CN111682475A - 一种密封圈及管线穿隔密封模块、装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种密封圈，具有至少一个环形弹性密封件，所述环形弹性密封件中央具有一个供管线贯穿的通孔，所述环形弹性密封件在其径向受压缩时，通孔的边缘始终与管线外壁保持接触。管线穿隔密封模块包括多个弹性基座和密封圈，多个管线穿隔密封模块组成管线穿隔密封装置，通过对调节压紧装置对管线穿隔密封模块产生的垂向压缩力可对不同外径的管线一次性整体完成密封。

Description

一种密封圈及管线穿隔密封模块、装置及方法

技术领域

本发明涉及管线密封领域，特别涉及一种密封圈及管线穿隔密封模块、装置及方法。

背景技术

管线穿隔密封装置是一种对穿墙电缆管线与预埋套管之间的空隙进行密封的封堵产品，主要用于管线或电缆的穿隔、固定与整理，可防止水、气、烟雾、灰尘以及动物等侵入具有特定要求的场所。管线穿隔密封装置现已成为轨道交通、电力通信、基础设施、交通运输与能源开发等众多行业和领域不可或缺的关键部件。由于管线穿隔密封装置对密封对象的生命力有着重大意义，近些年来对管线密封的研究也更深入，新的材料得到了采用，性能不断地改进提高，从单纯的水密装置、单纯的防火装置发展到既水密又气密又防火又隔声的装置，再进一步又增加了无卤低烟低毒性能；从不可拆式发展为可拆式；此外，也进一步增带了具备防爆性能与电磁兼容接地功能的电缆。

现有管线穿隔密封所采用的技术主要有以下三种：（1）灌注式密封装置：在电缆筒或电缆框中灌注流态密封填料。其优点在于防火性能好，缺点在于浪费施工材料且施工周期长；（2）套管式密封装置：由防火密封胶和套管组成。其优点在于水密、气密性能较好，可以满足防爆要求，电缆占据率高，结构简单，施工方便。但是由于其使用的防火密封胶的化学特性，使用有效期会受到限制；（3）模块式密封装置：由框架、密封模块、压紧装置、隔层板及附件组合而成的电缆密封装置。模块式密封装置是一种预制成有标准组件的装置，当管线通过贯穿框体时，在管线间嵌塞以标准型的弹性模块，然后拧紧压紧螺栓，模块受压后产生挤压应力，从而使管线间隙得到密封。其优点在于具有可拆卸性，防火性能良好，水密性和气密性好，易于增加管线，施工方便。但也存在结构复杂、制造成本高等缺点。

本发明属于模块式管线穿隔密封装置，瑞典ROXTEC公司、伊斯特密封科技（江苏）有限公司与江苏五信新材料科技股份有限公司等单位已经针对模块化管线穿隔密封装置的系统组成、零部件结构与材料以及制造安装方法在国内申请了多项专利，其中与本发明技术上最为相似的专利有9项，现有管线穿隔密封装置均由密封模块、压紧块、隔层板与框架组成（专利201080026487.0、201621235232.6与201520608586.X）。密封模块均采用了可剥离层的变径技术以适应不同直径大小的管线，专利201080006666.8与201680073534.4通过手撕薄片橡胶层的方式实现变径，该技术虽然可实现快速高效的安装，但此种模块结构成型工艺较为复杂从而导致其制造成本较高；专利201520078498.3的可叠加变径弹性层之间的连接采用的是榫卯结构且胶片层形状也不同，也同样存在着成型工艺复杂与制造成本高等缺点；专利201520187862.X通过使用可变径弧形刀具切割去除模块的一部分来改变半径的技术，该技术存在着安装精度难以保证且施工效率低等缺点。专利201680025611.9提出了一种用于管线穿隔密封装置的楔形件，该楔形件可以在非压缩状态与压缩状态之间移动，对密封模块进行压缩从而使模块向内对穿隔管线并且向外对其他模块、隔层板与框架实现密封，该楔形件的结构组成较为复杂，精度要求高，生产成本高。

