CN104075010A - 压力驱动式密封结构 - Google Patents

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朱小章
黄郁岚
黄海虹
成小珍
夏正操
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Abstract

本涉及一种适用于气体或液体在高压环境下的密封结构，特指一种压力驱动式密封结构，其由配合插接的插杆及阀体构成，所述插杆上开有密封槽，该密封槽内设置有在高压环境下使用的密封圈，所述插杆与阀体通过密封圈密封，其中，所述密封圈与密封槽间隙配合，密封圈的内圈壁与密封槽底面的距离的为L；当插杆未与阀体插接时，密封圈的外圈壁与阀体安装孔的内壁之间的距离为L1，且L1≤L。结构非常简单，安装时非常轻松，加气员在将加***头***到阀座内时，可感受到无明显的阻力；密封效果好，通过气压或者液压自身的压力来提高密封效果，方式独特；使用寿命长，根据配置方式的不同可连续使用半年或一年，甚至达到一年半以上。

Description

压力驱动式密封结构
技术领域
本涉及一种适用于气体或液体在高压环境下的密封结构，特指一种压力驱动式密封结构。
背景技术
在现有的天然气加气站中，加***头与阀体组件之间是依靠密封圈实现密封，而密封圈起到密封作用是靠挤压变形成一个近似椭圆形后依靠其张力来实现密封，也就是密封圈的内壁和外壁分别与密封槽的底面及阀体组件的安装孔内壁紧密的贴合，如图6所示，当加***头与阀体组件装配好后，安装在加***头的密封圈受到空间的限制而挤压变形，其截面呈椭圆形。由于天然气的加气过程是一个高压加气的过程，而一般加气站在为车辆加气时的压力在20～40Mpa，相当于200～400KG的压力，这样就使得在工作状态时的密封圈极易因高压而发生二次变形，如图7所示，在图中可以明显的看到，在加气作业过程中，高压天然气迫使密封圈与阀体贴合的部分发生形变，而形变部分的密封圈受高压被挤向密封槽口边缘的棱条处，这样就出现了挤压切割的现象，破坏了密封圈的结构，使密封圈的密封效果下降。
另外，在每一次进行天然气加气作业时，加***头和阀体组件之间都需要进行一次的插拔，而这种加气作业平均每6～10分钟就需要进行一次，也就相当于一个小时6～10次的插拔，而在这频繁的插拔作业时，密封圈会在强烈的挤压与切割的作用下而快速破损，其原因是，现有的密封圈安装到密封槽后，密封圈的内圈壁与密封槽的底面相贴合，而密封圈的外圈直径是明显大于阀体组件的安装孔的直径，也只有这样，在加***头***到阀体组件后，密封圈才能受挤压变形，依靠其张力实现密封；如图8所示，而在加***头***或者拔出阀体组件时，由于密封圈的外径大于阀体组件安装孔的直径，密封圈在加***头插拔的过程中会因挤压而紧密的贴合在安装孔的内壁上，随着加***头的***或者拔出，导致密封圈与安装孔内壁贴合的部分发生摩擦变形，而变形的部分会被挤压到密封槽口边缘的棱条处，发生挤压切割现象，导致密封圈的破损，使之密封失效，一旦出现密封圈破损失效，就需要立即更换。而密封圈失效的最主要原因就是在加气作业时频繁的插拔，导致密封圈快速破损。
据不完全统计，现有的密封圈最快失效是在一次加气作业之后，即，在一次加气作业之后，密封圈就出现破损需要更换；而使用寿命最好的也不超过5个小时，对于加气站的加气员来说，每天最频繁的工作就是更换密封圈，而在更换密封圈时，若不慎将新装的密封圈以扭曲的形式进行安装，其密封圈将无法正常的密封，而对于高压天然气加气站而言，存在着加气时泄漏的情况，一旦天然发生泄漏，其后果不堪设想。
而如何提高密封圈的使用寿命，同时又能保证其具备良好的密封效果是困扰全世界高压天然气加气作业的一个难题。
发明内容
一、要解决的技术问题
