低溫介質泵的活塞桿密封結構的制作方法

專利名稱：低溫介質泵的活塞桿密封結構的制作方法
低溫介質泵的活塞桿密封結構技術領域木發明涉及 一 種低溫介質泵的活塞桿密封結構(Kolbenstangendichtung)。低溫介質是指低于約-10。C的如下深冷(tiefkalt) 流體，例如以液態形式存在的空氣成分低于-196。C的氮氣(N2)、低于-183 。C的氧氣(02)、低于-186。C的氬氣(Ar2)、低于-2(TC的二氧化碳(C02) 以及處于-253。C的氫氣(H2)，等等。在專業術語中，所提及的以液態形式 存在的元素是以液氮(LiN)、液氧(LOx)、液氬(LAr)、液氫(LH2) 和其它氣體名稱來命名的。
背景技術：
這種深冷液體是以使用大型機器技術的規模來進行生產的，其通過冷卻 或提純空氣從而使其分離以得到組成成分，也可對水進行分解從而得到氫 氣。然后單一的純的液態成分就可以貯存在特殊的低溫罐中，并通過裝備有 特殊隔離低溫罐的卡車進行轉運。在一定程度上，由于存在著不可避免的環 境熱侵入， 一部分處于近似沸騰狀態的低溫液體會受熱連續蒸發。在將低溫液體灌裝進高壓瓶，或從低溫罐中將低溫液體灌裝進高壓瓶中 時，如氬、氮、氧、二氧化碳、甲烷等的低溫液體，在200 bar左右的壓力 下先被泵送進大氣蒸發器中，接著以氣態裝進要灌裝的高壓瓶中。這些高壓 瓶例如可以水平狀態安裝在卡車上，此后通過公路運輸到指定的地點，并在 那里對靜止的壓力罐或壓力瓶進行灌裝。灌裝設備的薄弱環節總是出現在用 于輸送低溫液體的泵上。該泵通常設計成活塞泵，活塞泵的活塞可以在兩個方向輸送低溫液體， 這樣可以免除吸取沖程。但是，通常對于活塞泵來說，必須設有連桿將轉動 轉化成往返運動。由此，活塞完成理論上的純粹平動，并且根據設計的情況， 活塞在氣缸中運行的距離也或長或短。活塞也可以設置在兩段式活塞桿的端 部，該活塞桿的一側在氣缸襯套(Zylinderrohr)中運動，該活塞桿密封在該氣缸套中，以在低溫使用時獲得最大的熱密封效果。該密封效果是通過活塞 桿的后部區域來實現的。通常，活塞桿是用帽狀皮碗密封組件或唇形密封組件(Lippendichtungpackung)相對氣缸套進行密封的。這種組件由兩個隔離 環(Latemenring)或O形圈構成，在兩個隔離環或O形圈之間設置有一定 數目的支承環，其中，每個支承環支撐著一個帽狀皮碗密封件或唇形密封件。 在帽狀皮碗密封組件的活塞側還另設置有一組盤簧，通過由插入襯套給盤簧 施加負載的方法，來使得盤簧在活塞側壓向支撐O形圈。除了帽狀皮碗密封 組件，目前還使用管狀特氟綸(Teflon，聚四氟乙烯)密封件來進行密封， 管狀特氟綸密封件被固定在氣缸套的凹槽中，并且活塞桿能在管狀特氟綸密 封件中運動。在后側，活塞桿從活塞-氣缸單元在后側突出，并在突出的部位 通過機械或液壓方式對活塞-氣缸單元進行操作。相比帽狀皮碗密封組件，使 用特氟綸密封件可以獲得較好的密封效果，然而其壽命卻差強人意。因為連 桿的活塞桿不是精確地沿運動方向承受力的作用，并且只是通過引導被動地 在氣缸襯套中進行運動，所以經過一定時間后，在特氟綸密封件的兩端就會 觀察到受損現象，由此，在密封件的兩端都會出現明顯的損壞痕跡。正因為 這種情況，使得特氟綸密封件的壽命明顯降低，對低溫活塞泵來說，特氟綸 密封件的壽命維持在1500小時左右，在最好情況下也就4000小時。