CN106678476A - 一种套筒式动密封补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种套筒式动密封补偿器；套筒式动密封补偿器包括芯管、外管、挡圈和密封环；芯管右端外侧管壁套装于外管内侧管壁中；所述密封槽由凸台A和凸台B组成，所述凸台B置于芯管右端外侧管壁端部，凸台A置于凸台B的左侧，凸台A与凸台B之间轴向距离为安装密封环长度；所述密封环分为上密封环和下密封环，上密封环和下密封环组成一对复式密封环，上密封环的底部紧贴外管内侧管壁，下密封环的底部紧贴芯管右端外侧管壁上。采用复式密封环与芯管以及复式密封环与外管的接触面积均减小一半，对芯管和外管的压力沿轴向分布均匀，改善密封环与芯管外侧管壁及密封环与外管内侧管壁之间的摩擦情况，延长密封环的使用寿命。

Description

一种套筒式动密封补偿器

技术领域

本发明涉及补偿器技术领域，尤其涉及套筒式动密封补偿器。

背景技术

现有技术的管道补偿方式多采用原始自然补偿方式，投资及压力损失都较大；补偿器的结构与密封性能欠佳，泄漏现象较严重，在防腐环节方面也较薄弱；旋转补偿器性能较优秀；具有补偿量大、布置灵活、特别是在长输架空管道中应用优势化较明显；但也存在不足：一是内管与变径管的接合部位两者间隙过大，流体介质运动中在该部位会产生涡流，这样就增加了流体介质的压力损失。二是补偿器由于结构是径向工作原理，在管道中应用布置时必须占用额外的一定空间；这样又增加了管网的造价和压损；而且在埋地管道上根本无法普遍应用；特别是现有的球形补偿器、套筒式补偿器、波纹补偿器、旋转补偿器采用的都是单一的密封形式，在使用上：流体介质与承压能力等方面均受到一定局限。

例如中国专利CN103968179B公开了本发明公开了一种新型塑料管道补偿器，属于热力管道补偿装置的技术领域；由外连接法兰B、管子A、密封架构、管子A凸外环形成管子A组合体结构；由外连接法兰A、管子B、管子B凸外环、芯管、芯管凸外环、防拉脱止位环和外套管形成管子B组合体结构在受到轴向热膨胀力挤推时，该管子A组合体结构和管子B组合体结构可通过该波纹管的柔性变形沿轴向同轴同步整体相对移动；采用这样的结构具有同轴精度高，摩擦系数、自身扭距、压力损失更小，抗弯能力、承压能力更强，介质流向不受限，密封可靠，性能优良，管道运行更安全，维护方便的优点。该补偿其中密封环均采用O型密封环，因此该补偿器对介质流体压力承受力低，密封性能不强，同时其波纹管和管子A组合体、管子B组合体构构成防拉脱结构，而该结构其结构过大，不易于装配。又如中国专利CN102537576B是提出一种用具有自润滑特性的滑动轴承作为补偿器密封填料两侧的压环，高温高压套筒式补偿器密封材料填料腔是由外套管、内套管和填料腔两侧的具有自润滑特性的滑动轴承压环配合组成。具有自润滑特性的滑动轴承压环即保持外套管与内套管之间的同心度，可增强补偿器内外套管抵抗切向扭矩破坏密封填料密封的能力，又是密封材料填料腔两测的压环，这种带滑动轴承压环支撑结构的密封材料填料腔，滑动轴承压环与补偿器内、外套管表面间隙很小，减少了补偿器工作液体介质与密封填料的接触面积，降低了在高温高压下补偿器密封填料的性能要求，简化了补偿器结构，提高了密封填料的密封性能。该专利中通过滑动轴承压环增强补偿器的密封能力，当这样设定的补偿器大大增强了上产成本，同时在使用过程中也不易维修。

发明内容

为克服现有技术中存在的密封性差、磨损严重问题，本发明提供了一种套筒式动密封补偿器。

本发明提供了一种套筒式动密封补偿器，所述套筒式动密封补偿器包括芯管、外管、挡圈和密封环；芯管右端外侧管壁套装于外管内侧管壁中；密封环套于芯管右端外侧管壁上，并套入外管，其创新点在于：所述密封槽由凸台A和凸台B组成，所述凸台B置于芯管右端外侧管壁端部，凸台A置于凸台B的左侧，凸台A与凸台B之间轴向距离为安装密封环长度，压紧密封环；所述密封环分为上密封环和下密封环，上密封环和下密封环组成一对复式密封环，上密封环的底部紧贴外管内侧管壁，下密封环的底部紧贴芯管右端外侧管壁上。

