CN110864113A - 一种用于往复式动设备的弹性密封元件及其密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种用于往复式动设备的弹性密封元件及其密封方法，这种用于往复式动设备的弹性密封元件具有环型腔体，环型腔体由内筒置于外筒内，且内筒与外筒两端各自封闭形成，外筒上设置有注入管，注入管内设置单向阀，内筒与外筒均由弹性材料制成；环型腔体套置于需要密封处理的内部设备外，需要密封处理的外部设备环绕在环型腔体外，通过注入管向环型腔体内注入液体，使内筒内表面、外筒外表面分别与具有相对运动的密封面接触，当密封面产生相对滑动时，环型腔体在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，利用滚动摩擦代替滑动摩擦。本发明弹性密封元件使用过程中不与相对运动的密封面产生滑动位移，提高了设备密闭性以及设备运行的稳定性。

Description

一种用于往复式动设备的弹性密封元件及其密封方法

技术领域：

本发明涉及的是机械工程、机械设备领域中往复式动设备的密封技术，具体涉及的是一种用于往复式动设备的弹性密封元件及其密封方法。

背景技术：

密封是防止设备内部介质工作介质泄漏或外部介质进入的一种必要措施，可用于气体、液体以及固体粉末等介质。设备密封方案不佳或密闭性差等不良影响会造成设备运行效率低、增加零部件磨损、影响产品质量、资源浪费等不良影响，若涉及易燃易爆或有毒介质甚至会带来工作环境、人身安全等重要影响。

密封根据具体工况条件可分为静密封和动密封，一般来说静密封工况条件没有相对运动表面可简单通过适当选取密封材料及增加密闭材料受力来实现密闭性要求。而动密封一般用于动设备中，密封件工作条件相对复杂，动设备是带有运动功能的工艺设备，常用于石油化工等领域。对于一般密封要求的动设备来说满足不泄露等问题使用密封圈等结构即可完成密封处理，而对于密闭性要求高的动设备来说动密封一直是影响密闭性的关键问题。动设备中动密封是指设备中相对运动件之间的密封，用以防止设备内部介质泄漏。常见的密封方式有压盖、填料以及波纹管等形式。按密封条件与其作相对运动的零部件是否接触，可以分为接触式密封和非接触式密封，一般来说，接触式密封的密封性能好，但受到摩擦损伤的限制，适用于密封面线速度较低的场合。非接触式密封的密封性能较差，适用于较高的速度。对于易燃、易爆、剧毒、挥发性高、带放射性的物质来说，对密闭性的要求更为严格。为提高设备运行的稳定以及操作环境的安全需要提高密封等级，通过增加密封圈或填料的压紧力虽然可以提高设备密闭性，但同时会带来摩擦力增加、磨损量增大等问题。造成设备运行过程中由于摩擦而产生的能耗增加，另外磨损加剧后设备密闭性会带来严重影响，甚至造成泄漏量增加等危害。

动密封实现高密闭性与减小摩擦磨损之间是相互矛盾的，因此需要合理优化密封形式与密封结构来解决动设备密封问题。引起上述矛盾问题的关键在于动密封需要在相对运动件之间进行，即动密封的核心问题。针对目前动设备在高密闭性要求条件下，动密封技术存在的不足，若能实现对动设备密闭性能的保证并且不带来摩擦磨损等负面因素，对提高动设备效率及设备操作安全的保障有着至关重要的作用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于往复式动设备的弹性密封元件，这种一种用于往复式动设备的弹性密封元件用于解决现有往复式运动的动设备在一般条件下存在动密封导致密闭性不佳的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于往复式动设备的弹性密封元件具有环型腔体，环型腔体由内筒置于外筒内，且内筒与外筒两端各自封闭形成，外筒上设置有注入管，注入管内设置单向阀，内筒与外筒均由弹性材料制成；环型腔体套置于需要密封处理的内部设备外，需要密封处理的外部设备环绕在环型腔体外，需要密封处理的内部设备与需要密封处理的外部设备相对往复运动，产生相对运动的密封面，通过注入管向环型腔体内注入液体，使内筒内表面、外筒外表面分别与具有相对运动的密封面接触，当密封面产生相对滑动时，环型腔体在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，利用滚动摩擦代替滑动摩擦。

