CN111120739A - 一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及疏浚工程机械技术领域，公开了一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，包括滑块本体、水压舱、密封环、压盖、回位弹簧、进水管、节流管；水压舱设在滑块本体朝向船体的一侧，水压舱通过进水管与高压冲水管连接，密封环位于水压舱内，密封环顶部凸起朝向船体，在凸起上固定有弹性环，压盖与滑块固定并压住密封环凸起两边，回位弹簧位于压盖内侧与密封环之间。本发明的优点在于：以高压冲水管中的水压作为动力驱动密封环运动，无需额外增加动力；使用水压舱、密封环代替气囊，延长了密封装置的使用寿命；密封环顶部的自润滑高分子弹性环能有效减少摩损，并能适应滑块与吸泥口之间的相对运动，保持良好密封。

Description

一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置

技术领域

本发明属于疏浚工程机械技术领域，具体涉及一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置。

背景技术

现有的耙吸式挖泥船是一种装备有耙头挖掘机具和水力吸泥装置的大型自航耙吸式挖泥船。挖泥时，将耙吸管沿船舷下放，耙吸管的上端安装的滑块移动至舷侧吸泥管口处与船体吸口对接，同时对接一根高压冲水管，高压冲水管通至耙头，在耙头设置一组高压喷头，耙吸管下端落在河/海床上，在船舶拖拽中，通过耙头高压喷头对河/海床进行冲击，搅起泥沙，在耙头内部形成密封空间进行泥浆混合，利用舱内泥泵的真空作用，通过耙头和吸泥管自河/海底吸收泥浆进入挖泥船的泥仓中。但是这种舱内泥泵的吸泥方式，存在管路过长，需要设置大功率泥泵，设备投入大，运行成本高，吸呢深度有限等问题。

为解决上述问题，目前的方案是：通过将泥泵前置于耙吸管中段，缩短泥泵与耙头的距离，可以提升施工效率，加大挖泥船的作业深度。但是随之而来又产生了新的问题。原有使用舱内泥泵时，耙吸管滑块与船体吸口之间始终处于负压状态，不存在泥水泄漏问题；但将泥泵前置于耙吸管后，耙吸管与吸泥管对接口处于正压状态，如果没有良好的密封装置来密封接口，会产生泥水泄漏问题，造成航道的水质污染。由于对接口深处水下，又需要在对接后密封，工程难度大，控制要求高。因滑块与舷边吸口扣环装配间隙的影响，耙头着地的瞬间，滑块与吸口扣环之间有瞬时相对运动，而且船舶在拖拽耙吸管时，由于河/海床起伏不定，不同区域的软硬程度也不一致，耙吸管经过时存在上下、左右方向的摇摆，使得滑块与船体吸口之间有相对运动。目前国际和国内设计的滑块密封装置均为气囊型式，该装置是在滑块上设置一环形气囊，对接后向气囊充气，气囊膨胀后密封。但是在实际使用过程中发现，该气囊极易损坏，使用寿命短，更换频繁。损坏的原因主要有摩擦破损、充气压力不当、安装不当造成。由于滑块与吸泥口之间有相对运动，所以会摩擦充气后的气囊；气囊充气压力过小，起不到密封作用，压力过大时气囊长时间疲劳运动缩短寿命，而且不论气压过大或过小都会加速气囊的磨损；由于气囊是弹性件，缺乏支撑，安装进滑块时，如安装不当极易使气囊少部分突出于滑块，以致下水即坏。目前行业内多家设计单位和船厂均在公关这一问题，始终未能解决。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提供了一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的。

一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，包括滑块本体、水压舱、密封环、压盖、回位弹簧、进水管、节流管；

所述水压舱为截面呈矩形的环形凹槽，在水压舱底部上端设有进水管，进水管与滑块本体上的高压冲水管连接，在水压舱底部下端设有节流管，进水管直径大于节流管直径；

所述密封环的截面呈凸字形；密封环底部位于水压舱内，密封环顶部为凸起并朝向船体，在凸起上固定有弹性环，密封环底部与水压舱凹槽相适配；

所述压盖分为内压盖和外压盖，内、外压盖均为圆环形，内压盖内侧、外压盖外侧均与滑块本体连接，内压盖外侧压住密封环凸起的内侧部分，外压盖内侧压住密封环凸起的外侧部分，内、外压盖之间的间隙与密封环凸起宽度匹配；