因此提出一种结构级成型工艺简单的密封圈及管线穿隔密封模块、装置以及提出一种操作便捷高效的管线穿隔密封方法在本技术领域内具有重大的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：提出一种密封圈，具有至少一个环形弹性密封件，所述环形弹性密封件中央具有一个供管线贯穿的通孔，所述环形弹性密封件在其径向受压缩时，通孔的边缘始终与管线外壁保持接触。

进一步地，环形弹性密封件的通孔的边缘与管线外壁第一次接触后，对环形弹性密封件继续施加径向压缩力时，通孔的边缘与管线外壁接触面积逐步增加。

进一步地，环形弹性密封件为一个Y型密封圈，所述Y型密封圈内部具有Y型空腔，所述Y型空腔内部沿管线轴向的间距由通孔边缘自管线的径向向外逐渐减小，在Y型空腔边缘和管线外壁接触后，继续对Y型密封圈施加沿其径向的压缩力时，Y型空腔在所述压缩力的作用下沿管线轴向逐渐分开，使得Y型空腔边缘始终与管线外壁保持接触。

进一步地，环形弹性密封件为一个腰型密封圈, 腰型密封圈的截面为一对相对向内凹入的圆弧面，当腰型密封圈在其径向受压缩时，圆弧面相对凹入折叠使得通孔的边缘始终与管线外壁保持接触。

进一步地，密封圈具有多个环形弹性密封件，外圈将多个环形弹性密封件的外边缘一体连接，所述多个环形弹性密封件在外圈内部间隔一定距离并相互平行，各个环形弹性密封件的通孔直径一致并且其轴线和管线的轴线重合。

还提出一种管线穿隔密封模块，包括弹性基座和密封圈，所述密封圈固定连接在弹性基座内侧，还包括与通孔匹配的中心塞。

还提出一种管线穿隔密封装置，包括框架，框架通过隔层板间隔为多层结构，每层均包括管线穿隔密封模块，各个管线穿隔密封模块的弹性基座相互间均紧密接触，还包括压紧装置，所述压紧装置可对管线穿隔密封模块施加沿环形弹性密封件径向的压缩力。

进一步地，压紧装置包括后楔形块、连接螺母、下楔形块、前楔形块与连接螺栓，连接螺母内嵌在后楔形块中，通过松紧连接螺栓，下楔形块沿着与后楔形块及前楔形块接触的斜面运动，压紧装置实现整体高度变化，后楔形块和/或下楔形块、前楔形块与弹性基座接触，从而实现弹性密封模块对管线的压紧密封。

还提出一种采用上述管线穿隔密封装置的管线穿隔密封方法，首先放松压紧装置，使管线穿隔密封模块中的弹性密封件的通孔处于未受径向压缩力的初始状态；再将管线插入管线穿隔密封模块的通孔中，所述通孔的内径大于管线外径；最后旋紧压紧装置的连接螺栓，使得每个管线的外壁均与相对应的通孔内壁接触无缝隙。

进一步地，旋紧压紧装置的连接螺栓时，压紧装置对各个弹性密封件施加径向压缩力，在外径最小的管线外壁与相对应的通孔内壁接触时，继续旋紧连接螺栓，使得外径最小的管线外壁与相对应的通孔内壁进一步紧密接触，从而保证所有的管线的外壁均与相对应的通孔内壁接触无缝隙。

本发明具有以下优点：

1、密封圈中的弹性密封件采用可变径的环形弹性密封圈，在其收到径向压缩力时中央通孔边缘能始终保持对管线外壁的无缝隙接触并能随着压缩力的增加该接触面积逐步增大，从而通过对压缩力的调节就能对管线进行良好的密封。不需要针对不同外径的管线反复调节密封件的内径，使得密封过程简单并且效果佳。

