密封圈的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种密封圈，包括：唇形圈体和弹性补偿元件，所述弹性补偿元件置于所述唇形圈体上唇和下唇之间的环形凹槽内；所述弹性补偿元件为内外相套的双层环状螺旋金属弹簧，其中，内圈螺旋弹簧旋套于外圈螺旋弹簧的内部；所述内外螺旋弹簧都呈首尾连接的环状，所述内圈螺旋弹簧的螺旋方向与所述外圈螺旋弹簧的螺旋方向相反。本发明实施例提供的密封圈采用旋向相反的双螺旋弹簧作为应力补偿元件置于唇形圈体的环向凹槽中，能够为唇形圈体提供连续、均匀的径向弹力补偿。同时，该结构使密封圈的弹性补偿元件在超低温工作环境中的收缩率降低，保证了密封圈在低温环境下有足够的密封力，提高了密封圈在超低温工作环境中的密封性能。
【专利说明】密封圈
【技术领域】
[0001]本发明涉及超低温工作环境的密封【技术领域】，特别地，涉及一种密封圈。
【背景技术】
[0002]密封圈作为一种常用机械零件广泛应用于各行各业中，常应用于轴与孔之间的动态密封，主要起到防液体或气体泄漏的作用。现有技术生产的密封圈绝大多数都是由弹性体本体进行密封，密封力主要是由系统本身及密封圈唇体自身弹性提供的。随着密封圈的广泛使用，不同的应用领域对密封圈的要求也不同。
[0003]现有技术中密封圈一般利用弹性体本体如橡胶进行密封，即靠橡胶材料加工成的密封圈本身的弹性提供密封力。然而单纯采用橡胶材质制成的密封圈会因为外界环境如压力、温度的变化或长时间的磨损及材料老化等原因造成密封圈的弹性降低或消失，进而导致密封性变差。橡胶材料的最低耐受温度为零下50°C左右，因而在零下200°C的超低温环境中，橡胶会发生硬化甚至破裂，完全失去弹性。当然，在上述超低温环境下，鉴于金属自身的弹性受温度影响较小，可以采用金属密封法，利用金属材料对密封系统的弹性收缩量提供足够的补偿力。但采用金属密封法，在设备中金属与金属之间的摩擦会使密封面划伤，降低设备的密封性。因此，超低温环境对密封圈提出了更多苛刻条件。
[0004]实验研究表明:非金属部件的收缩率是金属部件的十倍左右，所以金属弹簧能够提供足够的补偿力成为关键。现有技术提供了一种在非金属密封唇中设置单层螺旋弹簧的方式制成的密封圈，利用内置的螺旋弹簧为密封圈提供弹性补偿力。然而由于弹簧加工后存在螺距，即螺距之间是无弹簧提供弹力的，即密封唇的弹力补偿并不是连续均匀的，这造成该密封圈在密封低分子气体与低温介质时十分容易泄漏。
[0005]总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是:提供一种密封圈，对密封唇形成连续均匀的弹力，保证在超低温环境下具备良好的密封性。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种带有实现径向应力补偿且预紧力稳定的应力补偿元件的密封圈，用于超低温工作环境下机械设备的密封。
[0007]为了解决上述问题，一方面提供了一种密封圈，包括:唇形圈体和弹性补偿元件，所述弹性补偿元件置于所述唇形圈体上唇和下唇之间的环形凹槽内；所述弹性补偿元件为双层螺旋金属弹簧，其中，外圈螺旋弹簧套于内圈螺旋弹簧的外部；所述内外圈螺旋弹簧都呈首尾连接的环状，所述内圈螺旋弹簧的螺旋方向与所述外圈螺旋弹簧的螺旋方向相反。
[0008]可选的，所述唇形圈体的外表面经过抛光处理，抛光后的表面光洁度不小于Ra0.4u m,与密封面光洁度不小于Ra0.2um的沟槽配合使用。
[0009]可选的，所述内圈螺旋弹簧和外圈螺旋弹簧均由扁带型金属通过一柱状体旋转弯曲绕制成首尾连接的圆环形状。
[0010]可选的，所述环形凹槽的开口小于所述外圈螺旋弹簧的截径。[0011]可选的，所述环状螺旋金属弹簧为不锈钢弹簧或合金弹簧。
