专利名称：一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及动密封装置技术领域，尤其是涉及一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构。
背景技术：
随着工业技术的发展，机械密封应用领域不断扩大，不仅机泵阀采用，各种工艺设备(反应釜、搅拌器等)也广泛使用，而且使用环境趋向极端化，高参数(高压、高速、高温、大直径)、高性能(干运转、零泄漏、渣浆液等)不断提高。传统的机械密封结构很难满足工艺的要求。目前已有的滑环组合密封结构(如方形同轴密封件、C形滑环组合密封、直角滑环组合密封、阶梯形同轴密封件、齿形滑环组合密封件和脚形滑环组合密封等)是在0型密封圈与滑动面之间安装一滑环的密封结构，其密封功能是通过0型密封圈储存应变能后的弹性恢复力使滑环紧贴于滑动面上实现。滑环一般采用聚四氟乙烯(PTFE)，因其具有与金属无粘着性，适用温度范围大，摩擦系数小，长时间停歇后的启动摩擦阻力基本不上升等优点，滑环式组合密封在密封领域已经得到广泛的应用。但是，常规滑环结构“跟随补偿性” 差，长期工作后泄漏量比常规橡胶密封大2 3倍，甚至更大。国内外学者进行了大量如何减少滑环式组合密封泄漏量的研究工作，研发了多种滑环式密封结构。这些研究工作，基本上都是围绕滑环结构特征和滑环材料展开，结构特征主要集中在两个方向，一是减薄滑环厚度(如方形同轴密封件、C形滑环组合密封、直角滑环组合密封等)，二是减小滑环与滑动面的接触面积(如阶梯形同轴密封件、齿形滑环组合密封件、脚形滑环组合密封等)；滑环材料研究则是在聚四氟乙烯中填充一定比例的其他材料，以改进聚四氟乙烯的力学性能。文献《电石反应斜锥滑环组合密封装置的设计与分析》(机械设计与制造，2010. 10)，研制的斜锥滑环组合密封，该结构能够解决了滑环磨损后的补偿问题和0型密封圈易老化问题， 但是该结构仅适用于低压密封，不能满足中高压密封要求。经研究分析，目前研制的各种形式的滑环组合密封都存在两点缺陷 1、未能彻底解决磨损问题，“跟随补偿性”差
滑环组合密封密封过程中存在动密封面，经长期使用，磨损是不可避免的，尤其在较高接触压力状态下，滑环磨损不容忽略。滑环减薄设计和减小与滑动面接触面积设计都增大了磨损的影响程度，随着滑环磨损量的增加，0型密封圈与滑动面之间滑环的厚度呈减薄趋势单调变化，造成密封效果逐渐下降。2、0型密封圈的使用方法易造成其使用寿命的缩短
目前，几乎所有滑环式组合密封对0型密封圈的使用方法都是一样的。0型密封圈安装时具有一定的预压缩变形，密封过程中受内压作用产生二次变形，通过0型密封圈的弹性恢复力使滑环紧贴滑动面上而起密封作用。0型密封圈的截面直径压缩率从安装开始都处于恒定状态，当预压缩量较大时，0型密封圈将一直处于高压缩状态，材料易老化而弹性不足，造成密封效果下降。
针对上述问题，研究一种从根本上解决磨损问题和改善0型密封圈受力状况，滑环磨损后具有“跟随补偿性”特点的滑环式组合密封具有突破性意义，以提高锥形组合密封的密封内压，满足工业中对中高内压密封的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种应用于中高压介质密封领域，尤其适用于磨损严重、密封内压要求高等工况，能从根本上解决磨损问题且0型密封圈受力状况良好的锥具有自补偿性的锥形滑环密封结构。为了达到上述目的，本发明的通过以下技术方案实现一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构包括锥形滑环、0型密封圈、缸筒和轴套，其中0型密封圈安装在缸筒的密封圈槽内，其组数不少于2，且0型密封圈之间设有截面直径尺寸与密封槽槽深尺寸相同的环形挡圈，环形挡圈可随0型密封圈沿缸筒轴向移动；所述的锥形滑环位于缸筒和轴套之间， 其横截面成直角三角形，横边所在的滑环面与0型密封圈相接，斜边所在的滑环面为与轴套面接触，竖边所在的滑环端面设有弹性元件。弹性元件初始具有预压缩量，锥形滑环在弹簧力与内压合力的作用下沿轴套斜面向右移动，由于套箍效应而紧贴在滑动密封面上，滑环右移动的同时挤压0型密封圈，其截面直径压缩率随密封腔内压变化而变化，变形后的0 型密封圈反作用于滑环，使滑环因其动密封面上的接触压力呈起伏状分布而形成齿形密封效应，即在动密封面上形成连续的密封区，从而较好的实现密封。作为优化，所述的弹性元件由不少于2组的弹簧组成，且弹簧沿锥形滑环端面周向均勻分布，以保证弹性元件对锥形滑环端面作用力的同时使锥形滑环受力更均勻。作为优化，所述的各组0型密封圈的直径和截面直径均相同，且沿缸筒轴向排布， 以保证各组0型密封圈受挤压时产生相同的变形量，从而有利于在密封面形成连续密封区。与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面
1、在保证密封效应前提下提高了滑环厚度，降低了滑环制造、维护等费用，提高了密封件抗冲击能力；
2、0型密封圈截面直径压缩率随密封腔内压变化而变化，优化了0型密封圈在密封工程中的受力状态，延长了 0型密封圈的使用寿命；
