CN113124244A - 一种对接角度可调的球面密封结构 - Google Patents

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刘飞
贾卫民
边东伟
杜永清
牛晓辙
孙志强
程树伟
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L23/00—Flanged joints
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L23/00—Flanged joints
    • F16L23/02—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially
    • F16L23/036—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially characterised by the tensioning members, e.g. specially adapted bolts or C-clamps

Abstract

本发明涉及一种密封结构，具体涉及一种对接角度可调的球面密封结构，用于解决现有密封结构的两密封面轴线不允许有过大的角度偏差、密封结构易失效且返修消耗大的不足之处，该对接角度可调的球面密封结构包括：接口Ⅰ、接口Ⅱ、密封圈和活套法兰，所述密封圈设在接口Ⅰ与接口Ⅱ之间，所述活套法兰套装在接口Ⅰ上，活套法兰上设有传力锥面，所述接口Ⅱ上设有法兰结构，所述活套法兰与法兰结构通过螺栓组件连接，所述接口Ⅰ内侧设有密封锥面，外侧设有传力球面，所述密封圈一侧设置有密封球面，所述密封球面的球心位于接口Ⅱ的轴线上，螺栓组件拧紧后密封锥面与密封球面、传力球面与传力锥面均为线接触，传力球面的球心与密封球面重合。

