CN1086783C - 用于压力传感器的高压密封连接器 - Google Patents

Abstract

一种改进的密封连接器，它包括一个阳件，一个阴件和一个环形密封片。阳件具有一个端部，该端部带有一个包围一个流体输送孔的在最内半径处的平环。该端部的一个截头锥体从平环径向向外倾斜延伸。阴件具有成形得可接纳阳件的空腔，空腔具有一个由包围着另一个流体输送孔的平环座所限定的底部。密封片被压缩在平环座和阳件的端部之间。在密封片上的轴向压缩负荷集中在平环上，使得密封片具有一个径向在内的塑性压缩区域和一个径向在外的弹性压缩区域。

Description

用于压力传感器的高压密封连接器

本发明一般来说涉及连通元件之间的密封，更具体来说，本发明涉及一种形成流体介质密封连接的结构，其具有的几何形状可以提供改善的在高的流体压力下的密封。

高增压的流体系统需要例如在彼此密封的流体连通的导管件的连接件之间的密封。例如，在柴油机的喷油系统中，燃油压力常常达到大约30,000磅/英寸²，因而要求高强度的构件和密封。

高压喷油系统可以具有流体压力传感器，该传感器可以提供与油泵蓄油器中的燃油压力相对应的可用的输出信号。该输出信号可以被引导到一个发动机的控制处理器中。这样的燃油压力传感器可以安装在蓄油器壁的一个出口上。

对于在输送或者含有高压流体的系统中可以提供可靠的密封连接，例如在喷油系统中用于压力传感器的连接的结构是需要的。

通常，高压密封具有可以拧紧的螺纹连接，以便在位于连接件之间的可变形的密封片或者密封环上增加压缩负荷。为了获得足够的密封压缩，在先的连接器要求拧紧到某一精确的扭矩，有时要达到非常高的扭矩。根据连接器的设计和经受高负荷的特定的密封材料，惯用密封的过度拧紧可能引起密封材料的非可控制的塑性变形和挤出，造成负荷丧失和密封损坏。因此，希望有这样的密封结构，它不需要所要求的那么大量的扭矩，同时可以提供在扭矩范围内的足够的密封，并且它可以降低由密封材料的过度变形造成的密封破坏的危险。

另外，希望有这样的密封结构，它可以使设置密封所要求的扭矩量最小。这样的低扭矩会使制造和修理期间的组装容易。

本发明提供一种改进的密封连接器，其要求较少的部件并且具有一种导致在高压下有效密封的改进的几何形状。为此，提供一种密封流体连接器，它包括一个连接器阳件，一个连接器阴件和一个密封片。这些部件互相配合地设计如下。

连接器阳件具有一个带有一个纵向孔的圆柱体。该圆柱体具有一个基本上由两个部分形成的端部：一个在端部的径向最内部分的平环；和一个从平环径向向外倾斜的截头锥体。平环包围一个在圆柱体内的纵向孔的开口。在一个较佳实施例中，截头锥体从环的外径线性倾斜(例如以大约5-15°)到圆柱体的外径。

连接器阴件具有一个用于可配合地接纳连接器阳件的空腔。在一个较佳实施例中，连接器阳件是一个喷油系统中的蓄油器的一个壁的成形口。连接器阳件以螺纹拧在该口即空腔中。空腔具有一个当连接器阳件插入连接器阴件中时由平行于平环设置的平环座限定的的端部。该平环座包围着位于连接器阴件中的一个第二孔。

平的环形密封片可压缩地就座于平环和平环座之间，以便在阳件和阴件之间密封和容许在第一和第二孔之间的流体连通。密封片最好是由比阳件和阴件还柔软的不锈钢制成的。例如，已经发现303型不锈钢可以提供所希望的结果。

在一个实施例中，连接器阳件是喷油系统的燃油压力传感器的一部分，而连接器阴件是高压燃油泵的蓄油器上的一个口。

本发明的优点在于，它提供了一种高压流体连接器结构，而该结构可提供可靠的密封。具体来说，连接器的几何形状可有利地在需要压缩以便在流体孔周围实施密封的部位上对密封片实施集中的压缩。该压缩最初在密封片的径向向内的部位的平环区域实施。从阳件的平环径向向外的截头锥体表面在密封片上施加逐渐减少的压缩。业已发现，该连接器的一个实施例足以密封至少在40,000磅/英寸²的压力的流体。

本发明的另一个优点在于，密封片从其径向向内的区域开始塑性变形，但是该区域总是由一个在外部的弹性区域包围着，因而可以防止密封片材料的非可控制的挤出和相关的的负荷丧失。密封片的塑性压缩区域随着连接器阳件往空腔中不断前进而径向向外增加。

本发明的另一个优点是，其容易组装并要求较少的部件。已知的在先的导管连接器具有较多的组件并要求用于压缩密封的螺栓。因为，在一个实施例中，本发明的阳件在其外径上刻有螺纹，截头锥体阳件的端部可以达到足够的轴向密封压缩，而不会使螺纹受到过高的负荷。