本发明的目的是针对现有技术所存在的上述问题，特提供一种结构简单，安装非常轻松，使用寿命长的压力驱动式密封结构。
二、技术方案
为解决上述技术问题，本发明压力驱动式密封结构，由配合插接的插杆及阀体构成，所述插杆上开有密封槽，该密封槽内设置有在高压环境下使用的密封圈，所述插杆与阀体通过密封圈密封，其中，所述密封圈与密封槽间隙配合，密封圈的内圈壁与密封槽底面的距离的为L；当插杆未与阀体插接时，密封圈的外圈壁与阀体安装孔的内壁之间的距离为L1，且L1≤L。
作为优化，上述插杆与阀体为间隙配合。
作为优化，同一个密封槽内的密封圈个数为一个以上。
三、本发明的有益效果
结构非常简单，安装时非常轻松，加气员在将加***头***到阀座内时，可感受到无明显的阻力；密封效果好，通过气压或者液压自身的压力来提高密封效果，方式独特；使用寿命长，根据配置方式的不同可连续使用半年或一年，甚至达到一年半以上。
附图说明
图1是本发明的插杆未***阀体的示意图；
图2是压力驱动式密封结构在工作时的受力图；
图3是本发明压力驱动式密封结构应用在高压加气设备中的结构示意图一；
图4是本发明压力驱动式密封结构应用在高压加气设备中的结构示意图二；
图5是本发明压力驱动式密封结构应用在高压加气设备中的结构示意图三；
图6是现有加***头***到阀体组件后的结构示意图；
图7是现有安装在加***头受高压变形的结构示意图；
图8是现有在阀体组件上***加***头时密封圈变形的示意图。
图中，1为插杆，2为阀体，3为密封槽，4为密封圈，5为阀体组件，6为加***头，7为出气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明压力驱动式密封结构作进一步说明：
实施方式一：如图1所示，本发明压力驱动式密封结构，由配合插接的插杆1及阀体2构成，所述插杆1上开有密封槽3，该密封槽3内设置有在高压环境下使用的密封圈4，述插杆1与阀体2通过密封圈4密封，其中，上述密封圈4与密封槽3是间隙配合，插杆1与阀体2也是间隙配合，密封圈4的内圈壁与密封槽3底面的距离的为L；当插杆1未与阀体2插接时，密封圈4的外圈壁与阀体2安装孔的内壁之间的距离为L1，且L1≤L。上述插杆1未***阀体2前，设置在密封槽3内的密封圈4是处于自然状态，上述描述的L和L1都是密封圈4处于自然状态下与密封槽3底面及安装孔内壁之间的距离。
在图1中，当插杆1向右移动***到阀体2的安装孔内时，设置在密封槽3内的三个密封圈4受到安装孔内壁的挤压而收缩，由于密封圈4与密封槽3是间隙配合的，而且L1≤L，所以，在组装时，插杆1能够很轻松的***到安装孔内或从安装孔拔出，在插拔过程中的密封圈4与安装孔内壁之间的摩擦非常小，根本不足以使密封圈4产生变形，这样，就避免了密封圈4与密封槽3口处的棱条之间的加压切割，确保了密封圈4不会发生破损，从而使其使用寿命大幅提高。
如图2所示，当插杆1安装好后，在阀体2内充入高压(这里所说的高压可以是气压，也可以是液压，可根据使用环境的不同而不同，但其密封效果都是相同的)，其高压的数值范围在10～50MPa(相当于100～500KG的压力)，图中的箭头表示密封圈4受到了径向和轴向的压力。在L1＜L的情况下，当通入压力时，压力会沿着插杆1与安装孔之间的间隙进入，遇到贴合在安装孔内壁上的密封圈4后改变方向，在改变方向的同时，以轴向的力推动密封圈4，使密封圈4与密封圈4之间贴合的更加紧密，同时，最上方的密封圈4则与密封槽3紧密的密封贴合；当压力进入到密封槽3内后，由于密封圈4与密封槽3是间隙配合，压力就会沿着此间隙进入到密封圈4与密封槽3之间，由于密封圈4与密封槽3之间的间隙空间有限，压力很快就会充满，此时的压力就会以径向的方向挤压密封圈4，使密封圈4的外圈壁与安装孔的内壁更加的紧密贴合，其贴合的紧密程度取决于压力的大小；在L1＝L的情况下，由于密封圈4本身张力的存在，密封圈4始终处于向外扩张的趋势，而在此时通入压力时，压力会优先选择顺着密封圈4的张力方向施加压力，这样，通入的压力会优先选择进入到密封圈4与密封槽3之间，这样，密封圈4在进行密封时的情况就与L1＜L时相同。