經過這 樣長的時間段后，就必須拆開活塞泵更換密封件，這自然會產生費用，不僅 因為要更換密封件，而且還因為要使泵停運。需要連續用泵的實際應用越來 越多，對此，需要泵的壽命至少能夠連續運行12個月，最好具備更長的壽發明內容因此，本發明的目的在于，提供一種制備低溫介質泵的活塞桿密封結構， 在具有良好熱密封的同時，還具有實質上更長的壽命，這樣既可以延長泵的 維修間隔，還能使這種泵的運行經濟效益有所增加。本發明的目的能通過低溫介質泵的活塞桿密封結構來實現，所述泵具有 活塞桿，活塞桿與氣缸之間的密封由在該氣缸中的至少一個管狀迷宮密封件 來實現，活塞桿可在管狀迷宮密封件中往復運動。由此，管狀迷宮密封件應 具有這樣的特征，即，氣缸中的管狀迷宮密封件沿徑向各處均具有設定的間隙，并且管狀迷宮密封件的每個端面借助環狀密封件相對氣缸進行密封。


在下列圖中舉例示出了活塞桿密封結構，并隨后對其進行了說明 其中圖h示出了低溫介質活塞泵的縱向剖視圖，其配備有呈管狀迷宮密封 件形式的活塞桿密封結構；圖2:示出了配備有活塞桿密封結構的活塞泵的一部分； 圖3:示出了沒有密封環的管狀迷宮密封件的透視圖；圖4:示出了第二種結構形式的活塞桿密封結構，其只配備有一個迷宮 密封件；圖5:示出了第三種結構形式的活塞桿密封結構，其在插入唇形密封件 的情況下配備有兩個迷宮密封件；圖6:示出了第四種結構形式的活塞桿密封結構，其示出了迷宮密封件 的外部密封件是直接加工出來的。
具體實施方式
圖1示出了在運行時注入低溫液體的活塞泵的冷端。低溫液體在下側通 過開口 1流進泵內。活塞桿2的前端與增壓活塞(Ladekolben) 3連接在一 起，在增壓活塞3上設置有懸掛式閥瓣4，閥瓣4和閥盤5以及閥盤5上的 孔6共同作用。當增壓活塞3向下運動時，低溫液體能通過向前移動的閥盤 5上的孔6流進汲腔7。當增壓活塞3向上運動時，懸掛式閥瓣4將闊盤5 上的孔6閉合，并且被增壓活塞3向上帶動的閥盤5擠壓汲腔7中充滿的低 溫液體，先通過輸送管8，并最終通過分流管(Zapfleitimg) 9從泵流出。可 能會有沿增壓活塞3向上泄漏的低溫液體會通過泄漏管IO流回到泵中。在此，活塞桿2的、位于附圖上側的端部ll，和在此沒有示出的可由馬 達驅動的傳動機構連接在一起。活塞桿2和增壓活塞3借助多個活塞環與冷 端密封。首先，在增壓活塞3上可以看見一組活塞環12。每一個活塞環12 放置在固定環13中，固定環13通過盤簧14彼此壓緊并通過盤簧14支撐。 盤簧14給增壓活塞3上的活塞環12提供壓緊力。即使沿著增壓活塞3可能出現的些許漏液也可以通過泄漏管10流回泵內。在活塞桿2上還設有其它活塞環16，活塞環16相對氣缸18內的氣缸套17密封。緊跟活塞環16的 是導環19。在氣缸套17的上端裝配有帶多個徑向孔的隔離環20，這些徑向 孔和氣缸18上的泄漏孔31連通。在隔離環20上方緊接著裝配有一組盤簧 21，在盤簧21的上方安裝有間隔環26。緊跟著安裝的是至少一個新型的管 狀迷宮密封件23。在這里示出的實例中，兩個所述的管狀迷宮密封件23、 24是以串連方 式彼此靠近布置的，并且有意地以一定的徑向間隙安裝在氣缸18中，該間 隙的大小例如為0.5mm到lmm之間。這里在安裝管狀迷宮密封件23、 24 的兩個實例中，管狀迷宮密封件23、 24是由含玻璃纖維成分的特氟綸族材 料制成的模制件，玻璃纖維成份可以提高模制件的抗拉強度。管狀迷宮密封 件23、 24的外側是光滑的，但其內側設置有多個深槽25，以此形成迷宮并 用來產生氣體渦流。