CN101038035A - 套筒式组合密封元件及其密封方法 - Google Patents

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Abstract

本密封主要由类似于扭转弹簧的扭簧式加力元件和套装在其里(轴密封用)或外(孔密封用)边的套筒件构成。用来自扭簧式加力元件的径向压力，迫使其套筒件直径能够发生缩(轴密封时)，或胀(孔密封时)的弹塑性变形。本密封具有各种径向密封面和轴向静密封端面结构或可与其他密封元件、补助密封件组合的套筒件结构。本密封采用填料密封结构形式，附加一些配件来调节和控制密封付的径向压力(接触式密封时)或径向间隙(非接触式间隙密封时)，加上磨合、冷却或润滑措施，实现径向密封始终保持最佳密封状态，轴向端面静密封又无泄漏。

Description

套筒式组合密封元件及其密封方法
本发明属于填料密封技术领域
传统意义上的填料密封，是用麻、皮革、石棉等松软材料制成的软填料，堵塞被密封轴和填料函，或壳体孔和杆之间隙而阻止介质泄漏的密封方法。
软填料密封的主要缺点在于：1是填料的至密性差，2是因软填料密封的径向压力不均而产生磨损不均，影响密封性能。但是，软填料密封又具有结构简单、容易制作、经济、适用范围广等优点，至今被广为利用。像柔性石墨等优质密封材料的应用，不仅大大提高了软填料密封能力和使用效果，而且使软填料密封有了更长足的发展。
随着材料科技的发展，尤其是工程塑料的发展，为密封领域不仅提供了象聚四氟乙烯等更加致密、耐磨、耐压、耐热、耐腐蚀、自润滑性能好的密封材料，而且促进了整个密封技术的发展和进步。
相对于软填料密封的非弹性接触式填料密封——硬填料密封技术，就是克服软填料密封的缺点，利用聚四氟乙烯等工程塑料，无机材料、软、硬金属及其合金材料制成各种结构的成型填料实施密封，所以硬填料密封相对于软填料密封具有更高的耐热、耐压、和高速性能，常用于专业性较强的往复运动轴的密封，结构较为复杂。
本发明的目的在于：提供一种不仅能够解决软填料密封因径向压力不均而产生磨损不均，影响密封性能的老问题，而且用填料密封的结构形式，附加一些配件，实现软填料密封和硬填料密封以及非接触式间隙密封。同时，用调节并控制径向密封压力(接触式密封时)或径向密封间隙(非接触式间隙密封时)的方法，加上磨合、冷却或润滑措施，实现径向密封始终保持最佳密封状态，轴向静密封又无泄漏的密封元件及其密封方法。
本发明的基本构思在于：选用最适合于密封工况特点的强度足够大、弹性模量足够小的密封材料，设计成具有各种形式的径向密封面和轴向静密封端面结构，或者与可满足各种密封类型不同密封性能特点的径向密封和轴向端面静密封需要的其他密封元件、补助密封件相组合结构的套筒件，和组合在该套筒件外(轴密封用)或里(孔密封用)边，并用矩形、梯形等截面形状的金属，非金属弹簧丝制成具有各种形式的端部结构的扭簧式加力元件所组成的套筒式组合密封元件，按照固定套(视密封需要可与填料函制成一体)、套筒式组合密封元件、可传递扭矩的活动套顺序(视密封需要可改动)组装在具有各种结构形式压紧机构的轴与孔用填料密封装置中(扭簧式加力元件的两端部分别固定在各自具有与套筒件轴向静密封端面结构相匹配端面结构的固定套和可传递扭矩的活动套中)。实施密封时，首先用可传递扭矩的活动套向扭簧式加力元件传递密封所需扭矩而产生的径向压力，迫使套筒件(带动与套筒件相组合的密封元件、补助密封件)发生缩(轴密封时)或胀(孔密封时)的弹塑性变形，以此调节并控制密封付的径向压力(接触式密封时)，或径向间隙(非接触式间隙密封时)，使径向密封处于最佳状态。同时利用因压紧机构的压紧力而产生在固定套、套筒件、可传递扭矩的活动套、压紧机构相接触端面之间的静摩擦反转矩，锁住这种最佳径向密封状态，加上磨合、冷却或润滑措施，实现径向密封始终处于最佳密封状态，轴向静密封又无泄漏。
