CN115560078A - 一种密封挡圈及密封结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种密封挡圈及密封结构，密封挡圈的第一端面上的至少一个第一部分沿远离第二端面的方向突起，密封挡圈的第二端面上的至少一个第一部分朝向第一端面凹陷；使用状态下，第一端面的第一部分与密封圈抵接。本申请在密封挡圈的两个相对端面上分别设置突起和凹陷，在第一端面的突起受到密封圈的挤压后，第二端面的凹陷提供足够的形变空间，相对于现有技术，这样的挡圈结构可以为密封圈提供更大的缓冲空间，避免密封圈比挡圈更早被挤入装配间隙内导致的破损失效。

Description

一种密封挡圈及密封结构

技术领域

本申请涉及机械密封技术领域，更具体地，涉及一种密封挡圈及密封结构。

背景技术

高压气瓶的应用比较广泛，比如用于存储压缩天然气(CNG，一般使用25MPa的工作压力)、氢气(一般使用35MPa、70MPa甚至90MPa的工作压力)。高压气瓶的密封部位，通常分为金属部件和金属部件之间的密封，以及金属部件对塑料部件的密封，比如作为前沿技术的70MPa四型储氢瓶上,塑料内胆与阀门金属座之间需要耐高压密封。

在高压密封中，为保证可装配性，孔和轴之间通常存在装配间隙，最小约0.1mm左右。图1给出了塑料部件12(孔)与金属部件11(轴)之间高压密封的一个示例，二者之间设有密封结构13。如图2所示，孔22与轴21之间存在径向装配间隙示为t，通常情况下，孔和轴之间通过挡圈23和橡胶密封圈24进行密封。装配时，挡圈与孔之间(如图2所示)或挡圈与轴之间也有径向装配间隙。理论上，当橡胶密封圈受到高压P时，压力推动和挤压橡胶密封圈24，橡胶密封圈24挤压挡圈23，使挡圈23产生形变(挤扁，厚度减小，外径增大，挤压后的挡圈如图3的虚线所示)，使挡圈23材料填充孔轴之间的间隙，防止密封圈24从挡圈23、孔22、轴24三者之间的间隙挤出。同时，为避免挡圈材料被完全挤出，挡圈的材料硬度高于橡胶密封圈的硬度。

但是，实际应用中，即使高压密封的装配间隙很小，在压力大于10MPa的情况下，在挡圈23被挤扁形变之前，质软的橡胶密封圈24就已经被挤到挡圈与孔之间或挡圈与轴之间的装配间隙中(如图4所示)，造成橡胶密封圈破损失效。

发明内容

本申请提供一种密封挡圈及密封结构，在密封挡圈的两个相对端面上分别设置突起和凹陷，在第一端面的突起受到密封圈的挤压后，第二端面的凹陷提供足够的形变空间，相对于现有技术，这样的挡圈结构可以为密封圈提供更大的缓冲空间，避免密封圈比挡圈更早被挤入装配间隙内导致的破损失效。

本申请提供了一种密封挡圈，密封挡圈的第一端面上的至少一个第一部分沿远离第二端面的方向突起，密封挡圈的第二端面上的至少一个第一部分朝向第一端面凹陷；

使用状态下，第一端面的第一部分与密封圈抵接。

优选地，密封挡圈的轴截面的两端分别呈C形。

优选地，第一端面上的至少一个第二部分朝向第二端面凹陷，第二端面上的至少一个第二部分沿远离第一端面的方向突起。

优选地，在密封挡圈的径向上，第一端面的第一部分和第二部分交替设置，第二端面的第一部分和第二部分交替设置。

优选地，第一端面的第一部分和第二端面的第一部分设置在相同的径向位置，第一端面的第二部分和第二端面的第二部分设置在相同的径向位置。

优选地，密封挡圈的轴截面的两端分别呈S形。

优选地，第一端面的外边缘处设置其第一部分。

优选地，密封挡圈由塑料一体成型。

本申请还提供一种密封结构，包括轴、孔、密封圈和上述的密封挡圈；

轴或孔上设有密封槽，密封圈和密封挡圈容纳在密封槽内，密封挡圈的第一端面上的第一部分与密封圈的端面抵接。

优选地，受到压力变形后，密封挡圈的轴截面的两端分别呈矩形。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1为现有技术中塑料部件与金属部件之间高压密封的一个示例；