管狀迷宮密封件23、 24的上部外邊緣處要進行倒棱加 工，從而在倒棱處所形成的空間能接納相匹配的0形圈27、 28。另一帶有 徑向孔的隔離環29裝配在上方的0形圈28上。另外，隔離環29連通通向 外部的泄漏管32。只要流動介質通過用作泄漏f^測器(Leckagesonde)的泄 漏管32流到外面，就說明活塞桿2的密封不再正常，泵必須要進行校正。 盤簧30設置在隔離環29的上方，在盤簧30上設置有導套31。在此，導套 可以是所謂的襯套固定器，即由特氟綸和銅(Bronze)制成的自潤滑DU-套 筒。在所述的導套31上裝配有支撐環22，在支撐環22的內側裝配有唇形密 封件33。最終安裝盤34借助螺栓35夾緊，以此使得安裝的盤簧21和30承 受負載。通過擰緊安裝盤34可使盤簧21相互擠壓并相應使0形圈27， 28 壓向活塞桿2。活塞桿2精確配合到管狀迷宮密封件23、 24的內部中，并且 活塞桿2在管狀迷宮密封件23、 24中可以配合精確地來回滑動。由于活塞 桿2受到由連桿施加的與運動軸線(Translatorischen Achse)偏離的力沖擊 作用，通常配合精確且無間隙地裝配的管狀密封件會隨著時間的推移而損 壞。現在，通過將迷宮密封件23、 24特意地以一定徑向間隙安裝到氣缸中， 從而迷宮密封件可以以足夠小的數值一起運行，因力沖擊作用方向的變化而 產生的不均勻導向力由此可以補償。由此，密封件可以避免受到損壞。在此， 導向力將只通過氣缸18來承受，而不再由硬度和抵抗能力與氣缸相比毫無疑問相差較大的管狀密封件來承受了。試驗表明，與無間隙裝配在氣缸18中的、壽命在最惡劣的情況下僅有1500小時且在最好的情況下也最多達4000 小時的通常的密封件相比，以所述類型設計的密封件可提供8000小時的壽命。圖2示出的是配備有特殊活塞桿密封結構的活塞泵的部分放大截面圖， 其中，活塞桿密封結構由兩個管狀迷宮密封件23、 24組成，兩個管狀迷宮 密封件以一定間隙進行裝配。在隔離環20上緊接著安裝的是該組盤簧21， 在該組盤簧21上設置的是間隔環26，緊接就是有意地以一定徑向間隙安裝 在氣缸中的新型管狀迷宮密封件23、 24。如人們所看到的，管狀迷宮密封件 23、 24的上部外邊緣被倒棱，這樣獲得了用于接納在配合于此處的0形圈 27、 28的空間。在上方的O形圈28的上方裝配的是帶有徑向孔36的另一 個隔離環29，徑向孔36和泄漏管32連通，由此構成泄露探測器。在隔離環 29的上方設置有兩個盤簧30，在盤簧上設置導套31。在導套31上設置支撐 環22，在支撐環內側裝配有可以看到的唇形密封件33。借助螺栓35，安裝 盤34可以夾緊。圖3示出了具有光滑外側的管狀密封件23、 24和在管狀密封件內側上 的槽25。所述密封件在外徑為44mm和壁厚為4.5mm時，可具有例如48mm 的長度。槽25具有約0.5mm到3mm的深度，并且以lmm到5mm的間隔布 置。這些值僅適用于示例，并能在特定的結構形式中有所不同。位于密封件 23、 24的兩端的外邊緣要被倒棱。倒棱37構成的凸臺可以容納緊鄰裝配的 0形圈。迷宮密封件23、 24的內徑、長度和壁厚之間的比例例如可以這樣 設定對于直徑為35mm的活塞桿而言，管狀迷宮密封件23、 24的長度可 設定為約50mm，壁厚為約4mm。不言而喻的是，這樣的尺寸比例只是用于 示例，可根據不同的情況作不同的調整。圖4是氣缸18中的管狀迷宮密封件23的放大圖，在氣缸18中僅裝配 了一個迷宮密封件23。