进一步的，上密封环截面为五边形，其中一条边为斜边，其余四边均为直角边；所述下密封环截面与上密封环截面尺寸相同。

进一步的，所述上密封环斜边处与下密封环斜边处相对设置。

进一步的，所述复式密封环在密封槽安装对数为3-6对。

进一步的，所述防脱结构由压兰和法兰构成，法兰焊固于外管外侧管壁端部，压兰设于芯管左端外侧管壁，且靠近外管外侧管壁端部。

进一步的，所述压兰截面为L形面，压兰分为垂直段和水平段，垂直段与芯管轴线相垂直，水平段与芯管轴线平行，压兰内侧管壁端部靠近防尘槽位置处开有台阶槽，所述台阶槽高度位于防尘槽高度的1/3-1/2处，台阶槽中设有防尘填料。

进一步的，所述压兰水平段的外径小于防尘槽外径，压兰水平段厚度置于防尘槽顶部至防尘槽高度的1/2之间，防尘槽中安装有防尘圈。

进一步的，所述密封环采用自润滑密封材料，密封环中加入固体润滑剂，固体润滑剂为石墨、聚四氟乙烯、氮化硼、二硒化铌的一种或几种的混合物。

进一步的，所述固体润滑剂中石墨50％，聚四氟乙烯含量为20-30％；氮化硼含量为10-15％；二硒化铌含量为10-20％。

进一步的，所述芯管右端10外侧管壁表面和外管7内侧管壁表面均涂有保护层，所述保护层由内之外依次为：粘合层、内涂层、中间涂层和外涂层；所述粘合涂层厚度为0.4-0.5um，粘合层中含有YN氮化钇和甲醚；内涂层采用TiN氮化钛涂层；中间涂层采用TaN涂层；外涂层采用TiN氮化钛涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中补偿器采用复式密封环与芯管外侧管壁以及复式密封环与外管内侧管壁之间的接触面积均减小一半，对芯管和外管的压力沿轴向分布均匀，因此可改善复式密封环与芯管外侧管壁以及复式密封环与外管内侧管壁之间的摩擦情况，延长密封环的使用寿命。

(2)本发明中复式密封环在密封槽安装对数为3-6对，复式密封环对数的设置主要是由于：当复式密封环对数低于3对时，复式密封环组成的密封段长度太短，使得密封性能不够；而当复式密封环对数超过6对时，其密封性能得到保证，但由于过多的复式密封环增加了密封环与芯管或与外管之间的摩擦面积，从而增大了摩擦力，易损坏密封环，缩短密封环的使用寿命。

(3)本发明中复式密封环在密封槽安装对数为4对，此时补偿器得到的密封性能与复式密封环对数为6对时密封性能一致，密封性为最佳，同时又相对6对复式密封环减少了摩擦面积，将摩擦面积和密封性能两者得到最佳体现。

(4)所述密封环采用自润滑密封材料；所述自润滑密封材料同时具备自润滑和软填料性能，由于自身材质及工艺原因摩擦系数较小进一步减小摩擦系数，且可以一定程度上减小由于预紧力过大导致摩擦系数过大造成芯管或外管与密封环摩擦产生大量热量的情况发生。

(5)本发明中保护层在芯管右端外侧管壁表面和外管内侧管壁表面均具有强附着力，同时保护层本身具备高效耐磨和耐腐蚀性能，有效保护芯管右端外侧管壁表面和外管内侧管壁表面，避免补偿器工作面受到损坏，增加了补偿器的使用寿命。

(6)压兰与法兰通过螺栓连接，保证压兰水平段端面对防尘槽始终存在预压力，同时在补偿器使用过程中，防尘填料始终紧贴于防尘圈侧面，这样设计可有效提高补偿器的防尘性能。

