一种液力自紧填料密封结构的制作方法

本发明涉及填料密封领域，具体涉及一种液力自紧填料密封结构。

背景技术：

填料密封是动设备中主要使用的密封形式，填料密封的原理是通过压盖或者填料箱对填料进行压紧，填料受到压力后使得填料编织缝隙变小，从而可阻止介质通过填料编织缝隙泄漏，达到密封的效果。另外，填料受到压力后，压力使得填料发生径向的形变，填料与轴紧密结合，填料与轴之间的间隙变小，从而阻止介质通过填料和轴之间的缝隙轴向泄漏，达到密封的效果。

传统的填料密封结构如图1所示，本图展示了传统两级填料密封结构(轴1的左端为大气侧，轴1的右端为高压介质侧)，包括第一级填料密封机构和第二级填料密封机构，第一级填料密封机构包括一级填料箱7和多圈一级填料12，一级填料箱7套设在轴1上，一级填料箱7中设有套设在轴1上的前置套14和填料压圈11，一级填料12填充在一级填料箱7、轴1、前置套14和填料压圈11组成的空间中。第二级填料密封机构包括二级填料箱4和多圈二级填料24，二级填料箱4套设在轴1上，二级填料箱4位于一级填料箱7的左侧，二级填料箱4的右端插入到一级填料箱7中，二级填料箱4的右端与填料压圈11相抵。在二级填料箱4的左侧盖有压盖2，压盖2套设在轴1上，二级填料箱4中设有两个套设在轴1上的压紧衬套5，二级填料24填充在二级填料箱4、轴1、两个压紧衬套5组成的空间中，压盖2的右端面和左侧的压紧衬套5之间设有套在轴1上的压环3，这样通过拧紧压盖2，压盖2对压环3进行挤压，压环3对左侧的压紧衬套5进行挤压，使得左侧的压紧衬套5对二级填料24进行挤压而实现密封。同时，拧紧压盖2时，压盖2对二级填料箱4向右进行挤压，二级填料箱4的右端对填料压圈11进行挤压，填料压圈11对一级填料12进行挤压，从而使得一级填料12受到轴向的压紧力而实现密封。

上述第一级填料密封机构的密封和第二级填料密封机构的密封都是对填料进行轴向压紧而使填料发生径向方向的形变，填料与轴紧密结合，填料与轴之间的间隙减少，从而阻断高压介质轴向的泄漏通道，达到密封的目的。填料密封研究表明，压盖2的压紧力绝大部分作用在靠近压盖2的1-2圈的填料上，每圈填料获得的轴向压紧力随着填料距离压盖2距离的增加而减小，这样靠近高压介质侧的一级填料12(靠近轴1右端的一级填料12)获得的压紧力最小，这大大的降低了一级填料12的密封效果。当泄漏量较大时，只能通过拧紧压盖2加大填料的轴向压紧力而阻止高压介质的泄漏，但是远离压盖2的一级填料12由于距离压盖2较远而受到的轴向压紧力有限，从而导致一级填料12径向形变不足，这样导致了一级填料12对轴1的压紧力不足，从而无法对高压介质的轴向泄漏起到有效的密封作用。

另外，无论是第一级填料密封机构还是第二级填料密封机构，随着填料密封结构的使用，填料会被磨损，从而使得填料与轴之间的间隙变大而使密封性变差，另外填料磨损后，填料量变小，在填料的填充空间不变的情况下，填料会变得松弛，从而使得填料的密封性能变差。

技术实现要素：

本发明意在提供一种液力自紧填料密封结构，以解决远离压盖的填料密封性不好的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种液力自紧填料密封结构，包括轴、套设在轴上的填料箱、位于填料箱中的填料和用于对填料轴向施加压紧力的压紧组件，还包括用于收集泄漏的高压介质的收集腔，填料和填料箱之间设有对填料施加径向压紧力的压紧件，压紧件对填料施加径向压紧力的动力由收集腔中所收集的高压介质产生。