套筒式组合密封元件处于工作状态时，套装在扭簧式加力元件里或外的套筒件正受到来自扭簧式加力元件的径向压力，处于缩或胀的弹塑性变形状态，具有初应力，所以套筒件内部应力状态与具有初应力的半径过盈状态的组合圆筒一样，同样能够承担更大的向里向外的压力。
显然本发明中的套筒件是不仅承担密封***压力及载荷、而且起导向、密封等诸多功能的关键构件。选择套筒件材料的时候，应根据密封的介质、压力、载荷特性、工作温度、速度等诸多因素和材料的强度，弹性模量、耐介质、耐热、耐冲击、耐压、耐磨、导热系数、尺寸稳定性、热变形、摩擦因数等诸多性能方面综合考虑。
目前可选择的套筒件材料很多：如增强改性的聚四氟乙烯等工程塑料及其合金、石墨的各种浸渍物、和各种软合金等。应选用最适合于密封工况，强度足够大，弹性模量足够小的材料，制成压力不太高载荷不太大密封工况时的套筒件。
如果强度(尤其是抗压强度)不能满足密封需要时，利用强度更大、弹性模量更高的金属材料，设计成具有开均布槽、均布瓣、开口、多空隙蜂窝状等结构，并能够提高轴向抗压强度和均布变形功能的承压构件再与弹性模量足够小，强度不够大的优质密封材料相复合或组合而成的套筒件。
如高温、高压、低速密封工况时可采用金属薄板材料制成空心，具有圆弧静密封端面结构和圆柱形、波纹形、凹形、凸形、鼓形等结构径向密封面的封闭式套筒件，或再与弹性模量足够小的密封材料相复合或组合而成的套筒件。
根据密封需要，也可用高弹性模量的金属薄板材料，制成具有圆弧静密封端面和非径向封闭式密封面结构的套筒件，再与弹性模量足够小的密封材料复合或组合成的套筒件，或可与冷却或润滑***相联通的套筒件。
本发明中的套筒式组合密封元件，可用于多种运动形式的密封中能够收到更多更好的效果。比如，用于油缸、活塞杆的密封时，还可收到导向、密封、组装和调试更为简便等多种效果。
本发明不仅可用密封元件用于密封装置上，也可作为系列产品开发生产，而且利用本发明可开发出新的密封元件、各种管接头、柱塞泵、柱塞式阀门等新产品。
显然本发明用途很广，现提出4种实施案例：
1、可用在反应釜搅拌轴的软填料密封实施方案。
2、采用与斯特封相组合的套筒式组合密封元件对油缸活塞杆的密封实施方案。
3、以滚动轴承压盖形式对高速旋转轴实现非接触式间隙密封的实施方案。
4、采用与格莱圈相组合的套筒式组合密封元件对油缸活塞的密封实施方案。
附图说明
图1是反应釜搅拌轴软填料密封的原理结构图。
1、反应釜搅拌轴  2、活动套压紧螺纹端盖  3、可传递扭矩的活动套  4、扭簧式加力元件  5、强度足够大，弹性模量足够小的金属套筒件  6、软填料  7、固定套  8、壳体  9、软填料压紧螺纹套  10、压紧套  11、冷却或润滑口  12、锁紧圆螺母  13、密封垫。
图2是采用斯特封的套筒式组合密封元件密封的原理结构图。
1、活塞杆  2、活动套压紧螺纹端盖  3、可传递扭矩的活动套  4、扭簧式加力元件  5、套筒件  6、斯特封  7、油缸端盖  8、缸筒  9、导向套  10、防尘密封圈槽  11、锁紧圆螺母  12、O型橡胶密封圈
图3是非接触式间隙密封原理结构图。
1、被密封轴  2、活动套压紧螺纹端盖  3、可传递扭矩的活动套  4、扭簧式加力元件  5、均布开瓣承压构件  6、套筒件  7、轴承压盖  8、箱体  9、滚动轴承  10、隔套  11、锁紧圆螺母
图4采用与格莱圈的套筒式组合密封元件对油缸活塞密封原理结构图。
1、活塞杆  2、具有自锁功能的端面离合器  3、可传递扭矩的活动套  4、扭簧式加力元件  5、套筒件  6、格莱圈  7、固定套  8、缸筒  9、弹簧圈  10、隔环  11、键  12、O型橡胶密封圈。

