一种压力自适应唇形密封装置的制作方法

本实用新型涉及一种压力自适应唇形密封装置。

背景技术：

旋转轴唇形密封因其结构简单、密封可靠等优势而在工程机械和交通运输机械等设备上得到广泛应用。唇形密封的基本结构一般包括橡胶唇体、金属骨架和卡紧弹簧等三部分，依靠柔性密封唇口与轴的过盈配合而对机械设备内的介质进行密封。唇口径向力对于唇封密封性和使用寿命都至关重要，如径向力过大，则容易引起过度磨损，而若径向力过小，则容易因密封不严而造成介质泄漏。

唇形密封唇口径向力一般由弹簧卡紧力、介质压力和因唇口与轴过盈装配产生的抱紧力等三部分组成，由于唇形密封主体一般为橡胶弹性材料，当密封压力较大时，其对唇形密封唇口的径向力增大，容易引起密封唇口的较大变形而失效。

现有技术中一般通过唇形密封截面形状的合理设计，或缩短唇形密封腰部长度和增加其厚度以适应较高密封压力工况，不过上述技术中的唇形密封结构一旦定型，则无法根据密封压力的变化而自适应调控唇口径向力，导致唇形密封在很多压力较高或变压力工况场合的应用受限。

技术实现要素：

为了克服现有唇形密封无法根据密封压力而自动调整唇口径向力，导致其在较高压力场合的使用受限的不足，本实用新型提出了一种结构简单、能根据密封压力自动调节唇口径向力的压力自适应唇形密封装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种压力自适应唇形密封装置，包括壳体，还包括设置在壳体和转轴之间的唇形密封圈和唇封安装座，且唇形密封圈和唇封安装座同轴设置；所述唇形密封圈包括远离转轴的外圈和靠近转轴的内圈；所述外圈通过唇封压盖固定在唇封安装座上，所述内圈上设有与转轴的外表面在整周上滑动接触的密封唇口，且密封唇口通过紧迫力赋予单元紧贴在转轴外表面上；唇形密封圈与唇封压盖将壳体和转轴之间的腔体沿轴向分隔成介质腔和大气腔；

唇形密封圈还包括用于支撑密封唇口在滑动接触位置处的唇封背部和设置在外圈内的金属骨架，且内圈和外圈通过唇封背部相连；

定义转轴的中心轴所在方向为轴向，转轴的直径方向为径向，转轴的圆周方向为周向；且定义靠近介质腔的一端为内端，靠近大气腔的一端为外端；

所述唇封安装座上设有容纳唇封背部在介质压力作用下向唇封安装座内变形移动的凹槽，且唇封背部贴着所述凹槽的槽口设置；

所述唇封安装座上沿周向设有若干个调压装置，所述调压装置包括沿轴向延伸的空腔，空腔的内端通过设置在唇封安装座上的第一轴向孔与唇封背部上的第二轴向孔连通，且第二轴向孔与介质腔连通；空腔外端的开口配有密封盖；

空腔内设有可沿轴向滑动的活塞，活塞与空腔气密连接，且活塞将空腔分隔成靠近唇封背部的第一腔室和靠近密封盖的第二腔室；所述第一腔室内设有活塞杆，活塞杆的外端偏心固定在活塞的内端面上，活塞杆的内端沿轴向气密贯穿唇封安装座和唇封背部并延伸至介质腔内，且活塞杆的内端固定在唇封背部上；活塞和密封盖将空腔围隔成第二腔室，第二腔室内设有向活塞外侧面提供压迫力的调节部。

进一步，所述调节部包括所述密封盖、调节弹簧和若干块调节垫片，密封盖具有延伸至第二腔室内的内延段和堵设在开口外的堵头；所述内延段可滑动地设置在第二腔室内，且内延段的内端面和活塞的外端面之间通过调节弹簧连接；唇封安装座上设有用于安装堵头的凹槽，堵头通过螺栓和螺母可拆卸连接，且堵头和凹槽之间设有所述调节垫片的安装位，以通过改变调节垫片的数量和厚度来改变调节弹簧的压缩量。

