CN111828640A - 一种密封方法 - Google Patents

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CN111828640A CN202010801484.5A CN202010801484A CN111828640A CN 111828640 A CN111828640 A CN 111828640A CN 202010801484 A CN202010801484 A CN 202010801484A CN 111828640 A CN111828640 A CN 111828640A
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黄宗柳
史广泰
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Abstract

本发明公开了一种密封方法，用于密封具有旋转轴的机械设备，该机械设备具有织物密封圈、动压泵送密封组件、气胀密封圈和安装于气胀密封圈内的可周向伸缩的金属密封环；织物密封圈对流体中的固体杂质进行过滤，并可以随着旋转轴转动；动压泵送密封组件具有膨胀腔，螺旋槽槽口的宽度在沿着螺旋槽的轨迹，从密封环片靠近轴承侧到密封环片靠近密封副唇侧，线性地连续减小；通过对弹性气胀密封圈内腔的充气量的控制间接控制金属密封环的周向伸缩。织物密封圈、动压泵送密封组件、气胀密封圈和金属密封环相互协同作用，共同实现腔体内压力流体稳定密封，特别是腔体内产生压力波动，瞬间压力过大时，密封的适应性强，密封装置的使用寿命长。

Description

一种密封方法
技术领域
本发明涉及密封领域，具体为一种用于旋转机械的轴密封的密封方法。
背景技术
对于旋转轴的唇形密封圈，用于密封腔体内的压力流体，需要具有体积小、安装方便、密封效果较好、并具有良好的适应性等优点，在内燃机、机床、液压系统及泵类设备上都得到广泛使用。
而随着旋转轴的旋转，设备的在工作状态时，腔体内的压力流体会产生压力的波动，瞬时压力的高压和低压的压力差比较大，在瞬时压力过大时，会破坏密封系统的稳定性，导致泄露；并且腔体内的流体难免存在固体颗粒杂质，会磨损密封接触面，影响使用寿命，并导致密封接触面之间产生泄露间隙，破坏密封效果；还有一点是现有技术中并没有很好地解决在转轴停止转动，设备不工作状态下的静密封问题；密封的状态不能够随着工况的变化进行适应性的控制调节，密封的适应性不足；这些都是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种密封方法，以解决上述背景技术中提出技术问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种密封方法，其用于在具有旋转轴的机械装置上密封压力流体，所述机械装置的旋转轴具有转速传感器；所述机械装置具有外壳体以及安装在所述外壳体中的轴承，其中所述外壳体具有中间肋；所述外壳体左端内形成腔体，用于容纳压力流体，所述腔体内具有压力力传感器；所述外壳体的右端密封连接有端盖，所述端盖的右端密封连接有压板。
所述中间肋径向靠近所述旋转轴的部分设置有安装槽，所述安装槽内设置有织物密封圈；所述织物密封圈的内圆周直径是所述旋转轴的直径的1.05-1.25倍，所述织物密封圈的外径是安装槽圆周面直径的0.85-0.95倍。
所述机械装置具有动压泵送密封组件，所述动压泵送密封组件的外圆面与所述外壳体内圆周壁面密封固定，所述动压泵送密封组件具有密封副唇和主密封唇以及膨胀腔，所述主密封唇上固定有聚四氟乙烯制成的密封环片，并在所述密封环片对应的所述旋转轴的外圆周面上加工出螺旋槽用于将压力流体泵送回所述腔体；其中所述螺旋槽的槽口的宽度在沿着所述螺旋槽的轨迹，从密封环片靠近所述轴承侧到密封环片靠近所述密封副唇侧，线性地连续减小；并且膨胀腔通过第一气管连接到进排气控制装置。
所述机械装置具有弹性的气胀密封圈，所述气胀密封圈为L形，所述气胀密封圈在径向上与所述压板实现静密封，气胀密封圈通过第二气管连接到进排气控制装置，气胀密封圈的轴向的内圆周部分具有凹槽，所述凹槽内安装有可周向伸缩的金属密封环；所述金属密封环的末端在圆周向上有一部分重叠。
