Уплотнительное устройство - RU2684064C1
Код документа: RU2684064C1
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к уплотнительным устройствам.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Уплотнительные устройства обычно используют для предотвращения протечки в кольцевом пространстве между двумя компонентами, например, внутренним и внешним компонентами, такими как вал и канал. Уплотнительное устройство может быть расположено между валом и каналом для поддержания различного давления текучих сред или для разделения различных жидких компонентов с противоположных сторон уплотнительного устройства. Традиционные уплотнительные устройства часто теряют эффективность под воздействием высоких температур (например, 350°C) в течение длительных периодов времени. В индустриях, таких как индустрии, связанные с двигателями с высокими эксплуатационными характеристиками, сохраняется потребность в уплотнительных устройствах, которые способны выдерживать высокие температуры в течение длительных периодов времени, сохраняя эффективные характеристики уплотнения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты реализации представлены в качестве примеров и не ограничиваются прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 представлено поперечное сечение уплотнительного устройства в соответствии с вариантом реализации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО(ЫХ) ВАРИАНТА(ОВ) РЕАЛИЗАЦИИ
Нижеследующее описание в сочетании с чертежами представлено для лучшего понимания идей, представленных в настоящем описании. Нижеследующее рассмотрение посвящено конкретным вариантам осуществления и реализации идей. Данный акцент предназначен для содействия в описании идей и не должен рассматриваться в качестве ограничения объема или области применения идей. Тем не менее, могут быть применены другие варианты реализации на основе идей, описанных в настоящей заявке.
Термины “содержит”, “содержащий”, “включает”, “включающий”, “имеет”, “имеющий” и многие другие аналогичные варианты подразумевают неисключающее включение. Например, способ, изделие или устройство, которые содержат список отличительных признаков, не обязательно ограничиваются указанными отличительными признаками и могут включать другие отличительные признаки, которые явно не перечислены или не являются обязательными в указанном способе, изделии или устройстве. Кроме того, если явно не указано иное, “или” относится как к включающему “или”, так и к исключающему “или”. Например, условие A или B выполняется в любом из следующих случаев: A является истинным (или присутствует), и B является ложным (или не присутствует), A является ложным (или не присутствует), и B является истинным (или присутствует), и оба из A и B являются истинными (или присутствуют).
Также при описании элементов и компонентов, описанных в настоящем документе, применяют различные формы неопределенного артикля. Это делается исключительно для удобства и передачи общего представления об объеме изобретения. В настоящем описании форма единственного числа включает в себя форму множественного числа, и наоборот, если явно не указано иное. Например, если в настоящем документе описывается единичный элемент, вместо него может быть использовано более одного элемента. Аналогично, если в настоящем документе описывается более одного элемента, вместо них может быть использован единичный элемент.
Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем описании, имеют то же значение, которое обычно понимается специалистом в области, к которой относится настоящее изобретение. Материалы, способы и примеры являются иллюстративными и не являются ограничивающими. В той степени, в которой они не описаны в настоящем документе, многие детали, касающиеся конкретных материалов и процессов обработки, являются обычными и могут быть найдены в учебных пособиях и других источниках в области уплотнительных устройств.
Уплотнительные устройства в соответствии с вариантами реализации, описанными в настоящем документе, как правило, могут содержать кожух с углублением и силовой элемент, расположенный в углублении. В некоторых вариантах реализации кожух может содержать гомогенную композицию, содержащую, например, по меньшей мере 30 мас.% полимерного материала и по меньшей мере 10 мас.% материала наполнителя. Материал наполнителя может быть встроен в полимерный материал для улучшения одного или нескольких свойств кожуха. В конкретных вариантах реализации материал наполнителя может содержать борсодержащий материал, азотсодержащий материал, титансодержащий материал, кремнийсодержащий материал, углеродное волокно, стекловолокно или комбинацию указанных материалов.
На фиг. 1 уплотнительное устройство 100, в целом, может содержать кожух 102 и силовой элемент 104. Кожух 102 может иметь выступы 106 и 108, образующие углубление 110. В одном из вариантов реализации выступы 106 и 108 могут являться симметричными относительно линии 112, что также обеспечивает симметричность углубления 110. Силовой элемент 104 может быть расположен внутри углубления 110, например, частично расположен в углублении 110 или полностью расположен в углублении 110. В одном из вариантов реализации по меньшей мере один из выступов 106 и 108 может иметь дистальный бортик 112 со стороны углубления 110. Дистальный бортик 112 предотвращает вытеснение силового элемента 104 из углубления 110.
Силовой элемент 104 может содержать корпус, предназначенный для обеспечения силы смещения наружу по меньшей мере в одном ориентированном наружу направлении, например, в направлении по меньшей мере одного из выступов 106 и 108. В одном из вариантов реализации силовой элемент 104 может состоять из пружины, например, такой как спиральная пружина, или корпуса, имеющего O-образный профиль поперечного сечения. В другом варианте реализации силовой элемент 104 может иметь профиль поперечного сечения, выбранный из D-образного, U-образного и C-образного. В конкретном варианте реализации силовой элемент 104 может иметь консольный профиль, в котором поверхности силового элемента 104 протягиваются вплоть до по меньшей мере одного из выступов 106 и 108. Консольные фрагменты силового элемента 104 могут смещать выступы 106 и 108 наружу относительно друг друга.
