[实用新型]旋转接头密封圈结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种旋转接头密封圈结构。

背景技术

浸渍器是将生丝线生产出来的烟丝进行浸泡，使之成为合格干冰烟丝的机械设备，是生产膨胀烟丝工艺过程中的关键设备之一。

CO₂膨胀烟丝生产线，具有整体结构紧凑、安全保护功能完善等特点。但由于设计和生产的原因，作为核心设备的浸渍器，旋转接头的密封达不到生产要求，导致该部位出现频繁泄漏。由于旋转臂内流动的是2.85Mpa左右的高压气态或液态CO₂，CO₂泄露将对人身安全、日常生产及设备安全造成很大影响。如果泄漏情况严重，液态的CO₂迅速失压后形成了干冰，堵塞设备管道，会造成长时间停产，对生产造成的影响更将无法估量。为了生产正常，消除安全隐患，必须解决旋转接头的泄漏问题，因此很有必要对浸渍器旋转接头密封情况进行探索改造。

浸渍器旋转臂是连接上下盖与液相、气相管道的连接装置，它包括了三个旋转接头，起到联接两转动管道的作用，通过旋转接头的转动而达到上下盖的开启、关闭。因此可以肯定旋转接头处的密封属于动密封。旋转接头通过两排环形轨道上的滚珠对相对运动的两根管道进行同轴定位，并支撑它们的转动。如图1所示，在两根管道的密封采用端面密封圈密封，该密封圈1是“Y”型密封圈，环形凹口2内有一螺旋弹簧3，起到提高密封圈张力，支撑密封圈的作用。根据“Y”型密封圈的工作特性，它属于密封位置配合面挤压弹性体密封，是靠密封环预先被挤压的弹性变形产生预紧力，同时工作介质压力也挤压密封环，使之产生自紧力，从而达到密封的效果。

随着膨胀烟丝生产量的不断加大，设备处于满负荷生产状态，膨丝线浸渍器上、下盖旋转接头处频繁出现泄漏现象，达到平均三个星期左右一次。在维修过程中，拆卸故障旋转接头后取出的密封圈内经常发现应该位于密封圈环形凹口内的螺旋弹簧消失不见，螺旋弹簧被气流带入系统管道内，卡在气动球阀阀芯等处。螺旋弹簧卡在气动球阀阀芯等处易造成阀芯球面磨损，产生内漏。失去螺旋弹簧的密封圈不能紧贴摩擦副配合面，高压气流带走轨道内钢球润滑脂，低温使轨道内结露，导致钢球锈蚀，旋转接头回转阻滞、卡死，甚至导致旋转接头摩擦副配合面异常磨损等。

造成密封圈内的螺旋弹簧被气流带走的原因如下：

首先，生产时温度从-8℃～室温（23℃），每一个生产批次温差发生一次循环，由此周期性地引起旋转接头密封圈处的热胀冷缩，密封圈安装处间隙也跟着周期性地产生变化，从而导致对密封圈的压紧力也随之变化，也就是说密封圈处于周期性变化的压紧力中。当热胀冷缩引起该间隙在圆周上的变化不一致时，密封圈在圆周密封面上的各处应力也大小不同。同样的道理，周期性的热胀冷缩、长时间的使用造成的轨道及滚珠的磨损，间隙增大，也会引起旋转接头同轴度的变化。

其次，在每一个生产批次中，工作介质压力频繁在0Mpa～28.5Mpa之间变化，这也会对密封圈造成交变应力。在周期性变化的温度和压强作用下，密封圈产生了周期性变化的内应力，甚至在密封圈圆周密封面上各处产生大小不同的内应力。在旋转接头频繁的往复转动过程中，密封圈内的螺旋弹簧很容易出现疲劳失效，产生变形、移位、脱落，被管道内的气流带走。

最后，再来观察一个生产批次的生产过程。一次加压时从高压回收罐到浸渍器；二次加压时从工艺罐到浸渍器；一次减压时从浸渍器到高压回收罐；二次减压时从浸渍器到低压回收罐等时候，压差都在1000Kpa左右，所以通过旋转接头处的CO₂速度都比较大。

另外，在旋转接头处，管径比其它地方要小，根据流量守恒定律，介质的速度与通过管路的面积成反比，所以该处介质的速度会更大。

根据伯努利方程式中u₁、p₁为螺旋弹簧外径处的介质速度与压力，u₂、p₂为螺旋弹簧内径处的介质速度与压力，ρ为介质的密度。

对于同一密闭空间内的流体，各处其能量守恒。从上式可以看出，当速度大时，其压力就会降低；反之，亦然。那么当高速的CO₂通过旋转接头密封圈时，我们以密封圈内的螺旋弹簧为研究对象的话，螺旋弹簧内径处经过的是高速CO₂气流，压力就低；外径接触的是相对静止的气体，所受压力就高，在此不平衡压力的作用下，当螺旋弹簧刚度不够的情况下，螺旋弹簧就会收缩，从而脱离密封圈的环形凹口，进入管道，也就会被高速气流带走。