图2为现有技术的挡圈的装配示意图；

图3为现有技术的挡圈的理论变形示意图；

图4为现有技术的挡圈的实际变形示意图；

图5为本申请提供的密封挡圈的第一实施例的结构示意图；

图6为图5的密封挡圈的装配示意图；

图7为图5的密封挡圈的变形示意图；

图8为本申请提供的密封挡圈的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

本申请提供一种密封挡圈及密封结构，在密封挡圈的两个相对端面上分别设置突起和凹陷，在第一端面的突起受到密封圈的挤压后，第二端面的凹陷提供足够的形变空间，相对于现有技术，这样的挡圈结构可以为密封圈提供更大的缓冲空间，避免密封圈比挡圈更早被挤入装配间隙内导致的破损失效。

需要说明的是，本申请的密封挡圈适用于工作压力大于10MPa的高压气瓶的密封部位以及其他高压或低压的使用环境，适用于金属部件和金属部件之间的密封，以及金属部件对塑料部件的密封。

本申请提供的密封挡圈的第一端面上的至少一个第一部分沿远离第二端面的方向突起，密封挡圈的第二端面上的至少一个第一部分朝向第一端面凹陷。使用状态下，第一端面的第一部分与密封圈抵接。也就是说，装配时，密封圈与密封挡圈接触时，密封圈的端面只能与密封挡圈的第一端面上的第一部分接触，无法接触到第一端面的其他部分。

优选地，密封挡圈由塑料一体成型。

实施例一

作为一个实施例，第一端面上仅仅设置了一个第一部分，也就是说，第一端面上，第一部分相对于其他部分沿轴向向外突出，由此，第一端面上形成一个圆形的突起部。第二端面上仅仅设置了一个第一部分，也就是说，第二端面上，第一部分相对于其他部分向第一端面凹陷，由此，第二端面上形成一个圆形的凹槽。

作为一个实例，如图5所示，密封挡圈50的轴截面的两端分别呈C形。也就是说，密封挡圈的轴截面呈拱形，圆周方向上，拱顶形成密封挡圈的第一端面52，拱形的内侧形成密封挡圈的第二端面51。自然状态下，拱形的宽度为W1。

如图6所示的密封结构中，轴70上设有密封槽。装配时，密封挡圈50和密封圈60容纳在密封槽内，密封挡圈50的外圆周面与孔40之间具有装配间隙，密封挡圈50的第一端面52与密封圈60抵接，第二端面朝向密封槽的槽壁。

如图7所示，当密封圈60受到压力P(例如大于10MPa)时，密封圈60挤压密封挡圈50，作为拱顶的第一端面52受到挤压，第一端面52在挤压力的作用下朝向第二端面51变形，此时，第二端面51和第二端面52的弧形逐渐变直，并且拱形的宽度W1逐渐变大，填充密封挡圈50的外圆周面与孔40之间的装配间隙，最终，密封挡圈50的轴截面的两端分别呈矩形。由于密封挡圈50填充了装配间隙，阻止密封圈60被挤入装配间隙，由此避免密封圈破损失效，对密封圈起到了保护作用。

可以理解地，也可以在孔40上设置密封槽，以替代轴70上的密封槽，此时密封挡圈的变形原理相同。

实施例二

在上述基础上，优选地，密封挡圈的第一端面上的至少一个第二部分朝向第二端面凹陷，第二端面上的至少一个第二部分沿远离第一端面的方向突起。也就是说，第一端面和第二端面上均具有突起的部分和凹陷的部分，由此增大了密封挡圈的变形空间，相对于实施例一，该优选实施例对密封圈起到更大的缓冲作用。

作为一个实施例，在密封挡圈的径向上，第一端面的第一部分和第二部分交替设置，第二端面的第一部分和第二部分交替设置。由此，在第一端面上形成了多个环形的突起和环形的凹陷，使得与突起相邻的凹陷为该突起提供径向变形空间。