本方案的原理及优点是：填料箱中用于容纳填料，压紧组件用于对填料进行轴向挤压，从而对填料施加轴向的压紧力而实现密封。随着本密封结构的使用，填料会被磨损，填料会变得松弛，从而使得填料的密封性能变差。填料的密封性能变差后，高压介质会通过松弛的填料进入到收集腔中，收集腔中的高压介质变多，收集腔中的液压力变大，压紧件在泄漏的高压介质的液压力的作用下对填料施加径向的压紧力，从而将填料进行径向的压紧，使得填料与轴接触得更加紧密，填料变得更加紧凑，从而阻止了高压介质通过填料轴向泄漏到填料箱中，提高了填料的密封效果。随着填料的使用，填料会再次被磨损，高压介质会向收集腔中补充新的高压介质，使得收集腔中的压力变大，压紧件会对填料再次进行径向挤压，建立新的自动径向压紧填料的密封状态。

由此通过本方案，具有以下有益效果：

1、填料能够同时受到轴向压紧力和径向的压紧力，相比现有技术中填料只受到轴向的压紧力，填料的密封效果更好。

2、本方案中压紧件对填料的施加径向压力的动力来源于收集腔中收集的泄漏的高压介质的液压力，随着高压介质泄漏量的变多而使收集腔中的液压力变多而实现自动径向施压，无需通过外界机构进行施压，无需人工操作，更加自动化，操作简单方便。

3、随着填料的使用，填料会多次受到磨损，填料每次受到磨损后，高压介质会向收集腔中补充新的高压介质，使得收集腔中的压力变大，压紧件会对填料再次进行径向挤压。由此实现了根据填料的磨损情况对填料进行多次径向挤压，使得填料的使用寿命更长，非常有效地充分利用填料，减少了设备的维修成本。

4、本方案中填料的密封性越差，高压介质的泄漏量就越大，收集腔内的液压就会更大，对填料的径向密封效果就越好。

优选的，作为一种改进，压紧件轴向滑动连接在填料箱和填料之间，压紧件和填料相互贴合的侧面均为斜面，压紧件在高压介质的液压力的作用下从填料斜面的低端向高端轴向移动。填料斜面的低端是指填料斜面靠近轴的一端，填料斜面高端是指填料斜面远离轴的一端。由此，当收集腔中的液压力变大时，压紧件在液压力的作用下在填料上的斜面相对滑动，由于压紧件的移动方向为从填料斜面低端向高端轴向移动，故压紧件在移动过程中，压紧件的斜面对填料的斜面进行径向的挤压，从而实现了在压紧件轴向移动过程中自动对填料施加径向的压紧力。

优选的，作为一种改进，压紧件受到液压力的一端的端面面积大于另一端的端面面积。由此，压紧件位于收集腔中的一端的端面面积相比另一端较大，这样有利于提高收集腔中高压介质与压紧件的接触受力面积，便于推动压紧件轴向移动。

优选的，作为一种改进，压紧件为锥套，锥套套在填料的外侧。由此，锥套套在填料的外侧，填料的侧面的圆周方向上均会受到压紧件的径向挤压，使得填料受到压紧件的压紧力更加充分均匀，利于提高密封的效果。

优选的，作为一种改进，收集腔为环形，压紧组件和填料箱之间、锥套和填料箱之间均设有密封圈。由此，收集腔为环形，这样锥套的端部均可受到高压介质的液压力，使得锥套的端部受到的轴向推力更加均匀，利于使锥套轴向移动。密封圈用于提高压紧组件和填料箱之间、锥套和填料箱之间的密封效果，避免高压介质在收集腔中泄漏。