附图说明

图1是实施例1自动式动密封补偿器示意图；

图2是实施例1中密封槽示意图；

图3是实施例2自动式密封补偿器示意图；

图4是实施例2中密封槽示意图；

图5是实施例3中防尘槽示意图。

结合附图在其上标记：

1-芯管左端，2-挡圈，3-压兰，4-法兰，5-YX密封环，6-O型密封环，7-外管，10-芯管右端，81-凸台A，82-凸台B，83-下密封环，84-上密封环。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种自压式动密封补偿器，所述自压式动密封补偿器包括芯管、外管7、挡圈2和密封环；芯管右端10外侧管壁套装于外管7内侧管壁中；密封环套于芯管右端10外侧管壁上，并套入外管7，使芯管和外管7能够相对滑动，并保证密封。所述芯管右端10外侧管壁上设有密封槽，密封槽内安装密封环，密封槽顶部与外管7内表面管壁接触；挡圈2设于芯管左端1外侧管壁上，挡圈2距离芯管最左端端面的长度为补偿器总体长度的1/6，本实施例中补偿器的总体长度为600mm，其中挡圈2距离芯管最左端端面长度为100mm；所述挡圈2是设定补偿器最大压缩量；所述密封槽由多道独立密封槽构成，所述密封槽中独立密封槽数量范围设定在2≤N≤4；采用独立密封槽取代单道石墨密封，起到多重密封效果，增强了补偿器的芯管和外管7之间的密封性能；同时对于独立密封槽数量的设定，其中独立密封槽的数量过少，则补偿器的密封性能与采用单道石墨密封并未得到相应提高；另外，一方面密封性能在独立密封槽数量一定之后其密封性能也达到实际使用要求，另一方面设置过多的独立密封槽会增加补偿器的加工难度，提高制作成本，降低与外管7接触部分的芯管机械强度。本实施方式中独立密封槽的数量设定在N＝3，采用三道独立密封槽可充分保证补偿器的密封性能，其加工难度小；将芯管机械强度、加工成本和密封性能三者之间得到最佳综合。根据本实施例中，独立密封槽数量优选为3，因此如图1所示，所述密封槽从左向右依次为：独立密封槽A、独立密封槽B和独立密封槽C；所述独立密封槽A、独立密封槽B和独立密封槽C排列于芯管右端10外侧管壁上，所述独立密封槽根据密封形式分为第一密封槽和第二密封槽，靠近外管7端部的独立密封槽为第一密封槽(即为密封槽A和密封槽B)，远离外管7端部的密封槽为第二密封槽(即为密封槽C)；独立密封槽A和独立密封槽B中均安装有YX密封环5，独立密封槽C安装有O型密封环6，通过两种不同型号密封环，O型密封环6可在静态和动态下均可实现密封，但单独使用O型密封环6其密封处的速度和压力的限制；YX密封环5的耐磨性好、耐冲击、抗击出，且压缩变形小，但仅使用YX密封环5其密封的效果有效，同时组成的密封并不能适用于多种工况需求；本实施例中将YX密封环5和O型密封环6组合使用，使其构成的独立密封槽可适应不同工况条件。在实际使用过程中外管7与芯管两者之间的接触面精度角度时，由于上下接触面精度不高，其上下接触面之间会存在微小间隙，此时芯管内部或外管7外部物质会通过上下接触面中的间隙产生接触，对芯管内物质造成污染，或是造成补偿器的泄漏；因此需要对芯管与外管7之间的接触面提高加工精度；所述接触面均采用精车和精磨的处理工艺加工，接触面表面粗糙度范围在Ra1.6以下，提高接触面加工精度，减少摩擦力，从而降低对固定墩的推力。

作为本实施方式进一步优选的，在补偿器密封器密封性能得到保证的情况下，其补偿器在轴向热胀冷缩补偿时易出现拉脱现象，引起泄露，同时补偿器存在不易拆卸维护；因此补偿器中需要设置防脱结构；本实施例中所述补偿器还设有防脱结构，所述防脱结构设于芯管外侧，连接芯管外侧管壁和外管7外侧管壁；所述防脱结构由压兰3和法兰4构成，法兰4焊固于外管7外侧管壁端部，压兰3设于芯管左端1外侧管壁，且靠近外管7外侧管壁端部；所述压兰3端面上均匀设有复数通孔A，相对压兰3端面的法兰4端面上设有相同数量的通孔B；所述压兰3和法兰4之间通过螺栓和螺母横穿通孔A和通孔B固定连接，使得补偿器便于拆卸维护，确保压兰3和法兰4之间各方向上的压紧力相等，使得压兰3紧贴法兰4；芯管右端10外侧管壁外径大于芯管左端1外侧管壁外径，芯管上右端外侧管壁与左端外侧管壁之间形成台阶面，因此，当芯管相对于外管7滑动，其补偿器在轴向伸长量达到最大时，压兰3右侧端面向芯管右端10外侧管壁压紧，由于芯管右端10外侧管壁外径大于芯管左端1外侧管壁外径，此时芯管右端10阻挡压兰3向右滑动，此时补偿器的伸长量始终保持不变，补偿器不会出现拉脱现象；同时外套端部内壁、芯管上右端外侧管壁与左端外侧管壁之间的台阶面、压兰3右端面三者之间形成空腔，所述空腔中设置防尘圈；所述防尘槽避免外部杂物进入工作面，损伤工作面，同时保证了补偿器在伸缩最大或极端情况下不会发生泄漏。所述压兰3与芯管左端1外侧管壁接触的内表面上设有环形凹槽，所述环形凹槽中放置密封圈，所述环形凹槽的设置目的是：压兰3与管左端外侧管壁之间设有密封圈；密封圈与防尘槽两者形成芯管工作面与外部之间的两重防尘结构，进一步加强了补偿器对外界的密封性能。