В конкретном случае силовой элемент 104 может иметь конструкцию с обертыванием. Например, внутренняя часть силового элемента 104 может содержать первый материал, отличный от материала внешней части силового элемента 104. Внешняя часть может оборачивать внутреннюю часть полностью или частично. В другом случае силовой элемент 104 может содержать провод, имеющий дугообразное поперечное сечение. Провод может быть намотан или обернут так, чтобы образовывать в основном O-образное поперечное сечение. В другом случае силовой элемент 104 может содержать ленту, обернутую так, чтобы образовывать в основном O-образное поперечное сечение. В конкретном варианте реализации лента может иметь две основные поверхности, находящиеся друг от друга на расстоянии ее толщины. Длина, ширина и толщина ленты таковы, что длина больше ширины, а ширина больше толщины. Лента может быть намотана таким образом, что соседние катушки частично перекрывают друг друга в радиальном направлении, например, по меньшей мере на 10%, по меньшей мере на 20% или по меньшей мере на 30%, или таким образом, что соседние катушки не перекрываются в радиальном направлении. Перед установкой силовой элемент 104 может иметь диаметр, превышающий диаметр углубления 110. То есть в одном из вариантов реализации силовой элемент 104 может по размеру превосходить углубление 110.
В одном из вариантов реализации силовой элемент 104 может перемещаться относительно кожуха 102. В частности, силовой элемент 104 может свободно перемещаться в углублении 110. В другом варианте реализации силовой элемент 104 может быть соединен с кожухом 102, например, при помощи адгезива, механической деформации кожуха 102 или силового элемента 104 или их обоих, резьбовой или нерезьбовой крепежной детали или по меньшей мере частичного встраивания силового элемента 104 в кожух 102. В одном из вариантов реализации концы силового элемента 104 могут быть встроены в кожух 102 для предотвращения вытеснения силового элемента 104 из кожуха 102. В вариантах реализации с применением адгезива слой адгезива (не показан) может быть расположен между по меньшей мере фрагментом силового элемента 104 и кожухом 102. Слой адгезива может содержать термоплавкий адгезив. Примеры адгезивов, которые можно применять, включают фторполимеры, эпоксидные смолы, полиимидные смолы, сополимеры полиэфиров и полиамидов, этиленвинилацетаты, этилен-тетрафторэтилен (ЭТФЭ), сополимер ЭТФЭ, перфторалкокси (ПФА) и любые комбинации указанных соединений. Кроме того, адгезив может содержать по меньшей мере одну функциональную группу, выбранную из -C=O, -C-O-R, -COH, -COOH, -COOR, -CF2=CF-OR, или любую комбинацию указанных групп, где R представляет собой циклическую или линейную органическую группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода. Кроме того, адгезив может содержать сополимер.
В качестве неограничивающего примера силовой элемент 104 может содержать полимер, металл, сплав или их комбинацию. В конкретном варианте реализации силовой элемент 104 содержит металл. Примеры металлов включают сталь, бронзу, медь, монель, инконель, элгилой, хастеллой и закаленную в масле хромокремнистую или хромованадиевую сталь. В одном из вариантов реализации силовой элемент 104 может содержать молибден, кобальт, железо, хром, медь, марганец, титан, цирконий, алюминий, углерод, вольфрам или любую комбинацию указанных металлов. В конкретном варианте реализации силовой элемент 104 содержит нержавеющую сталь, такую как нержавеющая сталь 301, нержавеющая сталь 302/304, нержавеющая сталь 316 или нержавеющая сталь 17-7.
В одном из вариантов реализации на силовой элемент 104 может быть нанесено одно или более противокоррозионных покрытий (не показаны). Противокоррозионное покрытие может иметь толщину в диапазоне от 1 до 50 микрон, например, в диапазоне от 5 до 20 микрон или даже в диапазоне от 7 до 15 микрон. Противокоррозионное покрытие может содержать слой усилителя адгезии и эпоксидный слой. В одном из вариантов реализации эпоксидный слой может увеличивать коррозионную стойкость силового элемента 104. Например, эпоксидный слой может по существу предотвращать контактирование корродирующих элементов, таких как вода, соли и т.п., с силовым элементом 104, тем самым замедляя его химическую коррозию.
В некоторых вариантах реализации кожух 102 может иметь среднюю шероховатость поверхности, Ra, по меньшей мере 0,01, по меньшей мере 0,1 или по меньшей мере 0,2. В других вариантах реализации Ra может составлять не более, чем 1, не более, чем 0,5, или не более, чем 0,4. В конкретном варианте реализации кожух 102 может иметь Ra в диапазоне между 0,1 и 0,7, включительно. В частности, Ra может находиться в диапазоне между 0,2 и 0,4, включительно.