所述旋转轴旋转时，所述织物密封圈的内圆周面有一部分与所述旋转轴的外圆周面接触，并且所述织物密封圈在所述旋转轴的带动下转动，所述织物密封圈转动的速度小于所述旋转轴旋转的旋转速度。
所述旋转轴旋转时，所述密封副唇侧进行进一步的密封和降低压力，再利用密封环片与所述旋转轴的动压密封和泵送作用进一步密封；并且所述进排气控制装置，实时接收转速传感器和压力力传感器的无线信号，并根据所述旋转轴的转速和腔体内的流体压力，控制所述膨胀腔的进排气量，进而控制动压泵送密封组件的径向的膨胀伸缩，控制密封副唇侧和密封环片与所述旋转轴（1）的间隙。
所述旋转轴旋转时，进排气控制装置，实时接收转速传感器和压力力传感器的无线信号，并根据所述旋转轴的转速和腔体内的流体压力，控制所述气胀密封圈内腔的进排气量，进而控制气胀密封圈的膨胀程度，调节所述气胀密封圈径向上的密封压力；并且对金属密封环随着气胀密封圈的膨胀程度的变化而进行的圆周方向的伸缩量进行控制，调节所述气胀密封圈对所述旋转轴的密封压力。
所述旋转轴静止时，进排气控制装置根据所述旋转轴的转速和腔体内的流体压力，控制膨胀腔的进排气量，调节动压泵送密封组件与所述旋转轴的静密封力；控制所述气胀密封圈内腔的进排气量，调节气胀密封圈径向密封静压力对所述旋转轴的密封静压力。
所述金属密封环为耐磨性好、摩阻系数小且不易热胀形的具有弹性的合金材料。
如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，在旋转轴静止的非工作状态下，所述动压泵送密封组件与所述旋转轴以具有预紧力的保持接触；而当旋转轴旋转时，密封环片受到流体动压作用实现与旋转轴圆周面的非接触，在密封环片与旋转轴的圆周面之间形成动压流体膜密封，并通过螺旋槽将流体泵送回所述腔体。
所述进排气控制装置连接到压力气源。
所述金属密封环在径向的厚度方向一部分在气胀密封圈的凹槽内，另一部分在气胀密封圈的凹槽外，当旋转轴旋转时，金属密封环不会随着旋转轴转动。
所述密封环片对应的所述旋转轴外圆周面的所述螺旋槽在沿着所述螺旋槽的轨迹，从靠近所述密封副唇侧到螺旋槽的轨迹中点这一段的倾斜角为A；其中所述密封环片对应的所述旋转轴外圆周面的所述螺旋槽在沿着所述螺旋槽的轨迹，从螺旋槽的轨迹中点到靠近所述轴承侧这一段的倾斜角为B；并且倾斜角A大于倾斜角为B。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用织物密封圈的织物结构，可以对腔体内的流体中的固体杂质进行过滤，并且具有降压的作用，减轻了后续密封件的密封压力；通过对织物密封圈的尺寸的设计，使在旋转轴旋转时，织物密封圈的内圆周面仅有一部分与旋转轴的外圆周面接触，并且织物密封圈在旋转轴的带动下可以进行一定速度的转动，较大程度地减小了对织物密封圈的磨损，保证使用寿命。
2、利用密封副唇侧进一步对流体进行密封，降低密封压力，再利用密封环片的动压密封和泵送作用减小流体的泄露损失；并且所述螺旋槽槽口的宽度在沿着螺旋槽的轨迹，从密封环片靠近轴承侧到密封环片靠近密封副唇侧，线性地连续减小；能够减小螺纹槽的截面面积的总和，进一步动压密封膜的刚度和稳定性，同时提高了泵送流体的能力；并且通过对动压泵送密封组件的膨胀腔的充气量的控制，在设备不工作旋转轴静止时，使其进行膨胀进而实现径向的静密封，在旋转轴转动时，可以根据腔体内流体的压力和旋转轴的转速控制动压泵送密封组件的膨胀伸缩，适应性地调节泵送流体的能力和动压流体密封膜的刚度和稳定性。
3、L形的弹性气胀密封圈与金属密封环的组合实现了轴向和径向的双向密封；并且可以根据腔体内流体的压力和旋转轴的转速，通过对弹性气胀密封圈内腔的充气量的控制使其进行膨胀进而径向密封的强度，并间接控制金属密封环的周向伸缩，与旋转轴贴紧的力度，保证轴向密封的强度；并且弹性气胀密封圈还可以实现在旋转轴静止的非工作状态下的静密封，以及旋转轴旋转的工作状态下的动密封，保证腔体内的流体不泄露以及外界的杂质不进入腔体。
