CN107504186A - 一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构 - Google Patents

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Abstract

一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，包括位于被密封介质侧或流体高压侧的自适应变工况推力压紧机构和密封机构，所述自适应变工况推力压紧机构包括紧固定组件、弹性膜片、推环、弹性元件和楔形滑块，所述紧固定组件包括内金属垫片、外金属垫片、链板和螺钉；所述密封机构包括橡胶基体、内侧金属骨架、外侧金属骨架以及密封主唇、副唇和防尘唇，所述防尘唇位于流体低压侧。所述弹性元件的一端紧贴推环，另一端设置在楔形滑块内；所述楔形滑块内锥面紧贴橡胶基体并产生微滑动；所述弹性膜片固定在所述内、外侧金属骨架上，并受被密封流体压力作用产生挤压变形紧密贴合推环上；所述内侧金属骨架和外侧金属骨架采用链板连接实现轴向定位。

Description

一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构
技术领域
本发明涉及成型挤压型密封结构设计技术领域，具体涉及一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，特别适用于变密封流体压力或处于高压工况的橡塑动密封装置。
背景技术
成型挤压型密封作为一种典型的橡塑动密封元件，它依靠自身弹性变形恢复能力，紧紧贴住密封偶合面间隙，切断泄漏通道或增加泄漏通道的阻力，从而达到减少或阻止流体泄漏的目的，被广泛应用于船舶、汽车、飞机、工程机械等旋转或往复机械的密封。随着现代工业和航空航天的快速发展，要求动密封装置能适用高参数、变工况等密封环境，并保证具有较高的可靠性和使用寿命。目前，国内外开发研究的成型挤压型密封结构普遍为流体压力直接作用在橡胶密封上达到径向挤压变形而实现密封的目的，但往往存在密封变形不可控而导致密封圈某一部位发生应力集中，甚至被撕裂破坏的现象。此外，在高压或变压工况下，由于橡胶密封材料的非线性特性而使密封径向变形量设计的可控性较差，从而在工程中由于密封圈径向变形量过大(密封偶合面接触压力偏大)而导致密封圈易发生磨损，或密封圈径向变形量过小而导致密封偶合面阻力过小直接发生泄漏的密封故障事件也时有发生。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种能实现密封径向压缩量随密封流体压力变化可控设计的自动适应变压工况的高可靠性的橡胶动密封结构。
本发明的技术方案是：
一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，包括位于被密封介质侧或流体高压侧的自适应变工况推力压紧机构和密封机构；其特征在于：所述自适应变工况推力压紧机构包括紧固定组件、弹性膜片11、推环12和弹性元件3、楔形滑块4，所述紧固定组件包括内金属垫片9、外金属垫片14、链板10和螺钉13；所述密封机构包括橡胶基体1、外侧金属骨架2、内侧金属骨架8以及密封主唇7、副唇6和防尘唇5，所述防尘唇5位于流体低压侧；所述橡胶基体1外径侧沿轴向方向均匀设有外凸环带15；所述楔形滑块4的内锥面紧贴橡胶基体1并沿轴向方向产生微滑动，所述楔形滑块4靠流体高压侧的底面上沿圆周方向均匀开设有盲孔，所述每个盲孔内布置有弹性元件3；所述弹性元件3靠流体高压侧一端的底面紧贴推环12一侧底面，所述推环12另一侧底面与受流体压力作用后挤压变形的弹性膜片11紧密贴合；所述弹性膜片11在内径侧和外径侧分别沿圆周方向均匀开设有通孔，并利用紧固定组件固定在所述内侧金属骨架8和外侧金属骨架2上；所述内侧金属骨架8和外侧金属骨架2靠流体高压侧底面均为与轴向方向垂直且相互平齐的光滑平面，且光滑平面上沿圆周方向均匀开设有螺纹盲孔；所述内金属垫片9和外金属垫片14沿圆周方向均匀开设有通孔；所述链板10的底面形状为环形跑道，两端开设有通孔；第一螺钉13a依次穿过链板10一侧通孔、外金属垫片14的通孔、弹性膜片11外径侧的通孔和外侧金属骨架2的螺纹盲孔而实现弹性膜片11外径一侧的固定，第二螺钉13b依次穿过链板10另一侧通孔、内金属垫片9的通孔、弹性膜片11内径侧的通孔和内侧金属骨架8的螺纹盲孔而实现弹性膜片11内径一侧的固定；所述内侧金属骨架8和外侧金属骨架2采用链板10连接实现轴向定位。
进一步，所述弹性膜片11可以采用橡胶、聚四氟乙烯、金属作为膜片材料，其与推环接触的一面为光滑平面或微凸体面，所述弹性膜片的厚度范围为0.25～5mm。
进一步，弹性元件(3)为弹簧、金属波纹管、橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管之一。