在其兩側可以看到位于倒棱37上的0形圈27、 28。 O形圈27、 28的、分別和迷宮密封件23接觸側相對的另兩側緊靠在間隔環 26、 39的端面38上。在上方的間隔環39上設置的是隔離環29，而在下方 間隔環上設置的是盤簧組21。圖5示出的是所述活塞桿密封結構的另一種可能結構。其中，兩個管狀迷宮密封件23、 24彼此間隔設置。在兩個管狀迷宮密封件之間設置有內徑 比管狀迷宮密封件23、 24稍大的間隔環40。替代倒棱，兩個密封件23、 24 的外棱處各設置有一個環形凹槽41，這樣每個凹槽可以構成一個凸臺。朝向 連桿的上方的迷宮密封件24借助凸臺41支承各唇形密封環42。唇形密封環 42在橫截面中形成兩個卡腿(Schenkd)，所述卡腿朝向相鄰間隔環39、 40 的端面43，并在唇形密封環上裝配管狀迷宮密封件24。唇形密封環42的外 側和管狀迷宮密封件24的外側齊平。在活塞桿平移貫穿滑動時，如果管狀 迷宮密封件24在氣缸18中于其間隙范圍內沿徑向自由地來回運動，那么所 述唇形密封環42的卡腿就處于相應的彈性屈服狀態。對于第二個相鄰裝配 的管狀迷宮密封件23而言，唇形密封環42應設計成將迷宮密封件23和氣 缸18間的間隙沿徑向完全塞滿。在活塞桿運動時，所述的迷宮密封件23沿 徑向不會劇烈運動。然而，所述的迷宮密封件同樣可以在其間隙范圍內運動， 此時，唇形密封環42可以通過彈性收縮來吸收這種運動。圖6示出的是另一種可能的結構形式。該活塞桿密封結構示出了，外部 密封件可以小唇形件42的形式直接在迷宮密封件自身上加工出來。所述方 案可以不使用其它密封件。圓唇形件42可直接在活塞桿密封結構上加工而 成。此時，可以對一個或多個唇形件42進行加工，以便使擺動的活塞具有 -定的柔韌性。在迷宮密封件的外側和氣缸之間具有一定間隙，以此，迷宮 密封件能夠與活塞的側向擺動 一起運動。附圖標記一覽表1 泵的下開口3 增壓活塞5 閥盤9 分流管11活塞桿的端部ll13增壓活塞環的固定環15增壓活塞環的支承環17氣缸內的氣缸套19 導環21盤簧23下方的迷宮密封件26 間隔環28 O形圈30盤簧32泄漏管34安裝盤36 徑向孔38 間隔環的端面40 間隔環42唇形密封環2 活塞桿4 閥瓣6 閥盤中的孔8 輸送管10 泄漏管12增壓活塞的活塞環 14增壓活塞的盤簧 16活塞桿的活塞環18 氣缸 20隔離環22隔離環中的泄漏孔 24上方的迷宮密封件27 O形圈29帶徑向孔的隔離環31導套33唇形密封件35 螺栓 「37倒棱39 間隔環41環形凹槽43 端面
權利要求
1. 低溫介質泵的活塞桿密封結構，該低溫介質泵具有活塞桿(2)，該活塞桿與氣缸(18)之間的密封是由在該氣缸(18)中的至少一個管狀迷宮密封件(23、24)實現的，該活塞桿(2)能在所述的迷宮密封件中往復運動，其特征在于，在該氣缸(18)中所述管狀迷宮密封件(23、24)的徑向各處均具有設定的間隙，并且所述的管狀迷宮密封件(23、24)的每個端面均借助環形密封件(27、28；42)與該氣缸(18)密封。
2. 按照權利要求l所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其特征在于， 兩個所述的管狀迷宮密封件(23， 24)以串連方式彼此靠近設置。
