CN112648384A - 一种介质自紧式密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种介质自紧式密封装置，包括待密封连接的第一部件与第二部件，以及用于第一部件与第二部件之间轴向密封的密封组件，密封组件沿轴向设置在第一密封端面与第二密封端面之间，第一部件与第二部件中至少一者具有介质腔，密封组件包括内支撑环、外支撑环，以及具有中空内腔的密封环，密封环设在在内支撑环与外支撑环之间，其中，内支撑环上开设有介质引入孔，介质引入孔贯穿内支撑环，密封环的内侧周部上开设有连通中空内腔的介质通入孔，介质引入孔连通介质腔与介质通入孔。本发明的密封装置，介质在密封环内形成自紧应力，实现自紧密封，使得密封组件能够始终与第一部件及第二部件紧密接触，密封效果好。

Description

一种介质自紧式密封装置
技术领域
本发明涉及密封领域，尤其涉及一种介质自紧式密封装置。
背景技术
在换热器等高温高压设备中，密封装置密封性能的好坏对设备的工作效率有着重要影响。传统密封装置中，通常采用法兰将密封垫片压紧在需要密封的部件之间，密封垫片包括缠绕垫片、包覆垫片等。以管壳式多程换热器为例，在实际运行时，由于程间客观存在的温度差，换热器入口至出口多程对应的法兰部位温度不一致，因而会形成法兰内部热应力，并导致法兰周向各节点的轴向变形不一致，造成密封垫片密封周向不同节点周向密封工作应力的局部缺失，从而造成密封泄漏，特别是管程数越多越容易泄漏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中由于介质温度不同导致密封组件不同节点热变形不同而造成泄漏的问题，提供一种密封性能好的介质自紧式密封装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种介质自紧式密封装置，包括待密封连接的第一部件与第二部件，以及用于所述第一部件与所述第二部件之间轴向密封的密封组件，所述第一部件具有第一密封端面，所述第二部件具有第二密封端面，所述密封组件沿轴向设置在所述第一密封端面与所述第二密封端面之间，所述第一部件与所述第二部件这两者中的至少一者具有介质腔，所述介质腔包括彼此相互分隔的多个子容腔，所述密封组件包括内支撑环、外支撑环，以及具有中空内腔的密封环，所述密封环设在在所述内支撑环与所述外支撑环之间，其中，所述内支撑环上开设有介质引入孔，所述介质引入孔贯穿所述内支撑环的内侧壁与所述外侧壁，所述密封环的内侧周部上开设有连通所述中空内腔的介质通入孔，所述内支撑环包括互不连通的多个孔腔，所述子容腔与所述孔腔的个数及位置一一对应，所述介质引入孔有一个或多个，所有的所述介质引入孔仅与其中一个所述孔腔及所述子容腔连通，且所述介质引入孔与所述介质通入孔相互连通。
优选地，所述介质通入孔具有沿所述密封环的周向间隔地设置的多个。
优选地，所述密封环的内径大于所述内支撑环的外径。
进一步地，所述密封环的内侧周部与所述内支撑环的外侧壁之间沿径向始终具有间隙地设置，所述介质引入孔与所述介质通入孔经过所述间隙连通。
优选地，所述内支撑环高度方向的两个端面上均固定地设置有密封层，一个所述的密封层与所述第一密封端面密封接触，另一个所述密封层与所述第二密封端面密封接触。
优选地，所述密封环的外侧周部与所述外支撑环的内侧壁周部之间间隙配合。
优选地，所述内支撑环包括具有内孔的环体、固定地设置在所述环体上的至少一根筋条，所有的所述筋条将所述环体的所述内孔分隔为互不连通的多个所述的孔腔。
进一步地，所述介质腔设置在所述第二部件上，所述介质腔内设置有多个隔板，所有的所述隔板将所述介质腔分隔为多个所述的子容腔。
进一步地，所述筋条的高度与所述环体的高度一致，且在高度方向上的两个端面分别齐平。
进一步地，所述第一部件上形成有安装槽，所述第二部件上形成有安装凸起，所述安装凸起能够配合地插设在所述安装槽中，所述密封组件设置在所述安装槽中，所述安装凸起插设在所述安装槽中并压紧在所述密封组件上。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的介质自紧式密封装置，介质腔中的介质通过介质引入孔及介质通入孔进入到密封环内，形成密封环的自紧应力，且密封环周向各处温度一致、受力均匀，实现自紧密封，使得密封组件能够始终与第一部件及第二部件紧密接触，密封效果好。
附图说明
附图1为本发明的介质自紧式密封装置一具体实施例的示意图；
附图2为图1中A-A剖视图；
附图3为图2中B处放大图；
附图4为图2中C处放大图；
附图5为本实施例中密封组件的示意图；
附图6为图5中D-D剖视图；
附图7为图5中E-E剖视图；
其中：1、第一部件；11、换热管道；12、安装凸起；
