CN113983167A - 用于超高压的两级组合密封结构 - Google Patents

Abstract

一种用于超高压的两级组合密封结构，其特征在于：它包括作为主要承载部件的超高压筒体、封装在超高压筒体密封端的呈凸柱形结构的超高压容器堵头，在超高压容器堵头与超高压筒体密封端内腔相配合的内延伸端柱面上由内至外依次套装有用于低压密封的低压O型密封圈构成的第一级密封、具有超高压密封性能的金属密封圈构成的第二级密封，以及封装在低压O型密封圈内侧的密封压盖；所述金属密封圈与内延伸端柱面上相配合的密封面上加工有环形卡槽，在环形卡槽内嵌装有O型圈；所述密封压盖通过压盖螺钉扣压在密封柱的内延伸端。

Description

用于超高压的两级组合密封结构

技术领域

本发明涉及食品加工行业的超高压解冻设备，具体说是一种用于超高压的两级组合密封结构。该密封结构的作用是对超高压解冻设备的容器进行两级有效密封，它是超高压解冻设备容器的关键部件，是影响超高压解冻设备工作效率、使用效果、技术参数的重要零部件，直接决定超高压解冻设备能否达到预设的压力，这是肉类解冻的关键指标。

背景技术

目前，在世界范围内的食品加工行业中，对于牛肉、猪肉、羊肉、海鲜等肉类的保存主要是以冷库冷冻储藏为主，进口肉类也是以冷冻形式进行运输。但是在对这些冷冻的肉类，进行加工或者二次销售时，通常要将这些大块的肉类进行解冻，如果处理不当，会引起肉类化冻不均衡，进而造成大块肉类的表面不新鲜甚至变质。如何开发出一种可以高效率解冻大块肉类的超高压解冻设备，解决此类设备在100～800MPa的密封问题，开发一种工作寿命长、满足高频率开合、结构简单、便于维护和更换、性价比高的密封组件，便是本发明要解决的问题。

此外，在中国专利号为：CN110005819A的专利文献中也公开了一种超高压密封组件结构，此结构的技术要点是其静环组件和动环组件采用双补偿的形式设计，对受力变形造成的摩擦副端面倾斜能及时补偿校正，使摩擦副端面受力更均匀，用轴向压缩弹簧使密封组件的弹性更好。但是其结构复杂，零配件数量多，不易安装，密封效果不易保证。

在中国专利号为：CN106499823A的专利文献中也公开了一种新型超高压密封，其包括第一梯形组合挡圈、第二梯形组合挡圈、密封环、三角形挡圈、橡胶弹性体等多个密封所需的零件。

上述两种密封结构都过于复杂，零部件的加工精度不易保证，且零部件的精度直接影响了密封的效果，都只适用于容器不经常开启的一次性密封场合。密封的效果直接影响了设备的工作效率、压力能否达到预设值，对设备的运行质量具有关键的作用。

用于食品加工行业的超高压解冻设备，需要对容器进行频繁的开启，来实现肉类解冻的高效率。目前将超高压设备用于肉类的解冻还属于行业的前沿，世界范围内有多个超高压食品加工企业都在这方面进行试验和投入。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种用于超高压的两级组合密封结构。本发明将适用于高频率、快速开合的超高压密封分为低压密封和高压密封两个层级，通过这种两级密封的简单结构来实现对超高压流体介质的有效密封。本发明的密封结构相比现有技术提高了密封的可靠性、实用性、且具有较高的性价比，从密封原理出发，提出新的可以满足高频率、快速开合的超高压密封思路。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的用于超高压的两级组合密封结构包括作为主要承载部件的超高压筒体、封装在超高压筒体密封端的呈凸柱形结构的超高压容器堵头，在超高压容器堵头与超高压筒体密封端内腔相配合的内延伸端柱面上由内至外依次套装有用于低压密封的低压O型密封圈构成的第一级密封、具有超高压密封性能的金属密封圈3构成的第二级密封，以及封装在低压O型密封圈内侧的密封压盖；所述金属密封圈3与内延伸端柱面上相配合的密封面上加工有环形卡槽，在环形卡槽内嵌装有O型圈；所述密封压盖通过压盖螺钉扣压在密封柱的内延伸端。

本发明中构成第一级密封的低压O型密封圈采用丁腈橡胶材料制备而成，能够实现容器内0～20MPa阶段的密封；构成第二级密封的金属密封圈能够实现容器内20MPa～800MPa阶段的密封。

本发明中所述的两级超高压密封结构的工作步骤如下：

第一阶段（低压密封阶段），第一级密封用O型密封圈，其材质为丁腈橡胶，在流体介质的作用下，发生挤压变形，对容器内的低压介质达到密封的作用，把介质密封在容器中，不至于向外渗漏。