本发明的其它特征和优点将在较佳实施例的详细描述中予以介绍，因而将可从其和附图一目了然。

图1是本发明的一个实施例的连接器的分解侧向剖视图。

图2是如图1所示的连接器阳件的底视图，该视图大致取自图1的2-2线。

图3-5是图1和2实施例的连接器的放大局部剖视图，其示出了密封片压缩的连续增加的状态。

请首先参阅图，其中，相同的标号表示相同的零件。图1示出了一种分解的密封连接器结构。在该实施例中，连接器结构包括一个燃油压力传感器10，该传感器以螺纹配合在在连接器阴件14中形成的一个口部或者空腔12中。在图1中，所示出的连接器阴件14为柴油机喷油系统的高压燃油泵的蓄油器的一个壁。

具体来说，传感器10具有一个连接器阳件16，该阳件总地具有一个圆柱体18。圆柱体18在其外径具有外螺纹20(也示于图3中)。根据本发明的一个实施例并且也如图2所示，圆柱体18包括一个在径向最内部的带有一个平面或者平环22的成形端部。该平环22具有一个内径，该内径形成一个通向伸入传感器10的纵向第一孔24的开孔。该环22的外径在图1-5中由字母P来表示。环22处在阳件16的纵向上的最远的延伸位置处。

还如图1和2所示，圆柱体18的端部还包括一个从平环22的外径P向外径向延伸的截头锥体26。在一个实施例中，该截头锥体26与平环22以大约5-15°角，最好是以大约10°角倾斜开来，但是，在本发明的范围内，该倾斜角度可以有或多或少的几度的变化。

请参阅图1，连接器阴件14具有一个支承体，例如为蓄油器壁，该蓄油器壁具有一个在其内形成的凹槽或者空腔12。该空腔12成形得可以互补地接纳连接器阳件16。根据本发明，该空腔12具有一个由一个平面或者一个平环座28形成的端部。该平环座28包围着一个通向伸入蓄油器的第二孔32的开孔。在一个实施例中，该第二孔32的直径等于或者小于在传感器中的第一孔24。另外，在所示的实施例中，空腔12还由一个圆柱壁30所限定，该圆柱壁攻有与在连接器阳件16上的螺纹20相对应的螺纹。

连接器还包括一个密封片34，该密封片34的形状是环形的和大致平的。密封片34靠着环形座28安装在空腔12中。密封片34具有一个中央孔，该中央孔的直径最好不大于第一孔24。在一个实施例中，密封片34的开孔可以具有一个小于第一孔24的直径。当连接器组装起来时，密封片34的开孔形成一个在孔24和32之间的通道。此外，密封片34最好具有一个在非压缩条件下的外径，而该外径稍稍小于连接器阴件14的空腔12的直径。这样的尺寸有助于在组装期间使密封片34对中。

连接器阳件16被拧入空腔12中，直至密封片34被压缩在平面座28和连接器阳件16的端部之间为止。在图1和2所示的实施例中，传感器10具有一个与连接器阳件16相连接的六角形的部分38，用于以扳手上扭矩。

连接器阳件16和连接器阴件14由比环形密封片34更为质硬的材料制成。环形密封片最好是由金属制成，而300系列的不锈钢，例如303型或者316型不锈钢被认为可以提供所希望的结果。密封片34的材料和硬度可以根据连接器的设计压力，尺寸，用途等而有所改变。在一个实施例中，密封片34具有大约70-120范围内的洛式硬度(B标度)。在采用303型不锈钢的情况下，洛式硬度(B标度)通常在大约80-100的范围内，而最好是在85-95的范围内。对于蓄油器壁，即阴件14适用材料包括不锈钢或者合金钢，而一种较佳的材料是具有大约40-46洛式硬度(C标度)的SAE 4340不锈钢。阳件16也可以由不锈钢制成，例如为具有大约40-47洛式硬度(C标度)的15-5的不锈钢。

与密封片相对于阳件和阴件的相对硬度有关，平环22的表面面积的尺寸应当设定得可以将密封片34压缩得稍稍超过其弹性极限。这可以在密封片34的两侧产生一个接触压力，而该接触压力在高压喷油情况下其可能是30,000磅/英寸²的介质设计极限压力下足以密封。

更具体来说，现在来看图3-5，所示出的密封片34在将阳件16插入空腔12期间处于压缩连续增加的状态。注意，图3-5不一定是按比例的，而是以一种夸大的方式示出，以便更好地展示大致的几何结构形状和密封片压缩的情况。当连接器阳件16插入空腔12中时，阳件16最初在平环22处啮合密封片34，如图3所示。因此，密封片34的轴向压缩集中在靠近将含有高压燃油(未示出)的孔24和32附近的需要密封的区域处。连接器阴件14的平环座28有力地支承着密封片34的对置侧，以便适当地分布载荷。

