CN101608690A

CN101608690A - 变高压条件下的自紧端面密封装置

Info

Publication number: CN101608690A
Application number: CNA2008101227002A
Authority: CN
Inventors: 张相炎; 张讯
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-12-23

Abstract

本发明公开了一种变高压条件下的自紧端面密封装置。该装置在与端盖接触的容器的顶面上开设环形沟槽，在该沟槽内设置有挡圈、O形圈和三角楔形环组成的自紧密封结构，即首先将挡圈和O形圈装配在一起挤入沟槽，后将三角楔形环挤入沟槽，所述的挡圈和三角楔形环上均设置有同O形圈咬合的切口，在安装预紧力的作用下O形圈发生变形，变形产生的预紧力使挡圈、O形圈和三角楔形环相互咬紧。本发明只需要在原设备上开出相应的密封沟槽，然后将密封装置挤入，所以安装方便；通过对挡圈的改进设计，一方面避免了高温、高压气体越过挡圈对O形圈产生破环。另一方面使挡圈自身也有密封作用，避免了端盖频繁开闭对挡圈的磨损产生的气体泄露。

Description

变高压条件下的自紧端面密封装置

技术领域

本发明属于密封技术，特别是一种变高压条件下的自紧端面密封装置。

背景技术

实际工业生产中，时常需要对高温、高压气体进行密封，密封的气体压力有时高达300MPa以上，温度高达3000K以上，并且压力随时间变化，同时密封的容器端盖需要频繁开闭。目前，国内外对这种压力容器的密封主要有两种型式，一种是依靠连接件(螺栓)的预紧力来保证压力容器的顶盖、密封元件和圆筒体端部之间具有一定的接触压力，以达到密封的目的。但是这种密封装置较为复杂，不能满足压力容器快速开闭的需求。另一种结构型式是自紧密封，自紧密封是随着压力容器内的操作压力增加，密封元件与顶盖、圆筒体端部之间的接触压力也随之增加，由此实现密封作用。自紧密封的特点是压力越高，密封元件的接触面间的压力就越大，密封性能也就越好，操作条件波动时，密封仍然可靠。

常用的自紧密封有楔形密封、伍德密封、B形环密封、C形环密封、八角垫密封等。这类单一密封结构装置安装保护挡圈后也较难密封住超过300MPa以上的变高压气体，有的密封装置结构复杂，难以满足高温、高压气体的密封要求(徐灏.密封[M].第1版.北京：冶金工业出版社.1999)。

为了解决某些变高温、高压气体的密封要求国内曾针对变高温、高压气体的密封要求设计了一个组合式自紧密封装置，这种装置虽然基本满足了高温、高压气体的密封要求，但包括为L型的挡圈不能对O形圈进行全面保护，导致高温、高压气体直接接触O形圈，容器端盖频繁开闭对O形圈磨损较大。同时由于密封元件中的O形圈同端面的接触面积较小，所以长期使用容易产生泄露，密封装置可靠性不高(张浩，周彦煌.一种瞬态高压条件下的密封设计[J].润滑与密封.2006，(5)：132-134)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变高压条件下的自紧端面密封装置，满足装有变高温、高压气体容器的端面密封要求，并且密封装置安装后不影响容器端盖的频繁开闭，同时要解决密封装置长期使用中产生的泄露，保证密封装置的可靠性和安装的牢固性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种变高压条件下的自紧端面密封装置，设置在需要密闭的容器的顶部与端盖接触的面上，在与端盖接触的容器的顶面上开设环形沟槽，在该沟槽内设置有挡圈、O形圈和三角楔形环组成的自紧密封结构，即首先将挡圈和O形圈装配在一起挤入沟槽，后将三角楔形环挤入沟槽，所述的挡圈和三角楔形环上均设置有同O形圈咬合的切口，在安装预紧力的作用下O形圈发生变形，变形产生的预紧力使挡圈、O形圈和三角楔形环相互咬紧。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)本发明只需要在原设备上开出相应的密封沟槽，然后将密封装置挤入，所以安装方便。(2)通过对挡圈的改进设计，一方面避免了高温、高压气体越过挡圈对O形圈产生破环。另一方面使挡圈自身也有密封作用，避免了端盖频繁开闭对挡圈的磨损产生的气体泄露。(3)在挡圈、楔形环同O形圈的接触面上加工了一定角度的凹槽，使O形圈同挡圈、楔形环在安装预紧力的作用下相互咬紧，提高了密封结构的安装稳定性，满足了端盖频繁开闭对密封装置牢固性的要求。(4)满足了高低压气体的密封要求，并且密封装置安装后不影响容器端盖的开闭，解决了端盖长期开闭对密封元件磨损产生的气体泄露，保证密封装置的可靠性。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是根据本发明变高压条件下的自紧端面密封装置纵向剖面示意图。

图2是本发明的挡圈结构示意图。

图3是本发明的三角楔形环结构示意图。

图4是本发明在低压条件下的工作示意图。

图5是本发明在高压条件下的工作示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明变高压条件下的自紧端面密封装置，设置在需要密闭的容器4的顶部与端盖5接触的面上，在与端盖5接触的容器4的顶面上开设环形沟槽，在该沟槽内设置有挡圈1、O形圈2和三角楔形环3组成的自紧密封结构，即首先将挡圈1和O形圈2装配在一起挤入沟槽，后将三角楔形环3挤入沟槽，所述的挡圈1和三角楔形环3上均设置有同O形圈2咬合的切口，在安装预紧力的作用下O形圈2发生变形，变形产生的预紧力使挡圈1、O形圈2和三角楔形环3相互咬紧，这样本发明的密封装置安装后很牢固，提高了密封装置安装后的稳定性。其中，O形圈2的材料为硅橡胶。O形圈2被限定在挡圈1、三角楔形环3和沟槽底部之间，在挡圈1保护下(通过挡圈1的横向接合面9)使O形圈2不与端盖5接触。挡圈1在O形圈2的预紧力下同容器4紧密接触，由于O形圈2的变形反力使挡圈1同端盖5接触良好，这样本发明密封装置完全可以满足低压下的密封要求，其工作状态如图4所示。同时避免了端盖5的频繁开闭对O形圈2的磨损，保护了O形圈2免受高温气体的冲蚀。