第二阶段（高压和超高压密封阶段），随着筒体内介质的压力不断上升，第一级O型圈的变形也越来越大，第一级O密封圈对第二级密封的异性截面金属密封圈的挤压力也越来越大，当挤压力达到一定程度时，异性截面金属密封圈发生弹性变形，由于中间挖槽的影响，金属密封圈发生的变形必然是在截面的中间向上拱起。当容器内的介质的压力继续增大，第一级O型圈对第二级密封的金属密封圈的挤压力也继续增大，金属密封圈截面的中间向上拱起的变形也越来越大，当变形使金属密封圈截面中间的外侧接触并挤压到筒体的内圆面时，便可实现高压密封的效果。

在高压密封的阶段，随着容器内介质压力的升高，金属密封圈截面中间的外侧挤压筒体的压力必然是跟容器内介质压力成正相关的，且容器内介质的压力越高，超高压的密封效果也越好。

在高压和超高压密封阶段，金属密封圈的环形卡槽内嵌装有一根O型圈，这根O型圈的作用是防止金属密封圈变形过大，防止金属密封圈发生塑性变形后不能回弹。

第三阶段（筒体内介质压力泄放阶段），压力在这一阶段开始下降，第一级O型圈对第二级密封的异性截面金属密封圈的挤压力也越来越小，金属密封圈截面中间的外侧挤压筒体的压力也越来越小，在异性截面金属密封圈中间卡槽的O型圈也对金属密封圈施加撑开的力，在这些因素的共同作用下，异性截面金属密封圈的变形便慢慢恢复，并逐渐恢复至原始状态，筒体内介质泄压完成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

A、本发明一改现有密封圈繁复多样的结构形式，用较简单的结构较少的密封组件，实现高压和超高压容器的密封，这对提升密封的可靠性、降低制造加工的难度、降低设备因为密封问题带来的故障率等具有重要的意义，可有效提升产品的品质和工作效率。

B、本发明采用低压密封、高压和超高压密封的两级密封组合的形式，针对两级密封分别采用不同的密封策略：第一级，低压密封采用橡胶材质的O型圈；第二级密封，高压和超高压密封采用金属材质的异形密封圈，并在金属异形密封圈的卡槽内装有小直径的O型圈。

C、本发明针对筒体容器在高压和超高阶段密封较困难的问题，对高压和超高压密封阶段采用的金属材质异形密封圈的截面进行了专门的设计，金属密封圈的两侧端面在受到挤压时，由于其内圆面的中间位置是空的，必然引起外圆柱面中间部分向外拱起，当外圆柱面中间与筒体内壁完全接触时，便形成实质性的密封效果。而且，两侧端面的挤压力越大，外圆柱面中间与筒体内壁的接触应力也越大，密封效果越好。

D、本发明针对筒体容器在高压和超高压密封阶段，可能遇到的金属材质的异形密封圈变形较大或者发生塑性变形不易恢复原形的难题，同样做了保险性设计发明，发明涉及到金属材质的异形密封圈卡槽内的小直径O型圈。

这个小直径O型圈主要在两个阶段发生作用：第一阶段（高压和超高压密封阶段），这个内嵌的小直径O型圈在金属密封圈发生变形时受到挤压，从而对金属密封圈形成反变形的力，不致于使金属密封圈发生过大的变形。但是，这个反变形的作用与筒体内介质的压力作用相比是很小的，所以不会影响密封的效果。第二阶段（泄压阶段），这时筒体内介质的压力不断降低，这个内嵌的小直径O型圈在金属密封圈卡槽内向两侧挤开金属密封圈，当压力泄放完成时，内嵌的小直径O型圈可迫使金属密封圈恢复至原来的形状。即使金属密封圈在超高压密封过程中发生塑性变形，这个内嵌的小直径O型圈也可以帮助其恢复原形。

总之，本发明所述的超高压两级组合密封结构，与现有的超高压密封结构相比，不仅具有安全性能好、维护操作方便、零部件容易更换等优点，而且还具有使用寿命长、密封可靠性高、压力自适应性、方便筒体容器开合等优点。本发明所述的超高压两级组合密封结构将超高压密封分为两个压力段分别进行密封，使超高压容器各压力段的密封具有针对性，各级密封直接互相传递，有效接应，使压力各阶段的密封效果更加可靠。该发明所述的两级组合密封结构与现有其他密封结构相比具有很突出的优点，对于超高压容器的压力指标和密封效果具有重大的突破，彻底解决了超高压容器密封困难和容易泄露的问题，一旦投入使用，可取得较好的应用效果。

附图说明

图1本发明的整体结构主视图。

图2 本发明的密封结构主视图。

图中序号：1—超高压筒体，2—超高压容器堵头，3—金属密封圈，4—嵌装在金属密封圈环形卡槽内的O型圈（小直径O型圈），5—压盖螺钉，6—低压O型密封圈，7—密封压盖，8—承载卡箍。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图1、2所示，本发明的用于超高压的两级组合密封结构包括作为主要承载部件的超高压筒体1、通过承载卡箍8封装在超高压筒体1密封端的呈凸柱形结构的超高压容器堵头2，在超高压容器堵头2与超高压筒体1密封端内腔相配合的内延伸端柱面上由内至外依次套装有用于低压密封的低压O型密封圈6构成的第一级密封、具有超高压密封性能的金属密封圈3构成的第二级密封，以及封装在低压O型密封圈6内侧的密封压盖7；所述金属密封圈3与内延伸端柱面上相配合的密封面上加工有环形卡槽，在环形卡槽内嵌装有O型圈4；所述密封压盖7通过压盖螺钉5扣压在密封柱的内延伸端。