2、管线穿隔密封模块中的基座、密封圈外圈以及内部的弹性密封件均可采用同种弹性材料制作，并且密封圈整体以及基座都可一体一次性成型，使得整个管线穿隔密封模块的加工制作工艺简单，有利于批量加工生产。

3、利用多个管线穿隔密封模块排列呈的矩阵，能对不同外径的管线分别进行密封，而操作过程仅需调节压紧装置对管线穿隔密封模块产生的垂向压缩力即可将所有的管线一次性密封到位，操作过程高效便捷。

附图说明

图1：环形弹性密封件实施例一结构示意图；

图2：管线穿隔密封模块结构示意图；

图3：图1的局部放大图；

图4：环形弹性密封件实施例一结构示意图；

图5：图4的局部放大图；

图6：管线穿隔密封装置整体结构示意图；

图7：压紧装置初始状态结构示意图；

图8：压紧装置压紧状态结构示意图。

具体实施方式

为了本领域普通技术人员能充分实施本发明内容，下面结合附图以及具体实施例来进一步阐述本发明内容。

如图1至图3所示，一种密封圈，具有至少一个环形弹性密封件，所述环形弹性密封件中央具有一个供管线（3）贯穿的通孔（222），所述环形弹性密封件在其径向受压缩时，通孔（222）的边缘始终与管线（3）外壁保持接触。当外径小于通孔（222）的管线（3）贯穿插入通孔（222）时，管线（3）外壁和通孔（222）边缘存在一定缝隙，此时环形弹性密封件对插入的管线（3）是处于没有密封的状态。当向环形弹性密封件施加径向压缩力时，通孔（222）边缘与管线（3）的外壁缝隙逐渐减小直至完全接触，进一步施加压力通孔（222）的边缘始终与管线（3）外壁保持接触，随着压缩力的增加，通孔（222）对管线（3）外壁的压缩力逐渐增大，从而对管线（3）实现良好的密封和隔声。

在上述基础上，环形弹性密封件的通孔（222）的边缘与管线（3）外壁第一次接触后，对环形弹性密封件继续施加径向压缩力时，通孔（222）的边缘与管线（3）外壁接触面积逐步增加，这样压缩力愈大通孔（222）的边缘与管线（3）外壁接触面积愈大，其密封隔声的效果俞好。

一种环形弹性密封件的具体实施例如图1及图3所示，环形弹性密封件为一个Y型密封圈（22），所述Y型密封圈（22）内部具有Y型空腔，所述Y型空腔内部沿管线（3）轴向的间距由通孔（222）边缘自管线（3）的径向向外逐渐减小，在Y型空腔边缘和管线（3）外壁接触后，继续对Y型密封圈（22）施加沿其径向的压缩力时，Y型空腔在所述压缩力的作用下沿管线（3）轴向逐渐分开，使得Y型空腔边缘始终与管线（3）外壁保持接触。Y型密封圈（22）可以用弹性材料一次性注塑成型，加工方便。

具体地，Y型密封圈（22）的Y型空腔由两个环形密封圈（221）组成，两个环形密封圈（221）外边缘一体连接，环形密封圈（221）的厚度由内边缘自外边缘逐渐增加。这样在两个环形密封圈（221）收到径向压缩力时，在管线（3）外壁接触反作用力下两个环形密封圈（221）逐渐沿管线（3）的轴向分开并始终保持与管线（3）外壁接触，由于越靠近环形密封圈（221）外边缘，其环形密封圈（221）的厚度越大，对管线（3）外壁的压缩力也越大，其密封隔声效果更佳。

为了使环形密封圈（221）与管线（3）外壁接触面积能随压缩力增加而增加，环形密封圈（221）构成的Y型空腔的截面内侧（223）为一个斜面，当两个环形密封圈（221）逐渐沿管线（3）的轴向分开时，截面内侧（223）在分开的过程中逐渐与管线（3）外壁贴合接触，压缩力越大，截面内侧（223）在分开行程越大，截面内侧（223）与管线（3）外壁贴合接触面积也越大，这样能进一步提高密封隔声效果。