织物密封圈、动压泵送密封组件、气胀密封圈和金属密封环相互协同作用，共同实现了腔体内压力流体的密封，并且保证的密封性能的稳定性，对不同工况下特别是腔体内产生压力波动，瞬间压力过大时，密封的适应性强，密封装置的使用寿命长；并且对动压泵送密封组件的膨胀腔和弹性气胀密封圈内充气量的控制是分别独立的，两者互不影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：
图1是本发明的密封装置的装配示意图；
图2是本发明的密封装置的织物密封圈2与旋转轴1相对运动的位置关系。
图3是本发明的可圆周伸缩的金属密封环13末端重叠部分的示意图。
图4是本发明的螺旋槽槽口宽度和倾斜角度的变化的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以 下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种密封方法，其用于在具有旋转轴的机械装置上密封压力流体，如附图1所示，所述机械装置的旋转轴1具有转速传感器11-1；所述机械装置具有外壳体3以及安装在所述外壳体3中的轴承14，其中所述外壳体3具有中间肋4；所述外壳体3左端内形成腔体，用于容纳压力流体，所述腔体内具有压力力传感器11-2；所述外壳体3的右端密封连接有端盖8，所述端盖8的右端密封连接有压板9。
所述中间肋4径向靠近所述旋转轴1的部分设置有安装槽，所述安装槽内设置有织物密封圈2；如附图2所示，所述织物密封圈2的内圆周直径是所述旋转轴1的直径的1.05-1.25倍，所述织物密封圈2的外径是安装槽圆周面直径的0.85-0.95倍。
所述机械装置具有动压泵送密封组件5，所述动压泵送密封组件5的外圆面与所述外壳体3内圆周壁面密封固定，所述动压泵送密封组件5具有密封副唇18和主密封唇以及膨胀腔15，所述主密封唇上固定有聚四氟乙烯制成的密封环片17，如附图4所示，并在所述密封环片17对应的所述旋转轴1的外圆周面上加工出螺旋槽16用于将压力流体泵送回所述腔体；其中所述密封环片17上的所述螺旋槽16的槽口的宽度在沿着所述螺旋槽16的轨迹，从密封环片17靠近所述轴承14侧到密封环片17靠近所述密封副唇侧18，线性地连续减小；并且膨胀腔15通过第一气管6-1连接到进排气控制装置10。
所述机械装置具有弹性的气胀密封圈12，所述气胀密封圈12为L形，所述气胀密封圈12在径向上与所述压板9实现静密封，气胀密封圈12通过第二气管6-2连接到进排气控制装置10，气胀密封圈12的轴向的内圆周部分具有凹槽，所述凹槽内安装有可周向伸缩的金属密封环13；如附图3所示，所述金属密封环13的末端在圆周向上有一部分重叠。
所述旋转轴1旋转时，所述织物密封圈2的内圆周面有一部分与所述旋转轴1的外圆周面接触，并且所述织物密封圈2在所述旋转轴1的带动下转动，所述织物密封圈2转动的速度小于所述旋转轴1旋转的旋转速度。
所述旋转轴1旋转时，所述密封副唇侧18进行进一步的密封和降低压力，再利用密封环片与所述旋转轴1的动压密封和泵送作用进一步密封；并且所述进排气控制装置10，实时接收转速传感器11-1和压力力传感器11-2的无线信号，并根据所述旋转轴1的转速和腔体内的流体压力，控制所述膨胀腔15的进排气量，进而控制动压泵送密封组件5的径向的膨胀伸缩，控制密封副唇侧18和密封环片17与所述旋转轴1的间隙。
所述旋转轴1旋转时，进排气控制装置10，实时接收转速传感器11-1和压力力传感器11-2的无线信号，并根据所述旋转轴1的转速和腔体内的流体压力，控制所述气胀密封圈12内腔的进排气量，进而控制气胀密封圈12的膨胀程度，调节所述气胀密封圈12径向上的密封压力；并且对金属密封环13随着气胀密封圈12的膨胀程度的变化而进行的圆周方向的伸缩量进行控制，调节所述气胀密封圈12对所述旋转轴的密封压力；
所述旋转轴静止时，进排气控制装置10根据所述旋转轴1的转速和腔体内的流体压力，控制膨胀腔15的进排气量，调节动压泵送密封组件5与所述旋转轴1的静密封力；控制所述气胀密封圈12内腔的进排气量，调节气胀密封圈12径向密封静压力对所述旋转轴1的密封静压力。
所述金属密封环13为耐磨性好、摩阻系数小且不易热胀形的具有弹性的合金材料。