上述方案中内筒与外筒均由弹性及强度足够的材料制成，厚度为1㎜，一般多选用丁基橡胶或天然橡胶。

上述用于往复式动设备的弹性密封元件的密封方法：

环型腔体套置于需要密封处理的内部设备外，需要密封处理的外部设备环绕在环型腔体外，通过注入管向环型腔体内注入液体，使内筒内表面、外筒外表面分别与具有相对运动的密封面接触，需要密封处理的内部设备向一端运行时，内筒和外筒的变形段均位于两端，内筒和外筒在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，跟随需要密封处理的内部设备运动方向滚动，实现滚动摩擦代替滑动摩擦，减小动密封摩擦磨损；内筒和外筒与密封表面接触面积以及接触压力均保持常值，密封效果稳定；需要密封处理的内部设备向另一端运行时，内筒和外筒同样在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，实现密封；通过测试环型腔体内部压力变化情况对环型腔体工作状态进行监控。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明弹性密封元件使用过程中不与相对运动的密封面产生滑动位移，而是通过弹性密封元件在剪切力作用下通过形变完成滚动因此极大的降低了动密封使用过程中摩擦磨损，提高设备运行稳定性以及使用寿命。

2、本发明弹性密封元件的结构设计可保证密封元件与需密封处理的相对运动表面间接触面积始终不变，因此密封效果稳定。

3、本发明通过对动设备所用密封元件结构形式的优化设计，使得相对运动表面间在密封元件处产生的剪切应力通过密封元件的结构与材料的可塑性变形转化为滚动，不仅可以完成有效的密封而且减小了密封元件的摩擦磨损提高设备运行的稳定性以及设备使用寿命，在动设备密封方面具有广泛的应用前景。

4、本发明利用滚动摩擦代替滑动摩擦，克服了设备密闭性与相对运动密封件间摩擦磨损相矛盾的不足，提高设备密闭性以及设备运行的稳定性。

附图说明：

图1是本发明中用于往复式动设备的弹性密封元件剖视图。

图2是本发明中环型腔体的示意图。

图3是图2的侧视图。

图4是本发明方法的过程图。

图中：1环型腔体、2内筒、3外筒、4注入管、5固定密封面、6往复运动密封面、7变形段。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1、图2、图3所示，这种用于往复式动设备的弹性密封元件具有环型腔体1，环型腔体1由内筒2置于外筒3内，且内筒2与外筒3两端各自封闭形成，外筒3上设置有注入管4，注入管4内设置单向阀，内筒2与外筒3均由弹性材料制成；环型腔体1套置于需要密封处理的内部设备外，需要密封处理的外部设备环绕在环型腔体1外，需要密封处理的内部设备与需要密封处理的外部设备相对往复运动，产生相对运动的密封面，通过注入管4向环型腔体1内注入液体，使内筒2内表面、外筒3外表面分别与具有相对运动的密封面接触，使弹性密封元件在内部压力液体作用下有效的填充于密封间隙内，当密封面产生相对滑动时，弹性密封元件在剪切力作用下不产生相对滑动，只通过材料变形完成滚动，实现利用滚动摩擦代替滑动摩擦，减小密封元件在实现密封要求条件下的摩擦磨损。

如图2、图3所示，所述用于往复式动设备的弹性密封元件由弹性密封元件以及内部填充的液体组成。弹性密封元件使用时如图1所示，弹性密封元件内外表面分别与具有相对运动的密封面接触（内部与往复运动密封面6接触，外部与固定密封面5接触）。当密封表面产生相对滑动时，弹性密封元件通过自身形变来实现平衡。

如图4所示，弹性密封元件使用过程中不与相对运动的密封面产生滑动位移，而是通过弹性密封元件在剪切力作用下通过形变完成滚动因此极大的降低了动密封使用过程中摩擦磨损。此外，该弹性密封元件的结构设计可保证密封元件与需密封处理的相对运动表面间接触面积始终不变，因此密封效果稳定。并可通过对弹性密封元件内部液体压力进行实时监控来判断密封元件是否正常使用。

本发明中内筒2与外筒3可以设计为均由丁基橡胶制成，丁基橡胶厚度为1㎜。环型腔体中充入的液体为液压油。

上述用于往复式动设备的弹性密封元件的密封方法：

环型腔体1套置于需要密封处理的内部设备外，需要密封处理的外部设备环绕在环型腔体1外，通过注入管4向环型腔体1内注入液体，使内筒2内表面、外筒3外表面分别与具有相对运动的密封面接触，需要密封处理的内部设备向一端运行时，内筒2和外筒3的变形段7均位于两端，内筒2和外筒3在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，跟随需要密封处理的内部设备运动方向滚动，实现滚动摩擦代替滑动摩擦，减小动密封摩擦磨损；内筒2和外筒3与密封表面接触面积以及接触压力均保持常值，密封效果稳定；需要密封处理的内部设备向另一端运行时，内筒2和外筒3同样在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，实现密封；通过测试环型腔体1内部压力变化情况对环型腔体1工作状态进行监控。

