CN102979909A - 背压式浮动密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种背压式浮动密封装置，属于动态密封技术领域。装置包括外腔体、内腔体、活塞、密封底座、异型密封垫、组合密封圈和中轴；其中，组合密封圈由环形骨架和密封圈组成，可利用组成密封装置的结构特点结合密封件自身材料的弹性和可压缩性，使密封装置获取沿轴向动态的“浮动”性能，达到静、动两种密封的效能；组合密封圈在工作过程中能承受高速交变载荷的反复冲击，而密封件扔能达到密封效能，同时兼有减小零部件因加工或装配时带来的误差对密封性能的影响。

Description

背压式浮动密封装置

技术领域

发明涉及一种水下气爆声源动态密封装置，属于动态密封技术领域。

背景技术

气爆声源是一种产生次声、声频物理场的换能装置，其特点是间歇性地向水中释放气泡而产生脉冲声波。换句话说就是将内部腔体内储存的高压空气瞬间释放到周围水域中，产生地震脉冲波。其工作原理是：气爆声源被激发时，瞬间向水中释放出的气泡，其内部气压远高于外部环境水压，这一压差在水中产生一个振荡气泡，并被往复快速膨胀与压缩，在这一往复运动的过程中，气泡在水中将产生相应的宽带地震脉冲，同时向周围水域辐射出几赫兹至几千赫兹的宽带噪声。但目前国内外制造出的气爆声源，特别是国内生产的气爆声源在使用过程中，屡次出现诸如“连炮”、“哑炮”、“不密封”等故障，经分析认为，主要是因为密封件在装配过程中不可避免出现装配误差，而密封结构无自适应调节的功能，从而使密封件与密封结构配合时存在间隙，从而产生以上的故障。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种背压式浮动密封装置，该密封装置能将端面静态密封动态化，即使静态密封件具有在一定范围内沿轴向方向移动的特性，具备动态的“浮动”密封性能。

一种背压式浮动密封装置，包括外腔体、内腔体、活塞、密封底座、异型密封垫、组合密封圈和中轴；其中，密封底座的外圆周上有一道径向的环形凹槽，凹槽上下两部分的直径不等，直径为D的一端略大于直径为d一端，密封底座上直径为D的一端周向开有斜通孔，直径为d的一端的端面上开有异型密封垫的安装槽；组合密封圈由环形骨架和密封圈组成，密封圈套装在环形骨架的圆周上，为使密封圈能可靠地安装在环形骨架上，与密封圈相配合的部位设计成凹形圆弧面结构的形式，凹形圆弧面底部直径略大于密封圈的内径，这样即可保证密封圈与环形骨架紧密相配，又可确保密封圈具有足够起密封作用的压缩量；环形骨架连接部位的厚度S取高弹性密封圈的截面直径的2/3～3/4之间；

其整体连接关系为：活塞上装配轴用往复式组合密封件，中轴穿过轴用往复式组合密封件与活塞组成一体，装配在活塞上的密封件均为同系列的往复运动的密封件，这样既可保证密封性能，又可确保活塞工作时的快速响应性；标准的径向密封圈装在内腔体外圆周上相应密封槽内，依次将组合密封圈和异型密封垫装配到内腔体开口端端面上的阶梯安装槽内，异型密封垫抵触在密封底座上直径为d的一端和组合密封圈之间，中轴与活塞组合成一体的部件装配到内腔体内腔中，内腔体连同中轴、活塞、密封圈、异型密封垫和密封底座整体装入外腔体内，密封底座上直径为D一端的端面与外腔体的底部抵触，密封底座的外圆与外腔体的内壁之间存在间隙；

密封圈、异型密封垫和密封底座组合形成浮动密封组件，活塞的左端面与内腔体合围构成起爆气室，中轴的外圆段与活塞的内壁合围构成回位气室；活塞的外圆和内腔体内壁形成一个空腔，内腔体的外圆和外腔体的内壁形成一个空腔，两个空腔由内腔体上的孔相贯通构成一个封闭的储气室；将卡环装配到外腔体与内腔体的结合部位上，并用螺栓紧固连成一体；将进气接头和电控阀安装到位后，装上压板，并用螺栓紧固，这样即可构成进气通道；同时由电控阀、内腔体和活塞构成起爆回路；