Description

一种对接角度可调的球面密封结构
技术领域
本发明涉及一种密封结构，具体涉及一种对接角度可调的球面密封结构。
背景技术
机械工程技术领域中的管道对接密封结构主要由平面、突面、凹凸面、榫槽面、环连接面、凹凸台阶和球面等对接面加密封垫的形式构成，这些结构形式在GB/T9115-2010对焊钢制管法兰、JB/T450-1992PN16.0～32.0MPa锻造角式高压阀门、管件、紧固件技术条件和JB/T2776-2010阀门零部件-高压透镜垫等技术资料中均有介绍。现有的各种对接密封结构一般对两密封面有一定的平行度要求，即不允许两密封面轴线有过大的角度偏差，否则无法达到密封要求。然而，工程应用中，往往由于法兰焊接变形、结构时效变形、密封结构加工偏差、基础沉降等因素造成两密封面不满足平行度要求，造成密封结构失效，或是安装后人为想调整对接角度，如果要保证密封有效，需要重新焊接、加工等，浪费大量人力、财力和物力。
发明内容
本发明的目的是解决现有密封结构的两密封面轴线不允许有过大的角度偏差、密封结构易失效且返修消耗大的不足之处，而提供一种对接角度可调的球面密封结构。
本发明提供一种对接角度可调的球面密封结构，包括接口Ⅰ、接口Ⅱ和密封圈，所述密封圈设在接口Ⅰ与接口Ⅱ之间，其特殊之处在于：
还包括套装在接口Ⅰ上的活套法兰，所述活套法兰的内侧端上设置有传力锥面；
所述接口Ⅱ上设有法兰结构，所述活套法兰与法兰结构通过螺栓组件连接；
所述接口Ⅰ内侧设有密封锥面，外侧设有传力球面；
所述密封圈一侧与接口Ⅱ密封接触，另一端外侧设置有密封球面，所述密封球面的球心位于接口Ⅱ的轴线上；
所述密封锥面与密封球面线接触；
所述传力球面与传力锥面线接触；
所述传力球面与密封球面球心重合。
进一步地，所述接口Ⅰ内侧设有用于保证接口间对接角度变化时不产生突起阻碍内物质流通的过渡圆弧Ⅰ，所述过渡圆弧Ⅰ位于密封锥面的内端。
进一步地，所述密封圈另一端内侧还设有过渡圆弧Ⅱ。
进一步地，所述密封锥面的锥度为100°，与之接触的密封球面的球面半径为195mm；传力锥面的锥度为100°，与之接触的传力球面的球面半径为220mm。
进一步地，所述密封圈与接口Ⅱ之间为平面接触或凹凸配合或榫槽配合或球面配合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在安装时接口Ⅰ与密封圈形成球面-锥面密封结构，接口Ⅰ与活套法兰形成球面-锥面传力结构，实现可靠密封的同时，接口Ⅰ和接口Ⅱ可以相对旋转，即安装时接口Ⅰ与接口Ⅱ的对接角度可以一定范围内调整。
(2)本发明中在接口Ⅰ与接口Ⅱ的对接角度因法兰焊接变形、密封结构时效变形、密封结构加工偏差、基础沉降等因素发生改变，或是想人为调整对接角度时，不需要将原结构重新加工，接口Ⅰ与密封圈形成新的球面-锥面密封结构，接口Ⅰ与活套法兰形成新的球面-锥面传力结构，自动补偿角度变化，保证整体密封仍旧有效，从而节省大量人力、财力和物力。
附图说明
图1为本发明一个实施例的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例接口Ⅰ的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例密封圈的剖面结构示意图；
图4为本发明实施例活套法兰的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例接口Ⅰ逆时针旋转2°后的剖面结构示意图。
附图标记说明如下：1-接口Ⅰ，11-过渡圆弧Ⅰ，12-密封锥面，13-传力球面；2-接口Ⅱ，21-法兰结构；3-密封圈，31-密封球面，32-过渡圆弧Ⅱ；4-活套法兰，41-传力锥面；5-螺栓组件。
具体实施方式
下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
参照图1-4，本发明提供一种对接角度可调的球面密封结构，包括接口Ⅰ1、接口Ⅱ2、密封圈3和活套法兰4，所述密封圈3设在接口Ⅰ1与接口Ⅱ2之间，所述活套法兰4套装在接口Ⅰ1上，活套法兰4的内径为276mm，外径为402mm，并设有圆周均布的8个螺栓孔，孔径为26mm，活套法兰4的内侧端上设有传力锥面41，所述传力锥面41的外径为299mm，锥角为100°。
所述接口Ⅱ2上设有法兰结构21，所述法兰结构21与活套法兰4通过螺栓组件5连接，所述螺栓组件5规格为M24。
所述接口Ⅰ1内侧设有半径为10mm的过渡圆弧Ⅰ11，保证接口间对接角度变化时不产生突起阻碍管内物质流通；所述接口Ⅰ1内侧还设有密封锥面12，密封锥面12外径为284mm，锥角为100°；接口Ⅰ1外侧设有传力球面13，所述传力球面13的半径为220mm；
所述密封圈3内径为219mm，外径为284mm；所述密封圈3一侧与接口Ⅱ2密封接触，另一端外侧设有密封球面31，所述密封球面31的球心位于接口Ⅱ2的轴线上，球面半径为195mm；另一端内侧还设有半径为20mm的过渡圆弧Ⅱ32，与所述过渡圆弧Ⅰ11作用相同。
当拧紧螺栓组件5后，所述密封锥面12与密封球面31线接触，所述传力球面13与传力锥面41线接触，传力球面13的球心与密封球面31球心重合，密封球面31与密封锥面12形成球面-锥面密封结构，传力球面13与传力锥面41形成球面-锥面传力结构，从而实现可靠密封；参照图5，当接口Ⅰ1一侧以密封球面31球心为中心，逆时针旋转2°后，接口Ⅱ2的法兰结构21相对活套法兰4位置始终不变，密封球面31与密封锥面12球面-锥面密封结构，传力球面13与传力锥面41间仍保持线接触，形成新的球面-锥面传力结构，补偿对接角度变化，仍能实现可靠密封。
本实施例中，接口Ⅰ1相对接口Ⅱ2对接角度变化范围至少可达±2°，实现了球面密封结构的对接角度可调。如果要扩大对接角度的变化范围，可以通过调整密封结构中锥面的锥角和球面的半径来实现。
另一实施例中，所述接口Ⅱ2上设有凹槽，接口Ⅰ1将密封圈3压紧在接口Ⅱ2的凹槽内，从而防止密封圈3因接口Ⅰ1相对接口Ⅱ2对接角度变化而滑动，其余结构均与上述实施例相同。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种对接角度可调的球面密封结构，包括接口Ⅰ(1)、接口Ⅱ(2)和密封圈(3)，所述密封圈(3)设在接口Ⅰ(1)与接口Ⅱ(2)之间，其特征在于：
还包括套装在接口Ⅰ(1)上的活套法兰(4)，所述活套法兰(4)的内侧端上设置有传力锥面(41)；
所述接口Ⅱ(2)上设有法兰结构(21)，所述活套法兰(4)与法兰结构(21)通过螺栓组件(5)连接；
所述接口Ⅰ(1)内侧设有密封锥面(12)，接口Ⅰ(1)外侧设有传力球面(13)；
所述密封圈(3)一端与接口Ⅱ(2)密封接触，另一端外侧设置有密封球面(31)，所述密封球面(31)的球心位于接口Ⅱ(2)的轴线上；
所述密封锥面(12)与密封球面(31)线接触；
所述传力球面(13)与传力锥面(41)线接触；
所述传力球面(13)与密封球面(31)球心重合。
2.根据权利要求1所述的一种对接角度可调的球面密封结构，其特征在于：所述接口Ⅰ(1)内侧设有用于保证接口间对接角度变化时不产生突起阻碍内物质流通的过渡圆弧Ⅰ(11)，所述过渡圆弧Ⅰ(11)位于密封锥面(12)的内端。
3.根据权利要求2所述的一种对接角度可调的球面密封结构，其特征在于：所述密封圈(3)另一端内侧还设有过渡圆弧Ⅱ(32)。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种对接角度可调的球面密封结构，其特征在于：所述密封锥面(12)的锥度为100°，与之接触的密封球面(31)的球面半径为195mm；传力锥面(41)的锥度为100°，与之接触的传力球面(13)的球面半径为220mm。
5.根据权利要求1所述的一种对接角度可调的球面密封结构，其特征在于：所述密封圈(3)与接口Ⅱ(2)之间为平面接触或凹凸配合或榫槽配合或球面配合。
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