈力密封構造為在所述槽的下表面和所述密封構件的底面之間形成下間 隙；其中，所述密封構件在所述第一彈力密封和第二彈力密封之間浮動，且與所述移動 構件自動對齊。
14.如權利要求13所述的泵，其特征在于，所述槽進一步具有環繞布置在所述殼體中 的后壁，所述密封構件進一步包括外壁，其中，所述槽的后壁和所述密封構件的外壁限 定外間隙，并且所述第一彈力密封防止流體流入所述外間隙。
15.如權利要求13所述的泵，其特征在于，其中所述移動構件是活塞，所述活塞包括 外壁，所述活塞可移動地布置在所述殼體的內壁內，所述密封構件進一步包括內壁，當 組裝時，所述密封構件的內壁和所述活塞的外壁限定內間隙，所述內間隙具有的尺寸允 許流體充滿所述內間隙但防止所述流體在工作壓力差的作用下經過所述內間隙從所述殼 體的一端流到另一端。
16.如權利要求15所述的泵，其特征在于，其中所述內間隙的尺寸在從大約0.75微米 到大約2.0微米的范圍內。
17.如權利要求15所述的泵，其特征在于，其中所述工作壓力差小于大約350kPa。
18.如權利要求13所述的泵，其特征在于，所述殼體包括固定外殼和殼體構件，所述 殼體構件環繞布置在所述固定外殼內部，其中所述第一彈力密封被安裝在所述密封構件 的頂面和所述固定外殼之間，且所述第二彈力密封安裝在所述密封構件的底面和所述殼體構件之間。
19.如權利要求18所述的泵，其特征在于，所述殼體構件具有在所述殼體構件中形成 凹陷的脊，其中所述殼體構件的脊的高度與所述第二彈力密封的未壓縮本體部分直徑的 比值在大約0.50到大約0.70的范圍內。
20.如權利要求13所述的泵，其特征在于，其中所述第二彈力密封的壓縮本體部分 直徑和所述第二彈力密封的未壓縮本體部分直徑的比值在從大約0.65到大約0.85的范圍 內。
全文摘要
揭示一種自動對齊動態間隙密封組件(20)。該組件包含固定外殼(23)、移動構件(24)、環繞布置在固定外殼和移動構件之間的殼體構件(26)、環繞布置在殼體構件和移動構件之間的密封構件(25)和兩個彈力密封(21，22)。第一彈力密封防止流體流入密封構件和固定外殼之間的間隙。當壓縮時，第二彈力密封防止殼體構件的脊偏壓密封構件的底面。密封構件和移動構件限定連續且均勻的間隙，該間隙具有的尺寸允許流體充滿該間隙但防止流體在第一和第二側之間的工作壓力差的作用下經過該間隙從開口的第一側流到開口的第二側。還提供一種利用該自動對齊密封組件的泵。
文檔編號F04B53/16GK102016368SQ200980115910
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月30日 優先權日2008年4月30日
發明者克瑞格·湯普森 申請人:貝克曼考爾特公司