在旋转轴1静止的非工作状态下，所述动压泵送密封组件5与所述旋转轴1以具有预紧力的保持接触；而当旋转轴1旋转时，密封环片17受到流体动压作用实现与旋转轴圆周面的非接触，在密封环片与旋转轴1的圆周面之间形成动压流体膜密封，并通过螺旋槽16将流体泵送回所述腔体。
所述进排气控制装置10连接到压力气源。
所述金属密封环13在径向的厚度方向一部分在气胀密封圈12的凹槽内，另一部分在气胀密封圈的凹槽外，当旋转轴1旋转时，金属密封环不会随着旋转轴1转动。
如附图4所示，所述密封环片17对应的所述旋转轴1外圆周面的所述螺旋槽16在沿着所述螺旋槽16的轨迹，从靠近所述密封副唇侧18到螺旋槽16的轨迹中点这一段的倾斜角为A；其中所述密封环片17对应的所述旋转轴1外圆周面的所述螺旋槽16在沿着所述螺旋槽16的轨迹，从螺旋槽16的轨迹中点到靠近所述轴承14侧这一段的倾斜角为B；并且倾斜角A大于倾斜角为B。
本发明利用织物密封圈的织物结构，可以对腔体内的流体中的固体杂质进行过滤，并且具有降压的作用，减轻了后续密封件的密封压力；通过对织物密封圈的尺寸的设计，使在旋转轴旋转时，织物密封圈的内圆周面仅有一部分与旋转轴的外圆周面接触，并且织物密封圈在旋转轴的带动下可以进行一定速度的转动，较大程度地减小了对织物密封圈的磨损，保证使用寿命。
本发明利用密封副唇侧进一步对流体进行密封，降低密封压力，再利用密封环片的动压密封和泵送作用减小流体的泄露损失；并且密封环片上的螺旋槽槽口的宽度在沿着螺旋槽的轨迹，从密封环片靠近轴承侧到密封环片靠近密封副唇侧，线性地连续减小；能够减小螺纹槽的截面面积的总和，进一步动压密封膜的刚度和稳定性，同时提高了泵送流体的能力；并且通过对动压泵送密封组件的膨胀腔的充气量的控制，在设备不工作旋转轴静止时，使其进行膨胀进而实现径向的静密封，在旋转轴转动时，可以根据腔体内流体的压力和旋转轴的转速控制动压泵送密封组件的膨胀伸缩，适应性地调节泵送流体的能力和动压流体密封膜的刚度和稳定性。
本发明利用L形的弹性气胀密封圈与金属密封环的组合实现了轴向和径向的双向密封；并且可以根据腔体内流体的压力和旋转轴的转速，通过对弹性气胀密封圈内腔的充气量的控制使其进行膨胀进而径向密封的强度，并间接控制金属密封环的周向伸缩，与旋转轴贴紧的力度，保证轴向密封的强度；并且弹性气胀密封圈还可以实现在旋转轴静止的非工作状态下的静密封，以及旋转轴旋转的工作状态下的动密封，保证腔体内的流体不泄露以及外界的杂质不进入腔体。
本发明的织物密封圈、动压泵送密封组件、气胀密封圈和金属密封环相互协同作用，共同实现了腔体内压力流体的密封，并且保证的密封性能的稳定性，对不同工况下特别是腔体内产生压力波动，瞬间压力过大时，密封的适应性强，密封装置的使用寿命长；并且对动压泵送密封组件的膨胀腔和弹性气胀密封圈内充气量的控制是分别独立的，两者互不影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种密封方法，其用于在具有旋转轴的机械装置上密封压力流体，所述机械装置的旋转轴（1）具有转速传感器（11-1）；所述机械装置具有外壳体（3）以及安装在所述外壳体（3）中的轴承（14），其中所述外壳体（3）具有中间肋（4）；所述外壳体（3）左端内形成腔体，用于容纳压力流体，所述腔体内具有压力力传感器（11-2）；所述外壳体（3）的右端密封连接有端盖（8），所述端盖（8）的右端密封连接有压板（9）；
所述中间肋（4）径向靠近所述旋转轴（1）的部分设置有安装槽，所述安装槽内设置有织物密封圈（2）；所述织物密封圈（2）的内圆周直径是所述旋转轴（1）的直径的1.05-1.25倍，所述织物密封圈（2）的外径是安装槽圆周面直径的0.85-0.95倍；
所述机械装置具有动压泵送密封组件（5），所述动压泵送密封组件（5）的外圆面与所述外壳体（3）内圆周壁面密封固定，所述动压泵送密封组件（5）具有密封副唇（18）和主密封唇以及膨胀腔（15），所述主密封唇上固定有聚四氟乙烯制成的密封环片（17），并在所述密封环片（17）对应的所述旋转轴（1）的外圆周面上加工出螺旋槽（16）用于将压力流体泵送回所述腔体；其中所述螺旋槽（16）的槽口的宽度在沿着所述螺旋槽（16）的轨迹，从密封环片（17）靠近所述轴承（14）侧到密封环片（17）靠近所述密封副唇侧（18），线性地连续减小；并且膨胀腔（15）通过第一气管（6-1）连接到进排气控制装置（10）；
