CN113374869A - 一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于密封设备技术领域，针对现有技术中存在的球芯处于球状滚动状况下的真空密封性差，导致存在较严重的漏气问题，本发明公开一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置。上定位圈、上密封圈、下密封圈、刮尘圈自上而下呈同轴排布设置，上定位圈、上密封圈、下密封圈、刮尘圈自上而下相互邻接形成密封腔体，密封腔体设置为与球芯外形相互匹配的球形腔，球芯嵌设于密封腔体内，球芯上端和摇杆连接，摇杆的上端延伸至密封腔体的外侧。本发明实现了摇动过程中的有效密封，提高使用可靠性。不易吸附扩散污渍，提高了应用对象的可靠性，极大减少维护时间。
Description
技术领域
本发明属于密封设备技术领域，具体涉及一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置。
背景技术
目前国内企业大多采用电弧炉熔炼方式，电弧炉(简称EAF)熔炼是以电能作为热源的熔炼方法，它是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助电弧辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属炉料和炉渣，冶炼出各种成分合格的钢和合金的一种炼钢方法。
现有技术中，电弧炉焊枪的套筒杆和球芯在球铰链处，密封状况并不理想。在一般情况下，套筒杆处密封较常见，也是最易进行密封的部位，但却忽略了球芯处于球状滚动状况下的真空密封，导致存在较严重的漏气问题，导致高温电弧炉抽真空的过程消耗大量的时间。目前行业内未查阅到解决上述提到的球状滚动状况下的真空密封性差的技术问题，更未查阅到相应的技术方案。
作为本领域技术人员，在初始发现上述技术问题时，不断进行研究探索，最初的设计方式，选择了采用数组密封片罗列起来进行的密封的方式，通过实践发现该密封效果不理想。在这种基础上，设计与球芯外壁形状一致的独立密封套，但是并没有成功，易吸附灰尘，影响气密性，三个月不到就得对气密系统进行维护，更换。经过了无数种方案的摸索后，对球铰链处提出了这一有效的滚动真空密封方案。
发明内容
针对现有技术中存在的球芯处于球状滚动状况下的真空密封性差，导致存在较严重的漏气问题，本发明的目的在于提供一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置。
本发明采取的技术方案为：
一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，包括摇杆、球芯、上定位圈、上密封圈、下密封圈、刮尘圈、下定位圈，所述上定位圈、上密封圈、下密封圈、刮尘圈自上而下呈同轴排布设置，上定位圈、上密封圈、下密封圈、刮尘圈自上而下相互邻接形成密封腔体，密封腔体设置为与球芯外形相互匹配的球形腔，球芯嵌设于密封腔体内，球芯上端和摇杆连接，摇杆的上端延伸至密封腔体的外侧。
进一步的，所述上定位圈设置为环形结构，上定位圈的内侧壁自上而下依次设置为上倾斜部和上弧形部，上弧形部的弧度设置为与球芯外壁弧度一致，上弧形部设置为与球芯外侧壁相互适配的弧形曲面结构，上倾斜部与球芯外切线之间的夹角设置为锐角，上倾斜部整体呈外扩式结构，上倾斜部的内径大于球芯的上端口的外径。
进一步的，所述下定位圈设置为环形结构，下定位圈的外侧壁设置为圆柱筒体结构，沿着下定位圈的外侧壁呈环形排布设置有外密封槽，下定位圈的内侧壁自上而下依次设置为下弧形部和下倾斜部，下弧形部的弧度设置为与球芯外壁弧度一致，下弧形部设置为与球芯外侧壁相互适配的弧形曲面结构，密封圈嵌设在外密封槽内，下倾斜部与球芯外切线之间的夹角设置为锐角，下倾斜部整体呈外扩式结构，下倾斜部的内径大于球芯的下端口的外径。
进一步的，所述上密封圈和下密封圈结构设置一致，其均设置为环形结构，沿着上密封圈的上端面和下密封圈的下端面分别呈环形排布设置有上密封唇和下密封唇，所述上密封圈和下密封圈的横截面均设置为“Y”型结构。