内压盖内侧设有环形水封室，节流管出口与水封室连接，水封室在朝向船体一侧开有环形槽或若干个出水口；

所述回位弹簧有多组沿压盖圆周均匀分布，回位弹簧的组数与船体吸泥管口直径匹配；所述回位弹簧每组有两个，分别位于内、外压盖内侧与密封环底部之间；

在所述水压舱与密封环之间、压盖与密封环之间的摩擦面上均设有承磨环。

其原理为：在耙吸管滑块与船体吸口对接后，利用高压冲水管中压力为7～18公斤的高压水，通过进水管引入水压舱中，水压推挤密封环伸出，密封环顶部凸起上的弹性环挤压吸泥管口，形成密封。高压水来自耙头高压冲水管，可能含有一些细小泥沙，为了避免泥沙在水压舱中聚集以及可能出现的堵塞，在水压舱的内壁接有节流管，进水管直径大于节流管直径，节流管与水封室连接，这样在保证在水压舱中形成正压的同时，由水封室的环形槽或出水口形成一道水幕，阻止泥水进入。当作业结束时，高压冲水管停止通水，水压舱中压力降低，密封环在回位弹簧的作用下退回水压舱，解除密封。压盖既作为回位弹簧的施力点，又作为密封环的限位器，无论进水压力怎样增大，密封环的行程不变，减少弹性环的过渡挤压磨损。弹性环具有一定的厚度，即使吸口扣环与滑块对接面不完全平行，通过挤压弹性环能够实现完全密封，而且即使弹性环磨损至极限厚度时仍能够保持良好的密封。承磨环能够减少密封环摩擦面的磨损，延长了使用寿命。

进一步地所述节流管有2～3根，均匀分布于水压舱底部，所有节流管截面积之和小于进水管截面积。保证水封室形成的水幕均匀。

进一步地所述滑块本体与压盖的外表面处于同一平面内，所述密封环伸出的距离大于滑块本体与船体吸泥管口的间距。保证滑块表面的平整度，在滑动过程中保持平滑。

进一步地所述水压舱内设有两个对称的止动台阶，止动台阶的边缘距水压舱底部的距离大于进水口直径，两止动台阶间距小于密封环底部宽度。避免密封环反向运动阻塞进水管，下次进水管进水不能通入水压舱，导致密封环不能前进。

进一步地在所述内压盖于凸起之间设有内骨架密封，内压盖上设有内环形槽，内环形槽内安装有内止动挡板，内止动挡板紧贴内骨架密封外侧；在所述外压盖于凸起之间设有外骨架密封，外压盖上设有外环形槽，外环形槽内安装有外止动挡板，外止动挡板紧贴外骨架密封外侧。在内压盖与凸起之间需要承受泥水的冲击，泥水的压力较大，肯定冲入内压盖与凸起之间缝隙中，进而对回位弹簧造成不利影响。因此在内压盖与凸起之间设置骨架密封，阻止泥水进入，为固定骨架密封，在压盖上设置环形槽，在环形槽内安装类似卡簧的止动挡板。在外压盖与凸起之间虽没有高压的泥水，只有吸泥管所处位置的水压，为了保护碟簧组件不受海水腐蚀，在外压盖与凸起之间也设置一道骨架密封。

进一步地在所述密封环底部内侧与水压舱之间设有内水密封，在所述密封环底部外侧与水压舱之间设有外水密封。

进一步地所述内水密封有两个，在两个内水密封之间设有内定距环；所述外水密封有两个，在两个外水密封之间设有外定距环。由于靠液压来推动密封环，有效的密封非常必要。鉴于为了更好密封水压舱，采用双水密封，为了使双水密封协同工作不互相干扰，在两水密封之间设置定距环。

进一步地所述压盖在设有回位弹簧处开有通孔，通孔底部设有台阶，通孔顶部设有封盖，封盖与压盖螺栓连接；所述回位弹簧包括顶销、碟簧、卡簧，顶销为“T”形分为销杆和销座，销杆直径与通孔匹配，销座直径与台阶匹配，销杆从通孔穿出，销杆顶部设置卡簧，销座紧贴密封环，碟簧套在销杆上并位于销座与台阶之间。碟形弹簧在较小的空间内可以承受极大的载荷，与弹簧相比，单位体积的变形能较大，具有良好的缓冲吸震能力。回位弹簧的组数与吸泥管口直径相关，一般吸泥管口直径500～800mm时匹配8组回位弹簧，直径900～1200mm时匹配12组回位弹簧。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)引用上部高压冲水管中的高压水流作为动力驱动密封环运动，无需再额外增加动力；

