CN103115741A

CN103115741A - 反复开闭式密封腔机构

Info

Publication number: CN103115741A
Application number: CN2013100490557A
Authority: CN
Inventors: 崔忠伟; 崔凯翔
Original assignee: Beijing Leadertech Instruments Co Ltd
Current assignee: Beijing Leadertech Instruments Co Ltd
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-05-22

Abstract

反复开闭式密封腔机构，是一种可以反复开启闭合，闭合时能使闭合腔体相对于外部的密封性达到规定指标的机构，其特征在于：腔体组件和驱动组件安装于C型框架上，盖体组件与驱动组件的推杆连接，驱动组件通过直线运动推动盖体组件运动，使盖体与腔体闭合或开启，反复开启与闭合时可以保证盖体与腔体的对位精度，提供足够的闭合压力，使盖体与腔体形成的闭合腔体对外的泄漏率满足要求。

Description

反复开闭式密封腔机构

所属技术领域

本发明涉及一种反复开启、闭合的密封腔装置，可用于密封检测、泄漏检测及其他各种提供局部密封环境的场合。

背景技术

为了适应工作环境，很多产品和零部件都有密封性的要求，比如弹药引信、包装罐体、电子器件、航空航天部件、汽车部件等都必须达到规定的密封性指标，并且需要在产品检验过程中需要对密封性指标进行检测。密封性指标可用泄漏率(简称漏率)来衡量。检测密封性指标或者说检测泄漏率有多种方法，差压式密封性检测(或称差压式漏率检测、差压式检漏)是目前产品密封性检测中比较常用的方法之一。这种方法既可以用于开式腔体的检测对象(即检测对象是一个不封闭的腔体，检测时需要与外部器件构成一个密封的腔体，通过加压或抽真空来检测其密封性)，也可以用于闭式腔体的检测对象(即检测对象本身是一个封闭的空心腔体，检测时要将检测对象放置于一个称为检测腔的密封腔体内，通过加压或抽真空此密封腔来判断检测对象空心腔体的密封性)。

以检测闭式腔体密封性为例，差压式密封性检测的原理是：将被检件和基准件分别放入两个密封的腔体内(称其为检测腔或密封腔)，然后将检测腔加压或抽真空，在一定时间内测量被检件所处检测腔压力与基准件所处检测腔压力的差值，并通过相关计算获得被检件的漏率。在检测密封性时，被检件和基准件需要放入检测腔，然后关闭检测腔，并保持闭合后的检测腔对外部有很好的密封性(检测腔对其外部的泄漏率指标至少应小于被检件泄漏率的五分之一至十分之一)，检测完毕后还需要打开检测腔，取出被检件。因此，这个检测腔需要反复地开启和闭合，在闭合时必须保持很好的密封性，在开启时应便于取放被检件和基准件。可见检测腔是一种反复开启式密封腔，是进行差压式漏率检测的关键部件，其性能和可靠性对漏率检测设备的性能影响极大。《探测与控制学报》2007年8月出版的第29卷第4期中《引信检漏技术综述》一文、2004年11月中国真空学会第六届全国会员***暨学术论文摘要集中的《差压式检漏技术及其在密封器件粗检上的应用》一文、CVS2008年学术年会的《航天器管路***差压检漏技术研究》一文、公开号CN1335491A文件所述的发明专利，都对差压式检漏技术进行了***全面的技术介绍，但均未涉及测试所用检测腔的具体结构，未对运用差压式密封检测时如何反复可靠地开启和关闭检测腔提出技术解决方案。

市场上现有多款差压式密封检测设备在销售，比如重庆市新现科技发展有限公司、博益(天津)气动技术研究所有限公司、郑州斯倍思机电有限公司等都有差压式密封检测仪产品。现有产品的反复开启式检测腔(密封腔)技术是将密封腔分为两部分，一部分为腔体，位于下部，一部分为盖体，位于上部，在腔体上端口部设置一个环形凹槽，内置弹性O型圈，直线运动机构与推杆连接，推杆与盖体连接，将直线运动机构的往复运动转变为盖体的上下运动，实现密封腔的开启和闭合，并在闭合时维持一定的压紧力。这种密封腔开启闭合机构在使用中出现很多问题：一是密封腔机构的调试过程很麻烦。直线运动机构、推杆、盖体、腔体的轴心位置和轴向都必须很好地调试对准，既要同心又要同轴，避免盖体与腔体的轴心位移偏差和轴向角度偏差，才能确保盖体、弹性O型圈和腔体的紧密接触，从而保证闭合后密封腔的密封性能达到要求。二是极易失去原有调试状态。由于密封腔反复开闭，机械磨损、意外触碰、环境振动等都极易造成密封腔密封机构的相对位置发生变化，要么不同心，要么不同轴，导致盖体、弹性O型圈、腔体之间不能很好啮合压紧，使闭合后的密封腔对外部的密封性指标大幅下降，无法正常进行密封检测。三是弹性O型圈易脱落。弹性O型圈多为橡胶制品，长时间使用后其表面发粘，盖体和腔体加压闭合后开启时，弹性O型圈会与盖体接触面粘连，失去原有位置，甚至完全从环形凹槽脱出，导致检测腔密封机构失效。这些问题使差压式密封检测仪不能长时间可靠工作，造成停机故障，影响整个产品生产线的正常运行。有人试图在盖体和推杆之间采用弹簧连接，但没有成功，因为弹簧的抖动无法避免，反而更易造成盖体与腔体压合时的位置偏差。