Claims (4)

1、本发明不仅可以解决软填料密封因径向压力不均而产生磨损不均，影响密封能力的老问题，而且可广泛适用于轴与孔的接触式弹性密封和接触式非弹性密封以及非接触式间隙密封。其特征在于；由利用强度足够大，弹性模量足够小的密封材料，设计成具有各种形式的径向密封面和轴向静密封端面结构，或与具有能够满足各种类型密封性能特点的径向密封和轴向端面静密封的其他密封元件，补助密封件相组合结构的套筒件，和组合在前记套筒件外(轴密封用)或里(孔密封用)边的扭簧式加力元件所组成的套筒式组合密封元件，按照固定套、套筒式组合密封元件、可传递扭矩的活动套顺序(视密封需要可有所改动)，组装在轴与孔用填料密封装置中。同时把扭簧式加力元件的两端部分别固定在各自具有与套筒件轴向静密封端面结构相匹配端面结构的固定套和可传递扭矩的活动套中。
实施密封时，先通过可传递扭矩的活动套向扭簧式加力元件传递密封所需扭矩，扭矩使扭簧式加力元件产生径向压力并迫使套筒件发生密封所需的径向变位，以此调节密封付的径向压力(接触式密封时)或径向间隙(非接触式间隙密封时)使径向密封处于最佳密封状态。同时由于压紧力的存在，在固定套、套筒件、可传递扭矩的活动套、压紧机构等相接触端面之间产生静摩擦反转矩，使各接触端面处于锁住状态，又加上磨合、冷却或润滑措施，实现径向密封处于最佳状态，轴向端面静密封又无泄漏。
2、在权利要求1中所述套筒式组合密封元件中，组合在扭簧式加力元件里或外的套筒件，是选用改性的聚四氟乙烯等工程塑料及其合金、石墨的各种浸渍物、软金属及其合金等强度足够大弹性模量足够小的一种或一种以上的密封材料，制成具有各种径向密封面和轴向静密封端面结构；或与其他密封元件、补助密封件相组合的套筒件；或用大强度、高弹性模量的金属材料，制成具有均布轴向槽、开均布瓣、开口等承压构件，再与弹性模量足够小的密封材料复合或组合成具有各种径向密封面和轴向静密封面结构；或可与其他密封元件，补助密封件相组合结构的套筒件。
3、在权利要求1中所述套筒式组合密封元件中，组合在扭簧式加力元件里或外的套筒件，是用高弹性模量金属薄板材料制成空心、具有轴向圆弧静密封面结构和圆柱形、波纹形、凹形、凸形、鼓形等径向密封面结构的封闭式套筒件，或者再与弹性模量足够小的密封材料相复合或组合而成的套筒件。
4、在权利要求1中所述套筒式组合密封元件中，组合在扭簧式加力元件里或外的套筒件，是用高弹性模量的金属薄板材料制成空心、具有轴向圆弧静密封端面结构和径向非封闭式径向密封面结构的套筒件；或该套筒件又与其他密封材料相复合或组合而成的套筒件，并可与冷却或润滑***相联通的套筒件。
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