CN109882592A - 动态补偿式密封圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开的动态补偿式密封圈，属于密封技术领域，该密封圈包括硬质壳体及橡胶气囊，所述橡胶气囊设置在硬质壳体内部，橡胶气囊为非对称结构，橡胶气囊的工作面橡胶层厚度是非工作面橡胶层厚度的1.5～3倍，橡胶气囊的工作面出露于硬质壳体且始终与密封件紧密接触，橡胶气囊上设置有充气孔，充气孔的进气端安装有进气阀门；所述硬质壳体上开设有充气通道，充气通道与充气孔紧密配合。与传统密封圈相比，本发明提供的密封圈可以实现自动补偿，增加密封圈的使用寿命，减少密封圈更换次数，降低工作量，减少成本，增加工作效率。密封效果具有持续性，随着使用时间的增加密封圈的密封性能基本保持不变，提高工作精度，降低能量消耗。

Description

动态补偿式密封圈

技术领域

本发明涉及密封技术领域，尤其是涉及动态补偿式密封圈。

背景技术

随着液压传动、系统、机械及元件的不断成熟和发展，以液压为能量来源的工具越来越多，随之配套的液压密封种类和形式也越来越多，但其最终的目的都是为了对工作环境有较好的适应性，能在动、静态环境下更好地起到密封不泄漏的作用。

目前，动密封的形式主要有填料密封、机械密封、干气密封、迷宫密封、油封密封、动力密封和螺旋密封等。其中，填料密封又分为软填料密封、硬填料密封和成型填料密封，主要通过条状物填充在密封腔体内，靠压盖产生压紧力，压紧填料，迫使填料压紧在密封表面上产生径向力，起到密封作用，该种密封的压力级别较大为常用高压密封方式；机械密封亦称端面密封，由旋转部件和静止部件两大部分组成，两相对运动的动、静环面成为密封的主密封面，由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置，该种密封方式的压力级别较小；干气密封即“干运转气体密封”，将开槽密封技术用于气体密封的一种新型轴端密封，属于非接触密封。其特点是密封性能好、寿命长、不需密封油系统、功率消耗少、操作简单及运行维护费用低。干气密封作为不需任何密封端面冷却和润滑用油的无维修密封系统，正取代浮环密封和迷宫密封而成为石化行业高速离心压缩机轴封的主体密封，该种密封方式适合于气体密封，不适合于高压的液压密封；迷宫密封，在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的，根据结构特点的不同，可分为平滑式、曲折式、阶梯式及蜂窝式等四种类型。但是，迷宫密封制造工艺比较复杂，只能做到阻漏作用，而很难做到隔液密封的效果；油封密封，是一种自紧式唇状密封，其结构简单，尺寸小，成本低廉，维护方便，阻转矩较小，既能防止介质泄漏，也能防止外部尘土和其它有害物质侵入，而且对磨损有一定的补偿能力，但不耐高压，所以一般用在低压场合的化工泵上；动力密封，化工泵在运转时，副叶轮所产生的压头平衡了主叶轮出口高压液体，从而实现密封。停车时，副叶轮不起作用，因此必须同时配备停车密封装置解决停车时可能产生的化工泵泄漏。副叶轮密封结构简单、密封可靠、使用寿命长，化工泵运转中可实现滴水不漏，因此经常应用在化工泵输送含杂质介质的泵上；螺旋密封，是动力密封的一种形式，它是在旋转的轴上或者在轴的包容套上加工出螺旋槽，轴和套之间充有密封介质。轴的旋转使螺旋槽产生类似于泵的输送作用，从而阻止密封液的泄漏。其密封能力的大小与螺旋角度、螺距、齿宽、齿高、齿的作用长度以及轴与套之间的间隙大小有关。由于密封之间不发生磨擦，因而寿命长，但由于结构空间的限制，其螺旋长度一般较短，因而其密封能力也受到局限。在泵降速使用时，其密封效果则会大打折扣。

以上密封方式几乎都将用于密封圈，根据不同应用环境，密封圈选用的材料也各异，如，NBR丁腈橡胶密封圈适合于石油系液压油、甘醇系液压油、二酯系润滑油、汽油、水、硅润滑脂、硅油等介质中使用，一般使用温度范围为-40℃～120℃；HNBR氢化丁腈橡胶密封圈具有极佳的抗腐蚀、抗撕裂和抗压缩变形特性，耐臭氧、耐阳光、耐天候性较好。比丁腈橡胶有更佳的抗磨性。适用于洗涤机械、汽车发动机系统及使用新型环保冷媒R134a的制冷系统中，一般使用温度范围为-40℃～150℃；SIL硅橡胶密封圈具有极佳的耐热、耐寒、耐臭氧、耐大气老化性能。有很好的绝缘性能。但抗拉强度较一般橡胶差且不具耐油性等。