Кожух 102 может иметь твердость по Шору по шкале D по меньшей мере 45, по меньшей мере 50, по меньшей мере 55, по меньшей мере 60, по меньшей мере 65, по меньшей мере 70 или по меньшей мере 75. В одном из вариантов реализации кожух 102 может иметь твердость по Шору по шкале D не более 100, не более 90, или не более 80. Может быть желательно, чтобы кожух 102 содержал материал, имеющий твердость по Шору по шкале D в диапазоне между 45 и 100, включительно, для предотвращения разрушения кожуха 102 при длительном использовании с учетом возможности наличия у уплотнительного устройства 100 достаточно низких значений характеристик уплотнения.
В некоторых вариантах реализации кожух 102 может содержать полимерный материал. Примеры полимеров включают политетрафторэтилен (ПТФЭ), фторированный сополимер этилена и пропилена (ФЭП), поливинилиденфторид (ПВДФ), полихлортрифторэтилен (ПХТФЭ), этиленхлортрифторэтилен (ЭХТФЭ), перфторалкоксиалкан (ПФА), полиацеталь, полибутилентерефталат (ПБТ), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиимид (ПИ), полиэфиримид, полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полиэтилен (ПЭ), полисульфон, полиамид (ПА), полифениленоксид, полифениленсульфид (ПФС), полиуретан, сложный полиэфир, жидкокристаллические полимеры (ЖКП) и любые комбинации указанных соединений. В соответствии с конкретным вариантом реализации кожух 102 может содержать фторполимер. Примеры фторполимеров включают фторированный этиленпропилен (ФЭП), политетрафторэтилен (ПТФЭ), поливинилиденфторид (ПВДФ), перфторалкокси (ПФА), терполимер тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилиденфторида (ТГВ), полихлортрифторэтилен (ПХТФЭ), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ЭТФЭ), сополимер этилена и хлортрифторэтилена (ЭХТФЭ) и любые комбинации указанных соединений. ПТФЭ используют в соответствии с конкретными вариантами реализации, описанными в настоящем документе, поскольку он обладает превосходными характеристиками уплотнения при обеспечении поверхности с низким коэффициентом трения между движущимися компонентами.
В конкретных вариантах реализации кожух 102 может содержать смесь, содержащую по меньшей мере 30 мас.% ПТФЭ, по меньшей мере 35 мас.% ПТФЭ, по меньшей мере 40 мас.% ПТФЭ, по меньшей мере 45 мас.% ПТФЭ или по меньшей мере 50 мас.% ПТФЭ. В других вариантах реализации смесь может содержать не более 90 мас.% ПТФЭ, не более 75 мас.% ПТФЭ, не более 70 мас.% ПТФЭ, не более 65 мас.% ПТФЭ, не более 60 мас.% ПТФЭ, или не более 55 мас.% ПТФЭ. В конкретном варианте реализации кожух 102 может содержать смесь, содержащую ПТФЭ в диапазоне между 30 мас.% и 90 мас.% кожуха, включительно. В конкретных вариантах реализации смесь может содержать ПТФЭ в диапазоне между 40 мас.% и 60 мас.% кожуха, включительно. В других вариантах реализации смесь может содержать ПТФЭ в диапазоне между 60 мас.% и 90 мас.% кожуха, включительно.
В одном из вариантов реализации смесь может дополнительно содержать материал наполнителя. Материал наполнителя может содержать борсодержащий материал, азотсодержащий материал, титансодержащий материал, кремнийсодержащий материал, углеродное волокно, стекловолокно или комбинацию указанных материалов. В более конкретном варианте реализации материал наполнителя может содержать борид титана, нитрид бора, кремнийорганический порошок и любую комбинацию указанных материалов.
В одном из вариантов реализации смесь может содержать по меньшей мере 10 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 15 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 20 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 25 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 30 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 35 мас.% материала наполнителя или по меньшей мере 40 мас.% материала наполнителя. В одном из вариантов реализации смесь может содержать не более 70 мас.% материала наполнителя, не более 65 мас.% материала наполнителя, не более 60 мас.% материала наполнителя, не более 55 мас.% материала наполнителя, не более 50 мас.% материала наполнителя, или не более 45 мас.% материала наполнителя. В конкретном варианте реализации материал наполнителя может быть равномерно распределен по всему объему смеси. Однородное распределение может способствовать равномерной скорости износа кожуха 102, что предотвращает образование локального износа, например, локальных трещин или локального износа. В другом конкретном варианте реализации материал наполнителя может быть неравномерно распределен в объеме смеси. Таким образом, значения мас.% материала наполнителя могут различаться в различных областях кожуха 102. Например, материал наполнителя может присутствовать в большем количестве в по меньшей мере одном, например, в двух, из выступов 106 и 108 по сравнению с задней частью кожуха 102, соединяющей выступы 106 и 108. Альтернативно, в задней части может содержаться большая концентрация материала наполнителя по сравнению с одним или обоими выступами 106 и 108.