进一步的，所述刮尘圈设置为环形结构，刮尘圈靠近球芯的一侧的刮尘内侧壁向内延伸设置为刮尘臂，刮尘臂设置为与球芯外侧壁相互适配的弧形曲面结构，刮尘圈远离球芯的一侧的刮尘外侧壁设置为圆筒体结构，刮尘内侧壁和刮尘外侧壁之间沿着刮尘圈的下底面向内凹陷设置有刮尘槽。
更进一步的，所述刮尘槽沿着刮尘圈的下端面向内呈凹弧形结构，刮尘臂的自由端部高于刮尘外侧壁的下底边，且二者之间的高度差形成刮尘间隙，刮尘间隙和刮尘槽相互连通。沿着刮尘间隙向刮尘槽内呈渐扩式延伸形成刮尘收集腔，用于收集从球芯上刮下来的灰尘。
进一步的，还设置有摇杆底座，摇杆底座上端部设置为中空圆筒体，上定位圈和上密封圈邻接，上密封圈和下密封圈的端面之间呈相切式邻接，下密封圈和刮尘圈邻接，刮尘圈和下定位圈的端面之间呈相切式邻接，下定位圈通过嵌设密封条的外密封槽安装在摇杆底座内。
进一步的，所述摇杆底座的下端部内侧向内呈环形延伸设置有内环形挡边，摇杆底座通过内环形挡边卡合在球芯的下端外侧；摇杆底座的下端部外侧向外呈环形延伸设置有连接凸缘，连接凸缘上呈环形等间距排布设置有螺孔，通过螺孔和熔炼炉连接。
进一步的，还设置有螺帽，螺帽通过螺纹旋拧在摇杆底座的上端外侧壁，沿着螺帽上端口向内呈环形延伸设置有外环形挡边，螺帽通过外环形挡边卡合在球芯的上端外侧部。
进一步的，所述上密封圈、下密封圈和刮尘圈采用聚氨酯材质制备而成，上定位圈和下定位圈采用聚四氟材质制备而成，通过上定位圈和下定位圈固定整体密封套装的位置。
本发明的有益效果为：
1.通过合理接触变形过盈配合设计，实现了摇动过程中的有效密封。
2.通过多条密封唇的选择有效提高使用可靠性。
3.聚氨酯具有耐污染的特征，不易吸附扩散污渍，提高了应用对象的可靠性，极大减少维护时间。
真空系统每个环节的泄露都会造成整体真空效率的下降，本环节的提升使得真空电弧炉的高真空综合效率从30分钟每次提高到1分钟每次。巨大节约了科研工作者的时间。
附图说明
图1为本发明中摇杆、球芯和摇动真空密封装置相互装配的整体结构示意图；
图2为图1的A-A方向剖视图；
图3为本发明中上定位圈和下定位圈的整体结构示意图；
图4为本发明中上定位圈和下定位圈的正视图；
图5为图4中的Z-Z方向的剖视图；
图6为本发明中上密封圈的整体结构示意图；
图7为本发明中上密封圈的正视图；
图8为图7中的L-L方向的剖视图；
图9为本发明中下密封圈的整体结构示意图；
图10为本发明中刮尘圈的整体结构示意图；
图11为本发明中刮尘圈的正视图；
图12为图11中的K-K方向的剖视图；
图13为图12中的II的局部放大图；
其中，1、上定位圈；1-1、上倾斜部；1-2、上弧形部；2、上密封圈；2-1、上密封唇；3、下密封圈；3-1、下密封唇；4、刮尘圈；4-1、刮尘槽；4-2、刮尘臂；4-3、刮尘间隙；5、下定位圈；5-1、外密封槽；5-2、下弧形部；5-3、下倾斜部；6、摇杆；7、螺帽；8、摇杆底座；9、螺孔。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
实施例1
如图1和图2所示，一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，包括摇杆6、球芯、上定位圈1、上密封圈2、下密封圈3、刮尘圈4、下定位圈5，所述上定位圈1、上密封圈2、下密封圈3、刮尘圈4自上而下呈同轴排布设置，上定位圈1、上密封圈2、下密封圈3、刮尘圈4自上而下相互邻接形成密封腔体，密封腔体设置为与球芯外形相互匹配的球形腔，球芯嵌设于密封腔体内，球芯上端和摇杆6连接，摇杆6的上端延伸至密封腔体的外侧。
具体使用过程如下：
使用时，摇杆底座8通过其上开设的螺孔9与真空熔炼炉上部相连，一体铜坩埚与真空熔炼炉下部相连。开启电源后，电弧枪头部迅速升温，通过摇杆底座8内部的球芯(球铰链)旋动电弧枪，将其头部对准需要融化的固态金属，固态金属在高温下融化为液态金属，盛放于熔融坩埚。在模具腔装入模具后，打开外置真空泵阀，开始吸铸，用器具将熔融坩埚内的熔融金属移动进入吸铸坩埚，熔融态金属顺孔留入模具腔内的模具，冷却成型。
