CN105782445B - 一种高压缩高回弹径向密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压缩高回弹径向密封组件，包括金属环，所述金属环的内侧周面与外侧周面上均设有用于径向上密封连接的密封结构，所述金属环的一轴端开设有U型开口的环形槽，所述环形槽具有靠近U型开口的开口端与靠近所述环形槽槽底的封闭端，所述开口端处固定地设有可沿所述金属环的径向方向弹性伸缩的弹性支撑件，所述密封结构在所述金属环上位于所述开口端的径向两侧。该密封组件在工作的过程中，由于金属环自身的弹性、介质压力差带来的自紧力、弹性支撑件的弹性支撑作用等因素，两侧的密封结构能够分别紧密地抵触在内管的外侧周面与外管的内侧周面上，密封结构处始终处于有效的密封状态，这保证了密封的可靠性。

Description

一种高压缩高回弹径向密封组件

技术领域

本发明涉及一种高压缩高回弹径向密封组件。

背景技术

在核电、火电、化工、能源等工业部门中的密封系统中，往往存在高温、高压且伴有热冲击（热循环）、介质压力波动等形成的交变载荷等苛刻的工况条件，如换热器、热交换器、反应容器、管道密封中，尤其是在管道密封中套管之间的径向密封。在这类高温、高压以及化学反应的工况条件下，由于设备各组成元件存在热膨胀差，造成各元件变形不一致。这种情况下对密封的影响非常大，在高温时密封件因元件膨胀被过压压溃而使密封失效，而在温度下降时，因元件收缩而又会使密封件失压，以致密封压力缺失，造成密封泄漏。只有当密封件具有大压缩量、大回弹量，才能够使得密封件在上述工况环境下承受压缩量的大幅变化，从而保证密封的可靠，本申请的目的则旨在提供具有上述性能的用于径向密封的密封组件。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压缩高回弹径向密封组件，以满足高温、高压等苛刻工况下的径向密封要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高压缩高回弹径向密封组件，包括金属环，所述金属环的内侧周面与外侧周面上均设有用于径向上密封连接的密封结构，所述金属环的一轴端开设有U型开口的环形槽，所述环形槽具有靠近U型开口的开口端与靠近所述环形槽槽底的封闭端，所述开口端处固定地设有可沿所述金属环的径向方向弹性伸缩的弹性支撑件，所述开口端与所述封闭端经所述弹性支撑件相液流连通设置，所述密封结构在所述金属环上位于所述开口端的径向两侧。

优选地，所述金属环的内侧周面/外侧周面上，所述密封结构包括设于所述金属环上的环形密封圈，所述环形密封圈通过所述金属环上的环状凸台与固定在所述金属环轴端上的环状挡块实现轴向上的限位。

优选地，所述金属环的内侧周面/外侧周面上，所述密封结构为呈锯齿状的齿形密封面或者呈外凸弧形状的金属密封面；或者所述密封结构为齿形覆柔性材料密封面。

优选地，所述金属环的内侧周面与外侧周面上的两个所述密封结构中，其中一个所述密封结构包括所述金属环上的环形密封圈，所述环形密封圈通过所述金属环上的环状凸台与固定在所述金属环轴端上的环状挡块实现轴向上的限位；另一个所述密封结构为呈锯齿状的齿形密封面或呈外凸弧形状的金属密封面或齿形覆柔性材料密封面。

优选地，所述弹性支撑件为弹性环，所述金属环上位于所述开口端内还固定地设有用于将所述弹性环限制在所述环形槽中的挡环。

进一步地，所述挡环的内侧周面/外侧周面与所述环形槽的一侧周向槽壁固定连接，所述挡环的外侧周面/内侧周面与所述环形槽的另一侧周向槽壁之间具有间隙。

进一步地，所述弹性环为O型环、C型环或螺旋弹簧；当所述弹性环为O型环或C型环时，所述弹性环上开设有沿自身径向贯穿的液流孔而使得所述开口端与所述封闭端相液流连通。

进一步地，所述环形槽中，所述开口端的径向槽宽大于所述封闭端的径向槽宽，所述开口端与所述封闭端之间具有用于阻挡所述弹性环沿轴向移动的阻挡部。

优选地，所述密封组件用于内管与外管之间的径向密封，所述金属环套设在所述内管上，所述金属环内侧周面上的所述密封结构与所述内管的外侧周面相密封，所述金属环外侧周面的所述密封结构与所述外管的内侧周面相密封，所述金属环固定地设于所述内管与外管中的一个部件上或者所述内管与外管这两个部件中的一个部件上设有用于对所述金属环进行轴向限位的限位凸缘。