2、第二部件；211、子容腔；2111、进液管箱；2112（2112a、2112b、2112c）、中间管箱；2113、出液管箱；212、隔板；22、介质入口；23、介质出口；24、安装槽；
3、密封组件；31、内支撑环；311、环体；312、筋条；31a、密封层；310、介质引入孔；32、外支撑环；33、密封环；330、介质通入孔；
4、壳程壳体。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本实施例以管壳式多程换热器为例，阐述本发明的介质自紧式密封装置在实际应用时的具体结构及工作原理。
参见图1及图2所示为一种安装有介质自紧式密封装置的管壳式多程换热器，该密封装置包括密封连接的第一部件1与第二部件2，以及用于第一部件1与第二部件2之间轴向密封连接的密封组件3，第一部件1具有第一密封端面，第二部件2具有第二密封端面，密封组件3沿轴向设置在第一密封端面与第二密封端面之间，第一部件1与第二部件2这两者中的至少一者具有介质腔。
本实施例中，第一部件1与第二部件2均为法兰，第一密封端面与第二密封端面分别为两个法兰相配合的两个轴端面。介质腔设置在第二部件2上，该第二部件2具体为具有法兰连接部的高压釜。介质腔包括彼此之间相互分隔的多个子容腔211，第一部件1上设置有连通相邻两个子容腔211的多条换热管道11，本实施例中以8程换热器举例说明，该换热器还包括与第一部件1密封连接的壳程壳体4，壳程壳体4与第一法兰1形成多腔室冷却器，所有的换热管道11均延伸至壳程壳体4内部，从而高温高压的管程介质与低温壳程介质能够在壳程壳体4中实现换热。
介质腔中设置有多个隔板212，将介质腔分隔为多个子容腔211，本实施例的换热器中子容腔211也被称作管箱，该多个管箱211具体包括进液管箱2111、出液管箱2113，以及三个中间管箱2112，管程介质沿输入方向依次经过进液管箱2111、中间管箱2112a、中间管箱2112b、中间管箱2112c及出液管箱2113；第二部件2上还设置有与进液管箱2111相连通的介质入口22、与出液管箱2113相互连通的介质出口23。管程介质按照如图1中箭头所指的方向依次流经各个子容腔211及换热管道11，经过8管程逐级换热降温，进液管箱2111中的管程介质温度最高，出液管箱2113中的管程介质温度最低，容易造成第二部件2周向受热不均衡，第一部件1与第二部件2之间的密封垫片容易出现局部翘起等密封失效的问题。
参见图3及图7所示，本实施例中的密封组件3，包括内支撑环31、外支撑环32，以及具有中空内腔的密封环33，密封环33设在在内支撑环31与外支撑环32之间。
内支撑环31包括具有内孔的环体311、固定地设置在环体311上的至少一根筋条312，本实施例中具体有如图5所示的4根筋条312，所有的筋条312将环体311的内孔分隔为互不连通的多个孔腔，子容腔211与孔腔的个数及位置一一对应。筋条312密封地连接在隔板212与第一部件1之间，筋条312的高度与环体311的高度一致，且在高度方向上的两个端面分别齐平，用于为环体311及整个密封组件3提供支撑。
如图3及图6所示，内支撑环31上设有介质引入孔310，介质引入孔310贯穿内支撑环31的内侧壁与外侧壁，介质引入孔310沿内支撑环的径向方向延伸。密封环33的内侧周部上开设有连通中空内腔的介质通入孔330，介质引入孔310可以为一个或多个，所有的介质引入孔310均与同一个子容腔211连通，该子容腔211通过介质引入孔310与介质通入孔330相互连通，本实施例中，介质引入孔310具体是与进液管箱2111相互连通，而介质通入孔330具有沿密封环33的周向间隔地设置的多个，从而进液管箱2111中的高温管程介质能够注入并充满密封环33的内腔。
具体地，密封环33的内径大于内支撑环31的外径，密封环33的内侧周部与内支撑环31的外侧壁之间沿径向始终具有间隙地设置，介质引入孔310与介质通入孔330经过间隙连通；密封环33的外侧周部与外支撑环32的内侧壁周部之间间隙配合。如此，内支撑环31与外支撑环32之间具有可供密封环33进行径向形变的空间，而密封环33的轴向两端面始终抵靠在第一部件1及第二部件2上。
本实施例中，第一部件1上形成有安装凸起12，第二部件2上形成有安装槽24，密封组件3设置在安装槽24中，安装凸起12配合地插设在安装槽24中并压紧在密封组件3上，内支撑环31高度方向的两个端面上均设置有密封层31a，使得内支撑环31密封地连接在安装槽24与安装凸起12之间，一个密封层31a与第一密封端面密封接触，另一个密封层31a与第二密封端面密封接触，其中密封层31a具体为柔性石墨层或软质金属层。
需要说明的是，上述内支撑环31、外支撑环32及密封环33均应具备一定的强度，其中密封环33还应当具备一定的刚度，三者均可采用金属或非金属材料制成，优选金属材料。密封环33外壁表面可包覆软性材料，如银、铝、铜等，或可电镀银、铜等，使密封环33与第一部件1及第二部件2的相邻端面接紧密触。