在此基础上，优选地，第一端面的第一部分和第二端面的第一部分设置在相同的径向位置，第一端面的第二部分和第二端面的第二部分设置在相同的径向位置。也就是说，径向上，每个第一端面的突起位置对应第二端面上的一个凹陷，第二端面的凹陷为第一端面上相同位置的突起提供轴向变形空间。

在该优选实施例的基础上，更优选地，第一端面的外边缘处设置其第一部分。也就是说，第一端面的最外侧设置了突起，在密封挡圈受到密封圈的挤压时，最外侧的突起可以推动密封挡圈的外圆周面扩大，从而更快地填充装配间隙，更有效地保护密封圈。

在上述基础上，作为一个实例，如图8所示，密封挡圈80的轴截面的两端分别呈S形，并且第一端面82的外边缘处设置其第一部分(突起)，第二端面81的外边缘处设置其第一部分(凹陷)。该实施例可以用于装配间隙较小的工况下，尤其适用于高压密封结构。

如图8所示，在受到压力时，S形截面的宽度W2逐渐变长，同时，S形曲线逐渐变成直线，最终，S形截面变形成为矩形，请参考图7。

基于上述密封挡圈，本申请还提供一种密封结构，如图6和7所示，密封结构包括轴70、孔40、密封圈60和密封挡圈50。可以理解地，密封挡圈50可以是上述任一实施例的密封挡圈。

70轴或孔40上设有密封槽，密封圈60和密封挡圈50容纳在密封槽内，密封挡圈50的第一端面上的第一部分与密封圈60的端面抵接。受到压力变形后，密封挡圈50的轴截面的两端分别呈矩形。

本申请设置了异形截面的密封挡圈，在高压下，利用密封挡圈自身的弹性变形为密封圈提供缓冲空间，密封挡圈最终被密封圈挤压变形成矩形状，增加了密封挡圈的外径，从而堵塞孔和轴之间的间隙，保护密封圈。在自然状态下，密封圈与装配间隙之间的距离相对现有技术更远，这样就留有充足的时间让密封挡圈变形以堵塞孔和轴之间的装配间隙，更好地避免了密封圈被挤入密封挡圈和孔的装配间隙。本申请的密封挡圈性能优异，能够在较短高压工况时间内实现形变以堵住轴孔的装配间隙，形成了良好的保护密封圈的密封性能，形成稳健的密封结构和密封性能。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种密封挡圈，其特征在于，所述密封挡圈的第一端面上的至少一个第一部分沿远离第二端面的方向突起，所述密封挡圈的第二端面上的至少一个第一部分朝向所述第一端面凹陷；

使用状态下，所述第一端面的第一部分与密封圈抵接。

2.根据权利要求1所述的密封挡圈，其特征在于，所述密封挡圈的轴截面的两端分别呈C形。

3.根据权利要求1所述的密封挡圈，其特征在于，所述第一端面上的至少一个第二部分朝向所述第二端面凹陷，所述第二端面上的至少一个第二部分沿远离所述第一端面的方向突起。

4.根据权利要求3所述的密封挡圈，其特征在于，在所述密封挡圈的径向上，所述第一端面的第一部分和第二部分交替设置，所述第二端面的第一部分和第二部分交替设置。

5.根据权利要求4所述的密封挡圈，其特征在于，所述第一端面的第一部分和所述第二端面的第一部分设置在相同的径向位置，所述第一端面的第二部分和所述第二端面的第二部分设置在相同的径向位置。

6.根据权利要求5所述的密封挡圈，其特征在于，所述密封挡圈的轴截面的两端分别呈S形。

7.根据权利要求5所述的密封挡圈，其特征在于，所述第一端面的外边缘处设置其第一部分。

8.根据权利要求1所述的密封挡圈，其特征在于，所述密封挡圈由塑料一体成型。

9.一种密封结构，其特征在于，包括轴、孔、密封圈和权利要求1-8中任一项所述的密封挡圈；

所述轴或所述孔上设有密封槽，所述密封圈和所述密封挡圈容纳在所述密封槽内，所述密封挡圈的第一端面上的第一部分与所述密封圈的端面抵接。

10.根据权利要求9所述的密封结构，其特征在于，受到压力变形后，所述密封挡圈的轴截面的两端分别呈矩形。

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