所述机械装置具有弹性的气胀密封圈（12），所述气胀密封圈（12）为L形，所述气胀密封圈（12）在径向上与所述压板（9）实现静密封，气胀密封圈（12）通过第二气管（6-2）连接到进排气控制装置（10），气胀密封圈（12）的轴向的内圆周部分具有凹槽，所述凹槽内安装有可周向伸缩的金属密封环（13）；所述金属密封环（13）的末端在圆周向上有一部分重叠；
所述密封方法的特征在于：
所述旋转轴（1）旋转时，所述织物密封圈（2）的内圆周面有一部分与所述旋转轴（1）的外圆周面接触，并且所述织物密封圈（2）在所述旋转轴（1）的带动下转动，所述织物密封圈（2）转动的速度小于所述旋转轴（1）旋转的旋转速度；
所述旋转轴（1）旋转时，所述密封副唇侧（18）进行进一步的密封和降低压力，再利用密封环片与所述旋转轴（1）的动压密封和泵送作用进一步密封；并且所述进排气控制装置（10），实时接收转速传感器（11-1）和压力力传感器（11-2）的无线信号，并根据所述旋转轴（1）的转速和腔体内的流体压力，控制所述膨胀腔（15）的进排气量，进而控制动压泵送密封组件（5）的径向的膨胀伸缩，控制密封副唇侧（18）和密封环片（17）与所述旋转轴（1）的间隙；
所述旋转轴（1）旋转时，进排气控制装置（10），实时接收转速传感器（11-1）和压力力传感器（11-2）的无线信号，并根据所述旋转轴（1）的转速和腔体内的流体压力，控制所述气胀密封圈（12）内腔的进排气量，进而控制气胀密封圈（12）的膨胀程度，调节所述气胀密封圈（12）径向上的密封压力；并且对金属密封环（13）随着气胀密封圈（12）的膨胀程度的变化而进行的圆周方向的伸缩量进行控制，调节所述气胀密封圈（12）对所述旋转轴的密封压力；
所述旋转轴静止时，进排气控制装置（10）根据所述旋转轴（1）的转速和腔体内的流体压力，控制膨胀腔（15）的进排气量，调节动压泵送密封组件（5）与所述旋转轴（1）的静密封力；控制所述气胀密封圈（12）内腔的进排气量，调节气胀密封圈（12）径向密封静压力对所述旋转轴（1）的密封静压力。
2.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述金属密封环（13）为耐磨性好、摩阻系数小且不易热胀形的具有弹性的合金材料。
3.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，在旋转轴（1）静止的非工作状态下，所述动压泵送密封组件（5）与所述旋转轴（1）以具有预紧力的保持接触；而当旋转轴（1）旋转时，密封环片（17）受到流体动压作用实现与旋转轴圆周面的非接触，在密封环片与旋转轴（1）的圆周面之间形成动压流体膜密封，并通过螺旋槽（16）将流体泵送回所述腔体。
4.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述进排气控制装置（10）连接到压力气源。
5.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述金属密封环（13）在径向的厚度方向一部分在气胀密封圈（12）的凹槽内，另一部分在气胀密封圈的凹槽外，当旋转轴（1）旋转时，金属密封环不会随着旋转轴（1）转动。
6.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，其中所述密封环片（17）对应的所述旋转轴（1）外圆周面的所述螺旋槽（16）在沿着所述螺旋槽（16）的轨迹，从靠近所述密封副唇侧（18）到螺旋槽（16）的轨迹中点这一段的倾斜角为A；其中所述密封环片（17）对应的所述旋转轴（1）外圆周面的所述螺旋槽（16）在沿着所述螺旋槽（16）的轨迹，从螺旋槽（16）的轨迹中点到靠近所述轴承（14）侧这一段的倾斜角为B；并且倾斜角A大于倾斜角为B。
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