对比例
设计与球芯外壁形状一致的独立密封套，独立密封套的内侧设置为一个弧形球面结构，通过弧形球面结构与球芯进行贴合。
实验结果：该独立密封套易吸附灰尘，影响气密性，三个月不到就得对气密系统进行维护，更换。
本发明设置的基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，不易吸附灰尘，气密性较好，长期使用性能好，不需要定期花费时间对气密系统进行维护，更换。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，如图1和图2所示，本发明的技术方案将上定位圈1、上密封圈2、下密封圈3、刮尘圈4自上而下呈同轴排布设置，上定位圈1、上密封圈2、下密封圈3、刮尘圈4自上而下相互邻接形成密封腔体，环绕于球芯四周。
还设置有摇杆底座8，摇杆底座8上端部设置为中空圆筒体，上定位圈1和上密封圈2邻接，上密封圈2和下密封圈3的端面之间呈相切式邻接，下密封圈3和刮尘圈4邻接，刮尘圈4和下定位圈5的端面之间呈相切式邻接，下定位圈5通过嵌设密封条的外密封槽5-1安装在摇杆底座8内；摇杆底座8的上端通过螺纹旋拧螺帽7，通过螺帽7对上定位圈1进行卡合，球芯通过密封条嵌设在密封腔体内，可沿着密封腔体进行旋转，起到了良好的密封效果。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，上定位圈1、上密封圈2、下密封圈3、刮尘圈4经过特殊设计的从上至下同轴放置，可以有效的保证真空炉内的气密性，即将该整体密封系统固定在摇杆底座8内部，同时也起到了一定的密封作用；上密封圈2、下密封圈3和刮尘圈4采用聚氨酯材质制备而成，不易吸附灰尘，这种材质的硬度既保证了我们对于气密性的要求，同时又不至于因过大的硬度导致划伤球芯，上定位圈1和下定位圈5采用聚四氟材质制备而成，通过上定位圈1和下定位圈5固定整体密封套装的位置。最大限度的减少了O型圈的使用，密封圈可以独立应用于密封，不需要O型圈的辅助密封，只在定位圈2上装有密封槽用于放置O型圈，是冗余密封设计。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，如图3、图4、图5所示，上定位圈1设置为环形结构，上定位圈1的内侧壁自上而下依次设置为上倾斜部1-1和上弧形部1-2，上弧形部1-2的弧度设置为与球芯外壁弧度一致，上弧形部1-2设置为与球芯外侧壁相互适配的弧形曲面结构，上倾斜部1-1与球芯外切线之间的夹角设置为锐角，上倾斜部1-1整体呈外扩式结构，上倾斜部1-1的内径大于球芯的上端口的外径。通过上定位圈1固定整体密封套装的位置。
本发明的又一实施例，如图3、图4、图5所示，下定位圈5设置为环形结构，下定位圈5的外侧壁设置为圆柱筒体结构，沿着下定位圈5的外侧壁呈环形排布设置有外密封槽5-1，下定位圈5的内侧壁自上而下依次设置为下弧形部5-2和下倾斜部5-3，下弧形部5-2的弧度设置为与球芯外壁弧度一致，下弧形部5-2设置为与球芯外侧壁相互适配的弧形曲面结构，密封圈嵌设在外密封槽5-1内，下倾斜部5-3与球芯外切线之间的夹角设置为锐角，下倾斜部5-3整体呈外扩式结构，下倾斜部5-3的内径大于球芯的下端口的外径。通过下定位圈5固定整体密封套装的位置。
本发明的又一实施例，如图6、图7、图8、图9所示，上密封圈2和下密封圈3结构设置一致，其均设置为环形结构，沿着上密封圈2的上端面和下密封圈3的下端面分别呈环形排布设置有上密封唇2-1和下密封唇3-1，使得上密封圈2和下密封圈3的横截面设置为“Y”型结构。上密封圈2和下密封圈3采用弹性材质制备而成，当其安装在摇杆底座内时，上密封圈2和下密封圈3的两侧受到挤压力作用，上密封唇2-1和下密封唇3-1的V型开口进行压合，此时，上密封圈2和下密封圈3的内侧壁均设置为弧形壁，弧形壁设置为与球芯外侧壁相互适配的弧形曲面结构；上密封圈2和下密封圈3的外侧壁贴合在摇杆底座内，起到良好的密封效果。本发明的又一实施例，如图10、图11、图12、图13所示，刮尘圈4设置为环形结构，刮尘圈4靠近球芯的一侧的刮尘内侧壁向内延伸设置为刮尘臂4-2，刮尘臂4-2设置为与球芯外侧壁相互适配的弧形曲面结构，刮尘圈4远离球芯的一侧的刮尘外侧壁设置为圆筒体结构，刮尘内侧壁和刮尘外侧壁之间沿着刮尘圈的下底面向内凹陷设置有刮尘槽4-1。