2)使用水压舱、密封环代替气囊，完全避免了气囊爆裂、气囊老化和气囊被舷侧结构切割损坏的风险，减少了故障的发生率；

3)密封环顶部的自润滑高分子弹性环能有效减少摩损，并能适应滑块与吸口扣环之间的相对运动和微量倾斜，保持良好密封；

4)活塞行程远大于滑块与吸口扣环之间的间隙，且弹性环具有一定的厚度，补偿余量充足，大大延长了密封装置的使用寿命；

5)节流孔的大小和数量不仅可以带走少量泥沙，在密封面形成水封，还可以避免水压舱的压力过大，导致弹性环的过度磨损。

附图说明

图1为密封装置在滑块中所处位置示意图；

图2为滑块与吸泥口对接时密封装置示意图；

图3为密封装置截面上部放大示意图；

图4为密封装置截面下部放大示意图；

图5为密封装置上部内压盖处局部放大示意图；

图6为密封装置上部外压盖处局部放大示意图；

其中11.滑块，12.密封装置上部，13.密封装置下部，14.高压冲水管，15.进水管，16.吸泥管，17.船体，18.过滤网，21.水压舱，22.止动台阶，23.节流管，24.水封室，31.密封环，32.弹性环，41.内压盖，42.外压盖，43.封盖，51.内骨架密封，52.内止动挡板，53.外骨架密封，54.外止动挡板，61.内水密封，62.外水密封，63.内定距环，64.外定距环，71.顶销，72.碟簧，73.卡簧，81.承磨环。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步的详细说明。本发明所用的原料均为市售产品。

实施例1

一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，包括滑块11本体、水压舱21、密封环、压盖、回位弹簧、进水管15、节流管23。

水压舱21为截面呈矩形的环形凹槽，设在滑块11本体朝向船体17的一侧，环形凹槽的开口方向朝向船体17，其直径与船体17吸泥管16口匹配，在水压舱21底部上端设有进水管15，进水管15与滑块11本体上的高压冲水管14连接，在水压舱21底部下端均匀设置2两根节流管23，进水管15直径25mm，节流管23直径6mm，节流管23出口与水封室24连接，水封室设在内压盖内侧呈环形，水封室在朝向船体一侧开有环形槽，槽口宽度2mm。或若干个出水口。

密封环31为环形，其截面底部较宽、顶部有凸起，形成“凸”字形；密封环31底部位于水压舱21内，密封环31顶部凸起朝向船体17，在凸起上固定有由超高分子量聚乙烯制成的弹性环32，密封环31底部的内径、外径、厚度与水压舱21凹槽相适配；水压舱21内设有两个对称的止动台阶22，止动台阶22的边缘距水压舱21底部的距离大于进水管15直径，两止动台阶22间距小于密封环31底部宽度。由于耙吸管不规则摇动，弹性环32与吸泥管16口处于微小的滑动摩擦中，对弹性环32的磨损十分严重，因此使用能够自润滑的超高分子量聚乙烯制成的弹性环32的大大减小的磨损程度，延长了维修周期。弹性环32具有一定的厚度，补偿余量充足，即使少量磨损仍能够保持密封。

压盖分为内压盖41和外压盖42，内、外压盖42均为圆环形，内压盖41内侧、外压盖42外侧均与滑块11本体连接，内压盖41外侧压住密封环31凸起的内侧部分，外压盖42内侧压住密封环31凸起的外侧部分，内、外压盖42之间的间隙与密封环31凸起宽度匹配；

回位弹簧有多组沿压盖圆周均匀分布，回位弹簧的组数与船体17吸泥管16口直径匹配；回位弹簧每组有两个，分别位于内、外压盖42内侧与密封环31底部之间。

在水压舱21与密封环31及压盖与密封环31的摩擦面上设有承磨环81。

滑块11本体与压盖的外表面处于同一平面内，密封环31伸出的距离大于滑块11本体与船体17吸泥管16口的间距。

实施例2

一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，包括滑块11本体、水压舱21、密封环31、压盖、回位弹簧、进水管15、节流管23。