发明内容

本发明针对现有反复开闭式密封腔机构存在的技术缺陷，提出了调试简单、工作可靠的技术方法。

本发明的技术思想：1、利用圆锥台与圆锥台套的导向作用，保证盖体与腔体轴心位置的对准。2、利用盖体的自重，在圆锥台脱离圆锥台套的约束后实现盖体的自动找平，保证盖体与腔体的轴线对准。3、利用有约束的螺旋弹簧对盖体施加压力，既保障了盖体压合的均匀正直，又避免了弹簧的抖动。4、利用环形凹槽内侧的径向凸缘，防止弹性O型圈的位移和脱出。

本发明的技术方案：反复开闭式密封腔机构包括腔体组件、盖体组件、驱动组件和C型框架。腔体组件和驱动组件分别安装于C型框架的上下横板上，盖体组件与驱动组件的推杆连接，驱动组件通过直线运动推动盖体组件运动，使盖体与腔体闭合或开启，反复开启与闭合时可以保证盖体与腔体同心同轴的精度，提供足够的闭合压力，使盖体与腔体闭合形成的闭合腔体(检测腔)对外的泄漏率满足要求。

腔体组件包括腔体、密封环、弹性O型圈和下腔接口，腔体用螺钉固定于C型框架下横板上，为一定壁厚的圆筒形结构，下端封闭，上端开口，上端的径向平面环上开设一个凹槽环，凹槽内圈上端设置一个径向向外的凸缘，密封环放置于凹槽内，弹性O型圈放置于凹槽内的密封环上，腔体的圆周侧壁下部安装下腔接口，通过该接口可以从腔体内抽气，或向腔体内充气。

盖体组件包括盖体、螺旋弹簧、滑轴、滑套和滑套端盖，盖体为圆筒形结构，下端开口，端头为一环形平面，尺寸与腔体的上端开口相配，上端封闭并设有一个上凸台，凸台轴心处设有螺纹孔，与滑轴下端相连接，滑轴下部为圆柱体形状并在端部设有螺纹，螺旋弹簧套于滑轴下部，并可自由移动，螺旋弹簧轴向长度小于滑轴下部圆柱体的长度，滑轴上部为圆椎台形状，圆椎台上端面为轴对称平滑曲面，滑轴轴向长度小于滑套的轴向长度，滑套外轮廓为圆柱形，内部下端为空心圆锥台形，尺寸与滑轴上部的圆椎台相吻合(即为圆锥台套)，可使滑轴置于滑套内并可向上移动，滑套内部上端为空心圆柱形，上部端头处有螺纹，与滑套端盖的下端连接，滑套端盖的上端设有螺纹，与驱动组件的推杆连接。

驱动组件包括推杆和直线驱动部件，推杆下端设有螺纹，与滑套端盖的上端连接，推杆上端与直线驱动部件的运动轴相连接，直线驱动部件用螺钉固定于C型框架的上横板上。

C型框架是由一个竖板和上下两个横板构成的刚性结构件，上下横板均开设有与腔体和直线驱动部件相匹配的圆孔和螺纹孔，腔体组件通过螺钉安装于下横板上，驱动组件通过螺钉安装于上横板上，并可根据需要安装多个腔体组件和驱动组件。

为了提高漏率检测精度，可以在腔体内安装腔体衬套，在盖体内安装盖体衬套，以便减小被检件和基准件放入检测腔后的剩余体积。

本发明的有益效果：反复开闭式密封腔机构巧妙利用了圆锥台和圆锥套的导向定位作用、滑轴上端与滑套端盖的适当间隙、螺旋弹簧与滑套下端的适当间隙和螺旋弹簧在滑轴上的导向运动，合理解决了检测腔盖体和腔体的同心、同轴压紧问题，结构简捷高效，使密封腔机构的调试过程简化，解决了机械磨损、意外触碰、环境振动等易导致检测腔对外密封性能指标大幅下降，无法正常工作的问题，避免了弹性O型圈易移位、脱落造成的检测腔密封机构失效问题，降低了反复开闭式密封腔机构的生产难度和成本，延长了平均故障间隔时间(MTBF)，减小了维护成本，提高了设备利用效率。