刮尘槽4-1沿着刮尘圈4的下端面向内呈凹弧形结构，刮尘臂4-2的自由端部高于刮尘外侧壁的下底边，且二者之间的高度差形成刮尘间隙4-3，刮尘间隙4-3和刮尘槽4-1相互连通。沿着刮尘间隙4-3向刮尘槽4-1内呈渐扩式延伸形成刮尘收集腔，用于收集从球芯上刮下来的灰尘，即通过增加了刮尘圈4，可去除球芯上的灰尘。
具体运行过程为：
球芯沿着密封腔体旋转时，刮尘臂4-2将球芯底部的灰尘进行刮除，灰尘沿着刮尘臂4-2下端的刮尘间隙4-3进入刮尘槽4-1内，球芯外壁的灰尘通过该结构进行收集、去除，避免了球芯外壁的灰尘向上进入密封圈内，进而保证了密封腔体内的密封性。
本发明的又一实施例，如图1和图2所示，摇杆底座8的下端部内侧向内呈环形延伸设置有内环形挡边，摇杆底座8通过内环形挡边卡合在球芯的下端外侧；摇杆底座8的下端部外侧向外呈环形延伸设置有连接凸缘，连接凸缘上呈环形等间距排布设置有螺孔9，通过螺孔9和熔炼炉连接。
本发明的又一实施例，如图1和图2所示，还设置有螺帽7，螺帽7通过螺纹旋拧在摇杆底座8的上端外侧壁，沿着螺帽7上端口向内呈环形延伸设置有外环形挡边，螺帽7通过外环形挡边卡合在球芯的上端外侧部。
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，包括摇杆、球芯、上定位圈、上密封圈、下密封圈、刮尘圈、下定位圈，所述上定位圈、上密封圈、下密封圈、刮尘圈自上而下呈同轴排布设置，上定位圈、上密封圈、下密封圈、刮尘圈自上而下相互邻接形成密封腔体，密封腔体设置为与球芯外形相互匹配的球形腔，球芯嵌设于密封腔体内，球芯上端和摇杆连接，摇杆的上端延伸至密封腔体的外侧。
2.根据权利要求1所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，所述上定位圈设置为环形结构，上定位圈的内侧壁自上而下依次设置为上倾斜部和上弧形部，上弧形部的弧度设置为与球芯外壁弧度一致，上倾斜部与球芯外切线之间的夹角设置为锐角，上倾斜部整体呈外扩式结构。
3.根据权利要求1所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，所述下定位圈设置为环形结构，沿着下定位圈的外侧壁呈环形排布设置有外密封槽，下定位圈的内侧壁自上而下依次设置为下弧形部和下倾斜部，下弧形部的弧度设置为与球芯外壁弧度一致，密封圈嵌设在外密封槽内，下倾斜部与球芯外切线之间的夹角设置为锐角，下倾斜部整体呈外扩式结构。
4.根据权利要求1所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，所述上密封圈和下密封圈结构设置一致，其均设置为环形结构，沿着上密封圈的上端面和下密封圈的下端面分别呈环形排布设置有上密封唇和下密封唇，所述上密封圈和下密封圈的横截面均设置为“Y”型结构。
5.根据权利要求1所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，所述刮尘圈设置为环形结构，刮尘圈靠近球芯的一侧的刮尘内侧壁向内延伸设置为刮尘臂，刮尘臂设置为与球芯外侧壁相互适配的弧形曲面结构，刮尘圈远离球芯的一侧的刮尘外侧壁设置为圆筒体结构，刮尘内侧壁和刮尘外侧壁之间沿着刮尘圈的下底面向内凹陷设置有刮尘槽。
6.根据权利要求5所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，所述刮尘槽沿着刮尘圈的下端面向内呈凹弧形结构，刮尘臂的自由端部高于刮尘外侧壁的下底边，且二者之间的高度差形成刮尘间隙，刮尘间隙和刮尘槽相互连通。