[0012]可选的，所述唇形圈体采用高分子聚合物制成。
[0013]可选的，所述高分子聚合物为聚四氟乙烯。
[0014]可选的，所述高分子聚合物为聚三氟氯乙烯。
[0015]可选的，所述高分子聚合物为超高分子聚乙烯。
[0016]与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下优点或有益效果: 本发明实施例提供的密封圈采用旋向相反的双螺旋弹簧作为应力补偿元件置于唇形
圈体的环向凹槽中，能够为唇形圈体提供连续、均匀的径向弹力补偿。同时，该结构使密封圈的弹性补偿元件在超低温工作环境中的收缩率降低，保证了密封圈在低温环境下有足够的密封力，提高了密封圈在超低温工作环境中的密封性能。
[0017]【专利附图】
【附图说明】
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1是本发明密封圈实施例的结构示意图；
图2是本发明双层环状螺旋金属弹簧的结构示意图；
图3是本发明双层环状螺旋金属弹簧的垂直剖面示意图；
图4是本发明外圈螺旋弹簧的制作示意图；
图5是本发明内圈螺旋弹簧的制作示意图；
图6是本发明双层环状螺旋金属弹簧的受力示意图。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0019]参照图1，示出了本发明密封圈实施例的结构示意图，包括:唇形圈体I和弹性补偿元件2，其中，唇形圈体I包括:上唇11、下唇12和环形凹槽13。弹性补偿元件2置于唇形圈体上唇11和下唇12之间的环形凹槽13内。环形凹槽13的开口宽度T小于弹性补偿元件的截径D，避免弹性补偿元件安装之后从环形凹槽13中脱落。
[0020]本发明实施例中，弹性补偿元件2具体为内外相套的双层环状螺旋金属弹簧。
[0021]上述双层环状螺旋金属弹簧的具体结构参照图2、3所示。其中，图2示出了本发明双层环状螺旋金属弹簧的结构示意图、图3示出了本发明双层环状螺旋金属弹簧的垂直剖面示意图。双层环状螺旋金属弹簧包括:外圈螺旋弹簧21和内圈螺旋弹簧22，外圈螺旋弹簧21套于内圈螺旋弹簧22的外部，即内圈螺旋弹簧22旋于外圈螺旋弹簧21的内部。内圈螺旋弹簧22和外圈螺旋弹簧21都呈首尾连接的环状，内圈螺旋弹簧22的螺旋方向与外圈螺旋弹簧21的螺旋方向相反。本发明实施例中，外圈螺旋弹簧21具体采用图4所示的右旋螺旋弹簧，相应的，内圈螺旋弹簧22采用图5所示的左旋螺旋弹簧。内圈螺旋弹簧22的截径略小于外圈螺旋弹簧21的截径。
[0022]本发明实施例中采用的内外螺旋弹簧均由扁带型金属通过一柱状体旋转弯曲绕制成首尾连接的圆环形状。具体地，图4示出了本发明外圈螺旋弹簧21的制作示意图，连接成环之前，首先由扁带型金属材料绕一柱状体的中心线C旋转弯曲，从单螺距起始点A转弯曲绕至单螺距终止点B完成一个螺距，周而复始，直至预定长度的螺旋弹簧绕制完成。图5示出了内圈螺旋弹簧的制作方法，与图4类似，只是从单螺距起点旋转弯曲的方向相反，直至预定长度的螺旋弹簧绕制完成。最后，将绕制完成的图5所示的内圈螺旋弹簧旋入图4所示的外圈螺旋弹簧内部，然后将两弹簧的首尾连接，得到图2所示的双层圆环状螺旋弹簧。
[0023]本发明实施例采用的双层圆环状螺旋弹簧由扁带型金属绕制后首尾连接为圆环而成型，与直线型金属绕制的螺旋弹簧相比，产生的弹力补偿更大，从而起到更好的密封效果。上述环状螺旋金属弹簧为不锈钢弹簧或合金弹簧。
[0024]图6示出了本发明密封圈的双层圆环状螺旋弹簧的受力示意图，当密封件安装入沟槽后，由于沟槽深度小于密封件截径，会产生压缩形变，使得弹簧产生径向形变，弹簧释放的反弹力使得内、外密封唇紧紧贴住密封面，达到密封效果。