实施方式二至四：图3～5均是本发明压力驱动式密封结构应用在天然气加气设备中的应用，而与密封圈4使用相关的部件主要由阀体组件5和加***头6构成(图中的加***头6相当于实施方式一种的插杆1)，图中加***头6内的箭头所指的是天然气充入时的路线，而加***头6与阀体组件5之间的密封全靠出气孔7两侧的密封圈4来实现密封；在这三个附图中，密封圈4同时受到轴向和径向的压力，其中，同一附图中密封圈4受到压力的大小是用箭头的长短来表示。
在图3中，同一个密封槽3内设置有一个密封圈4，该密封圈4受到的轴向压力与径向压力相同，而进行加气作业时，密封圈4被压力挤压到密封槽3的一侧，受到挤压后会发生一定程度的切割，而这种切割会使密封圈4的使用寿命的受到一定的影响，但总体而言，其使用寿命还能达到半年以上，其原因是：在加***头6插拔的过程中，密封圈4是不会受到挤压切割的，具体内容如实施方式一所述，在此不重复赘述。
在图4中，同一个密封槽3内设置有两个密封圈4，这两个密封圈4受到的径向压力是相同的，但是轴向压力不同；如图所示，最先受压的密封圈4受到的轴向压力最大，而后一个密封圈4所受到的压力会大幅的降低，这样，后一个密封圈4被挤压变形的程度小，其受到密封槽3口处棱条的切割就大幅降低，进一步提高密封圈4的使用寿命，经试验检测计算，在密封槽3内设置两个密封圈4，其使用寿命可达一年以上；而在加***头6的插拔过程中，密封圈4是不会受到挤压切割的，具体原因如上所述。
在图5中，同一个密封槽3内设置有三个密封圈4，在三个密封圈4受到的径向压力相同，而轴向压力递减，具体的说，最先受压的密封圈4承受的压力最大，中间的密封圈4受到的压力小于前一个密封圈4所受到的压力，第三个密封圈4受到的压力最小；在加气作业时，第三个密封圈4无明显变形，也就说，第三个密封圈4会不因挤压切割而影响其使用寿命，因此，经试验检测计算，在密封槽3内设置三个密封圈4，其使用寿命可达一年半以上；而在加***头6的插拔过程中，密封圈4是不会受到挤压切割的，具体原因如上所述。
综上所述，当密封槽3内设置两个以上的密封圈4时，气压会以密封圈4排列的方向递减，与密封槽3侧壁相贴合的密封圈4收到的压力会大大降低，从而保证其具有良好的使用寿命；当设置三个密封圈4时，其密封效果和使用寿命达到峰值，以此为最佳，若设置四个以上，其效果与设置三个密封圈4的效果相同，如若继续增加密封圈4的个数，只会令其成本增加，而无其他增益效果。
当然，本实施例只是列举了本发明压力驱动式密封结构在加气设备中的使用，除此之外，还可运用在其他高压环境下气体或者液体的密封，具体的使用环境，根据使用需求的不同而改变。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种压力驱动式密封结构，由配合插接的插杆及阀体构成，所述插杆上开有密封槽，该密封槽内设置有在高压环境下使用的密封圈，所述插杆与阀体通过密封圈密封，其特征在于：所述密封圈与密封槽间隙配合，密封圈的内圈壁与密封槽底面的距离的为L；当插杆未与阀体插接时，密封圈的外圈壁与阀体安装孔的内壁之间的距离为L1，且L1≤L。
2.根据权利要求1所述的压力驱动式密封结构，其特征在于：所述插杆与阀体为间隙配合。
3.根据权利要求1所述的压力驱动式密封结构，其特征在于：同一个密封槽内的密封圈个数为一个以上。
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