或者，第二腔室气密，所述调节部包括与第二腔室气密连通的压缩气体源。

进一步，所述唇封安装座上开有进气孔，气管的出口与进气孔气密连通，气管的进口与压缩气体源连通，且气管上设有压力调节阀。

进一步，所述活塞杆的内端通过螺母和环形垫片拧紧在唇封背部上。

进一步，所述紧迫力赋予单元为卡紧弹簧。

进一步，若干个所述调压装置沿周向均匀分布。

本实用新型的工作原理：

唇形密封一般用于零压差或微小压差的情况，难以适应较大压差的密封场合，其原因在于较大的密封压力容易导致弹性密封唇发生过度变形，从而加剧引发密封唇口的磨损。

本实用新型提出一种可根据密封压力的变化而自适应调节唇口径向力的新型唇形密封结构，从而使其可用于较高压力的密封场合。唇形密封的径向力主要包括卡紧弹簧的弹簧卡紧力F_sp1、介质压力F_p1和因唇口与转轴过盈装配而产生的抱紧力F_t1，本实用新型旨在通过减小抱紧力F_t1，以抵消或部分抵消因介质压力增大而引起的径向力增加。

在唇封安装座的大气侧(定义沿转轴的轴向，靠近介质腔的一侧为介质侧，即图2或图5所示的左侧；靠近大气腔的一侧为大气侧，即图2或图5所示的右侧)加工空腔，并在空腔中依次布置活塞、调节弹簧和密封盖，第一腔室通过唇封安装座上的第一通孔以及唇封背部的第二通孔与密封腔体(介质腔)连通；在唇封背部与唇封安装座之间设有凹槽，可供唇封背部变形进入其内。

对活塞受力分析可知，向右(即向介质腔方向)的作用力主要为作用于其内端面的介质压力F_p，而向左(即向大气腔方向)的作用力则包括作用于其外端面的弹簧力F_sp，以及唇封背部变形后作用于环形垫片的回复力F_t2。

当介质腔内的密封介质压力增大时，第一腔室中的介质压力也随之增大，此时活塞通过偏心活塞杆上的调节螺母和环形垫片压紧在唇封背部上的作用力F_t3也随之增大，在该力的作用下，唇封背部会发生小幅变形，而唇封安装座上的凹槽正是为容许这种微幅变形而设置。唇封背部靠近内径处与唇封安装座接触，该接触点相当于支点；在压紧于唇封背部的作用力F_t3的作用下，唇形密封唇口处会产生与抱紧力F_t1方向相反的回弹力F_t4，从而可在一定程度上抵消因密封压力增大而引起的介质作用力F_p1的增加。同时，通过在密封盖与唇封安装座之间增设调节垫片，可通过调节垫片的数量和厚度来调控弹簧压缩量，进而调节作用于活塞外端面上的弹簧力，最终实现对唇形密封回弹力F_t4的调控。

或者，在密封盖与第二腔室之间增设密封圈，确保第二腔室的气密，从而在活塞和密封盖之间构造密闭的第二腔室，通过进气口与外界压缩气体源通过气管连通，并在气管上安装压力调节阀，通过控制压力调节阀的开度可实现对第二腔室中气体压力的调节，进而改变作用于活塞外端面的作用力，最终实现对唇形密封径向力的在线调控。

本实用新型专利提供一种压力自适应唇形密封装置，与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)通过在唇封背部增设活塞，当密封腔(介质腔)压力改变时，其可通过“密封介质压力变化→作用于活塞的介质作用力变化→环形垫片作用于唇封背部压紧力变化→唇口抱紧力变化→唇口径向力平衡”的作用力传递路径，实现在不同密封压力条件下唇口径向力的平衡，避免过大的唇口径向力，延长唇形密封使用寿命。

(2)通过将第二腔室设置成密闭空腔，并通过进气口与外界压缩气体源连通，由压力调节阀来控制第二腔室的介质压力，可实现对唇形密封唇口径向力的在线实时调控，使其适用的压力范围更宽。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构剖视图；