进一步地，所述密封组件将所述内管与外管之间的管腔分隔为相隔离的第一腔与第二腔，所述环形槽的所述开口端位于所述第一腔与所述第二腔这两个腔室中介质压力较大的腔室内，以在所述密封结构处形成自紧力。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的高压缩高回弹径向密封组件，用于两个部件之间的径向密封，其通过在金属环上开设具有U型开口的环形槽，并在该环形槽的开口端处设置可提供其沿径向弹性伸缩的弹性支撑件，同时在金属环上位于开口端径向两侧的位置处分别设置密封结构。该密封组件在工作的过程中，由于金属环自身的弹性、介质压力差带来的自紧力、弹性支撑件的弹性支撑作用等因素，两侧的密封结构能够分别紧密地抵触在内管的外侧周面与外管的内侧周面上，密封结构处始终处于有效的密封状态，这保证了密封的可靠性。

附图说明

附图1为实施例1的密封组件的剖视结构示意图；

附图2为实施例1的密封组件的安装结构剖视示意图；

附图3为实施例2的密封组件的剖视结构示意图；

附图4为实施例2的密封组件的安装结构剖视示意图；

附图5为实施例3的密封组件的剖视结构示意图；

附图6为实施例4的密封组件的剖视结构示意图；

附图7为齿形密封面的示意图；

附图8为外凸弧形状的金属密封面的示意图；

附图9为齿形覆柔性材料密封面的示意图；

其中：1、金属环；1a、1b、环状凸台；11、12、13、14、15、16、密封结构；13a、齿形密封面；13b、金属密封面；13c、齿形金属面；13d、柔性材料密封面；2、环形槽；3、5、环形密封圈；4、6、环状挡块；7、弹性支撑件；8、挡环；10、内管；20、外管；30、第一腔；40、第二腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

实施例1

参见图1、图2所示的高压缩高回弹径向密封组件，用于内管10与外管20之间的径向密封。该密封组件包括金属环1，金属环1的内侧周面上设有密封结构11用于与内管10的外侧周面相密封，金属环1的外侧周面上设有密封结构12用于与外管20的内侧周面相密封。

参见图1所示，金属环1的一轴端开设有具有U型开口的环形槽2，该环形槽2具有靠近U型开口的开口端与靠近环形槽2槽底的封闭端，该开口端处固定地设有可沿金属环1的径向方向弹性伸缩的弹性支撑件7，环形槽2的开口端与封闭端通过弹性支撑件7相液流连通设置。密封结构11与密封结构12在密封环2上分别位于开口端的径向两侧。

参见图1所示，金属环1的外侧周面上，密封结构12包括套设在金属环1上的环形密封圈3，金属环1的外侧周面上具有沿径向向外凸出的环状凸台1a，金属环1的轴端上还固定地套设有环状挡块4，环状挡块4与环状凸台1a之间便形成了用于安装环形密封圈3的环状槽，环形密封圈3沿轴向被限位在环状凸台1a与环状挡块4之间而避免掉落。安装时，可先将环形密封圈3套设至金属环1上再将环状挡块4固定地安装至金属环1的轴端上，该环状挡块4可采用螺栓可拆卸地安装。环形密封圈3安装在金属环1上，其外侧周部的密封面沿径向位于环状凸台1a与环状挡块4的外侧，以使得密封时与外管20的内侧周面密封连接。

类似地，参见图1所示，金属环1的内侧周面上，密封结构11包括设于金属环1上的环形密封圈5，金属环1的内侧周面上具有沿径向向内凸出的环状凸台1b，金属环1的轴端上还固定地设有环状挡块6，环状挡块6与环状凸台1b对环形密封圈5进行轴向上的限位。环形密封圈5在金属环1上，其内侧周部的密封面沿径向位于环状凸台1b与环状挡块6的内侧，以使得密封时与内管10的外侧周面密封连接。

参见图1所示，环状支撑件7采用的为弹性环，该弹性环7可为O型环、C型环或螺旋弹簧，若弹性环7采用的O型环或C型环，则弹性环7上需开设沿其径向贯穿的液流孔而使得环形槽2的封闭端与开口端相液流连通，使得容腔内的液体介质进入环形槽2中，以形成自紧作用。若弹性环7采用的为螺旋弹簧，则螺旋弹簧自身的结构便可实现环形槽2上封闭端与开口端的液流连通。

金属环1上位于环形槽2的开口端内还固定地设有用于将弹性环7限制在环形槽2中的挡环8。该挡环8一方面用于对弹性环7轴向的限位，以防止弹性环7从环形槽2中脱落；另一方面该挡环7也是对金属环1径向压缩时的限位，防止金属环1沿径向发生过压而压溃。