综上所述，在不同的环境下应使用不同种类的密封圈。然而，对高压状态下的动态液压密封而言，当前所有密封方式和密封圈均遇到两大技术难题：一是工作寿命短，在频繁动态工作过程中密封圈磨损失效很快，须频繁更换，工作效率很低；二是密封效果随着密封圈的磨损逐渐变差，甚至起不到密封的作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的密封圈存在的问题与不足，提出动态补偿式密封圈。该密封圈中橡胶气囊的工作面橡胶层比非工作面橡胶层厚，在工作过程中可以随着橡胶气囊工作面的磨损，橡胶气囊内的高压气体使其工作面始终与密封件紧密接触，直至橡胶气囊工作面磨损殆尽橡胶气囊泄漏失效，从而实现密封圈使用寿命的增加，提高工作效率。

为达到上述目的，本发明提出了如下的技术方案：动态补偿式密封圈，其特征在于：该密封圈包括硬质壳体及橡胶气囊，所述橡胶气囊设置在硬质壳体内部，橡胶气囊为非对称结构，橡胶气囊的工作面橡胶层厚度是非工作面橡胶层厚度的1.5～3倍，橡胶气囊的工作面出露于硬质壳体且始终与密封件紧密接触，橡胶气囊上设置有充气孔，充气孔的进气端安装有进气阀门；所述硬质壳体上开设有充气通道，充气通道与充气孔紧密配合。

所述硬质壳体所用材料的强度是橡胶强度的3倍以上。

本发明一实施例中，所述橡胶气囊数量为一个。

本发明一实施例中，所述橡胶气囊数量为两个，两个橡胶气囊沿水平方向并列布置。

本发明一实施例中，所述橡胶气囊数量为两个，两个橡胶气囊沿竖直方向并列布置。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、与传统密封圈相比，本发明提供的动态补偿式密封圈可以实现自动补偿，增加密封圈的使用寿命，减少密封圈更换次数，降低工作量，减少成本，增加工作效率。

2、密封效果具有持续性，随着密封圈工作面的不断磨损，在橡胶气囊内高压气体在压力作用下促使密封圈的工作面与要密封件继续保持紧密接触，实现密封，密封圈的密封性能基本保持不变，提高工作精度，降低能量消耗。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明实施例中动态补偿式单向密封圈的总装配体示意图。

图2是本发明实施例中动态补偿式单向密封圈的硬质壳体示意图。

图3是本发明实施例中动态补偿式单向密封圈的橡胶气囊示意图。

图4是本发明实施例中动态补偿式双向密封圈的总装配体示意图。

图5是本发明实施例中动态补偿式双向密封圈的总装配体的俯视图。

图6是本发明实施例中动态补偿式双向密封圈的内橡胶气囊示意图。

图7是本发明实施例中动态补偿式双向密封圈的外橡胶气囊示意图。

图8是本发明实施例中动态补偿式双向密封圈的双向硬质壳体示意图。

图9是本发明实施例中动态补偿式双向密封圈的双向硬质壳体俯视图。

图10是本发明实施例中动态补偿式竖直密封圈的总装配体示意图。

图11是本发明实施例中动态补偿式竖直密封圈的橡胶气囊示意图。

图12是本发明实施例中动态补偿式竖直密封圈的硬质壳体示意图。

图13是本发明动态补偿式密封圈在工作过程中随着工作面的磨损不断地充气补充气压的状态图。

图14是本发明动态补偿式密封圈在工作面再次达到饱满状态图。

图中各标记如下：1-硬质壳体，101-充气通道；2-橡胶气囊；201-充气孔；202-工作面；203-非工作面；204-内橡胶气囊；205-外橡胶气囊。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1至图14所示，本发明提供的动态补偿式密封圈包括硬质壳体1及橡胶气囊2，所述橡胶气囊2设置在硬质壳体1内部，橡胶气囊2为非对称结构，橡胶气囊2的工作面202橡胶层厚度是非工作面203橡胶层厚度的1.5～3倍，橡胶气囊2的工作面202出露于硬质壳体1且始终与密封件紧密接触，橡胶气囊2上设置有充气孔201，以供充入高压气体，气压使橡胶气囊2的工作面202始终与密封件紧密接触，从而达到动态自动补偿的效果；充气孔201的进气端安装有进气阀门；所述硬质壳体1材料的强度是橡胶强度的3倍以上，硬质壳体1的材料可以是钢材、合金、复合材料等等，其具体材料视工作环境而定。硬质壳体1的形状可由工作环境确定，可以有效的适应不同的工作条件，硬质壳体1上开设有充气通道101，充气通道101与充气孔201紧密配合，经过充气孔201与充气通道101的配合形成尺寸精确地密封圈。