3、锥形滑环在密封动力作用下能自动补偿摩擦损耗，避免了滑环磨损对密封效果的不良影响。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中 图1是本发明的截面图2是0型密封圈达到最大截面直径压缩率前滑环上的压力分布图； 图3是0型密封圈达到最大截面直径压缩率后滑环上的压力分布图。图中标记锥形滑环1、0型密封圈2、缸筒3、轴套4、密封圈槽5、环形挡圈6、弹性元件7。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1中所示，一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构包括锥形滑环1、0型密封圈2、缸筒3和轴套4，其中0型密封圈2安装在缸筒3的密封圈槽5内，其组数不少于2， 且0型密封圈2之间设有截面直径尺寸与密封圈槽5槽深尺寸相同的环形挡圈6，环形挡圈 6内沿与缸筒3的密封圈槽5相接，即环形挡圈6的外沿不高出密封圈槽5的槽口，且可随 0型密封圈2沿缸筒轴向移动，其厚度尽可能减薄，具体尺寸和制造材料可根据具体情况设计。锥形滑环1位于缸筒3和轴套4之间，其横截面成直角三角形，横边所在的滑环面与0 型密封圈2相接，斜边所在的滑环面为与轴套4面接触，竖边所在的滑环端面设有弹性元件 7，锥形滑环1可沿轴套4斜面移动，所选用的弹性元件7由不少于2组的弹簧组成，且弹簧沿锥形滑环1端面周向均勻分布，弹簧数量尽可能增加，安装时，弹性元件7需要有一定的预接触压力，因此组成弹性元件7的每根弹簧的预压缩量必须一致，而各组0型密封圈2选用相同直径尺寸和截面直径尺寸的密封圈，并且沿缸筒轴向排布，以保证各组0型密封圈2 受挤压时产生相同的变形量，从而有利于在密封面形成连续密封区。本发明以2个0型密封圈的锥形组合密封结构为例，结合图1、图2和图3对本发明的工作原理进行说明。本发明的动力由锥形滑环1左侧面上的弹簧力和内压组成，锥形滑环1在该合力作用下沿轴套4斜面向右移动，由于套箍效应，锥形滑环1紧贴在滑动密封面上，锥形滑环1 右移动的同时挤压0型密封圈2，变形后的0型密封圈2反作用于锥形滑环1，使锥形滑环 1因其动密封面上的接触压力呈起伏状分布而形成齿形密封效应，由此可见，锥形滑环1组合密封是由锥形滑环1的轴向位移和0型密封圈径向变形实现密封的。下面采用力平衡原理来分析锥形滑环1组合密封工作机理，由于摩擦力相对各面上正压力较小，所以在进行受力平衡分析时忽略摩擦力。随密封腔内压的增加，锥形滑环1向右移动，0型密封圈2截面直径压缩率逐渐堦大。假设锥形滑环1径向位移为
时(即0型密封圈2刚达到设定的最大截面直径压缩率时)密封腔内压为1 。当密封腔内压小于Λ时，锥形滑环1各面上的压力分布如图2所示，当密封腔内压大于Λ时，锥形滑环1各面上的压力分布如图3所示。图中 一安装时弹性元件提供的压力，P12—密封腔内压提供的均布压力，、—分别为左侧和右侧0型密封圈2挤压力， 一滑动密封面接触压力，1 一挡隔圈作用压力，筒作用压力。静密封面密封条件为 IW 或丹》 , 0型密封圈2在锥形滑环1的挤压和密封腔内压的作用下可以达到自密封效应，动密封面密封的条件为Ptftt 。
当1 < 1 时,锥形滑环1平衡的条件为
权利要求
1.一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构，其特征在于包括锥形滑环、0型密封圈、 缸筒和轴套，其中0型密封圈安装在缸筒的密封圈槽内，其组数不少于2，且0型密封圈之间设有截面直径尺寸与密封槽槽深尺寸一致的环形挡圈，环形挡圈可轴向移动；所述的锥形滑环位于缸筒和轴套之间，其横截面成直角三角形，横边所在的滑环面与0型密封圈相接， 斜边所在的滑环面为与轴套面接触，竖边所在的滑环端面设有弹性元件。
2.根据权利要求1所述的一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构，其特征在于所述的弹性元件由不少于2组的弹簧组成，且弹簧沿锥形滑环端面周向均勻分布。
3.根据权利要求1所述的一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构，其特征在于所述的各组0型密封圈的直径和截面直径均相同，且沿缸筒轴向排布。
全文摘要
本发明公开了一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构，包括锥形滑环、O型密封圈、缸筒和轴套，其中O型密封圈安装在缸筒的密封圈槽内，且O型密封圈之间设有可移动的环形挡圈，锥形滑环位于缸筒和轴套之间，其横截面成直角三角形，滑环端面设有弹性元件，锥形滑环在弹性力与内压的作用下沿轴套斜面向右移动，滑环右移动的同时挤压O型密封圈，利用其截面直径压缩率随密封腔内压变化而变化，形变后的O型密封圈反作用于滑环，使滑环因其动密封面上的接触压力呈起伏状分布而形成齿形密封效应，本发明结构简单、成本低，密封性能好，锥形滑环自动补偿磨损量，从根本上解决了磨损问题，O型密封圈改善了其受力状况，提高了O型密封圈的使用寿命。
文档编号F16J15/34GK102410374SQ201110372970
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者唐克伦, 文华斌, 胡光忠, 胡勇, 郭毅 申请人:四川理工学院