附图说明

图1是反复开闭式密封腔机构立体图。

图2是反复开闭式密封腔机构主视图

图3是反复开闭式密封腔机构A-A断面视图

图4是反复开闭式密封腔机构侧视图

图5是反复开闭式密封腔机构的盖体组件与腔体组件局部视图

图6是反复开闭式密封腔机构的盖体与腔体压紧闭合局部视图

上述各图中的标号：

1、直线驱动部件，2、橡胶垫圈，3、平垫圈，4、螺钉，5、滑套端盖，6、滑套，7、滑轴，8、螺旋弹簧，9、上盖衬套，10、盖体，11、弹性O型圈，12、密封环，13、腔体垫圈，14、引信标准块，15、腔体衬套，16、腔体，17、通气垫片，18、腔体螺钉，19、下腔接口，20、C型框架，21、气缸接口1，22、气缸接口2，23、凸缘，24、推杆，25、腔体组件，26、盖体组件，27、驱动组件。

具体实施方式

参照附图，详细说明本发明的实施实例如下：

反复开闭式密封腔机构包括腔体组件25、盖体组件26、驱动组件27和C型框架28。腔体组件25和驱动组件27安装于C型框架20上，盖体组件26与驱动组件27的推杆24连接，驱动组件27通过直线运动推动盖体组件26运动，使盖体10与腔体16闭合或开启，反复开启与闭合时可以保证盖体10与腔体16的对位精度和足够的闭合压力，使闭合腔体(检测腔)内外气密隔绝指标长期满足要求。

腔体组件25包括腔体16、密封环12、弹性O型圈11和下腔接口19，腔体16用腔体螺钉18固定于C型框架20的下横板上，腔体16采用不锈钢圆筒形结构，下端封闭，上端开口，上端的径向平面环上开设一个凹槽环，凹槽内圈上端设置一个径向向外的凸缘23，密封环放置于凹槽内，弹性O型圈11放置于凹槽内的密封环12上，弹性O型圈和密封环的整体压缩量约为30％，压缩行程2mm，腔体16的圆周侧壁下部安装下腔接口19，通过该接口可以从腔体16内抽气，或向腔体16内充气。

盖体组件26包括盖体10、螺旋弹簧8、滑轴7、滑套6和滑套端盖5，盖体10为铝制圆筒形结构，下端开口，端头为一环形平面，尺寸与腔体16的上端开口相配，上端封闭并设有一个上凸台，凸台轴心处设有螺纹孔，与滑轴7下端相连接，滑轴7下部为圆柱体形状并在端部设有螺纹，螺旋弹簧8套于滑轴7下部，并可自由移动，螺旋弹簧8轴向长度小于滑轴7下部圆柱体的长度，滑轴7上部为圆椎台形状，圆椎台上端面为轴对称平滑曲面，圆椎台轴向长度小于滑套6内部的轴向长度，滑套6外轮廓为圆柱形，内部下端为空心圆锥台形，尺寸与滑轴7上部的圆椎台相吻合，可使滑轴7置于滑套6内并可向上移动，滑套6内部上端为空心圆柱形，上部端头处有螺纹，与滑套端盖5的下端连接，滑套端盖5的上端设有螺纹，与驱动组件27的推杆24连接。

驱动组件27包括推杆24和直线驱动部件1，直线驱动部件为气缸，可选用SMC薄壁气缸，推杆24下端设有螺纹，与滑套端盖5的上端连接，推杆24上端与直线驱动部件1的运动轴同轴连接，直线驱动部件1用螺钉4固定于C型框架20的上横板上。

C型框架20是由一个竖板和上下两个横板构成的钢制结构件，上下横板均开设有与腔体16和直线驱动部件1相匹配的圆孔和螺纹孔，腔体组件25通过腔体螺钉18安装于下横板上，直线驱动部件1通过螺钉4安装于上横板上。可根据需要安装多个腔体组件、盖体组件和驱动组件。此例中安装了2个基准件检测腔和2个被检件检测腔，共4套腔体组件、盖体组件和驱动组件。每套组件间的距离约为160mm。