此处，挡环8焊接固定在环形槽2的一侧周向槽壁上，具体可如图1的方式，挡环8的内侧周面与环形槽2的一侧周向槽壁固定连接，挡环8的外侧周面与环形槽2的另一侧周向槽壁之间具有间隙，该间隙值即为金属环1在径向上的最大压缩量。当然，也可如图2的方式，挡环8的外侧周面与环形槽2的一侧周向槽壁固定连接，挡环8的内侧周面与环形槽2的另一侧周向槽壁之间具有间隙。

环形槽2中，其开口端的径向槽宽大于其封闭端的径向槽宽，使得开口端与封闭端之间形成用于阻挡弹性环7沿轴向移动的台阶状阻挡部，弹性环7沿轴向被限位在挡环8与上述阻挡部之间而不会脱落。

参见图2所示，该密封组件用于内管10与外管20之间的径向密封时，内管10上设有向外凸出的环状的限位凸缘10a，密封组件套设在内管10上，限位凸缘10a形成对其轴向上的限位，金属环1上密封结构11与内管10的外侧周面相密封，金属环1上密封结构12与外管20的内侧周面相密封，该密封组件将内管10与外管20之间的空腔分隔为第一腔30与第二腔40。

安装时，若第一腔30与第二腔40内介质压力相同或相近时，环形槽2的开口端可设于第一腔30与第二腔40中的任一腔室内；当第一腔30内的介质压力小于第二腔40内的介质压力时，可按照图2的方式，将环形槽2的开口端设于第二腔40内；当第一腔30内的介质压力大于第二腔40内的介质压力时，应将图2中的密封组件倒过来，即使得环形槽2的开口端设于第一腔30内。

本实施例中，第一腔30内的介质压力小于第二腔40内的介质压力，故环形槽2的开口端位于第二腔40内，如图2所示。密封组件在内管10与外管20之间受到第一腔30与第二腔40的双向介质作用。当第一腔30与第二腔40内的工作介质处于常温常压状态时，在金属环1及弹性环7的作用下，第一腔30与第二腔40的介质压力差作用于环形槽2的槽壁，同时弹性环7抵触在环形槽2的开口端的径向侧壁上，这使得金属环1的内侧周面与外侧周面上的密封结构11、12分别与内管10、外管20之间具有足够的密封应力，这样可有效地提高密封结构11、12处的密封效果。当第一腔30与第二腔40内工作介质处于高压或高温状态时，金属环1因热胀作用而变形而受到内管10与外管20的共同挤压，在弹性环7的作用下，金属环1上位于环形槽2开口端两侧能够沿径向相对收缩，其沿径向收缩的最大值为挡环8与环形槽2一侧槽壁之间预设的间隙值，避免密封组件整体被压溃而失效。而金属环1上密封结构11、12分别始终保持着与内管10、外管20的密封，保证了密封的始终有效。

而当工作介质回复至常温常压状态时，由于冷缩作用，金属环1上环形槽2的开口端具有沿径向相对张开的趋势，此时，弹性环7沿径向弹性伸长而沿径向支撑在环形槽2的径向侧壁上，使得金属环2两侧的密封结构11、12的密封压力回复至适宜的状态。

该密封组件在工作的过程中，密封结构11、12处受到的密封应力主要来源于金属环1自身的弹性、弹性环7的弹性支撑，以及工作介质压力差带来的自紧力。通过上述三个方面的作用力，两侧的密封结构11、密封结构12能够分别紧密地抵触在内管10的外侧周面与外管20的内侧周面上，密封结构11与密封结构12处始终处于有效的密封状态，保证了密封的可靠性。无论第一腔30与第二腔40内工作介质温度与压力如何变化，均能实现稳定有效的密封。

实施例2

参见图3所示的高压缩高回弹径向密封组件，其与实施例1的区别主要在于金属环1上密封结构的设置。

该密封组件上，金属环1的外侧周面上密封结构14与实施例1中的密封结构12相类似，其采用的为环形密封圈3，该环形密封圈3沿轴向被限位在环状凸台1a与环状挡块4之间。金属环1的内侧周面上密封结构13，其可采用如图7所示的锯齿状的齿形密封面13a，或者如图8所示的呈外凸弧形状的金属密封面13b，或者采用如图9所示的齿形覆柔性材料密封面，其中齿形覆柔性材料密封面通过在齿形金属面13c上覆盖柔性材料密封面13d而成，其同样具有良好的密封效果。