В конкретном случае смесь может содержать ПТФЭ в диапазоне 45-55 мас.% смеси, включительно, углеродное волокно в диапазоне 30-50 мас.% смеси, включительно, и борид титана в диапазоне 5-15 мас.% смеси, включительно. В более конкретном случае смесь может содержать примерно 50 мас.% ПТФЭ, примерно 40 мас.% углеродного волокна и примерно 10 мас.% борида титана.
В другом конкретном случае смесь может содержать ПТФЭ в диапазоне 45-55 мас.% смеси, включительно, стекловолокно в диапазоне 30-50 мас.% смеси, включительно, и борид титана в диапазоне 5-15 мас.% смеси, включительно. В более конкретном случае кожух 102 может содержать примерно 50 мас.% ПТФЭ, примерно 40 мас.% стекловолокна и примерно 10 мас.% борида титана.
В другом конкретном случае смесь может содержать примерно 75 мас.% ПТФЭ и примерно 25 мас.% нитрида бора.
В другом конкретном случае смесь может содержать примерно 85 мас.% ПТФЭ и примерно 15 мас.% кремнеорганического порошка.
В конкретном варианте реализации смесь можно получать путем объединения любого из одного или более наполнителей, описанных выше, с полимерным материалом, таким как ПТФЭ. Смешивание можно проводить до однородного распределения смеси, при котором распределение материала наполнителя является относительно равномерным. Затем смеси можно придать форму кольцеобразного корпуса. В конкретном варианте реализации формование можно проводить путем экструзии, литья под давлением, литья, прокатки, штамповки, резки или любых комбинаций указанных процессов. В некоторых вариантах реализации формованный кольцеобразный корпус может быть отвержден в течение, например, по меньшей мере 1 часа. При этом формованный кольцеобразный корпус может иметь углубление 110. Альтернативно, формованный кольцеобразный корпус можно обрабатывать для образования углубления 110. В частности, из формованного кольцеобразного корпуса можно удалять материал с получением требуемого углубления 110.
В одном из вариантов реализации силовой элемент 104 может быть размещен в углублении 110 после получения формованного кольцеобразного корпуса. В другом варианте реализации силовой элемент 104 может быть размещен относительно формованного кольцеобразного корпуса, пока смесь является мягкой, гибкой, пластичной или не полностью отвержденной. Указанный способ может являться подходящим для применения, когда силовой элемент 104 частично или полностью встроен в кожух 102.
В соответствии с конкретными вариантами реализации уплотнительное устройство 100 может использоваться между внутренними и внешними компонентами 114 и 116, такими как вал и канал, соответственно. В частности, уплотнительное устройство 100 может быть расположено в кольцевом пространстве между двумя компонентами, образованном областью внутри канала внешнего компонента 116 и внешней поверхностью внутреннего компонента 114. В некоторых вариантах реализации внутренний компонент 114 может продольно перемещаться, например, возвратно-поступательно, относительно внешнего компонента 116. В других вариантах реализации внутренний компонент 114 может вращаться относительно внешнего компонента 116. Уплотнительное устройство 100 может предотвращаться или снижать попадание одного или более жидких компонентов из одной стороны уплотнительного устройства в другую, противоположную, и наоборот.
В конкретном случае внутренний и внешний компоненты 114 и 116 могут являться частью термостойкого узла. То есть узел может работать при повышенных температурах, например, по меньшей мере 275°C, по меньшей мере 300°C, по меньшей мере 325°C или даже по меньшей мере 350°C. В качестве неограничивающего варианта реализации узел может содержать двигатель, такой как реактивный двигатель, в котором вал вращается относительно одного или более компрессоров или турбин. Уплотнительное устройство 100 может быть расположено между валом и по меньшей мере одним компрессором или турбиной, предотвращая или снижая нежелательную утечку текучих сред, например, утечку воздуха, утечку топлива, или понижение давления, вызванное перепадом давления на противоположных сторонах уплотнительного устройства.
