CN108386633B - 高温旋转密封接头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及密封装置技术领域，具体公开了高温旋转密封接头，该旋转接头通过契块圈挤压密封圈的方式代替弹簧，使密封圈向外膨胀，起到径向密封的作用。同时密封圈侧面贴近端面，达到轴向密封的目的，这样有效解决了两个方向的密封问题。在耐温方面通过选择石墨渗透石棉的密封圈作为密封材料，其能在1000℃高温环境中工作，而目前的工况最高在700℃‑800℃左右，留有200℃的安全余量，可以保证设备长时间运行。另外，选择石墨渗透石棉密封圈还考虑到石墨在钢材上能起到一定的润滑作用，可以克服密封圈与所接触到侧壁产生巨大的摩擦力。

Description

高温旋转密封接头

技术领域

本发明涉及密封装置技术领域，具体涉及一种高温旋转密封接头。

背景技术

旋转接头是用于油、蒸汽、水、气体等流体介质从静止管道输入到旋转设备中的连接密封部件，根据不同的实用工况，旋转接头适用于不同压力、转速和温度环境下的流体介质。

现有的旋转接头内部主要是靠弹簧的弹力挤压固定内管，再配合柔性密封圈达到密封输送的效果，但弹簧与密封圈都不能耐高温，一旦温度超过400℃弹簧与密封圈都会失效，导致旋转接头不再具有良好的密封性能，从而旋转接头就不能正常使用。而目前需要一种能在700-800℃的环境温度中运行的旋转接头，从而需要对旋转接头的结构进行重新设计，以使其满足在高温环境下运行并达到满足密封需要的旋转接头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在高温环境下运行并具有较好的密封性能的高温旋转密封接头。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

高温旋转密封接头包括外壳和内管，内管的一端为进口端，内管的另一端为出口端，内管的出口端从外壳的右端插入外壳内，外壳的左端设有出口与内管连通，进口端的外周设有第一凸沿，外壳的内腔侧壁上设有第二凸沿，第二凸沿套设于第一凸沿外周；第一凸沿的外周设有动密封圈，动密封圈的左侧设有将动密封圈压紧在第二凸沿侧面的第一压圈；所述外壳的右端设有防止内管脱离外壳的限位部，所述第一凸沿左右至少一侧设有压紧在第一凸沿侧面的静密封圈，所述静密封圈和动密封圈采用石棉和石墨中的一种或多种作为原料。

本方案高温旋转密封接头的原理在于：

在本方案中，外壳属于动件，将外壳与旋转轴固定，外壳将随旋转轴旋转，而内管不动，则外壳和内管形成相对转动关系。

第一凸沿的外周设有动密封圈，且第一压圈将动密封圈压紧在第二凸沿的侧面上，从而使得动密封圈受到两侧的挤压力而向内外扩张；则动密封圈的外沿贴紧外壳的内壁，而动密封圈的内沿贴紧第一凸沿的外周，以起到密封作用。另外，由于第二凸沿成型于外壳上，而第一压圈相对外壳和内管处于相对自由的状态，即第一压圈相对于外壳和内管的运动情况取决于第一压圈受到的摩擦力的情况；因此，在动密封圈与外壳接触面积更大的情况下，动密封圈将随外壳转动。

在第一凸沿的两侧均可以设置静密封圈，从而增加密封防线；静密封圈被抵紧在第一凸沿左侧或右侧，静密封圈受到挤压时，与动密封圈一样将向内外两侧扩张，并贴紧与之相对应的侧壁，以起到密封作用。由于第一凸沿成型于内管上，因此静密封圈与内管的接触面积更大，则静密封圈将相对于内管成固定状态。

由于动密封圈和静密封圈一静一动，相互配合，因此可以提高密封效果。

本方案产生的有益效果是：

(一)通过设置一组动密封圈，并设置至少一组静密封圈，从而可以形成至少两道密封防线，以增强密封效果；通过设置两道密封防线，当流体与第一道密封防线接触时，由于流体此时具有较大的能量和压力，流体可能会泄漏至第一道密封防线和第二道密封防线之间；根据节流膨胀原理，当流体经过第一道密封防线后，流体内部压力将减小，流速将减慢，从而导致其具有的能量较小，则流体将不再具有足够的能量通过第二道密封防线，因此可以增强密封效果。

(二)由于动密封圈和静密封圈相对不同的侧壁形成相对运动关系，而流体在流动的过程中将吸附在侧壁上，当吸附在侧壁上的流体被改变其运动方向时，可避免流体再继续向前流动；而在本装置中，密封圈相对对应的侧壁形成转动关系时，流体将具有跟随密封圈运动的趋势，而静密封圈和动密封圈的相对运动方向相反，从而流体经过静密封圈和动密封圈时被引导向不同的方向，从而可以进一步提高密封效果。