参见图4所示，该密封组件用于内管10与外管20之间的径向密封时，金属环1的内侧周面焊接固定在内管10的外侧周面上以实现对密封组件轴向的限位。密封结构13与内管10的外侧周面相密封，密封结构14与外管20的内侧周面相密封。

实施例3

该实施例与实施例1的区别主要在于，金属环1上密封结构的设置。

参见图5所示，该密封组件上，金属环1的内侧周面上密封结构15与实施例1中的密封结构11相类似，其采用的为环形密封圈5，该环形密封圈5沿轴向被限位在环状凸台1b与环状挡块6之间。金属环1的外侧周面上密封结构16，其可采用呈锯齿状的齿形密封面或者呈外凸弧形状的金属密封面，或者齿形覆柔性材料密封面，其同样具有良好的密封效果。

实施例4

该实施例与实施例1、2、3的区别主要在于，金属环1上密封结构的设置。

参见图6所示，该密封组件上，金属环1的内侧周面上的密封结构17与外侧周面上的密封结构18均采用锯齿状的齿形密封面，或者呈外凸弧形状的金属密封面，或者为齿形覆柔性材料密封面。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压缩高回弹径向密封组件，包括金属环，其特征在于：所述金属环的内侧周面与外侧周面上均设有用于径向上密封连接的密封结构，所述金属环的一轴端开设有U型开口的环形槽，所述环形槽具有靠近U型开口的开口端与靠近所述环形槽槽底的封闭端，所述开口端处固定地设有可沿所述金属环的径向方向弹性伸缩的弹性支撑件，所述开口端与所述封闭端经所述弹性支撑件相液流连通设置，所述密封结构在所述金属环上位于所述开口端的径向两侧，

所述密封组件用于内管与外管之间的径向密封，所述金属环套设在所述内管上，所述金属环内侧周面上的所述密封结构与所述内管的外侧周面相密封，所述金属环外侧周面的所述密封结构与所述外管的内侧周面相密封，所述金属环固定地设于所述内管与外管中的一个部件上或者所述内管与外管这两个部件中的一个部件上设有用于对所述金属环进行轴向限位的限位凸缘，所述密封组件将所述内管与外管之间的空腔分隔为相隔离的第一腔与第二腔，所述环形槽的所述开口端位于所述第一腔与所述第二腔这两个腔室中介质压力较大的腔室内，以形成自紧作用。

2.根据权利要求1所述的高压缩高回弹径向密封组件，其特征在于：所述金属环的内侧周面/外侧周面上，所述密封结构包括设于所述金属环上的环形密封圈，所述环形密封圈通过所述金属环上的环状凸台与固定在所述金属环轴端上的环状挡块实现轴向上的限位。

3.根据权利要求1所述的高压缩高回弹径向密封组件，其特征在于：所述金属环的内侧周面/外侧周面上，所述密封结构为呈锯齿状的齿形密封面或者呈外凸弧形状的金属密封面；或者所述密封结构为齿形覆柔性材料密封面。

4.根据权利要求1所述的高压缩高回弹径向密封组件，其特征在于：所述金属环的内侧周面与外侧周面上的两个所述密封结构中，其中一个所述密封结构包括所述金属环上的环形密封圈，所述环形密封圈通过所述金属环上的环状凸台与固定在所述金属环轴端上的环状挡块实现轴向上的限位；另一个所述密封结构为呈锯齿状的齿形密封面或呈外凸弧形状的金属密封面或齿形覆柔性材料密封面。

5.根据权利要求1所述的高压缩高回弹径向密封组件，其特征在于：所述弹性支撑件为弹性环，所述金属环上位于所述开口端内还固定地设有用于将所述弹性环限制在所述环形槽中的挡环。

6.根据权利要求5所述的高压缩高回弹径向密封组件，其特征在于：所述挡环的内侧周面/外侧周面与所述环形槽的一侧周向槽壁固定连接，所述挡环的外侧周面/内侧周面与所述环形槽的另一侧周向槽壁之间具有间隙。

7.根据权利要求5所述的高压缩高回弹径向密封组件，其特征在于：所述弹性环为O型环、C型环或螺旋弹簧；当所述弹性环为O型环或C型环时，所述弹性环上开设有沿自身径向贯穿的液流孔而使得所述开口端与所述封闭端相液流连通。

8.根据权利要求5所述的高压缩高回弹径向密封组件，其特征在于：所述环形槽中，所述开口端的径向槽宽大于所述封闭端的径向槽宽，所述开口端与所述封闭端之间具有用于阻挡所述弹性环沿轴向移动的阻挡部。