动作过程：由外界气源通过进气接头向气爆声源内部提供高压气体，高压气体经进气通道进入回位气室，气室内的气压瞬间升高到一定值，推动活塞上的小活塞带动活塞的下活塞沿中轴向左移动，此时下活塞背面与密封底座上的异性密封垫接触并密封，中轴上的孔径大于活塞上孔径，这样在充气初期时回位气室内的气压大于储气室内的气压，以达到使活塞迅速复位之目的；随后储气室内的气压逐渐升高至设定值后，与回位气室内的气压保持平衡，封闭在储气室和回位气室内的气体，作用在活塞上活塞面向左的作用力大于作用在下活塞面向右的作用力，可确保下活塞面与异型密封垫紧贴，达到密封要求；如需将封闭在储气室内的气体瞬间排出，则在控制单元作用下电控阀开启，储气室内的高压气体经起爆回路流入起爆气室中，并对活塞上活塞的上表面产生一向右的作用力，这样作用在活塞上活塞面向右的气体压力与作用在下活塞面向右的作用力之和大于作用在活塞上活塞面向左的气体压力与作用在下活塞面向左的水压之和，这样活塞瞬间向右移动，封闭在腔体内的气体迅速被释放到外界环境中，即完成一次气体释放；由于外界气源不断向通过进气接头向气爆声源内部提供高压气体，在气体释放后，回位气室内的气压大于储气室内的气压，活塞向左运动，进入再次储气状态。

为提高异型密封垫与活塞下活塞间的密封性能，将异型密封垫与活塞下活塞面的接触部位设计成唇状结构，其作用是在确保具有一定的强度条件下，又有一定的韧性，即在保证一定的抗冲击能力的条件下，可达到密封性能的要求；

为保证构成的“浮动密封组件”在工作过程中不会出现卡止现象，将密封底座直径为D的大端外表面沿周向有若干纵向凸起的三角形结构，三角形结构降低“浮动密封组件”在工作过程中与外腔体接触部分的摩擦阻力，同时兼具有一定的导向之功能；

为保证“浮动密封组件”在工作过程中，因受到的冲击力过大而损坏异型密封垫或高弹性密封圈，采取的解决措施是：将密封底座与内腔体底面间留有缝隙L，其缝隙L大小不超过异型密封垫和高弹性密封圈被压缩量之和的20%，否则易损坏密封件。

有益效果：

1、本发明的组合密封圈采用环形骨架和高弹性密封圈组成的结构形式，由于采用了上述的结构形式，所以该密封装置能将端面静态密封动态化，即使静态密封件具有在一定范围内沿轴向方向移动的特性，具备动态的“浮动”密封性能。因此，在工作过程中能承受高速交变载荷的冲击而使密封件达到预期的密封效能；

2、本发明的组合密封圈降低零部件加工及装配时带来的误差对密封性能的影响，在工作过程中沿轴向有一定的位移量，以消除上述误差对密封性能的影响；

3、本发明的密封装置在工作过程中能将进入密封腔体内的液体排出封闭储气室，一是在活塞的下活塞与异型密封垫接触前，储气室的气体将水排出；二是在密封过程中，构成了“浮动密封组件”的机构随活塞仍会向左移动一定距离，存留在缝隙L中的部分水通过密封底座上的斜孔排出；

4、本发明内腔体开口处设计成与组合密封圈上C处相同尺寸的环状结构；将异型密封垫与组合密封圈相配的E处设计成相同的结构和相匹配的尺寸，采用过渡配合的方式，这样即保证了内腔体与组合密封圈装配时的同轴度要求，又可防止组合密封圈工作时的串动或偏转。