当平环22压入较软的密封片34时，接触面积将沿着截头锥体28的表面增加。所施加的负荷越大，则穿入越深，接触面积就越大。现在参阅图4，对阳件16连续地施加扭矩将使其较深地插入空腔12中，同时压缩密封片34。当然，密封片34将在为阳件16的最深的延伸位置处的平环22之下经受最大的变形。密封片34的变形沿着截头锥体26的斜面从平环22径向向外逐渐减少。

阳件16以足够的力量配合插入，以便在密封片34上塑性压缩出一个径向向内的内部区域，该塑性区域的外限由图4中的线A表示，因此塑性区域在线A的左侧。该塑性压缩区域由在线A右侧的弹性压缩区域在径向外部所包围。在塑性压缩区域(在线A的左侧)，密封片34与连接器阳件16和连接器阴件14的平座28处于面对面的高度密封压缩之中。在弹性压缩区域(线A的右侧)，密封片34在阳件16的截头锥体26的至少一部分和阴件14的平座28之间处于线性压缩之中。

连接器阳件16向空腔12的进一步更深的前进将使密封片34按着上述的方式进一步增加压缩和变形。如图5所示，随着塑性压缩区域的增加，塑性压缩的外限将径向向外移动，如线A所示。

通过这种方式将负荷集中在密封片上，即集中在径向最内侧的区域上，将可实现增压流体的足够的密封，并且可以使所要求的总的轴向负荷最小。密封片34的过压缩的危险可以由径向在外的弹性压缩区域来降低。过压缩在惯用连接器中更容易发生，例如，当密封片能够跨过其半径均匀受压到不可控制的塑性变形程度时，将会导致密封材料的挤出和负荷丧失。根据本发明，因为密封片34可以被压缩从孔径向向外产生不同程度的塑性变形，所以在大多数的应用场合可以达到足够的密封，而不要求在组装期间将阳件16精确扭转。

因此，正确设计阳件的端部的几何形状，例如，对于具体的密封材料设定环22的面积尺寸，则作用在密封片34上的总负荷将随着连接器阳件端部的压入不断增加。此外，传感器可以容易地扭转到正确的密封压力，而不必担心会使密封片过变形。

本发明的实施例可以要求大约60英尺-磅的扭矩。这相当于其中环22具有635毫米的内径和8.35毫米的外径的实施例。截头锥体表面的外径可以例如为大约15.5毫米。当然，这些尺寸，环的面积，截头锥体的斜度，密封片的硬度等取决于连接器的具体应用场合，所要求的连接器组件的尺寸，设计压力，或者其它因素。

可以理解，对于较佳实施例的各种改变和改进对于本领域的普通技术人员来说都是显而易见的。例如，就燃油压力传感器所描述的该连接器的结构也可以适用于诸如将管道部分连接在一起的要求密封流体连通的任何环境。另外，本发明可以用于真空系统以及压力系统。可以进行这样的明显改变和改进而不脱离本发明的精神和范围，也不会减少其伴随的优点。因此所附的权利要求意欲包括这样的改变和改进。

Claims (6)

1.一种流体连接器，包括：

一个阳件，该阳件具有一个大致圆柱形的圆柱体，该圆柱体带有一个环形端部，一个中央孔纵向通过该圆柱体，所述的端部具有一个平环，该平环带有一个限定所述孔的内半径和一个外半径，所述的端部具有一个从所述的平环的所述的外径向着所述的圆柱体的外径径向向外延伸的截头锥体；

一个连接器阴件，该阴件具有一个支承体，该支承体带有一个在其内形成的空腔，以便以螺接互补地接纳所述的阳件，所述的空腔具有一个平面底部，该底部带有一个在其内形成的中央孔；

一个大致平的密封片，该密封片具有一个在其内形成的中央孔，该孔的直径不大于所述的平环的所述的内径，密封片可密封地压缩在所述的阴件空腔的所述的底部和所述的端部之间，使得所述的阳件的孔通过所述的密封片的所述的中央孔与所述的阴件的孔流体连通；

借此，在所述的阳件插入所述的阴件的配合状态下，造成密封片在一个径向在内的区域被塑性压缩，该径向在内的区域由一个弹性压缩区域径向在外地包围。

2.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述的阳件对着所述的密封片往所述的空腔中的逐渐的插入将造成所述的密封片的塑性压缩的所述的区域沿着径向向外的方向扩张。

3.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述的截头锥体具有大约5-15°的斜度。

4.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述的密封片由比所述的阳件和阴件较为柔软的材料制成，并且，所述的密封片具有大约70-120的洛式硬度(B标度)。

5.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述的密封片具有稍稍小于所述的空腔的外径的外径。

6.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述的连接器阳件是燃油压力传感器的一个安装部分，并且，所述的连接器阴件是燃油泵蓄油器的一个壁，所述的孔为增压燃油提供从所述的蓄油器至所述的传感器的连通。

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