本发明通过弹性密封元件的结构优化设计，当密封表面产生相对滑动时，弹性密封元件通过自身形变完成滚动实现平衡。弹性密封元件使用过程中不与相对运动的密封面产生滑动位移，而是通过弹性密封元件在剪切力作用下通过形变完成滚动因此极大的降低了动密封使用过程中摩擦磨损，提高设备运行稳定性以及使用寿命。此外，该弹性密封元件的结构设计可保证密封元件与需密封处理的相对运动表面间接触面积始终不变，因此密封效果稳定。根据测试弹性密封元件内部压力变化情况可对密封元件工作状态进行监控；该方法利用滚动摩擦代替滑动摩擦，克服了设备密闭性与相对运动密封件间摩擦磨损相矛盾的不足，提高设备密闭性以及设备运行的稳定性。

本发明中的弹性密封元件的制备：使用具有弹性的橡胶等材料通过压制或其它加工方法制备弹性密封元件。为提高弹性元件承压能力可使用强度较高的内部具有强度加强结构的弹性材料。注入管4可根据实际情况选在与固定侧密封表面始终接触的位置，方便液体注入，同时接口处结构不影响该密封元件的使用。

按照上述方法制备的弹性密封元件安装与需密封表面间并冲入适当压力液体，由于在密封表面产生相对滑动时，弹性元件通过自身形变产生滚动，可实现滚动摩擦代替滑动摩擦减小动密封摩擦磨损问题。弹性密封元件与密封表面接触面积以及接触压力可保持常值，因此设备密封效果稳定。

下面结合实例对所提出的高密闭性动设备驱动技术做进一步的详细说明。

使用内径为12㎜壁厚为1㎜长度为200毫米的硅胶管，将一段外翻后与另外一段胶封后压紧，在外壁中间位置开口装有单项阀作为注入管。在内孔为14㎜的腔体内壁中间位置开孔供单向阀外漏。密闭元件内部穿有直径φ10㎜金属杆（需要密封处理的内部设备）。通过压力油泵向密封元件内部泵入液压油压力为0.2-0.3MPa，此时外部腔体以及内部金属杆可认作动设备密封表面。该状态下能够实现良好的密封，并且金属杆往复运动时，弹性元件发生形变而不产生相对滑移，并且阻力很小。

Claims (3)

1.一种用于往复式动设备的弹性密封元件，其特征在于：这种用于往复式动设备的弹性密封元件具有环型腔体（1），环型腔体（1）由内筒（2）置于外筒（3）内，且内筒（2）与外筒（3）两端各自封闭形成，外筒（3）上设置有注入管（4），注入管（4）内设置单向阀，内筒（2）与外筒（3）均由弹性材料制成；环型腔体（1）套置于需要密封处理的内部设备外，需要密封处理的外部设备环绕在环型腔体（1）外，需要密封处理的内部设备与需要密封处理的外部设备相对往复运动，产生相对运动的密封面，通过注入管（4）向环型腔体（1）内注入液体，使内筒（2）内表面、外筒（3）外表面分别与具有相对运动的密封面接触，当密封面产生相对滑动时，环型腔体（1）在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，利用滚动摩擦代替滑动摩擦。

2.根据权利要求1所述的用于往复式动设备的弹性密封元件，其特征在于：所述的内筒（2）与外筒（3）均由丁基橡胶或天然橡胶制成，丁基橡胶或天然橡胶厚度为1㎜。

3.根据权利要求2所述的用于往复式动设备的弹性密封元件的密封方法，其特征在于：环型腔体（1）套置于需要密封处理的内部设备外，需要密封处理的外部设备环绕在环型腔体（1）外，通过注入管（4）向环型腔体（1）内注入液体，使内筒（2）内表面、外筒（3）外表面分别与具有相对运动的密封面接触，需要密封处理的内部设备向一端运行时，内筒（2）和外筒（3）的变形段（7）均位于两端，内筒（2）和外筒（3）在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，跟随需要密封处理的内部设备运动方向滚动，实现滚动摩擦代替滑动摩擦，减小动密封摩擦磨损；内筒（2）和外筒（3）与密封表面接触面积以及接触压力均保持常值，密封效果稳定；需要密封处理的内部设备向另一端运行时，内筒（2）和外筒（3）同样在剪切力作用下通过自身形变完成滚动，实现密封；通过测试环型腔体（1）内部压力变化情况对环型腔体（1）工作状态进行监控。

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