3. 按照前述權利要求之一所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其特 征在于，所述的管狀迷宮密封件(23， 24)是由含有一定玻璃纖維成分的特 氟綸族材料制成。
4. 按照前述權利要求之一所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其特 征在于，所述的管狀迷宮密封件(23， 24)的內側具有環槽(25)，并且所 述的管狀迷宮密封件的外側具有光滑表面。
5. 按照前述權利要求之一所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其特 征在于，所述的迷宮密封件(23， 24)的內徑、長度和壁厚之間的比例設置 為當活塞桿的直徑是35mm時，所述的管狀迷宮密封件(23、 24)的長度 約為50mm，壁厚約為4mm。
6. 按照前述權利要求之一所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其特 征在于，所述的管狀迷宮密封件(23、 24)的外邊緣(37)具有用于裝配O 形圈(27、 28)的倒棱(37)。
7. 按照權利要求1至5之一所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其 特征在于，在所述的管狀迷宮密封件(24)的兩端外側具有圓形環繞的、橫 截面呈矩形的凹槽(41)，在該凹槽(41)中以精確配合的方式填充有橫截 面呈U形輪廓的唇形密封環(42)，其中，所述U形輪廓的兩個卡腿朝著 該氣缸(18)中相鄰間隔環(39、 40)的端壁方向露出。
8. 按照權利要求1至5之一所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其 特征在于，在所述的管狀迷宮密封件(23、 24)的兩端外側具有圓形環繞的、橫截面呈矩形的凹槽(41),在該凹槽(41)中設置有橫截面呈U形輪廓、并突出于該管狀迷宮密封件(23)的外壁的唇形密封環(42)，其中，所述 U形輪廓的兩個卡腿朝著該氣缸(18)中相鄰間隔環(26、 40)的端壁方向 露出。
9. 按照權利要求1至5之一所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其 特征在于，在所述的管狀迷宮密封件(23、 24)上直接加工有密封唇(42)， 以避免使用附加的密封件。
10. 按照權利要求1至5之一所述的低溫介質泵的活塞桿密封結構，其 特征在于，所述的管狀迷宮密封件(23、 24)可單獨裝配使用，也可兩個或 多個串聯組裝在一起使用。
全文摘要
活塞桿密封結構用于具有活塞桿(2)的低溫介質泵。相對于氣缸(18)的密封是由在氣缸(18)中的至少一個管狀迷宮密封件(23、24)來實現的，該活塞桿(2)能在該管狀迷宮密封件中往復運動。在示例中示出的氣缸(18)中的兩個管狀迷宮密封件(23，24)以串連方式彼此靠近設置，并且其徑向各處均具有設定的間隙。管狀迷宮密封件(23，24)的每個端面均借助環狀密封件(27，28)與該氣缸(18)密封。管狀迷宮密封件(23，24)是由具有一定玻璃纖維成分的特氟綸族材料制成。
文檔編號F16J15/44GK101223390SQ200680025662
公開日2008年7月16日 申請日期2006年7月5日 優先權日2005年7月15日
發明者米歇爾·克佩爾, 菲利普·德魯特 申請人:克賴奧邁科股份有限公司