优选的，作为一种改进，压紧组件包括压紧端，压紧端上设有凸缘，凸缘、填料箱的内壁和压紧件的一端的侧面围合形成所述收集腔；压紧端相贴于轴的侧壁设有与收集腔连通的进液腔。由此，压紧端的凸缘、填料箱的内壁和压紧件的端部的侧面共同组成了收集腔。进液腔为泄漏的高压介质进入到收集腔中的开口。由此，通过本方案，在填料松弛之后，压紧组件在轴向移动对填料进行轴向压紧的过程中，压紧端的凸缘会向靠近压紧件的端部方向移动，从而利于减少压紧端的凸缘和压紧件端部之间的距离，利于减小收集腔的空间，从而增大收集腔中液压力。

优选的，作为一种改进，填料箱上设有用于与压紧件大端相抵的第一相抵部和用于与压紧件小端相抵的第二相抵部，第一相抵部和压紧件的大端形成第一腔室，第二相抵部和压紧件的小端形成第二腔室，第一腔室的轴向长度大于第二腔室的轴向长度。当压紧件轴向移动到极限时，若第一腔室的轴向长度小于第二腔室的轴向长度，则压紧件的大端会与第一卡紧面相抵，这样高压介质作用在压紧件的大端上，只有压紧件的大端受到轴向挤压，而压紧件位于第一相抵部和第二相抵部之间的部分受到的高压介质的挤压力较小。而通过本方案，由于第一腔室的轴向长度大于第二腔室的轴向长度，故压紧件在轴向移动到极限时，此时压紧件的小端和第二相抵部相抵，压紧件的大端不会和第一相抵部相抵，压紧件的小端抵紧第二相抵部时，整个压紧件处于压紧状态，这样利于保证压紧件整体受到的轴向压紧力，从而保证密封的效果。

优选的，作为一种改进，收集腔上连通有收集管，收集管上设有反馈检测控制机构，反馈检测控制机构包括用于检测高压介质泄漏量的流量计、用于控制收集管是否连通的阀门和用于检测收集管中高压介质液压力的压力测压仪；所述流量计检测到泄漏量高于设定值时，阀门关闭；所述压力测压仪检测到液压力低于设定值时，阀门打开。

由此，初始时，填料的磨损较小，填料的密封效果较好，高压介质的泄漏量较小，阀门处于打开的状态，泄漏的高压介质通过收集管和阀门而排出；流量计可对泄漏量进行检测，当流量计检测的泄漏量小于设定量时，阀门处于打开的状态。当泄漏量超过设定量后(也就是说此时填料的磨损变大，填料的密封效果变差)，关闭阀门，泄漏的高压介质存蓄在收集腔中，收集腔中的液压力变大，从而使得压紧件向高压侧移动，压紧件对填料径向压紧，形成新的密封。新的密封形成后，填料阻止高压介质向收集腔中泄漏，随着收集腔中高压介质的泄漏量的减少和压紧件的移动，收集腔变大，收集腔中的压力变小，收集管上的压力测压仪检测到的压力低于设定值时，打开阀门，压紧件完全失去推力而停止移动，建立了新的稳态填料密封状态。对于阀门的关闭和打开，可人工手动将阀门关闭或者打开，也可通过控制系统控制阀门的关闭或者打开。

由此，通过本方案，流量计对泄漏量进行检测，从而能够间接得知填料的磨损情况，当泄漏量较大时，关闭阀门，收集腔中的高压介质增多，收集腔中的压力变大，从而对压紧件进行轴向的挤压以对填料径向挤压，提高填料的密封性。当填料密封性增加后，收集腔中的压力变小，通过压力测压仪对收集腔中的压力进行检测，从而能够间接得知压紧件轴向移动之后的填料的密封情况，保证了填料在密封良好时，阀门处于打开状态，收集腔中的液压力变小，压紧件不会持续向高压介质侧移动，避免了压紧件轴向移动过度而影响后续填料的密封。当填料再次磨损后，流量计对泄漏量的计量超过设定值后，再次将阀门关闭，从而重复上述过程，以使填料能够达到下一个密封状态，并依次循环。故本方案通过反馈检测控制机构实现了对填料的密封情况进行循环检测和反馈等，利于对填料在合适的状态进行多次自动压紧，提高了填料径向压紧调节的灵敏度。