结合图2，本发明变高压条件下的自紧端面密封装置的挡圈1与沟槽斜壁接触的挡圈斜面6上设置弧形凹槽，与沟槽底部接触的面7和挡圈斜面6之间的夹角α为40°～60°；与端盖5接触的挡圈顶面10为光滑平面；挡圈1与O形圈2配合的有横向接合面9和纵向接合面8，该纵向接合面8上设置斜角θ为100°～120°的凹槽。其中，挡圈1的材料为聚四氟乙烯。由于容器4的端盖5频繁开闭会导致密封挡圈1的磨损，这样高压气体容易从挡圈1的上下端泄露。为了防止长期使用产生的泄露，本发明将高压气体通过开设的弧形凹槽和斜角θ为100°～120°的凹槽构成的空隙导入密封结构，使气体对挡圈1分别产生向上和向下的分力，这样挡圈1会同容器4和端盖5上下面都紧密接触，起到了密封的作用，提高了结构的可靠性。

结合图3，本发明变高压条件下的自紧端面密封装置的三角楔形环3与端盖5接触的三角环顶面13为光滑平面；与沟槽接触的三角环斜面12为光滑平面，并与三角环顶面13之间的夹角β为30°；同O形圈2配合的，并与三角环顶面13垂直的接合面11上设置斜角

为100°～120°的凹槽。其中，三角楔形环3的材料为合金钢PcrNiMoVA。

在高压气体的情况下，本发明变高压条件下的自紧端面密封装置的容器4内的气体压力在逐渐增大时，气体P作用在挡圈1的弧面上产生向上和向下的作用力，使挡圈1分别同端盖5和容器4压紧，消除了端盖5和挡圈1之间的间隙，这样挡圈1自身也起到了一定的密封作用。当气体产生的压力很高时，气体P一方面对挡圈1产生压力使其同端盖5和容器4接触良好，另一方面将推动挡圈1和O形圈2沿径向运动挤压三角楔形环3，这时三角楔形环3将沿斜面楔入间隙，同端盖5紧密接触，其接触应力随着气体P的压力增大而增大。高压气体P对挡圈1的作用力越大，三角楔形环3同端盖5就会贴合的越紧，只要三角楔形环3在其变形范围内，就可以完成高压气体的密封要求，其工作状态如图5所示。

由于挡圈1、O形圈2、三角楔形环3均起到了密封作用。虽然端盖5频繁开闭对挡圈1会产生一定的磨损，但挡圈1在气体P的作用下会同端盖5和容器4紧密贴合，弥补了磨损产生的间隙，起到了密封的作用，满足了密封装置长期工作对其可靠性的要求。

Claims

1、一种变高压条件下的自紧端面密封装置，其特征在于：设置在需要密闭的容器[4]的顶部与端盖[5]接触的面上，在与端盖[5]接触的容器[4]的顶面上开设环形沟槽，在该沟槽内设置有挡圈[1]、O形圈[2]和三角楔形环[3]组成的自紧密封结构，即首先将挡圈[1]和O形圈[2]装配在一起挤入沟槽，后将三角楔形环[3]挤入沟槽，所述的挡圈[1]和三角楔形环[3]上均设置有同O形圈[2]咬合的切口，在安装预紧力的作用下O形圈[2]发生变形，变形产生的预紧力使挡圈[1]、O形圈[2]和三角楔形环[3]相互咬紧。

2、根据权利要求1所述的变高压条件下的自紧端面密封装置，其特征在于：挡圈[1]与沟槽斜壁接触的挡圈斜面[6]上设置弧形凹槽，与沟槽底部接触的面[7]和挡圈斜面[6]之间的夹角α为40°～60°；与端盖[5]接触的挡圈顶面[10]为光滑平面；挡圈[1]与O形圈[2]配合的有横向接合面[9]和纵向接合面[8]，该纵向接合面[8]上设置斜角θ为100°～120°的凹槽。

3、根据权利要求1或2所述的变高压条件下的自紧端面密封装置，其特征在于：挡圈[1]的材料为聚四氟乙烯。

4、根据权利要求1所述的变高压条件下的自紧端面密封装置，其特征在于：三角楔形环[3]与端盖[5]接触的三角环顶面[13]为光滑平面；与沟槽接触的三角环斜面[12]为光滑平面，并与三角环顶面[13]之间的夹角β为30°；同O形圈[2]配合的，并与三角环顶面[13]垂直的接合面[11]上设置斜角

为100°～120°的凹槽。

5、根据权利要求1或4所述的变高压条件下的自紧端面密封装置，其特征在于：三角楔形环[3]的材料为合金钢PcrNiMoVA。

6、根据权利要求1或2所述的变高压条件下的自紧端面密封装置，其特征在于O形圈[2]的材料为硅橡胶。

7、根据权利要求1、2或4所述的变高压条件下的自紧端面密封装置，其特征在于O形圈[2]限定在挡圈[1]、三角楔形环[3]和沟槽底部之间，横向接合面[9]使O形圈[2]不与端盖[5]接触。