实施例2

本实施例与第一实施例不同之处在于：所述芯管右端10外侧管壁上设有密封槽，所述密封槽由凸台A81和凸台B82组成，所述凸台B82置于芯管右端10外侧管壁端部，凸台A81置于凸台B82的左侧，凸台A81与凸台B82之间轴向距离为安装密封环长度，压紧密封环；所述密封环分为上密封环84和下密封环83，上密封环84和下密封环83组成一对复式密封环，上密封环84截面为五边形，其中一条边为斜边，其余四边均为直角边；所述下密封环83截面与上密封环84截面尺寸相同，所述上密封环84斜边处与下密封环83斜边处相对设置，上密封环84的底部紧贴外管内侧管壁，下密封环83的底部紧贴芯管右端10外侧管壁上；采用该复式密封环主要目的是：确保在使用过程中，复式密封环与芯管外侧管壁以及复式密封环与外管内侧管壁之间的接触面积均减小一半，对芯管和外管的压力沿轴向分布均匀，因此可改善复式密封环与芯管外侧管壁以及复式密封环与外管内侧管壁之间的摩擦情况，延长密封环的使用寿命。所述复式密封环在密封槽安装对数为3-6对，复式密封环对数的设置主要是由于：当复式密封环对数低于3对时，复式密封环组成的密封段长度太短，使得密封性能不够；而当复式密封环对数超过6对时，其密封性能得到保证，但由于过多的复式密封环增加了密封环与芯管或与外管之间的摩擦面积，从而增大了摩擦力，易损坏密封环，缩短密封环的使用寿命；优选的，所述复式密封环在密封槽安装对数为4对，此时补偿器得到的密封性能与复式密封环对数为6对时密封性能一致，密封性为最佳，同时又相对6对复式密封环减少了摩擦面积，将摩擦面积和密封性能两者得到最佳体现。

作为本实施方式的进一步优选，所述密封环采用自润滑密封材料；所述自润滑密封材料同时具备自润滑和软填料性能；所述密封环加入固体润滑剂，固体润滑剂为石墨、聚四氟乙烯、氮化硼、二硒化铌的一种或几种的混合物；为保证固体润滑剂具备高效自润滑性能，所述固体润滑剂中石墨50％，聚四氟乙烯含量为20-30％；氮化硼含量为10-15％；二硒化铌含量为10-20％；安装密封环需要给密封环一定的预应力，过轻会造成密封环与芯管或密封环与外管的间隙，过重会造成密封环与芯管/外管之间挤压过紧，导致密封环与芯管/外管摩擦产生大量热，本发明中密封环采用自润滑密封材料，由于自身材质及工艺原因摩擦系数较小进一步减小摩擦系数，且可以一定程度上减小由于预紧力过大导致摩擦系数过大造成芯管或外管与密封环摩擦产生大量热量的情况发生。

实施例3

本实施例与第二实施例不同之处在于：所述压兰3截面为L形面，压兰3分为垂直段和水平段，垂直段与芯管轴线相垂直，水平段与芯管轴线平行，压兰3内侧管壁端部靠近防尘槽位置处开有台阶槽，所述台阶槽高度位于防尘槽高度的1/3-1/2处，台阶槽中设有防尘填料；压兰3水平段的外径小于防尘槽外径，压兰3水平段厚度置于防尘槽顶部至防尘槽高度的1/2之间，防尘槽中安装有防尘圈；压兰3与法兰4通过螺栓连接，保证压兰3水平段端面对防尘槽始终存在预压力，同时在补偿器使用过程中，防尘填料始终紧贴于防尘圈侧面，这样设计可有效提高补偿器的防尘性能。