由于两个环形密封圈（221）在受压缩分开，压缩力释放后恢复，如往复次数较多，在两个环形密封圈（221）外边缘一体连接处折叠次数过多存在疲劳受损开裂变形的风险。因此在两个环形密封圈（221）的外边缘通过一个圆弧形的凹槽（224）过渡后一体连接，这样在分开恢复时两个环形密封圈（221）外边缘一体连接处不会因反复折叠而疲劳受损开裂变形。

另外一种环形弹性密封件的具体实施例如图4及图5所示，环形弹性密封件为一个腰型密封圈（22a）, 腰型密封圈（22a）的截面为一对相对向内凹入的圆弧面（221a），当腰型密封圈（22a）在其径向受压缩时，圆弧面（221a）相对凹入折叠使得通孔（222）的边缘始终与管线（3）外壁保持接触。在圆弧面（221a）相对凹入折叠次数较多时，同样存在疲劳受损开裂变形的问题。因此在圆弧面（221a）的表面开设数个与通孔（222）同心的圆形凹槽（224a），圆形凹槽（224a）的宽度由圆弧面（221a）的表面至内逐渐减小，在圆形凹槽（224a）底部为圆弧面（224b）。在圆弧面（221a）相对凹入折叠时，通过圆形凹槽（224a）形变折叠，由于圆形凹槽（224a）的开口宽度是由圆弧面（221a）的表面至内逐渐减小的，在圆弧面（221a）形变折叠时，圆形凹槽（224a）内侧面折叠逐渐贴合，使得压缩力度在整个圆弧面（221a）上分布均匀。圆形凹槽（224a）底部的圆弧面（224b）则使得圆形凹槽（224a）在折叠贴合过程中不会因反复折叠而疲劳受损开裂变形。

一般地，当管线（3）从环形弹性密封件的通孔（222）贯穿插入后，在一定长度上需要通过多个环形弹性密封件对管线（3）进行密封，因此通过一个外圈（225）将多个环形弹性密封件边缘一体连接，所述多个环形弹性密封件在外圈（225）内部间隔一定距离并相互平行，各个环形弹性密封件的通孔（222）直径一致并且其轴线和管线（3）的轴线重合。多个环形弹性密封件与外圈（225）组成一个圆筒状的密封圈。管线（3）从环形弹性密封件的通孔（222）贯穿插入后，多个环形弹性密封件的通孔（222）对管线（3）进行密封。外圈（225）和各个环形弹性密封件可以整体一次性采用同种弹性材料一次成型，加工简单。

如图2所示，一种管线穿隔密封模块，包括弹性基座（21）以及上述的密封圈，所述密封圈固定连接在弹性基座（21）内侧，还包括与通孔（222）匹配的中心塞（4）。弹性基座（21）开设和圆筒状的密封圈同心的凹槽，密封圈粘结在弹性基座（21）的凹槽中，弹性基座（21）的外形优选为规则的长方体或者正方体，在多个管线穿隔密封模块进行组合时规则的长方体或者正方体外形使得各个弹性基座（21）的外侧面能很好的接触。当需要对管线穿隔密封模块内的环形弹性密封件施加沿其径向的压缩力时，只需要对弹性基座（21）外侧面施加垂向的压缩力即可，多个管线穿隔密封模块组合时，则通过相互接触的外侧面来传递压缩力。在管线穿隔密封模块无管线（3）穿入时将中心塞（4）封堵至通孔（222）中实施密封。

如图6所示，一种管线穿隔密封装置，包括框架（1），框架（1）通过隔层板（6）间隔为多层结构，每层均连接多个管线穿隔密封模块，各个管线穿隔密封模块的弹性基座（21）相互间均紧密接触，还包括压紧装置（5），所述压紧装置（5）可对管线穿隔密封模块施加沿环形弹性密封件径向的压缩力。多个管线穿隔密封模块相互间紧密接触排列成多行多列的矩阵，在矩阵最外侧通过框架（1）固定束缚，当需要对管线穿隔密封模块施加沿环形弹性密封件径向的压缩力时，只需对管线穿隔密封模块矩阵中的某一行或者一列施加框架（1）横向或者纵向的压缩力，即可通过各个管线穿隔密封模块中相互接触的弹性基座（21）将压缩力传递到内部的环形弹性密封件并对其产生径向压缩力，进而对插入通孔（222）中的管线（3）实施密封隔声。