图2是实施例1中唇形密封圈、唇封安装座和唇封压盖的剖视图；

图3是唇形密封圈的受力分析图；

图4是活塞的结构和受力分析图；

图5是实施例2中唇形密封圈、唇封安装座和唇封压盖的剖视图；

具体实施方式

实施例1

参照附图1-4，一种压力自适应唇形密封装置，包括壳体，还包括设置在壳体和转轴之间的唇形密封圈6和唇封安装座2，且唇形密封圈6和唇封安装座2同轴设置；所述唇形密封圈6包括远离转轴的外圈63和靠近转轴的内圈；所述外圈63通过唇封压盖1固定在唇封安装座2上，所述内圈上设有与转轴的外表面在整周上滑动接触的密封唇口61，且密封唇口61通过紧迫力赋予单元62紧贴在转轴外表面上；唇形密封圈6与唇封压盖1将壳体和转轴之间的腔体沿轴向分隔成介质腔72和大气腔71；

唇形密封圈6还包括用于支撑密封唇口61在滑动接触位置处的唇封背部65和设置在外圈内的金属骨架63，且内圈和外圈63 通过唇封背部65相连；

定义转轴的中心轴所在方向为轴向，转轴的直径方向为径向，转轴的圆周方向为周向；且定义靠近介质腔的一端为内端，靠近大气腔71的一端为外端；

所述唇封安装座2上设有容纳唇封背部65在介质压力作用下向唇封安装座2内变形移动的凹槽23，且唇封背部65贴着所述凹槽23的槽口设置，唇封背部65的转角部位66贴着所述唇封安装座2。

所述唇封安装座2上沿周向设有若干个调压装置，所述调压装置包括沿轴向延伸的空腔，空腔的内端通过设置在唇封安装座2上的第一轴向孔22与唇封背部65上的第二轴向孔601连通，且第二轴向孔601与介质腔72连通；空腔外端的开口配有密封盖3；

空腔内设有可沿轴向滑动的活塞5，活塞5与空腔气密连接，且活塞5将空腔分隔成靠近唇封背部65的第一腔室和靠近密封盖的第二腔室21；所述第一腔室内设有活塞杆502，活塞杆502的外端偏心固定在活塞5的内端面上，活塞杆502的内端沿轴向气密贯穿唇封安装座2和唇封背部65并延伸至介质腔72内，且活塞杆的内端固定在唇封背部65上；活塞5和密封盖3将空腔围隔成第二腔室21，第二腔室21内设有向活塞5外侧面提供压迫力的调节部。

所述调节部包括所述密封盖3、调节弹簧4和若干块调节垫片 32，密封盖3具有延伸至第二腔室21内的内延段和堵设在开口外的堵头；所述内延段可滑动地设置在第二腔室21内，且内延段的内端面和活塞5的外端面之间通过调节弹簧4连接；唇封安装座2 上设有用于安装堵头的凹槽，堵头通过螺栓31和螺母可拆卸连接，且堵头和凹槽之间设有所述调节垫片32的安装位，以通过改变调节垫片32的数量和厚度来改变调节弹簧4的压缩量。通过调节垫片32的数量和厚度可以控制内延段在第二腔室21内的延伸深度，从而可控制弹簧4的弹力。

活塞杆502的内端501设有螺纹，且所述活塞杆502的内端 501通过螺母51和环形垫片52拧紧在唇封背部65上。

所述紧迫力赋予单元62为卡紧弹簧。

活塞杆与唇封安装座2之间设有第一密封圈53，活塞与内腔之间设有第二密封圈54。

唇封压盖1和唇封安装座2之间通过紧固螺钉11固定连接。

活塞5包括圆柱状的活塞本体503。

实施例2

参考附图1-5。

本实施例与实施例1的不同之处在于调节部不一样。

密封盖3的内延段与第二腔室之间设有第三密封圈33，第二腔室21气密，所述调节部包括与第二腔室21气密连通的压缩气体源。

所述唇封安装座2上开有进气孔24，气管82的出口与进气孔 24气密连通，气管82的进口与压缩气体源连通，且气管82上设有压力调节阀81。

本实施例其他实施方案均与实施例1相同。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型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，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。