本实施方案用于引信的漏率检测，为提高漏率检测精度，分别在腔体内安装了腔体衬套15，在盖体内安装了盖体衬套9，以便减小被检件和基准件放入检测腔后的剩余体积。当检测对象变化时，可以更换衬套，以适应检测对象外形的变化。

反复开闭式密封腔机构的工作过程：初始时腔体16与盖体10分离，直线驱动部件1的运动轴位于上端位置。将基准件和被检件放入腔体16内，向直线驱动部件1送高压空气，推动直线驱动部件1的运动轴向下运动，通过推杆24带动盖体组件26向下运动，盖体10接触到腔体16；随着推杆24带动盖体10继续向下运动，滑轴7与滑套6脱离接触，使盖体10平稳地落于腔体16之上；推杆24继续向下运动，滑套6下端与螺旋弹簧8上端接触，开始压缩螺旋弹簧8，并通过螺旋弹簧8压紧盖体10与腔体16，将基准件和被检件密封于检测腔内，开始实施密封检测。密封检测完毕，向直线驱动部件1反向送高压空气，推动直线驱动部件1的运动轴向上运动，通过推杆24带动盖体组件26向上运动；滑轴7与滑套6开始接触，并将滑轴7定位于滑套6的中心位置，滑套6带动滑轴7和盖体10运动，使盖体10脱离腔体16；盖体10运动到位后，直线驱动部件1的运动轴停止运动，这时可将被检件从腔体16内取出。

此实施方案是本发明的一个实施特例，腔体和盖体闭合后形成的密闭腔体(检测腔)对外部的漏率可达到10^-9pa·m³/s量级。在运用本发明进行反复开闭式密封腔机构设计时，可以按照功能、技术指标和产品结构形式要求，变换其设计形状，改变部件、器件、材料的型号及生产厂家。

Claims

1.反复开闭式密封腔机构，是一种可以反复开启闭合，闭合时能使闭合腔体相对于外部的密封性达到规定指标的机构，其特征在于：腔体组件和驱动组件安装于C型框架上，盖体组件与驱动组件的推杆连接，驱动组件通过直线运动推动盖体组件运动，使盖体与腔体闭合或开启，反复开启与闭合时可以保证盖体与腔体的对位精度，提供足够的闭合压力，使盖体与腔体形成的闭合腔体对外的泄漏率满足要求。

2.根据权利要求1所述的反复开闭式密封腔机构，其特征在于：所述的腔体组件包括腔体、密封环、弹性O型圈和下腔接口，腔体用螺钉固定于C型框架的下横板上，为一定壁厚的圆筒形结构，下端封闭，上端开口，上端的径向平面环上开设一个凹槽环，凹槽内圈上端设置一个径向向外的凸缘，密封环放置于凹槽内，弹性O型圈放置于凹槽内的密封环上，腔体的圆周侧壁下部安装下腔接口，通过该接口可以从腔体内抽气，或向腔体内充气。

3.根据权利要求1所述的反复开闭式密封腔机构，其特征在于：所述的盖体组件包括盖体、螺旋弹簧、滑轴、滑套和滑套端盖，盖体为圆筒形结构，下端开口，端头为一环形平面，尺寸与腔体的上端开口相配，上端封闭并设有一个上凸台，凸台轴心处设有螺纹孔，与滑轴下端相连接，滑轴下部为圆柱体形状并在端部设有螺纹，螺旋弹簧套于滑轴下部，并可自由移动，螺旋弹簧轴向长度小于滑轴下部圆柱体的长度，滑轴上部为圆椎台形状，圆椎台上端面为轴对称平滑曲面，滑轴轴向长度小于滑套的轴向长度，滑套外轮廓为圆柱形，内部下端为空心圆锥台形，尺寸与滑轴上部的圆椎台相吻合，可使滑轴置于滑套内并可向上移动，滑套内部上端为空心圆柱形，上部端头处有螺纹，与滑套端盖的下端连接，滑套端盖的上端设有螺纹，与驱动组件的推杆连接。

4.根据权利要求1所述的反复开闭式密封腔机构，其特征在于：所述的驱动组件包括推杆和直线驱动部件，推杆下端设有螺纹，与滑套端盖的上端连接，推杆上端与直线驱动部件的运动轴相连接，直线驱动部件用螺钉固定于C型框架的上横板上。

5.根据权利要求1所述的反复开闭式密封腔机构，其特征在于：所述的C型框架是由一个竖板和上下两个横板构成的刚性结构件，上下横板均开设有与腔体和直线驱动部件相匹配的圆孔和螺纹孔，腔体组件通过螺钉安装于下横板上，驱动组件通过螺钉安装于上横板上，并可根据需要安装多个腔体组件和驱动组件。