优选的，作为一种改进，流量计上设有报警器。由此，当压紧件向高压介质侧移动到极限后，此时液力径向自紧效果会失效(压紧件不会在向高压介质侧移动)，填料不会被径向压紧，高压介质持续泄漏，流量计检测到高压介质泄漏持续一段时间后，流量计将信号传递给报警器，报警器会发出报警信号，从而指示填料密封需要维修，即实现维修的自动报警。

优选的，作为一种改进，液力自紧填料密封结构为两级填料密封结构。采用两级填料密封结构，结构较为简单，两级填料密封结构更加实用。

附图说明

图1为现有技术中填料密封结构全剖视图。

图2为实施例1中一种液力自紧填料密封结构全剖视图。

图3为图2中锥套的全剖视图。

图4为实施例2中一种液力自紧填料密封结构全剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：轴1、压盖2、压环3、二级填料箱4、压紧衬套5、第三密封圈6、一级填料箱7、排液管8、第一密封圈9、第二密封圈10、填料压圈11、一级填料12、压紧件13、前置套14、第四密封圈15、收集管16、压力测压仪17、阀门18、流量计19、小缝隙20、进液腔21、收集腔22、第二腔室23、二级填料24、第一台面25、受力面26、第二台面27、滑动面28、第一侧面29、第一斜面30、第二侧面31。

实施例1

基本如附图2-图3所示：一种液力自紧填料密封结构，液力自紧填料密封结构为多级填料密封结构，如二级、三级或者四级等等，本实施例中为两级填料密封结构，包括轴1、第一级填料密封机构和第二级填料密封机构，第一级填料密封机构包括一级填料箱7和四圈一级填料12，一级填料箱7套设在轴1上，一级填料箱7中设有套设在轴1上的前置套14和填料压圈11，前置套14和一级填料箱7之间设有第四密封圈15，前置套14位于填料压圈11的右侧，前置套14的右端与一级填料箱7的右侧内壁相抵，一级填料12填充在一级填料箱7、轴1、前置套14和填料压圈11组成的空间中。本实施例中第二级填料机构包括二级填料箱4和两圈二级填料24，二级填料箱4套设在轴1上，二级填料箱4位于一级填料箱7的左侧，二级填料箱4的右端插入到一级填料箱7中，二级填料箱4和一级填料箱7之间设有第三密封圈6，二级填料箱4的右端与填料压圈11相抵。在二级填料箱4的左侧盖有压盖2，压盖2套设在轴1上，二级填料箱4中设有两个套设在轴1上的压紧衬套5，二级填料24填充在二级填料箱4、轴1、两个压紧衬套5组成的空间中，压盖2的右端面和左侧的压紧衬套5之间设有套在轴1上的压环3，压环3的左端和压盖2的右端面相抵，这样通过拧紧压盖2，压盖2对压环3进行挤压，压环3的右端对左侧的压紧衬套5进行挤压，使得左侧的压紧衬套5对二级填料24进行挤压而实现密封。同时，拧紧压盖2时，压盖2对二级填料箱4向右进行挤压，二级填料箱4的右端对填料压圈11进行挤压，填料压圈11对一级填料12进行挤压，从而使得一级填料12受到轴向的压紧力而实现密封。本实施例中压盖2、二级填料箱4构成了对一级填料12进行挤压的压紧组件，二级填料箱4的右端为压紧端。压紧端上设有轴向的凸缘。压紧端与轴1之间设有小缝隙20，本实施例中的小缝隙20为0.1-0.15mm。