Уплотнительное устройство 100 может быть адаптировано для длительного использования при повышенных температурах. В одном из вариантов реализации уплотнительное устройство может иметь эффективный срок эксплуатации, измеренный при 350°C, по меньшей мере 60000 минут, по меньшей мере 65000 минут, по меньшей мере 70000 минут, по меньшей мере 75000 минут, по меньшей мере 80000 минут, по меньшей мере 85000 минут, по меньшей мере 90000 минут, по меньшей мере 95000 минут, по меньшей мере 100000 минут или по меньшей мере 120000 минут. Термин “эффективный срок эксплуатации”, используемый в настоящем описании, описывает период времени, в течение которого уплотнительное устройство или модуль, содержащий уплотнительное устройство, демонстрирует минимальную требуемую эксплуатационную характеристику уплотнения (то есть как долго уплотнительное устройство или модуль могут работать без превышения предписанной скорости утечки). Эффективный срок эксплуатации измеряют в соответствии со статическим испытанием. Статическое испытание является мерой скорости утечки уплотнительного устройства, установленного в кольцевом пространстве. Уплотнительное устройство может иметь исходный внутренний диаметр 101 мм и исходный внешний диаметр 108 мм. Кольцевое пространство может иметь желоб, которое подходит к уплотнительному устройству таким образом, что уплотнительное устройство может быть установлено в желобе. Одну из сторон уплотнительного устройства подвергают воздействую давления в 15 фунт/кв. дюйм, тогда как другая сторона уплотнительного устройства находится при комнатной температуре (то есть 22°C) и давлении окружающей среды. Модуль выдерживают в указанных условиях при заданной температуре в течение периода времени, в течение которого датчик контролирует утечку жидкости. В другом варианте реализации уплотнительное устройство может иметь эффективный срок эксплуатации, измеренный при 365°C, по меньшей мере 60000 минут, по меньшей мере 65000 минут, по меньшей мере 70000 минут, по меньшей мере 75000 минут, по меньшей мере 80000 минут, по меньшей мере 85000 минут, по меньшей мере 90000 минут, по меньшей мере 95000 минут, по меньшей мере 100000 минут или по меньшей мере 120000 минут. По прошествии указанного времени уплотнительное устройство 100 может сохранять эксплуатационную характеристику уплотнения в пределах предписанной скорости утечки.
В конкретном варианте реализации уплотнительное устройство может иметь скорость утечки менее, чем 100 кубических сантиметров в минуту (см3/мин), измеренную при 350°C при помощи статического испытания. В более конкретном варианте реализации уплотнительное устройство может иметь скорость утечки менее, чем 90 см3/мин, менее, чем 80 см3/мин, менее, чем 70 см3/мин, менее, чем 60 см3/мин, менее, чем 50 см3/мин, менее, чем 40 см3/мин, менее, чем 30 см3/мин, или менее, чем 20 см3/мин. В другом варианте реализации уплотнительное устройство может иметь скорость утечки менее 100 см3/мин, измеренную при 365°C при помощи статического испытания. В более конкретном варианте реализации уплотнительное устройство может иметь скорость утечки менее 90 см3/мин, менее 80 см3/мин, менее 70 см3/мин, менее 60 см3/мин, менее 50 см3/мин, менее 40 см3/мин, менее 30 см3/мин, или менее 20 см3/мин.
После длительного использования в кожухе 102 могут возникать вмятины или отметины вдоль углубления 110, посредством которых силовой элемент 104 может контактировать или смещаться. Глубина вмятины, измеряемая, как наибольшая глубина вмятины в направлении, перпендикулярном поверхности кожуха 102, во многом зависит от характеристик материалов кожуха 102 и силового элемента 104. В одном из вариантов реализации глубина вмятины, измеренная после 60000 минут работы при 350°C, составляет менее 0,5 мм, менее 0,45 мм, менее 0,4 мм, менее 0,35 мм, менее 0,3 мм, менее 0,25 мм, менее 0,2 мм, менее 0,15 мм, менее 0,1 мм, менее 0,05 мм, или менее 0,01 мм. Предполагают, что по мере уменьшения глубины вмятины благодаря использованию различных материалов, эффективный срок эксплуатации уплотнительного устройства 100 может увеличиваться. Таким образом, в конкретных вариантах реализации глубина вмятины составляет менее 0,25 мм.
Масса уплотнительного устройства может изменяться после длительного воздействия повышенных температур. Это может быть вызвано, например, деградацией материала в результате термической неустойчивости кожуха под воздействием нагрузки и температуры. В связи с этим уплотнительное устройство 100 может иметь исходный удельный вес, GI, измеренный до воздействия температуры, и удельный вес в состаренном состоянии, GA, измеренный после воздействия температуры 365°C в течение 60000 минут. В одном из вариантов реализации GI может превышать GA. Например, отношение GI/GA может составлять менее 1,4, менее 1,35, менее 1,3, менее 1,25, менее 1,2, менее 1,15, менее 1,1, или менее 1,05. В другом варианте реализации GI может быть примерно равен GA. То есть масса уплотнительного устройства 100 может оставаться относительно неизменной после воздействия температуры 365°C в течение 60000 минут, таким образом GI/GA может составлять примерно 1. В конкретном варианте реализации отношение GI/GA может находиться в диапазоне между 0,95 и 1,25, включительно, в диапазоне между 0,96 и 1,2, включительно, или в диапазоне между 0,99 и 1,16, включительно.