附图说明

图1是本发明的整体结构剖视图；

图2是本发明密封底座结构剖视图；

图3是本发明密封底座俯视结构示意图；

图4是本发明组合密封圈结构剖视图。

其中，1-进气接头、2-压板、3-卡环、4-外腔体、5-进气通道、6-内腔体、7-起爆气室、8-储气室、9-活塞、10-回位气室、11-密封底座、12-异型密封垫、13-组合密封圈、14-中轴、15-起爆回路、17-电控阀、18-环形骨架、19-密封圈。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种背压式浮动密封装置，包括外腔体4、内腔体6、活塞9、密封底座11、异型密封垫12、组合密封圈13和中轴14；其中，密封底座11的外圆周上有一道径向的环形凹槽，凹槽上下两部分的直径不等，直径为D的一端略大于直径为d一端，密封底座11上直径为D的一端周向开有斜通孔，直径为d的一端的端面上开有异型密封垫12的安装槽；组合密封圈13由环形骨架18和密封圈19组成，密封圈19套装在环形骨架18的圆周上，为使密封圈19能可靠地安装在环形骨架18上，与密封圈19相配合的部位设计成凹形圆弧面结构的形式，凹形圆弧面底部直径略大于高弹性密封圈19的内径，这样即可保证高弹性密封圈19与环形骨架18紧密相配，又可确保密封圈19具有足够起密封作用的压缩量；环形骨架18连接部位的厚度S取密封圈19的截面直径的2/3～3/4之间；

其整体连接关系为：活塞9上装配轴用往复式组合密封件，中轴14穿过轴用往复式组合密封件与活塞9组成一体，装配在活塞9上的密封件均为同系列的往复运动的密封件，这样既可保证密封性能，又可确保活塞9工作时的快速响应性；标准的径向密封圈装在内腔体6外圆周上相应密封槽内，依次将组合密封圈13和异型密封垫12装配到内腔体6开口端端面上的阶梯安装槽内，异型密封垫12抵触在密封底座11其上直径为d的一端和组合密封圈13之间，中轴14与活塞9组合成一体的部件装配到内腔体6内腔中，内腔体6连同中轴14、活塞9、密封圈13、异型密封垫12和密封底座11整体装入外腔体4内，密封底座11上直径为D一端的端面与外腔体4的底部抵触，密封底座11的外圆与外腔体4的内壁之间存在间隙；

密封圈13、异型密封垫12和密封底座11组合形成浮动密封组件，活塞9的左端面与内腔体6合围构成起爆气室7，中轴14的外圆段与活塞9的内壁合围构成回位气室10；将上述装配完成后的组件装入外腔体4的内腔中，活塞9的外圆和内腔体6内壁形成一个空腔，内腔体6的外圆和外腔体4的内壁形成一个空腔，两个空腔由内腔体6上的孔相贯通构成一个封闭的储气室8；将卡环装配到外腔体4与内腔体6的结合部位上，并用螺栓紧固连成一体；将进气接头1和电控阀17安装到位后，装上压板2，并用螺栓紧固，这样即可构成进气通道5；同时由电控阀17、内腔体6和活塞9构成起爆回路15；

如附图2所示，密封底座上开有若干斜通孔（图3所注B处）的直径为D的一端略大于直径为d的另一端，从图1可知，异型密封垫12是装配在直径为d一端的内径上的，在异型密封垫12与内腔体6间装配有组合密封圈13，构成了浮动密封组件。这样设计的目的是：气体释放后，在活塞9回位过程中可能将一定量的水带入储气室8内，为将储气室8内的水排出，组合密封圈13、内腔6和异型密封圈12之间采用松配合；活塞动作时储气室8内的水通过组合密封圈13、内腔6和异型密封圈12之间的间隙流向缝隙L中，然后从密封底座上的斜孔排出。