[0025]普通单层螺旋弹簧蓄能密封圈，由于单层弹簧加工后存在螺距，每段带环之间便有一段是无弹簧提供弹力的，因而对唇形圈体形成的弹力不是连续均匀的。本发明实施例采用旋向相反的双层螺旋金属弹簧作为弹性补偿元件，因内圈螺旋弹簧与外圈螺旋弹簧的旋向不同，内圈螺旋弹簧可以弥补外圈螺距无弹力的不足，为唇形圈体提供连续、均匀的弹性补偿力，进而提高密封圈的密封性，有效避免低分子气体、低温介质的泄露。同时在超低温环境中，双层螺旋金属弹簧截径的收缩率远小于单层螺旋金属弹簧截径的收缩率，进而保证了密封圈在低温环境下有足够的密封力。
[0026]本发明提供的密封圈可以用于密封液氮、液化天然气或者低温气体等超低温介质，这些介质分子量小，相比常规液压油，液体等介质更容易泄露。为了保证良好的密封性与低泄露性，这就需要密封圈的唇形圈体表面与零件(沟槽)接触表面的光洁度非常高，这样两者才有更好的有效接触。本发明密封圈实施例中，唇形圈体的外表面经过抛光处理，抛光后的唇形圈体的表面光洁度不小于Ra0.4 μ m，同时要求沟槽密封面光洁度不小于Ra0.2 μ m。其中，Ra为轮廊算术平均偏差值。
[0027]另外，对于超低温介质的密封，对密封圈的唇形圈体的材料也提出了更高要求，本发明实施例采用聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、超高分子聚乙烯等高分子聚合物制成。实验研究表明，上述高分子聚合物具有良好的抗磨损和抗热性、低气体渗透率、良好的低温特性，主要应用于中等到极端的真空环境的超低温密封。
[0028]需要说明的是，在该实施例中，弹性补偿元件均采用圆环状的螺旋弹簧，凹槽相应设置为环形凹槽，但本发明并不限定于此，采用其他形式的弹性补偿元件以及相应的凹槽均在本发明的保护范围之内。
[0029]本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0030]以上对本发明所提供的一种密封圈，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种密封圈，包括:唇形圈体和弹性补偿元件，所述弹性补偿元件置于所述唇形圈体上唇和下唇之间的环形凹槽内；其特征在于，所述弹性补偿元件为双层螺旋金属弹簧，其中，外圈螺旋弹簧套于内圈螺旋弹簧的外部；所述内外圈螺旋弹簧都呈首尾连接的环状，所述内圈螺旋弹簧的螺旋方向与所述外圈螺旋弹簧的螺旋方向相反。
2.根据权利要求1所述的密封圈，其特征在于，所述唇形圈体的外表面经过抛光处理，抛光后的表面光洁度不小于Ra0.4 μ m，与密封面光洁度不小于Ra0.2 μ m的沟槽配合使用。
3.根据权利要求1所述的密封圈，其特征在于，所述内圈螺旋弹簧和外圈螺旋弹簧均由扁带型金属通过一柱状体旋转弯曲绕制成首尾连接的圆环形状。
4.根据权利要求1所述的密封圈，其特征在于，所述环形凹槽的开口小于所述外圈螺旋弹簧的截径。
5.根据权利要求1所述的密封圈，其特征在于，所述环状螺旋金属弹簧为不锈钢弹簧或合金弹簧。
6.根据权利要求1至5任一所述的密封圈，其特征在于，所述唇形圈体采用高分子聚合物制成。
7.根据权利要求6所述的密封圈，其特征在于，所述高分子聚合物为聚四氟乙烯。
8.根据权利要求6所述的密封圈，其特征在于，所述高分子聚合物为聚三氟氯乙烯。
9.根据权利要求6所述的密封圈，其特征在于，所述高分子聚合物为超高分子聚乙烯。
【文档编号】F16J15/32GK103791096SQ201410068409
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】由鑫, 梅俊杰, 马佳, 刘雪峰, 张戈, 蒲新颖, 赵京龙 申请人:北京裕泰行新材料科技有限公司