В одном из вариантов реализации материал кожуха может иметь исходное удлинение при разрыве, EABI, измеренное до воздействия повышенной температуры, и истинное удлинение при разрыве, EABE, измеренное после воздействия повышенной температуры, где EABI составляет не более 150% EABE, составляет не более 145% EABE, составляет не более 140% EABE, составляет не более 135% EABE, составляет не более 130% EABE, составляет не более 125% EABE, составляет не более 120% EABE, составляет не более 115% EABE, составляет не более 110% EABE, или составляет не более 105% EABE. В одном из вариантов реализации отношение EABI/EABE может составлять примерно 1,0. То есть удлинение кожуха при разрыве 102 может являться относительно одинаковым при измерении до и после воздействия повышенных температур. Это может снижать износ и усталость материала, обычно связанные с длительными периодами использования при повышенных температурах. В другом варианте реализации EABI/EABE может составлять менее 1,0, например, менее 0,995, менее 0,99, или менее 0,985.
В другом варианте реализации материал кожуха может иметь удлинение при пределе прочности на разрыв (UTS), которое остается относительно неизменным после воздействия повышенных температур. Например, кожух 102 может иметь UTSI, измеренный до воздействия повышенной температуры, и UTSE, измеренное после воздействия повышенной температуры, где отношение UTSE:UTSI составляет не менее 1:5, не менее 1:4, не менее 1:3, не менее 1:2, не менее 1:1, не менее 2:1, не менее 3:1, не менее 4:1, или даже не менее 5:1. В одном из вариантов реализации UTSE/UTSI может составлять менее 5, менее 4, менее 3, менее 2, менее 1, менее 0,9, менее 0,8, менее 0,7 или менее 0,6. В другом варианте реализации UTSE может составлять по меньшей мере 101% UTSI, по меньшей мере 105% UTSI, по меньшей мере 110% UTSI, по меньшей мере 115% UTSI, по меньшей мере 120% UTSI, или по меньшей мере 125% UTSI.
Возможны многие аспекты и варианты реализации. Некоторые из таких аспектов и вариантов реализации описаны ниже. После прочтения данного описания квалифицированным специалистам будет понятно, что указанные аспекты и варианты реализации являются иллюстративными и не ограничивают объем настоящего изобретения. Варианты реализации могут соответствовать любому из одного или более вариантов реализации, перечисленных ниже.
Вариант реализации 1. Уплотнительное устройство, содержащее:
кожух, содержащий кольцеобразный корпус, образующий центральную ось, и углубление, расположенное в кольцеобразном корпусе концентрично относительно центральной оси, где кожух содержит по меньшей мере 30 мас.% ПТФЭ и по меньшей мере 10 мас.% материала наполнителя, и где материал наполнителя содержит борсодержащий материал, азотсодержащий материал, титансодержащий материал, кремнийсодержащий материал, углеродное волокно, стекловолокно или комбинацию указанных материалов; и
силовой элемент, расположенный в углублении.
Вариант реализации 2. Уплотнительное устройство, содержащее:
кожух, содержащий кольцеобразный корпус, образующий центральную ось, и углубление, расположенное в кольцеобразном корпусе концентрично относительно центральной оси; и
силовой элемент, расположенный в углублении,
где уплотнительное устройство имеет эффективный срок эксплуатации, измеренный при 300°C, 350°C или 365°C, по меньшей мере 60000 минут.
Вариант реализации 3. Уплотнительное устройство, содержащее:
кожух, содержащий кольцеобразный корпус, имеющий центральную ось, и внешнюю поверхность, образующую углубление, расположенное в кольцеобразном корпусе концентрично относительно центральной оси; и
силовой элемент, расположенный в углублении,
где уплотнительное устройство имеет скорость утечки менее 100 см3/мин, измеренную при 350°C при помощи статического испытания, и где кожух имеет глубину вмятины, измеренную в месте контактирования поверхности с силовым элементом, менее 0,25 мм.
Вариант реализации 4. Узел, содержащий:
внутренний компонент;
внешний компонент, имеющий канал, в котором расположен внутренний компонент; и
уплотнительное устройство, расположенное между внутренним и внешним компонентами, содержащее:
кожух, содержащий кольцеобразный корпус, имеющий центральную ось, и внешнюю поверхность, образующую углубление, расположенное в кольцеобразном корпусе концентрично относительно центральной оси, где кожух содержит по меньшей мере 30 мас.% ПТФЭ и по меньшей мере 10 мас.% материала наполнителя, и где материал наполнителя содержит борсодержащий материал, азотсодержащий материал, титансодержащий материал, кремнийсодержащий материал, углеродное волокно, стекловолокно или комбинацию указанных материалов; и
силовой элемент, расположенный в углублении.
Вариант реализации 5. Уплотнительное устройство или узел по любому из вариантов реализации 1-4, отличающиеся тем, что силовой элемент содержит корпус, предназначенный для обеспечения силы смещения наружу по меньшей мере в одном ориентированном наружу направлении, где силовой элемент содержит пружину, где силовой элемент содержит спиральную пружину.