进一步，外凸环带(15)的截面形状为圆弧形、正弦形、矩形、梯形之一。
更进一步，所述链板10的个数N＝3～12。
利用本发明所述的一种自动适应变压工况型组装式橡胶密封结构可适用于旋转机械或往复机械。
本发明的工作原理：
本发明提供的自动适应变压工况组装式橡胶密封结构，包括位于被密封介质侧或流体高压侧的自适应变工况推力压紧机构和密封机构。其中，自适应变工况推力压紧机构包括紧固定组件、弹性膜片、推环、弹性元件和楔形滑块，紧固定组件主要由内金属垫片、外金属垫片、链板和螺钉等组成，密封机构包括橡胶基体、内侧金属骨架、外侧金属骨架以及密封主唇、副唇和防尘唇。链板的个数一般为3个及以上，起到固定内侧金属骨架和外侧金属骨架(防止内侧金属骨架受力轴向移动)的作用，能保证弹性膜片内径和外径始终处于同一平面上。为保证预加压过程密封的可靠性，橡胶密封在初始安装时保证微小的预压缩量。加压时，在被密封流体压力的作用下，橡胶薄膜片会发生变形并推动推环往流体低压侧运动，而弹性元件受挤压会发生压缩变形，并依靠其自身变形回弹来推动楔形滑块沿橡胶密封圈产生微滑动，并将弹性元件的轴向弹力转化成对橡胶密封圈的径向挤压，从而达到封住密封偶合面间隙的目的。在变压工况条件下，当被密封流体压力或高压侧流体压力较小时，弹性元件的压缩变形量较小，且橡胶密封圈的径向压缩量较小，但由于楔形滑块位移引起的径向压缩可直接传递到主唇和副唇上，故密封圈在初始过盈量和主、副唇的压缩变形下仍可实现密封；当被密封流体压力较大时，弹性元件的压缩变形量和橡胶密封圈的径向压缩量均较大，主、副唇受变形紧紧贴住耦合面，密封区域接触长度变长，摩擦力随之增大，但由于径向变形量受弹性元件刚度的控制，故摩擦力仍较传统流体压力直接作用型密封要小。在高压条件下，通过对弹性元件刚度的合理设置，可实现密封圈在满足密封要求的情况下，密封区接触压力较小，从而实现减小摩擦力、降低磨损概率的作用，尤其是在高速条件下最为明显。同时，主唇和副唇的双唇结构，以及防尘唇的设计，使密封的可靠性和有效性得到了大力提高；此外，当密封圈发生磨损时，在流体压力的作用下密封圈径向压缩量仍可得到自动补偿，从而保障了密封的可靠性运行，实现了实时自适应变工况型密封效果。
此外，弹性膜片可为全橡胶材料膜片，或带增强骨架的橡胶或树脂类材料膜片，或为高强度、高刚度金属膜片，依据被密封介质的性质不同等要求来选定。其中，带增强骨架的弹性膜片的内径和外径固定部分为金属或高分子材料，中间受流体压力挤压变形部分仍为橡胶材料或树脂型材料(比如：聚四氟乙烯等)。这样即可保证弹性膜片内径和外径两侧的固定，也可以有针对性地控制弹性膜片的中间为橡胶材料的部分受流体挤压后的变形方向，当橡胶受压后的变形方向以轴向方向为主时，便可实现弹性膜片轴向推动推环移动的快速响应。
本发明的有益效果主要表现在：
本发明摒弃了传统成型挤压型密封结构中流体压力直接作用在密封圈上而实现密封径向压缩贴合偶合面的思想，实现了密封径向压缩量的可控设计，提高了密封结构对流体压力的适应性，具有密封性能好、耐磨损、可靠性高和使用寿命长等优点，能较好满足当前密封设计在高压和变压工况环境下的使用要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2a为本发明的链板的结构示意图；图2b是图2a的A-A向剖视图。
图3为本发明的弹性膜片的示意图，图3a是当弹性膜片采用全橡胶材料时的图3的B-B向剖视图；图3b是当弹性膜片采用带增强骨架复合材料时的图3的B-B向剖视图。
图4a为本发明的楔形滑块的示意图，图4b是楔形滑块的剖面示意图。
图5为本发明的内金属垫片的结构示意图。
图6为本发明的外金属垫片的结构示意图。
图7为本发明的推环的结构示意图。
图8a为本发明的弹性膜片(带微凸体环带)的截面示意图，图8b是图8a的C部的放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
说明书附图中的附图标记的含义如下：
1-橡胶基体；2-外侧金属骨架；3-弹性元件；4-楔形滑块；5-防尘唇；6-副唇；7-主唇；8-内侧金属骨架；9-内金属垫片；10-链板；11-弹性膜片；12-推环；13a-第一螺钉；13b-第二螺钉；14-外金属垫片；15-外凸环带；111-硫化橡胶；112-增强骨架；113-微凸体环带。