为使构成的“浮动密封组件”具有一定的抗冲击能力，选用高弹性工程塑料制成异型密封垫12，同时为提高异型密封垫12与活塞9下活塞间的密封性能，将异型密封垫12与活塞9下活塞面的接触部位设计成唇状结构，其作用是在确保具有一定的强度条件下，又有一定的韧性，即在保证一定的抗冲击能力的条件下，可达到密封性能的要求；为保证构成的“浮动密封组件”在工作过程中不会出现卡止现象，将密封底座11直径为D的大端外表面设计有若干纵向凸起的三角形结构，见图3所注A处，这样设计的目的是：降低“浮动密封组件”在工作过程中与外腔体4接触部分的摩擦阻力，同时兼具有一定的导向之功能；为降低零部件加工及装配时带来的误差对密封性能的影响，在构成的浮动密封组件的机构中设置有组合密封圈13，其作用是在工作过程中沿轴向有一定的位移量，以消除上述误差对密封性能的影响；为保证组合密封圈13上的高弹性密封圈19能稳定地安装在“浮动密封组件”上，采用骨架式结构，即将高弹性密封圈19装配在环形骨架18上，如附图4所示。环形骨架18可由金属或高强度工程塑料制作，为使高弹性密封圈19能可靠地安装在环形骨架18上，将与高弹性密封圈19相配合的部位设计成凹形圆弧面结构的形式，将其厚度S设计成与之相配的高弹性密封圈19的截面直径的2/3～3/4之间，如图4所示，凹形圆弧面底部直径略大于高弹性密封圈19的内径，这样即可保证高弹性密封圈19与环形骨架18紧密相配，又可确保高弹性密封圈19具有足够起密封作用的压缩量；为保证“浮动密封组件”在工作过程中，因受到的冲击力过大而损坏异型密封垫12或高弹性密封圈19，采取的解决措施是：将密封底座11与内腔体6底面见留有一定量的缝隙L，其缝隙L大小不得超过异型密封垫12和高弹性密封圈19被压缩量之和的20%，否则易损坏密封件；为保证组合密封圈13在工作过程中不会出现串动或发生偏转现象，将内腔体6开口处设计成与组合密封圈13上C处相同尺寸的环状结构；将异型密封垫12与组合密封圈13相配的E处设计成相同的结构和相匹配的尺寸，采用过渡配合的方式。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.背压式浮动密封装置，其特征在于：包括外腔体（4）、内腔体（6）、活塞（9）、密封底座（11）、异型密封垫（12）、组合密封圈（13）和中轴（14）；其中，密封底座（11）的外圆周上有一道径向的环形凹槽，凹槽上下两部分的直径不等，直径为D的一端略大于直径为d一端，密封底座（11）上直径为D的一端周向开有斜通孔，直径为d的一端的端面上开有异型密封垫（12）的安装槽；组合密封圈（13）由环形骨架（18）和密封圈（19）组成，密封圈（19）套装在环形骨架（18）的圆周上，密封圈（19）与密封圈（19）相配合的部位为凹形圆弧面结构，凹形圆弧面底部直径大于密封圈（19）的内径；

其整体连接关系为：活塞（9）上装配轴用往复式组合密封件，中轴（14）穿过轴用往复式组合密封件与活塞（9）组成一体，内腔体（6）外圆周上相应密封槽内安装径向密封圈，组合密封圈（13）和异型密封垫（12）装配到内腔体（6）开口端端面上的阶梯安装槽内，异型密封垫（12）抵触在密封底座（11）上直径为d的一端和组合密封圈（13）之间，中轴（14）与活塞（9）组合成一体的部件装配到内腔体（6）内腔中，内腔体（6）连同中轴（14）、活塞（9）、密封圈（13）、异型密封垫（12）和密封底座（11）整体装入外腔体（4）内，密封底座（11）上直径为D一端的端面与外腔体（4）的底部抵触，密封底座（11）的外圆与外腔体（4）的内壁之间存在间隙；

密封圈（13）、异型密封垫（12）和密封底座（11）组合形成浮动密封组件，活塞（9）的左端面与内腔体（6）合围构成起爆气室（7），中轴（14）的外圆段与活塞（9）的内壁合围构成回位气室（10）；活塞（9）的外圆和内腔体6内壁形成一个空腔，内腔体（6）的外圆和外腔体（4）的内壁形成一个空腔，两个空腔由内腔体（6）上的孔相贯通构成一个封闭的储气室（8）；卡环（3）装配到外腔体（4）与内腔体（6）的结合部位并将两者固定成一体；将进气接头（1）和电控阀（17）安装到内腔体（6）的左端并装上压板（2），进气接头（1）连通进气通道（5）；电控阀（17）、内腔体（6）和活塞（9）构成起爆回路（15）。

2.如权利要求1所述的背压式浮动密封装置，其特征在于所述环形骨架（18）连接部位的厚度S取高弹性密封圈（19）截面直径的2/3～3/4。

3.如权利要求1所述的背压式浮动密封装置，其特征在于所述密封底座（11）直径为D的大端外表面沿周向有纵向凸起的三角形结构。

4.如权利要求1所述的背压式浮动密封装置，其特征在于所述密封底座（11）与内腔体（6）底面间缝隙L不超过异型密封垫（12）和高弹性密封圈（19）被压缩量之和的20%。

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