[发明专利]一种具有自补偿性的锥形滑环密封结构

说明书

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O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O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O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，O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、O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O型密封圈的使用方法都是一样的。O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O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。O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，O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O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O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、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，其组数不少于2，且O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O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O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O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，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匀分布，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匀。

作为优化，所述的各组O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O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。