本发明中构成第一级密封的低压O型密封圈6采用丁腈橡胶材料制备而成，能够实现容器内0～20MPa阶段的密封；构成第二级密封的金属密封圈3能够实现容器内20MPa～800MPa阶段的密封。

本发明的工作原理如下：

本发明所述的新型超高压密封将压力分级为两级，包括：第一级密封为低压密封，用于实现0～20Mpa介质压力阶段的密封，此时参与工作的是低压O型密封圈6，其材质为丁腈橡胶，其贴紧由超高压筒体1、超高压容器堵头2和异性截面金属密封圈3的角缝，形成有效的低压密封；第二级密封为高压和超高压密封，可实现容器内20MPa～800Mpa的介质压力阶段的密封，此时参与工作的是低压O型密封圈6、异性截面金属密封圈3和内嵌在异性截面金属密封圈3内的小直径O型圈4，异性截面金属密封圈3在低压O型密封圈6的挤压作用下，发生外圆柱面中间拱起的变形，变形后的异性截面金属密封圈3的外圆柱面中间拱起部分与超高压筒体1紧密接触，变形后的异性截面金属密封圈3的内圆面与超高压容器堵头2的外圆柱面紧密接触，形成两对接触的密封面，且随着超高压筒体1内的介质压力越高，接触越紧密，密封效果越好。

本发明所述的新型超高压组合密封的工作过程主要分为以下三个阶段：

第一阶段（低压密封阶段），第一级低压O型密封圈6，在流体介质的作用下，发生挤压变形，对容器内的低压介质达到密封的作用，把介质密封在容器中，不至于向外渗漏。

第二阶段（高压和超高压密封阶段），随着超高压筒体1内介质的压力不断上升，第一级低压O型密封圈6的变形也越来越大，第一级低压O型密封圈6对第二级密封的金属密封圈3的挤压力也越来越大，当挤压力达到一定程度时，异性截面金属密封圈3发生弹性变形，由于中间挖槽的影响，金属密封圈3发生的变形必然是在截面的中间向上拱起。当超高压筒体1内的介质的压力继续增大，第一级低压O型密封圈6对第二级密封的异性截面金属密封圈3的挤压力也继续增大，金属密封圈截面3的中间向上拱起的变形也越来越大，当变形使金属密封圈3外侧圆柱面的中间接触并挤压到超高压筒体1的内圆面时，便可实现高压密封的效果。

在高压密封阶段，随着超高压筒体1内介质压力的升高，异性截面金属密封圈3外侧圆柱面的中间挤压到超高压筒体1的压力必然是跟容器内介质压力成正相关，且超高压筒体1内介质压力越高，整体结构的密封效果也越好。

金属密封圈3的卡槽里装有小直径O型圈4，在高压和超高压密封阶段，小直径O型圈4的作用是防止金属密封圈3变形过大，避免金属密封圈3发生塑性变形后不能回弹。

第三阶段（超高压筒体1内的介质压力泄放阶段），压力在这一阶段开始下降，第一级的低压O型密封圈6对第二级密封的金属密封圈3的挤压力也越来越小，金属密封圈3外侧圆柱面中间挤压超高压筒体1内圆面的压力也越来越小，在异性截面金属密封圈3中间卡槽的小直径O型圈4也对异性截面金属密封圈3施加向两边撑开的力，在这些因素共同的作用下，金属密封圈3的变形便慢慢恢复，并逐渐恢复至原始状态，筒体内介质泄压完成。

Claims (2)

1.一种用于超高压的两级组合密封结构，其特征在于：它包括作为主要承载部件的超高压筒体、封装在超高压筒体密封端的呈凸柱形结构的超高压容器堵头，在超高压容器堵头与超高压筒体密封端内腔相配合的内延伸端柱面上由内至外依次套装有用于低压密封的低压O型密封圈构成的第一级密封、具有超高压密封性能的金属密封圈构成的第二级密封，以及封装在低压O型密封圈内侧的密封压盖；所述金属密封圈与内延伸端柱面上相配合的密封面上加工有环形卡槽，在环形卡槽内嵌装有O型圈；所述密封压盖通过压盖螺钉扣压在密封柱的内延伸端。

2.根据权利要求1所述的用于超高压的两级组合密封结构，其特征在于：构成第一级密封的低压O型密封圈采用丁腈橡胶材料制备而成，能够实现容器内0～20MPa阶段的密封；构成第二级密封的金属密封圈能够实现容器内20MPa～800MPa阶段的密封。

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