由于硬质壳体1对橡胶气囊2的非工作面203的挤压限制，橡胶气囊2在内部高压气体压强下，使工作面202向外膨胀，增加密封接触面。在工作过程中，工作面202不断地磨损，磨损量在不断的增加，密封效果将会变差，橡胶气囊2内的高压气体避免了用于密封的工作面202磨损收缩。大大提高了密封圈的使用寿命，减小了密封圈的更换次数，增加了工作效率。

本发明的工作原理：

橡胶气囊2磨损量与橡胶气囊2内部的高压气体的压强使橡胶气囊2的膨胀量保持一致，使其连续保持密封效果。硬质壳体1可以起到保护橡胶气囊2的非工作面203作用，在向橡胶气囊2充气增加气压时，硬质壳体1保护橡胶气囊2的同时防止橡胶气囊2向非工作面203膨胀，使其只能向一个方向膨胀即只能向工作面202方向膨胀。因此橡胶气囊2可以将高压气体产生的气压全部用于充填工作面202的磨损量，使其继续达到密封的效果。

实施例1

请参照图1、图2及图3所示，本实施例的动态补偿式密封圈为水平方向的动态补偿式单向密封圈，其包括硬质壳体1和橡胶气囊2两部分，橡胶气囊2上设置有充气孔201以供充气，使橡胶气囊2内部充满高压气体，以达到自动补偿动态密封的目的；硬质壳体1上开设有充气通道101。橡胶气囊2在未充气时放入硬质壳体1内部，经过充气孔201与充气通道101的配合形成尺寸精确地密封圈。橡胶气囊2的工作面202出露于硬质壳体1以达到密封的目的。橡胶气囊2为非对称结构，橡胶气囊2的工作面202橡胶层厚度是非工作面203橡胶层厚度的1.5～3倍。

实施例2

请参照图4、图5、图6、图7、图8及图9，本实施例的动态补偿式密封圈为水平方向的动态补偿式双向密封圈，其包括硬质壳体1和橡胶气囊2两部分，硬质壳体1为双向硬质壳体，双向硬质壳体具有两个容纳橡胶气囊2的空腔，橡胶气囊2数量为两个，两个橡胶气囊2沿水平方向并列布置，两个橡胶气囊2分别为内橡胶气囊204、外橡胶气囊205；内外两侧同时进行密封，密封效果及过程与实施例1一致。

实施例3

参照图10、图11及图12，本实施例的动态补偿式密封圈为动态补偿式竖直密封圈，其包括硬质壳体1和橡胶气囊2两部分，硬质壳体1为双向硬质壳体，双向硬质壳体具有两个容纳橡胶气囊2的空腔，橡胶气囊2数量为两个，两个橡胶气囊2沿竖直方向呈并列布置，其工作效果及过程与实施例1及实施例2所陈述的水平方向的密封圈一致。

参考图13和图14，橡胶气囊2有一个充气孔201，在工作时充入高压气体，高压气体充盈整个橡胶气囊2内部，使工作面202向外膨胀，增加密封接触面。在工作过程中，工作面202不断地磨损，磨损量在不断的增加，密封效果将会变差，高压气体的可压缩性在此时得到释放，气体分子间距增大，使橡胶气囊2的工作面202膨胀，保证零件的密封性能。随着工作面202的不断磨损气体分子间距不断增大，直至漏气失效。橡胶气囊2内部的气体压力能够保证工作面202连续与密封件紧密接触直至完全磨损。橡胶气囊2避免了用于密封的工作面202磨损收缩。大大提高了密封圈的使用寿命，减小了密封圈的更换次数，增加了工作效率。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.动态补偿式密封圈，其特征在于：该密封圈包括硬质壳体(1)及橡胶气囊(2)，所述橡胶气囊(2)设置在硬质壳体(1)内部，橡胶气囊(2)为非对称结构，橡胶气囊(2)的工作面(202)橡胶层厚度是非工作面(203)橡胶层厚度的1.5～3倍，橡胶气囊(2)的工作面(202)出露于硬质壳体(1)且始终与密封件紧密接触，橡胶气囊(2)上设置有充气孔(201)，充气孔(201)的进气端安装有进气阀门；所述硬质壳体(1)上开设有充气通道(101)，充气通道(101)与充气孔(201)紧密配合。

2.根据权利要求1所述的动态补偿式密封圈，其特征在于：所述硬质壳体(1)所用材料的强度是橡胶强度的3倍以上。

3.根据权利要求1所述的动态补偿式密封圈，其特征在于：所述橡胶气囊(2)的数量为一个。

4.根据权利要求1所述的动态补偿式密封圈，其特征在于：所述橡胶气囊(2)的数量为两个。

5.根据权利要求4所述的动态补偿式密封圈，其特征在于：两个橡胶气囊(2)沿水平方向并列布置。

6.根据权利要求4所述的动态补偿式密封圈，其特征在于：两个橡胶气囊(2)沿竖直方向并列布置。