(三)由于静密封圈和动密封圈由石棉和石墨中的一种或两种组合制成，石棉和石墨均具有很好的耐高温性能，因此本装置具有很好的耐高温性能；可用于温度较高的使用环境中。

优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，所述静密封圈仅设于第一凸沿右侧，静密封圈和限位部之间设有与静密封圈相抵的第三压圈。静密封圈设置在第一凸沿的左侧，则在分别对静密封圈和动密封圈进行抵紧时，静密封圈需设于内管和第一压圈之间才能形成较好安装的结构，而该结构将导致第一压圈和外壳之间不能形成密封结构，导致密封效果不佳；因此，在仅选择安装一个静密封圈的情况下，优先选择将静密封圈设置于第一凸沿的右侧。

优选方案二：作为对基础方案的进一步优化，所述静密封圈设于第一凸沿左右两侧，设于所述设于第一凸沿左侧的静密封圈为第一静密封圈，且第一静密封圈位于内管和第一压圈之间，内管的左端设有与内管固定并与第一静密封圈相抵的第二压圈，设于所述第一凸沿右侧的静密封圈为第二静密封圈，第二静密封圈和限位部之间设有与第二静密封圈相抵的第三压圈。在优选方案一中，第一压圈的内侧和外侧均是流体流向动密封圈的通道，而通过在第一凸沿的左侧设置第一静密封圈，则第一静密封圈将与第一压圈的内侧形成配合，从而减少流体流向动密封圈的通道；因此，在第一静密封圈、动密封圈和第二静密封圈的配合作用下，可以提高密封性能。

优选方案三：作为对基础方案、优选方案一及优选方案二的进一步优化，所述动密封圈和静密封圈的横截面为梯形，且动密封圈较宽的一侧与第一凸沿的外周面接触，静密封圈较宽的一侧与外壳的内壁接触。动密封圈和静密封圈的横截面设置为梯形，则当动密封圈和静密封圈受到挤压时，其更易于向较宽的一侧扩张。而动密封圈与第一凸沿外周接触的侧面，以及静密封圈与外壳侧壁接触的侧面均为主要的泄漏面；因此，动密封圈较宽的一侧与第一凸沿的外周面接触，静密封圈较宽的一侧与外壳的内壁接触，从而使得静密封圈和动密封圈与主要泄漏面的接触面积更大，以增强密封效果。

优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，所述动密封圈和静密封圈由石墨渗碳石棉制成；在石棉中渗入石墨可保证其具有较高的耐热性能，另外，由于静密封圈和动密封圈均与其对应的密封侧面呈相对转动关系，通过添加石墨具有润滑作用，以降低摩擦。

优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，所述第一压圈的左侧设有与外壳螺纹连接的螺纹压套，螺纹压套与第一压圈相抵；第一压圈通过螺纹压套的挤压向动密封圈传动压力，以压紧动密封圈；由于螺纹压套与外壳螺纹连接，相比与弹簧压紧，其处于高温环境时不易失效，从而使得密封结构更可靠，密封效果更好。

优选方案六：作为对优选方案五的进一步优化，所述第二压圈与内管螺纹连接；第二压圈通过螺纹连接压紧第一静密封圈，一方面连接方便，另一方面在高温环境中不易失效。

优选方案七：作为对优选方案六的进一步优化，所述内管左端的端部连接有与第二压圈相抵的圆螺母。由于第二压圈和圆螺母与内管均为螺纹连接，从而使得第二压圈和圆螺母形成双螺母防松结构，以避免第二压圈松脱。

优选方案八：作为对优选方案七的进一步优化，所述限位部包括卡合在外壳右端的弹性挡圈以及设于弹性挡圈左侧的限位螺母，所述限位螺母与弹性挡圈相抵；由于弹性挡圈仅起限位作用，因此本方案中选用弹性挡圈，且弹性挡圈容易安装。

优选方案九：作为对优选方案八的进一步优化，所述螺纹压套的左端设有对内管的左端端部进行限位的限位棱，且螺纹压套的左端面上设有盲孔；设置限位棱对内管的左端进行限位，可以避免内管向左滑动。另外，由于螺纹压套设置在外壳内，因此在螺纹压套的左端面设置盲孔，并通过将转动杆插入盲孔内，便可转动螺纹压套，以压紧动密封圈。

附图说明

图1为本发明高温旋转密封接头实施例一的主视图；

图2为本发明高温旋转密封接头实施例一的剖视图；

图3为本发明高温旋转密封接头实施例一的左视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：外壳10、第二凸沿11、弹性挡圈12、法兰盘13、第一压圈14、螺纹压套15、限位棱16、盲孔17、内管20、进口端21、出口端22、第一凸沿23、第二压圈24、条形槽25、圆螺母26、第三压圈27、限位螺母28、动密封圈31、第一静密封圈32、第二静密封圈33。