参照图1至图8所示，一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，包括位于被密封介质侧或流体高压侧的自适应变工况推力压紧机构和密封机构；其特征在于：所述自适应变工况推力压紧机构包括紧固定组件、弹性膜片11、推环12和弹性元件3、楔形滑块4，所述紧固定组件包括内金属垫片9、外金属垫片14、链板10和螺钉13；所述密封机构包括橡胶基体1、外侧金属骨架2、内侧金属骨架8以及密封主唇7、副唇6和防尘唇5，所述防尘唇5位于流体低压侧；所述橡胶基体1外径侧沿轴向方向均匀设有外凸环带15；所述楔形滑块4的内锥面紧贴橡胶基体1并沿轴向方向产生微滑动，所述楔形滑块4靠流体高压侧的底面上沿圆周方向均匀开设有盲孔，所述每个盲孔内布置有弹性元件3；所述弹性元件3靠流体高压侧一端的底面紧贴推环12一侧底面，所述推环12另一侧底面与受流体压力作用后挤压变形的弹性膜片11紧密贴合；所述弹性膜片11在内径侧和外径侧分别沿圆周方向均匀开设有通孔，并利用紧固定组件固定在所述内侧金属骨架8和外侧金属骨架2上；所述内侧金属骨架8和外侧金属骨架2靠流体高压侧底面均为与轴向方向垂直且相互平齐的光滑平面，且光滑平面上沿圆周方向均匀开设有螺纹盲孔；所述内金属垫片9和外金属垫片14沿圆周方向均匀开设有通孔；所述链板10的底面形状为环形跑道，两端开设有通孔；第一螺钉13a依次穿过链板10一侧通孔、外金属垫片14的通孔、弹性膜片11外径侧的通孔和外侧金属骨架2的螺纹盲孔而实现弹性膜片11外径一侧的固定，第二螺钉13b依次穿过链板10另一侧通孔、内金属垫片9的通孔、弹性膜片11内径侧的通孔和内侧金属骨架8的螺纹盲孔而实现弹性膜片11内径一侧的固定；所述内侧金属骨架8和外侧金属骨架2采用链板10连接实现轴向定位。
所述弹性膜片11可以采用橡胶、聚四氟乙烯、金属作为膜片材料，其与推环接触的一面为光滑平面、微凸体面，所述弹性膜片的厚度范围为0.25～5mm。
所述弹性元件3为弹簧、金属波纹管、橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管。
外凸环带15的截面形状为圆弧形、正弦形、矩形、梯形。
所述链板10的个数N＝3～12。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，包括位于被密封介质侧或流体高压侧的自适应变工况推力压紧机构和密封机构。其特征在于：所述自适应变工况推力压紧机构包括紧固定组件、弹性膜片(11)、推环(12)、弹性元件(3)和楔形滑块(4)，所述紧固定组件包括内金属垫片(9)、外金属垫片(14)、链板(10)和螺钉(13)；所述密封机构包括橡胶基体(1)、外侧金属骨架(2)、内侧金属骨架(8)以及密封主唇(7)、副唇(6)和防尘唇(5)，所述防尘唇(5)位于流体低压侧；所述橡胶基体(1)外径侧沿轴向方向均匀设有外凸环带(15)；所述楔形滑块(4)的内锥面紧贴橡胶基体(1)并沿轴向方向产生微滑动，所述楔形滑块(4)靠流体高压侧的底面上沿圆周方向均匀开设有盲孔，所述每个盲孔内布置有弹性元件(3)；所述弹性元件(3)靠流体高压侧一端的底面紧贴推环(12)一侧底面，所述推环(12)另一侧底面与受流体压力作用后挤压变形的弹性膜片(11)紧密贴合；所述弹性膜片(11)在内径侧和外径侧分别沿圆周方向均匀开设有通孔，并利用紧固定组件固定在所述内侧金属骨架(8)和外侧金属骨架(2)上；所述内侧金属骨架(8)和外侧金属骨架(2)靠流体高压侧底面均为与轴向方向垂直且相互平齐的光滑平面，且光滑平面上沿圆周方向均匀开设有螺纹盲孔；所述内金属垫片(9)和外金属垫片(14)沿圆周方向均匀开设有通孔；所述链板(10)的底面形状为环形跑道，两端开设有通孔；第一螺钉(13a)依次穿过链板(10)一侧通孔、外金属垫片(14)的通孔、弹性膜片(11)外径侧的通孔和外侧金属骨架(2)的螺纹盲孔而实现弹性膜片(11)外径一侧的固定，第二螺钉(13b)依次穿过链板(10)另一侧通孔、内金属垫片(9)的通孔、弹性膜片(11)内径侧的通孔和内侧金属骨架(8)的螺纹盲孔而实现弹性膜片(11)内径一侧的固定；所述内侧金属骨架(8)和外侧金属骨架(2)采用链板(10)连接实现轴向定位。
2.如权利要求1所述的一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，其特征在于：所述弹性膜片(11)采用橡胶、聚四氟乙烯、金属作为膜片材料，其与推环接触的一面为光滑平面或微凸体面，所述弹性膜片的厚度范围为0.25～5mm。
3.如权利要求2所述的一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，其特征在于：所述弹性元件(3)为弹簧、金属波纹管、橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管之一。
4.如权利要求3所述的一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，其特征在于：所述外凸环带(15)的截面形状为圆弧形、正弦形、矩形、梯形之一。
5.如权利要求4所述的一种自适应变压工况型组装式橡胶密封结构，其特征在于：所述链板(10)的个数N＝3～12。
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