水压舱21为截面呈矩形的环形凹槽，设在滑块11本体朝向船体17的一侧，环形凹槽的开口方向朝向船体17，其直径与船体17吸泥管16口匹配，在水压舱21底部上端设有进水管15，进水管15与滑块11本体上的高压冲水管14连接，在水压舱21底部下端均匀设置3两根节流管23，进水管15直径直径25mm，节流管23直径直径5mm，节流管23出口与水封室24连接，水封室设在内压盖内侧呈环形，水封室在朝向船体一侧开有沿内压盖圆周分布的若干个出水口，相邻两出水口中心距20mm，出水口直径2mm。

密封环31为环形，其截面底部较宽、顶部有凸起，形成“凸”字形；密封环31底部位于水压舱21内，密封环31顶部凸起朝向船体17，在凸起上固定有由聚四氟乙烯制成的弹性环32，密封环31底部的内径、外径、厚度与水压舱21凹槽相适配；水压舱21内设有两个对称的止动台阶22，止动台阶22的边缘距水压舱21底部的距离大于进水管15直径，两止动台阶22间距小于密封环31底部宽度。

压盖分为内压盖41和外压盖42，内、外压盖42均为圆环形，内压盖41内侧、外压盖42外侧均与滑块11本体连接，内压盖41外侧压住密封环31凸起的内侧部分，外压盖42内侧压住密封环31凸起的外侧部分，内、外压盖42之间的间隙与密封环31凸起宽度匹配；在内压盖41于凸起之间设有内骨架密封51，内压盖41上设有内环形槽，内环形槽内安装有内止动挡板52，内止动挡板52紧贴内骨架密封51外侧；在外压盖42于凸起之间设有外骨架密封53，外压盖42上设有外环形槽，外环形槽内安装有外止动挡板54，外止动挡板54紧贴外骨架密封53外侧。

回位弹簧有多组沿压盖圆周均匀分布，回位弹簧的组数与船体17吸泥管16口直径匹配；回位弹簧每组有两个，分别位于内、外压盖42内侧与密封环31底部之间。

在水压舱21与密封环31及压盖与密封环31的摩擦面上设有承磨环81。滑块11本体与压盖的外表面处于同一平面内，密封环31伸出的距离大于滑块11本体与船体17吸泥管16口的间距。

实施例3

如图1～6所示，一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，包括滑块11本体、水压舱21、密封环31、压盖、回位弹簧、进水管15、节流管23。

水压舱21为截面呈矩形的环形凹槽，设在滑块11本体朝向船体17的一侧，环形凹槽的开口方向朝向船体17，其直径与船体17吸泥管16口匹配，在水压舱21底部上端设有进水管15，进水管15与滑块11本体上的高压冲水管14连接，在连接处设有不锈钢制成的过滤网18，在水压舱21底部下端均匀设置2两根节流管23，进水管15直径25mm，节流管23直径6mm，节流管23出口与水封室24连接，水封室设在内压盖内侧呈环形，水封室在朝向船体一侧开有环形槽，槽口宽度2mm。或若干个出水口。

密封环31为环形，其截面底部较宽、顶部有凸起，形成“凸”字形；密封环31底部位于水压舱21内，密封环31顶部凸起朝向船体17，在凸起上固定有由尼龙制成的弹性环32，密封环31底部的内径、外径、厚度与水压舱21凹槽相适配；水压舱21内设有两个对称的止动台阶22，止动台阶22的边缘距水压舱21底部的距离大于进水管15直径，两止动台阶22间距小于密封环31底部宽度。在密封环31底部内侧与水压舱21之间设有内水密封61，在密封环31底部外侧与水压舱21之间设有外水密封62。内水密封61有两个，在两个内水密封61之间设有内定距环63；外水密封62有两个，在两个外水密封62之间设有外定距环64。