7.根据权利要求1所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，还设置有摇杆底座，摇杆底座上端部设置为中空圆筒体，上定位圈和上密封圈邻接，上密封圈和下密封圈的端面之间呈相切式邻接，下密封圈和刮尘圈邻接，刮尘圈和下定位圈的端面之间呈相切式邻接，下定位圈通过嵌设密封条的外密封槽安装在摇杆底座内。
8.根据权利要求7所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，所述摇杆底座的下端部内侧向内呈环形延伸设置有内环形挡边，摇杆底座通过内环形挡边卡合在球芯的下端外侧；摇杆底座的下端部外侧向外呈环形延伸设置有连接凸缘，连接凸缘上呈环形等间距排布设置有螺孔，通过螺孔和熔炼炉连接。
9.根据权利要求1所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，还设置有螺帽，螺帽通过螺纹旋拧在摇杆底座的上端外侧壁，沿着螺帽上端口向内呈环形延伸设置有外环形挡边，螺帽通过外环形挡边卡合在球芯的上端外侧部。
10.根据权利要求1-9任意一项所述一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置，其特征在于，所述上密封圈、下密封圈和刮尘圈采用聚氨酯材质制备而成，上定位圈和下定位圈采用聚四氟材质制备而成，通过上定位圈和下定位圈固定整体密封套装的位置。
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| CN202110653821.5A Pending CN113374869A (zh) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | 一种基于聚氨酯密封圈的真空设备摇动密封装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113374869A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1129472A (fr) * | 1954-03-09 | 1957-01-22 | Garniture d'étanchéité annulaire pour joints à rotule de tuyaux | |
| GB773870A (en) * | 1955-01-03 | 1957-05-01 | Gen Electric | Improvements in gas seals for movable rod-like members |
| US3115375A (en) * | 1961-01-16 | 1963-12-24 | Haller John | Self-aligning spherical bearing |
| US3980802A (en) * | 1973-10-24 | 1976-09-14 | Paton Boris E | Method of arc control in plasma arc furnace torches |
| DE3942401A1 (de) * | 1988-12-30 | 1990-07-05 | Ckd Praha | Selbstschmierendes kipplager mit innendichtung |
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| CN112555226A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-03-26 | 徐州金鼎恒立液压件有限公司 | 一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置 |
-
2021
- 2021-06-11 CN CN202110653821.5A patent/CN113374869A/zh active Pending
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