管线穿隔密封装置的各层管线穿隔密封模块外形尺寸可不相同，其通孔（222）的内径不等，不同外径的管线（3）可根据其外径尺寸贯穿插入到合适的管线穿隔密封模块中。

一种压紧装置（5）如图7及图8所示，包括后楔形块（51）、连接螺母（52）、下楔形块（53）、前楔形块（54）与连接螺栓（55），连接螺母（52）内嵌在后楔形块（51）中，通过松紧连接螺栓（55），下楔形块（53）沿着与后楔形块（51）及前楔形块（54）接触的斜面运动，压紧装置（5）实现整体高度变化，后楔形块（51）和/或下楔形块（53）、前楔形块（54）与弹性基座（21）接触，从而实现弹性密封模块（2）对管线的压紧密封。在本实施例中压紧装置（5）固定安装在框架（1）最底层，下楔形块（53）与框架（1）的最底面接触。当旋紧连接螺栓（55）使得后楔形块（51）和前楔形块（54）沿接触的斜面相对运动时，后楔形块（51）和前楔形块（54）与最近一层的管线穿隔密封模块中的弹性基座（21）接触并对其施加垂向的压缩力，从而最终传递到各层的管线穿隔密封模块中。

相应的压紧装置（5）也可安装在框架（1）中间的某一层，这时下楔形块（53）和后楔形块（51）、前楔形块（54）均会和管线穿隔密封模块中的弹性基座（21）接触，在旋紧连接螺栓（55）使得后楔形块（51）和前楔形块（54）沿接触的斜面相对运动时，压紧装置（5）实现整体高度变化对上下两层的管线穿隔密封模块中的弹性基座（21）均施加垂向压力。

压紧装置（5）还可有多种实施方式，只要能对管线穿隔密封模块中的弹性基座（21）接触并产生垂向的压缩力即可。例如气囊或者现有技术中常见的丝杠螺母机构等。

在利用上述的管线穿隔密封装置对管线进行密封时可采用如下方法来操作。首先放松压紧装置（5），使管线穿隔密封模块中的弹性密封件的通孔（222）处于未受径向压缩力的初始状态；再将管线（3）插入管线穿隔密封模块的通孔（222）中，所述通放松孔（222）的内径大于管线（3）外径；最后旋紧压紧装置（5）的连接螺栓（55），使得每个管线（3）的外壁均与相对应的通孔（222）内壁接触无缝隙。

旋紧压紧装置（5）的连接螺栓（55）时，压紧装置（5）对各个弹性密封件施加径向压缩力，在外径最小的管线（3）外壁与相对应的通孔（222）内壁接触时，继续旋紧连接螺栓（55），使得外径最小的管线（3）外壁与相对应的通孔（222）内壁进一步紧密接触，从而保证所有的管线（3）的外壁均与相对应的通孔（222）内壁接触无缝隙。

如果有不需插入管线的管线穿隔密封模块，则用用中心塞（4）填堵住相应的通孔（222），由此整个装置对所有的管线（3）均实现了密封，并且可对不同外径的管线（3）实现密封，不需要反复调整管线穿隔密封模块中通孔（222）内径，只需通过压紧装置（5）对管线穿隔密封模块施加垂向压力，即可将所有的管线（3）完成密封隔声，其操作过程简单快捷。

显然，以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种密封圈，其特征在于：具有至少一个环形弹性密封件，所述环形弹性密封件中央具有一个供管线（3）贯穿的通孔（222），所述环形弹性密封件在其径向受压缩时，通孔（222）的边缘始终与管线（3）外壁保持接触。