压盖分为内压盖41和外压盖42，内、外压盖42均为圆环形，内压盖41内侧、外压盖42外侧均与滑块11本体连接，内压盖41外侧压住密封环31凸起的内侧部分，外压盖42内侧压住密封环31凸起的外侧部分，内、外压盖42之间的间隙与密封环31凸起宽度匹配；在内压盖41与密封环31凸起之间设有内骨架密封51，内压盖41上设有内环形槽，内环形槽内安装有内止动挡板52，内止动挡板52紧贴内骨架密封51外侧；在外压盖42与密封环31凸起之间设有外骨架密封53，外压盖42上设有外环形槽，外环形槽内安装有外止动挡板54，外止动挡板54紧贴外骨架密封53外侧。

回位弹簧有多组沿压盖圆周均匀分布，回位弹簧的组数与船体17吸泥管16口直径匹配；回位弹簧每组有两个，分别位于内、外压盖42内侧与密封环31底部之间。压盖在设有回位弹簧处开有通孔，通孔底部设有台阶，通孔顶部设有封盖43，封盖43与压盖螺栓连接；回位弹簧包括顶销71、碟簧72、卡簧73，顶销71为“T”形分为销杆和销座，销杆直径与通孔匹配，销座直径与台阶匹配，销杆从通孔穿出，销杆顶部设置卡簧73，销座紧贴密封环31，四片碟簧72以面对面的安装方式套在销杆上并位于销座与台阶之间。

在水压舱21与密封环31及压盖与密封环31的摩擦面上设有承磨环81。滑块11本体与压盖的外表面处于同一平面内，密封环31伸出的距离大于滑块11本体与船体17吸泥管16口的间距。

本发明按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，其特征在于，包括滑块本体、水压舱、密封环、压盖、回位弹簧、进水管、节流管；

所述水压舱为截面呈矩形的环形凹槽，在水压舱底部上端设有进水管，进水管与滑块本体上的高压冲水管连接，在水压舱底部下端设有节流管，进水管直径大于节流管直径；

所述密封环的截面呈凸字形；密封环底部位于水压舱内，密封环顶部为凸起并朝向船体，在凸起上固定有弹性环，密封环底部与水压舱凹槽相适配；

所述压盖分为内压盖和外压盖，内、外压盖均为圆环形，内压盖内侧、外压盖外侧均与滑块本体连接，内压盖外侧压住密封环凸起的内侧部分，外压盖内侧压住密封环凸起的外侧部分，内、外压盖之间的间隙与密封环凸起宽度匹配；

内压盖内侧设有环形水封室，节流管出口与水封室连接，水封室在朝向船体一侧开有环形槽或若干个出水口；

所述回位弹簧有多组沿压盖圆周均匀分布，回位弹簧的组数与船体吸泥管口直径匹配；所述回位弹簧每组有两个，分别位于内、外压盖内侧与密封环底部之间；

在所述水压舱与密封环之间、压盖与密封环之间的摩擦面上均设有承磨环。

2.根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，其特征在于，所述节流管有2~3根，均匀分布于水压舱底部，所有节流管截面积之和小于进水管截面积。

3.根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，其特征在于，所述水压舱内设有两个对称的止动台阶，止动台阶的边缘距水压舱底部的距离大于进水管直径，两止动台阶间距小于密封环底部宽度。

4.根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，其特征在于，在所述内压盖与密封环凸起之间设有内骨架密封，内压盖上设有内环形槽，内环形槽内安装有内止动挡板，内止动挡板紧贴内骨架密封外侧；在所述外压盖与密封环凸起之间设有外骨架密封，外压盖上设有外环形槽，外环形槽内安装有外止动挡板，外止动挡板紧贴外骨架密封外侧。

5.根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，其特征在于，在所述密封环底部内侧与水压舱之间设有内水密封，在所述密封环底部外侧与水压舱之间设有外水密封。

6.根据权利要求5所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，其特征在于，所述内水密封有两个，在两个内水密封之间设有内定距环；所述外水密封有两个，在两个外水密封之间设有外定距环。

7.根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口水作用活塞式密封装置，其特征在于，所述压盖在设有回位弹簧处开有通孔，通孔底部设有台阶，通孔顶部设有封盖，封盖与压盖螺栓连接；所述回位弹簧包括顶销、碟簧、卡簧，顶销为“T”形，分为销杆和销座；销杆直径与通孔匹配，销座直径与台阶匹配，销杆从通孔穿出，销杆顶部设置卡簧，销座紧贴密封环，四片碟簧以面对面的安装方式套在销杆上并位于销座与台阶之间。

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