Вариант реализации 6. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-5, отличающиеся тем, что силовой элемент имеет профиль поперечного сечения, выбранный из D-образного, U-образного и C-образного, где силовой элемент имеет консольный профиль, где силовой элемент может быть обернут, где силовой элемент содержит провод, имеющий дугообразное поперечное сечение, где силовой элемент содержит ленту, где силовой элемент перемещается в углублении, где силовой элемент соединен с кожухом, где силовой элемент частично встроен в кожух.
Вариант реализации 7. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-6, отличающиеся тем, что силовой элемент имеет O-образный профиль поперечного сечения.
Вариант реализации 8. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-7, отличающиеся тем, что силовой элемент содержит полимер, металл, сплав или их комбинацию, где силовой элемент содержит сталь, где силовой элемент содержит нержавеющую сталь 301.
Вариант реализации 9. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-8, отличающиеся тем, что кожух содержит внутренний выступ и внешний выступ, как видно на поперечном сечении, где внутренний и внешний выступы являются симметричными относительно линии, где по меньшей мере один из внутреннего и внешнего выступов имеет дистальный бортик со стороны углубления, где силовой элемент полностью расположен в углублении.
Вариант реализации 10. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-9, отличающиеся тем, что кожух имеет среднюю шероховатость поверхности, Ra, по меньшей мере 0,01, по меньшей мере 0,1 или по меньшей мере 0,2, где Ra составляет не более 1, не более 0,5, или не более 0,4, где Ra находится в диапазоне между 0,1 и 0,7, включительно, или в диапазоне между 0,2 и 0,4, включительно.
Вариант реализации 11. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-10, отличающиеся тем, что кожух имеет твердость, измеренную в соответствии с твердостью по Шору по шкале D, по меньшей мере 45, по меньшей мере 50, по меньшей мере 55, по меньшей мере 60, по меньшей мере 65, по меньшей мере 70 или по меньшей мере 75, где твердость, измеренная в соответствии с твердостью по Шору по шкале D, составляет не более 100, не более 90, или не более 80.
Вариант реализации 12. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-11, отличающиеся тем, что кожух содержит по меньшей мере 30 мас.% ПТФЭ, по меньшей мере 35 мас.% ПТФЭ, по меньшей мере 40 мас.% ПТФЭ, по меньшей мере 45 мас.% ПТФЭ или по меньшей мере 50 мас.% ПТФЭ, где кожух содержит не более 90 мас.% ПТФЭ, не более 75 мас.% ПТФЭ, не более 70 мас.% ПТФЭ, не более 65 мас.% ПТФЭ, не более 60 мас.% ПТФЭ, или не более 55 мас.% ПТФЭ.
Вариант реализации 13. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-12, отличающиеся тем, что кожух содержит по меньшей мере 10 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 15 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 20 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 25 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 30 мас.% материала наполнителя, по меньшей мере 35 мас.% материала наполнителя или по меньшей мере 40 мас.% материала наполнителя, где кожух содержит не более 70 мас.% материала наполнителя, не более 65 мас.% материала наполнителя, не более 60 мас.% материала наполнителя, не более 55 мас.% материала наполнителя, не более 50 мас.% материала наполнителя, или не более 45 мас.% материала наполнителя, где материал наполнителя равномерно распределен по всему объему кожуха, где материал наполнителя неравномерно распределен в кожухе.
Вариант реализации 14. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-13, отличающиеся тем, что кожух содержит материал наполнителя, где материал наполнителя содержит борсодержащий материал, азотсодержащий материал, титансодержащий материал, кремнийсодержащий материал, углеродное волокно, стекловолокно или комбинацию указанных материалов.
Вариант реализации 15. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-14, отличающиеся тем, что кожух содержит ПТФЭ в диапазоне 45-55 мас.% кожуха, где кожух содержит углеродное волокно в качестве материала наполнителя в диапазоне 30-50 мас.% кожуха, где кожух содержит борид титана в качестве материала наполнителя в диапазоне 5-15 мас.% кожуха.
Вариант реализации 16. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-15, отличающиеся тем, что кожух содержит примерно 50 мас.% ПТФЭ, примерно 40 мас.% углеродного волокна и примерно 10 мас.% борида титана.
Вариант реализации 17. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-16, отличающиеся тем, что кожух содержит ПТФЭ в диапазоне 45-55 мас.% кожуха, где кожух содержит стекловолокно в качестве материала наполнителя в диапазоне 30-50 мас.% кожуха, где кожух содержит борид титана в качестве материала наполнителя в диапазоне 5-15 мас.% кожуха.
Вариант реализации 18. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-17, отличающиеся тем, что кожух содержит примерно 50 мас.% ПТФЭ, примерно 40 мас.% стекловолокна и примерно 10 мас.% борида титана.
Вариант реализации 19. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-18, отличающиеся тем, что кожух содержит примерно 75 мас.% ПТФЭ и примерно 25 мас.% нитрида бора.
Вариант реализации 20. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-19, отличающиеся тем, что кожух содержит примерно 85 мас.% ПТФЭ и примерно 15 мас.% кремнеорганического порошка.