2.如权利要求1所述的密封圈，其特征在于：环形弹性密封件的通孔（222）的边缘与管线（3）外壁第一次接触后，对环形弹性密封件继续施加径向压缩力时，通孔（222）的边缘与管线（3）外壁接触面积逐步增加。

3.如权利要求2所述的密封圈，其特征在于：环形弹性密封件为一个Y型密封圈（22），所述Y型密封圈（22）内部具有Y型空腔，所述Y型空腔内部沿管线（3）轴向的间距由通孔（222）边缘自管线（3）的径向向外逐渐减小，在Y型空腔边缘和管线（3）外壁接触后，继续对Y型密封圈（22）施加沿其径向的压缩力时，Y型空腔在所述压缩力的作用下沿管线（3）轴向逐渐分开，使得Y型空腔边缘始终与管线（3）外壁保持接触。

4.如权利要求2所述的密封圈，其特征在于：环形弹性密封件为一个腰型密封圈（22a）,腰型密封圈（22a）的截面为一对相对向内凹入的圆弧面（221a），当腰型密封圈（22a）在其径向受压缩时，圆弧面（221a）相对凹入折叠使得通孔（222）的边缘始终与管线（3）外壁保持接触。

5.如权利要求1-4任意一项所述的密封圈，其特征在于：具有多个环形弹性密封件，外圈（225）将多个环形弹性密封件的外边缘一体连接，所述多个环形弹性密封件在外圈（225）内部间隔一定距离并相互平行，各个环形弹性密封件的通孔（222）直径一致并且其轴线和管线（3）的轴线重合。

6.一种管线穿隔密封模块，其特征在于：包括弹性基座（21）和如权利要求5所述的密封圈，所述密封圈固定连接在弹性基座（21）内侧，还包括与通孔（222）匹配的中心塞（4）。

7.一种管线穿隔密封装置，包括框架（1），框架（1）通过隔层板（6）间隔为多层结构，其特征在于：每层均包括多个如权利要求6所述的管线穿隔密封模块，各个管线穿隔密封模块的弹性基座（21）相互间均紧密接触，还包括压紧装置（5），所述压紧装置（5）可对管线穿隔密封模块施加沿环形弹性密封件径向的压缩力。

8.如权利要求7所述的管线穿隔密封装置，其特征在于：压紧装置（5）包括后楔形块（51）、连接螺母（52）、下楔形块（53）、前楔形块（54）与连接螺栓（55），连接螺母（52）内嵌在后楔形块（51）中，通过松紧连接螺栓（55），下楔形块（53）沿着与后楔形块（51）及前楔形块（54）接触的斜面运动，压紧装置（5）实现整体高度变化，后楔形块（51）和/或下楔形块（53）、前楔形块（54）与弹性基座（21）接触，从而实现弹性密封模块（2）对管线的压紧密封。

9.一种采用如权利要求8所述的管线穿隔密封装置的管线穿隔密封方法，其特征在于：首先放松压紧装置（5），使管线穿隔密封模块中的弹性密封件的通孔（222）处于未受径向压缩力的初始状态；再将管线（3）插入管线穿隔密封模块的通孔（222）中，所述通孔（222）的内径大于管线（3）外径；最后旋紧压紧装置（5）的连接螺栓（55），使得每个管线（3）的外壁均与相对应的通孔（222）内壁接触无缝隙。

10.如权利要求9所述的管线穿隔密封方法，其特征在于：旋紧压紧装置（5）的连接螺栓（55）时，压紧装置（5）对各个弹性密封件施加径向压缩力，在外径最小的管线（3）外壁与相对应的通孔（222）内壁接触时，继续旋紧连接螺栓（55），使得外径最小的管线（3）外壁与相对应的通孔（222）内壁进一步紧密接触，从而保证所有的管线（3）的外壁均与相对应的通孔（222）内壁接触无缝隙。

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