实施例4

本实施例与第一实施例不同之处在于：为更好了保证芯管在实际使用过程中不易受到外界和管道内流体的腐蚀，以及具备高耐磨损性能，所述芯管右端10外侧管壁表面和外管7内侧管壁表面均涂有保护层，所述保护层由内之外依次为：粘合层、内涂层、中间涂层和外涂层；所述粘合涂层厚度为0.4-0.5um，粘合层中含有YN氮化钇和甲醚；氮化钇含量为20％-30％，甲醚含量为10-15％，其余剩余为粘合剂；采用粘合涂层作为基底涂层，增强后续涂层在密封外侧管壁表面的结合力；内涂层采用TiN氮化钛涂层，涂层厚度为0.1-0.2um；中间涂层采用TaN涂层，涂层厚度为0.05-0.1um；外涂层采用TiN氮化钛涂层，涂层厚度为0.1-0.2um；通过内涂层、中间涂层和外涂层三者构成的复合涂层，内涂层采用TiN氮化钛涂层，TiN氮化钛涂层具有高热硬性、抗氧化性和耐磨性能，同时两层TiN氮化钛涂层之间夹层TaN涂层，由于TaN涂层自身具有很高的硬度和耐磨性能，TiN涂层和TaN涂层之间存在多晶超晶格硬化效应，使得复合涂层整体具有较高的硬度，保证涂层的高效耐磨性能和耐腐蚀性能；进一步优选的，为使得保护层其耐磨耐腐蚀性能得到最佳发挥，本实施例中粘合涂层厚度0.45um，其中氮化钇含量为25％，甲醚含量为13％，其余剩余为粘合剂；采用粘合涂层作为基底涂层，增强后续涂层在密封外侧管壁表面的结合力；内涂层采用TiN氮化钛涂层，涂层厚度为0.15um；中间涂层采用TaN涂层，涂层厚度为0.1um；外涂层采用TiN氮化铝钛涂层，涂层厚度为0.15um。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种套筒式动密封补偿器，所述套筒式动密封补偿器包括芯管、外管(7)、挡圈(2)和密封环；芯管右端(10)外侧管壁套装于外管(7)内侧管壁中；密封环套于芯管右端(10)外侧管壁上，并套入外管(7)，其特征在于：所述密封槽由凸台A(81)和凸台B(82)组成，所述凸台B(82)置于芯管右端(10)外侧管壁端部，凸台A(81)置于凸台B(82)的左侧，凸台A(81)与凸台B(82)之间轴向距离为安装密封环长度，压紧密封环；所述密封环分为上密封环(84)和下密封环(83)，上密封环(84)和下密封环(83)组成一对复式密封环，上密封环(84)的底部紧贴外管内侧管壁，下密封环(83)的底部紧贴芯管右端(10)外侧管壁上。

2.根据权利要求1所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：上密封环(84)截面为五边形，其中一条边为斜边，其余四边均为直角边；所述下密封环(83)截面与上密封环(84)截面尺寸相同。

3.根据权利要求2所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：所述上密封环斜边处与下密封环(83)斜边处相对设置。

4.根据权利要求1所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：所述复式密封环在密封槽安装对数为3-6对。

5.根据权利要求1所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：所述补偿器还设有防脱结构，所述防脱结构设于芯管外侧管壁，用于连接芯管外侧管壁和外管(7)外侧管壁；所述防脱结构由压兰(3)和法兰(4)构成，法兰(4)焊固于外管(7)外侧管壁端部，压兰(3)设于芯管左端(1)外侧管壁，且靠近外管(7)外侧管壁端部。

6.根据权利要求6所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：所述压兰(3)截面为L形面，压兰(3)分为垂直段和水平段，垂直段与芯管轴线相垂直，水平段与芯管轴线平行，压兰(3)内侧管壁端部靠近防尘槽位置处开有台阶槽，所述台阶槽高度位于防尘槽高度的1/3-1/2处，台阶槽中设有防尘填料。

7.根据权利要求7所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：所述压兰(3)水平段的外径小于防尘槽外径，压兰(3)水平段厚度置于防尘槽顶部至防尘槽高度的1/2之间，防尘槽中安装有防尘圈。

8.根据权利要求1所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：所述密封环采用自润滑密封材料，密封环中加入固体润滑剂，固体润滑剂为石墨、聚四氟乙烯、氮化硼、二硒化铌的一种或几种的混合物。

9.根据权利要求6所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：所述固体润滑剂中石墨50％，聚四氟乙烯含量为20-30％；氮化硼含量为10-15％；二硒化铌含量为10-20％。

10.根据权利要求1所述的套筒式动密封补偿器，其特征在于：所述芯管右端(10)外侧管壁表面和外管7内侧管壁表面均涂有保护层，所述保护层由内之外依次为：粘合层、内涂层、中间涂层和外涂层；所述粘合涂层厚度为0.4-0.5um，粘合层中含有YN氮化钇和甲醚；内涂层采用TiN氮化钛涂层；中间涂层采用TaN涂层；外涂层采用TiN氮化钛涂层。