本实施例中一级填料12和一级填料箱7之间设有对填料施加径向压紧力的压紧件13，本实施例中的压紧件13为锥套，压紧件13套设在一级填料12和一级填料箱7之间，结合图3所示，压紧件13的左端为大端，右端为小端，左端的直径大于右端的直径，左端的圆周外侧面为与一级填料箱7内壁相贴的第一侧面29，右端的圆周外侧面为与一级填料箱7内壁相贴的第二侧面31，第一侧面29和第二侧面31之间设有第一台面25；压紧件13的小端的内侧面为第一斜面30，压紧件13小端的内径从左至右逐渐变大，压紧件13大端的内侧面为与填料压圈11外壁相贴的滑动面28，滑动面28的直径小于第一斜面30的直径，滑动面28和第一斜面30之间形成第二台面27，压紧件13的左端面为受力面26。本实施例中二级填料24的圆周外侧壁为与第一斜面30相贴的第二斜面，第二斜面从左至右的直径逐渐变大。

结合图2所示，本实施例中的二级填料箱4的压紧端的凸缘、压紧件13的受力面26和一级填料箱7的内壁形成环形的收集腔22。压紧端相贴于轴1的侧壁设有与收集腔22连通的环形的进液腔21，进液腔21和收集腔22之间连通有环形的通道。压紧件13的受力部的端面面积大于压紧件13右端的端面面积。二级填料箱4和一级填料箱7之间设有第一密封圈9、压紧件13的大端和填料箱之间设有第二密封圈10，本实施例中的第一密封圈9、第二密封圈10、第三密封圈6和第四密封圈15均为o形密封圈。一级填料箱7上设有用于与压紧件13的第一台面25相抵的第一相抵部和用于与压紧件13小端相抵的第二相抵部，第一相抵部和压紧件13的大端的第一台面25之间形成第一腔室，第二相抵部和压紧件13的小端之间形成第二腔室23，第一腔室的轴向长度大于第二腔室23的轴向长度。

具体实施过程如下：本实施例中对填料的轴向密封属于现有技术，在此不再赘述，重点描述填料的径向密封过程：

初始时，一级填料12的密封效果较好，随着本结构的使用，一级填料12会被磨损，从而使得一级填料12与轴1之间的间隙变大而使密封性变差，另外一级填料12磨损后，一级填料12的量变小，在一级填料箱7空间不变的情况下，一级填料12会变的松弛，从而使得一级填料12的密封性能变差。一级填料12的密封性能变差后，轴1右端的高压介质会通过松弛的一级填料12沿轴1向左进入到一级填料箱7中，仅有少量的高压介质通过压紧端与轴1之间形成的小缝隙20泄漏，大量的高压介质会优先从进液腔21进入到收集腔22中，收集腔22中的高压介质变多，收集腔22中的液压力变大，收集腔22中的高压介质对压紧件13的左端的受力面26向右进行挤压，使得压紧件13向右滑动，由于第一斜面30从左至右的直径逐渐变大，因此压紧件13向右滑动时，压紧件13对一级填料12进行径向的压紧，使得一级填料12与轴1接触得更加紧密，一级填料12变得更加紧凑，从而阻止了高压介质通过一级填料12泄漏到填料箱中，提高了一级填料12的密封效果。当一级填料12被径向压紧后，高压介质的泄漏量降低，高压介质不再向收集腔22中补充新的液体，压紧件13向右移动的速度变慢或者不移动。

随着一级填料12的使用，一级填料12会再次被磨损，一级填料12的密封性能下降，高压介质侧的高压介质在自身压力的作用下会向收集腔22中继续补充新的高压介质，使得收集腔22中的压力变大，从而推动压紧件13继续向右移动，压紧件13会对一级填料12再次进行径向挤压，建立起新的自动径向压紧填料的密封状态。

依次类推，随着压紧件13的向右逐步移动，使得一级填料12能够被径向压紧，实现对一级填料12多次自动径向压紧。

另外，本实施例中由于压紧件13上第二台面27的存在，当压紧件13从左向右移动过程中，第二台面27会与一级填料12相抵，从而能够给一级填料12轴向向右的挤压力，进而使得相邻的一级填料12之间的间隙更小，这样本实施例也能够起到防止高压介质通过相邻的一级填料12之间的间隙径向泄漏的效果。