实施例一：

如图1所示，本实施例的高温旋转密封接头包括外壳10和内管20；如图2所示，内管20的右端为进口端21，内管20的左端为出口端22，内管20的出口端22从外壳10的右端插入外壳10内，且外壳10和内管20可相对转动；其中，内管20为固定件，外壳10为转动件。外壳10的左端设有出口与内管20连通，从而流体从内管20的进口端21进入，然后从外壳的出口排出；外壳10的左端设有法兰盘13，外壳10通过法兰盘13与转动部件固定，从而转动部件转动时，将同时带动外壳10转动，并将流体输入转动部件内。

内管20的进口端21的外周一体成型有第一凸沿23，外壳10的内腔侧壁上一体成型有第二凸沿11，第二凸沿11与第一凸沿23形成间隙配合，以保证外壳10能相对于内管20正常转动；而在第一凸沿23和第二凸沿11之间将形成泄漏间隙。第一凸沿23的外周设有动密封圈31，而第一凸沿23的左右两侧均设有静密封圈，位于左侧的静密封圈为第一静密封圈32，位于右侧的静密封圈为第二静密封圈33。

动密封圈31的左侧设有第一压圈14，第一压圈14的左侧设有螺纹压套15；螺纹压套15与外壳10的内壁螺纹连接，从而旋转螺纹压套15，可使螺纹压套15向右侧推进，并通过第一压圈14将动密封圈31压紧在第二凸沿11的左侧面上。第一静密封圈32置于内管20与第一压圈14之间，且第一静密封圈32的左侧设有第二压圈24，第二压圈24与内管20螺纹连接。为了便于旋拧第二压圈24，第二压圈24的外壁上设有与第二压圈24的轴向平行的条形槽25，从而旋拧第二压圈24可将第一静密封圈32压紧在第一凸沿23的左侧面。另外，为了防止第二压圈24松脱，在第二压圈24的左侧还设置了与内管20螺纹连接的圆螺母26，从而圆螺母26与第二压圈24形成双螺母锁紧结构。第二静密封圈33的右侧设有第三压圈27，第三压圈27的右侧设有限位螺母28，限位螺母28与内管20螺纹连接；从而通过旋拧限位螺母28，可通过第三压圈27将第二静密封圈33压紧在第一凸沿23的右侧面上。

由于动密封圈31与外壳10的接触面积更大，且动密封圈31的左侧与第一压圈14接触，而第一压圈14与螺纹压套15抵紧，从而第一压圈14在与螺纹压套15和动密封圈31的摩擦力作用下，第一压圈14和动密封圈31都将跟随外壳10转动。而第一静密封圈32和第二静密封圈33与内管20的接触面积更大，因此在外壳10相对于内管20转动的过程中，第一静密封圈32和第二静密封圈33仍然相对于内管20呈静止状态。即外壳10转动过程中，动密封圈31与第一凸沿23的外周面形成转动关系；而第二静密封圈33则与外壳10的内壁形成转动关系。

当流体经静密封圈泄漏后，将进入泄漏间隙内；在泄漏间隙内由于动密封圈31相对于第一凸沿23外周面的转动方向和第一静密封圈32相对与外壳10内壁的转动方向相反，因此，将对泄漏间隙内的流体的流动方向形成干扰，从而防止泄漏的作用。另外，根据节流膨胀原理，当流体经过动密封圈31后，流体内部压力将减小，流速将减慢，从而导致其具有的能量减小，则流体将不再具有足够的能量通过第二静密封圈33，因此可以增强密封效果。由于第一压圈14的内侧和外侧均是流体流向动密封圈31的通道，而通过在第一凸沿23的左侧设置第一静密封圈32，则第一静密封圈32与第一压圈14的内侧形成配合，从而减少流体流向动密封圈31的通道，以减少动密封圈31的泄漏量。

动密封圈31和静密封圈的横截面为梯形，如图2所示，第一凸沿23的左右两侧面均为斜面，第二凸沿11的左侧面也为斜面，以与密封圈的侧面形成配合。动密封圈31较宽的一侧与第一凸沿23的外周面接触，第一静密封圈32较宽的一侧与第一压圈14的内部接触，而第二压圈24的外壁与外壳10的内壁接触。当动密封圈31和静密封圈受到挤压时，其更易于向较宽的一侧扩张，从而增大密封圈与泄漏面的接触面积。且由于静密封圈与外壳10侧壁接触的侧面以及第一凸沿23的外周面直接与泄漏间隙连通；因此，动密封圈31较宽的一侧与第一凸沿23的外周面接触，静密封圈较宽的一侧与外壳10的内壁接触，可以增强密封效果。本优选方案中，动密封圈31、第一静密封圈32和第二静密封圈33均由石棉和石墨制成，由于石棉和石墨均具有较好的耐高温性能，因此可以提高该旋转接头的耐热性；石墨渗透入石棉内，还具有润滑作用，可以减小转动时的摩擦，密封圈的编织结构类似于现有的石棉石墨盘根。