Вариант реализации 21. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-20, отличающиеся тем, что уплотнительное устройство имеет эффективный срок эксплуатации, измеренный при 300°C, 350°C или 365°C, по меньшей мере 60000 минут, по меньшей мере 65000 минут, по меньшей мере 70000 минут, по меньшей мере 75000 минут, по меньшей мере 80000 минут, по меньшей мере 85000 минут, по меньшей мере 90000 минут, по меньшей мере 95000 минут, по меньшей мере 100000 минут или по меньшей мере 120000 минут.
Вариант реализации 22. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-21, отличающиеся тем, что уплотнительное устройство имеет скорость утечки менее 100 см3/мин, измеренную при 350°C при помощи статического испытания, где скорость утечки составляет менее 90 см3/мин, менее 80 см3/мин, менее 70 см3/мин, менее 60 см3/мин, менее 50 см3/мин, менее 40 см3/мин, менее 30 см3/мин, или менее 20 см3/мин.
Вариант реализации 23. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-22, отличающиеся тем, что уплотнительное устройство имеет глубину вмятины, измеренную в месте контактирования поверхности с силовым элементом, работы в течение после 60000 минут менее 0,5 мм, менее 0,45 мм, менее 0,4 мм, менее 0,35 мм, менее 0,3 мм, менее 0,25 мм, менее 0,2 мм, менее 0,15 мм, менее 0,1 мм, менее 0,05 мм, или менее 0,01 мм.
Вариант реализации 24. Уплотнительное устройство или узел уплотнительного устройства по любому из вариантов реализации 1-23, отличающиеся тем, что кожух содержит материал, имеющий исходный удельный вес, GI, измеренный до воздействия температуры, и удельный вес в состаренном состоянии, GA, измеренный после воздействия температуры 365°C в течение 60000 минут, и где GI/GA составляет менее 1,4, менее 1,35, менее 1,3, менее 1,25, менее 1,2, менее 1,15, менее 1,1, менее 1,05, или менее 1,0, где GI/GA составляет по меньшей мере 0,5, по меньшей мере 0,75 или по меньшей мере 0,95.
Следует иметь в виду, что не требуется наличие всех отличительных признаков, описанных выше, и может не требоваться часть конкретных отличительных признаков, и в дополнение к описанным может быть представлен один или более отличительных признаков. Кроме того, порядок, в котором описаны отличительные признаки, не обязательно является порядком, в котором устанавливают отличительные признаки.
Для ясности некоторые из отличительных признаков, описанных в настоящем документе в контексте отдельных вариантов реализации, также могут быть представлены в комбинации в рамках одного варианта реализации. И, наоборот, различные отличительные признаки, которые для краткости описаны в контексте одного варианта реализации, также могут быть представлены по отдельности или в любых подкомбинациях.
Выгода, другие преимущества и решения проблем описаны выше в отношении конкретных вариантов реализации. Тем не менее, выгода, преимущества и решения проблем и любой(ые) отличительный(е) признак(и), который(е) может(гут) приводить к выгоде, преимуществу или решению, которые могут возникнуть или стать более выраженными, не должны рассматриваться, как критические, необходимые или существенные отличительные признаки любого или всех пунктов формулы изобретения.
Описание и иллюстрации вариантов реализации, описанных в настоящем документе, предназначены для обеспечения общего понимания структуры различных вариантов реализации. Описание и иллюстрации не предназначены для исчерпывающего и всестороннего описания всех элементов и отличительных признаков устройства и систем, в которых применяют структуры или способы, описанные в настоящем документе. Отдельные варианты реализации также могут быть представлены в рамках одного варианта реализации, и, наоборот, различные отличительные признаки, которые для краткости описаны в контексте одного варианта реализации, также могут быть представлены по отдельности или в любых подкомбинациях. Кроме того, ссылки на значения, указанные в диапазонах, включают каждое из значений в пределах указанного диапазона, включая крайние значения диапазона. Только после прочтения данного описания квалифицированным специалистам будут очевидны многие другие варианты реализации. Другие варианты реализации могут применяться и могут быть получены на основе описания таким образом, что структурная замена, логическая подстановка или любое другое изменение могут быть осуществлены без отступления от объема изобретения. Соответственно, описание следует рассматривать, как иллюстративное, а не ограничительное.
Реферат
Уплотнительное устройство, содержащее кожух, представляющий собой кольцеобразный корпус, образующий центральную ось, и углубление, расположенное в кольцеобразном корпусе концентрично относительно центральной оси, где кожух содержит по меньшей мере 30 мас.% ПТФЭ и по меньшей мере 10 мас.% материала наполнителя, и где материал наполнителя содержит борсодержащий материал, азотсодержащий материал, титансодержащий материал, кремнийсодержащий материал, углеродное волокно, стекловолокно или комбинацию указанных материалов, и силовой элемент расположен в углублении. Изобретение повышает надежность устройства. 14 з.п. ф-лы, 1 ил.