本实施例中介质自紧式密封装置的密封原理具体如下：
通过螺栓连接使得第一部件1和第二部件2沿轴向压紧密封组件3，密封环33与第一部件1及第二部件2接触并形成初始密封应力。换热器开始运行后，进液管箱2111中的有压介质通过介质引入孔310和介质通入孔330进入密封环33的内腔中，随着工作温度、压力的增大，密封环33中的介质产生由内向外的自紧应力Fa，在自紧应力Fa的作用下，密封环33与两个密封端面的接触应力Fg也逐渐增大，从而实现自紧密封。
本实施例的介质自紧式密封装置，热流体介质经多程换热后，温度逐渐降低，不同子容腔211周向上的温度不同，具体为第一部件1、第二部件2与进液管箱2111的连接处温度最高，与出液管箱2113的连接处温度最低，与中间管箱2112a、中间管箱2112b、中间管箱2112c的连接处温度逐步降低，由于各子容腔211间隔设置，因此在第一部件1及第二部件2的周向上温度分布不均衡，导致螺栓、法兰等接头元件的热膨胀不同，产生的变形不协调，密封环33的密封应力不均匀，通过上述密封环33的自紧功能，能够对不均匀的密封应力进行补偿，从而保证密封持续有效。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种介质自紧式密封装置，包括待密封连接的第一部件与第二部件，以及用于所述第一部件与所述第二部件之间轴向密封的密封组件，所述第一部件具有第一密封端面，所述第二部件具有第二密封端面，所述密封组件沿轴向设置在所述第一密封端面与所述第二密封端面之间，所述第一部件与所述第二部件这两者中的至少一者具有介质腔，所述介质腔包括彼此相互分隔的多个子容腔，其特征在于：所述密封组件包括内支撑环、外支撑环，以及具有中空内腔的密封环，所述密封环设在在所述内支撑环与所述外支撑环之间，其中，所述内支撑环上开设有介质引入孔，所述介质引入孔贯穿所述内支撑环的内侧壁与所述外侧壁，所述密封环的内侧周部上开设有连通所述中空内腔的介质通入孔，所述内支撑环包括互不连通的多个孔腔，所述子容腔与所述孔腔的个数及位置一一对应，所述介质引入孔有一个或多个，所有的所述介质引入孔仅与其中一个所述孔腔及所述子容腔连通，且所述介质引入孔与所述介质通入孔相互连通。
2.根据权利要求1所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述介质通入孔具有沿所述密封环的周向间隔地设置的多个。
3.根据权利要求1所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述密封环的内径大于所述内支撑环的外径。
4.根据权利要求3所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述密封环的内侧周部与所述内支撑环的外侧壁之间沿径向始终具有间隙地设置，所述介质引入孔与所述介质通入孔经过所述间隙连通。
5.根据权利要求1所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述内支撑环高度方向的两个端面上均固定地设置有密封层，一个所述的密封层与所述第一密封端面密封接触，另一个所述密封层与所述第二密封端面密封接触。
6.根据权利要求1所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述密封环的外侧周部与所述外支撑环的内侧壁周部之间间隙配合。
7.根据权利要求1至6任一项所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述内支撑环包括具有内孔的环体、固定地设置在所述环体上的至少一根筋条，所有的所述筋条将所述环体的所述内孔分隔为互不连通的多个所述的孔腔。
8.根据权利要求7所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述介质腔设置在所述第二部件上，所述介质腔内设置有多个隔板，所有的所述隔板将所述介质腔分隔为多个所述的子容腔。
9.根据权利要求7所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述筋条的高度与所述环体的高度一致，且在高度方向上的两个端面分别齐平。
10.根据权利要求7所述的介质自紧式密封装置，其特征在于：所述第一部件上形成有安装槽，所述第二部件上形成有安装凸起，所述安装凸起能够配合地插设在所述安装槽中，所述密封组件设置在所述安装槽中，所述安装凸起插设在所述安装槽中并压紧在所述密封组件上。
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