内管20的左端部位于螺纹压套15内，且螺纹压套15的左端设有限位棱16对内管20的左端进行限位，防止内管20从外壳10的左端滑出。另外，螺纹压套15延伸超出内管20左端，如图2、图3所示，在螺纹压套15的左端面设有四个盲孔17，从而在盲孔17内插入扳手便于拧动螺纹压套15。在外壳10右端的内壁上设有弹性挡圈12，弹性挡圈12与限位螺母28配合，可防止内管20从外壳10的右端滑出。

本实施例中设置了三道密封防线，以利用节流膨胀逐级降低泄漏流体的能量，从而达到防漏的目的。另外，将三个密封圈设置为阶梯分布结构，从而形成一个动密封圈31，并在动密封圈31的两侧分布两个静密封圈，则三个密封圈将对吸附在不同的泄漏侧面上的流体形成干扰作用，起到了增强密封效果的作用。

在本实施例中，通过楔面挤压的方式代替弹簧压紧密封圈，从而防止了弹簧在高温环境下失效，提高了旋转接头的耐高温性能；楔面压紧还使得密封圈向外膨胀，起到径向密封的作用。同时在轴向上密封圈侧面贴近第一凸沿23或第二凸沿11的端面，达到轴向密封的目的，这样有效解决了两个方向的密封问题。另外，在耐高温上选择石墨渗透石棉的密封圈作为密封材料，其能耐1000℃高温，而目前所需的工况最高在700℃-800℃左右，留有200℃的安全余量，可以保证设备长时间运行。同时，选择石墨渗透石棉作为密封材料还考虑到石墨在钢材上能起到一定的润滑作用，具有间隙摩擦力提高密封圈使用寿命的作用。

实施例二：

实施例二与实施例一的区别在于，在实施例二中，未设置第一静密封圈，以及用于压紧第一静密封圈的第二压圈及圆螺母；仅通过动密封圈和第二静密封圈对旋转接头进行密封，可使得结构更简单，其适用于工作环境温度在600℃-700℃，运行时间相对较短的场合。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.高温旋转密封接头，包括外壳和内管，内管的一端为进口端，内管的另一端为出口端，内管的出口端从外壳的右端插入外壳内，外壳的左端设有出口与内管连通，其特征在于：进口端的外周设有第一凸沿，外壳的内腔侧壁上设有第二凸沿，第二凸沿套设于第一凸沿外周；第一凸沿的外周设有动密封圈，动密封圈的左侧设有将动密封圈压紧在第二凸沿侧面的第一压圈；所述外壳的右端设有防止内管脱离外壳的限位部，所述第一凸沿左右至少一侧设有压紧在第一凸沿侧面的静密封圈，所述静密封圈和动密封圈采用石棉和石墨中的一种或多种作为原料。

2.根据权利要求1所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述静密封圈仅设于第一凸沿右侧，静密封圈和限位部之间设有与静密封圈相抵的第三压圈。

3.根据权利要求1所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述静密封圈设于第一凸沿左右两侧，设于所述第一凸沿左侧的静密封圈为第一静密封圈，且第一静密封圈位于内管和第一压圈之间，内管的左端设有与内管固定并与第一静密封圈相抵的第二压圈，设于所述第一凸沿右侧的静密封圈为第二静密封圈，第二静密封圈和限位部之间设有与第二静密封圈相抵的第三压圈。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述动密封圈和静密封圈的横截面均为梯形，且动密封圈较宽的一侧与第一凸沿的外周面接触，静密封圈较宽的一侧与外壳的内壁接触。

5.根据权利要求4所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述动密封圈和静密封圈由石墨渗透石棉制成。

6.根据权利要求5所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述第一压圈的左侧设有与外壳螺纹连接的螺纹压套，螺纹压套与第一压圈相抵。

7.根据权利要求3所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述第二压圈与内管螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述内管左端的端部连接有与第二压圈相抵的圆螺母。

9.根据权利要求8所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述限位部包括卡合在外壳右端的弹性挡圈以及设于弹性挡圈左侧的限位螺母，所述限位螺母与弹性挡圈相抵。

10.根据权利要求6所述的高温旋转密封接头，其特征在于：所述螺纹压套的左端设有对内管的左端端部进行限位的限位棱，且螺纹压套的左端面上设有盲孔。