容易理解，压紧件13的结构和对一级填料12进行挤压的形式并不限于此，例如压紧件13的内部中空并与收集腔22连通，压紧件13具有弹性，通过向压紧件13中充入泄露的高压介质，压紧件13会发生膨胀，从而对一级填料12进行挤压。或者收集腔22位于压紧件13和一级填料箱7之间，收集腔22中的液压力变大时，收集腔22中的液压力直接对压紧件13施加径向的压力。当然压紧件13也可不为锥套的结构，可为多个位于一级填料12圆周周围的条状、杆状结构等，只要能够对一级填料12进行径向挤压均可。

实施例2

结合图4所示，收集腔22上连通有收集管16，收集管16上设有反馈检测控制机构，本实施例中的反馈检测控制机构包括控制器、用于检测高压介质泄漏量的流量计19、用于控制收集管16是否连通的阀门18和用于检测收集管16中高压介质液压力的压力测压仪17。流量计19上连接有报警器。流量计19、阀门18和压力测压仪17均与控制器电连接。本实施例中流量计19一般会选择容积式流量计(因其泄漏量极小，只能通过一定时间内泄漏介质的收集确定流量)，例如型号为lzxyb8gp-ba0-x4的转子流量计；阀门18一般选择电动针型阀，例如型号dj23w-160p的电动针型阀。但是，流量计19和阀门18选择一般会依据轴1的大小确定不同的形式。压力测压计一般会选择有信号输出的类型，例如型号为wp435a的压力测压计，通过它指挥阀门18关闭实现锥套左端面的收集腔22建压以推动锥套运动。

初始时，一级填料12的磨损较小，一级填料12的密封效果较好，高压介质的泄漏量较小，阀门18处于打开的状态，泄漏的高压介质通过收集管16和阀门18而排出；流量计19可对泄漏量进行检测，当流量计19检测的泄漏量小于设定量时，阀门18处于打开的状态。当泄漏量超过设定量后(也就是说此时一级填料12的磨损变大，一级填料12的密封效果变差)，流量计19反馈信号给控制器，控制器控制阀门18，阀门18自动关闭，泄漏的高压介质存蓄在收集腔22中，收集腔22中的液压力变大，从而使得压紧件13向高压侧移动，压紧件13对一级填料12径向压紧，形成新的密封。新的密封形成后，一级填料12阻止高压介质向收集腔22中泄漏，随着收集腔22中高压介质的泄漏量的减少和压紧件13的向右移动，收集腔22变大，收集腔22中的压力变小，收集管16上的压力测压仪17检测到的压力低于设定值时，发出信号给控制器，控制器使阀门18自动打开，压紧件13完全失去推力而停止移动，建立了新的稳态填料密封状态。当流量计19再次检测到泄漏量超过设定量后，流量计19再次反馈信号给控制器，控制器控制阀门18，阀门18自动关闭，泄漏的高压介质存蓄在收集腔22中，收集腔22中的液压力变大，从而使得压紧件13向高压侧继续移动，压紧件13对一级填料12径向压紧，形成新的密封。新的密封形成后，当压力测压仪17再次检测到的压力低于设定值时，发出信号给控制器，控制器使阀门18自动打开，压紧件13再次完全失去推力而停止移动，又一次建立了新的稳态填料密封状态。依次类推，实现对一级填料12的多次施加径向压力密封。本实施例中通过压力测压仪17、流量计19和阀门18实现了收集腔22中高压介质的自动排放和存蓄，使得压紧件13能够根据一级填料12不同的磨损状态自动向右移动而对一级填料12进行径向挤压，无需人工控制，更加自动化。

实施例3

容易理解，本实施例中可人工根据流量计19检测的泄漏量以及压力测压仪17检测的压力手动控制阀门18的关闭和开启。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。