CN115727128A

CN115727128A - 一种密封压紧载荷可补偿装置

Info

Publication number: CN115727128A
Application number: CN202111013209.8A
Authority: CN
Inventors: 韩嘉兴; 马志刚; 朱建强; 候幽; 毛华平; 顾洪翔; 陈志荣
Original assignee: Suzhou Bmc Sealing Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Bmc Sealing Technology Co ltd
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本发明公开了一种密封压紧载荷可补偿装置，包括具有内腔的腔体、能够沿内腔的轴向相对滑动的密封盖、弹性密封件、支撑组件、储能器，沿内腔的轴向上，弹性密封件抵靠在腔体与密封盖之间，支撑组件包括压盖，压盖固设于腔体上，储能器包括第一连接件与第二连接件，第一连接件与第二连接件的轴心线共线地设置，且轴心线的延伸方向与内腔的轴向相平行，第一连接件能够沿轴心线的延伸方向相对滑动地与第二连接件连接，储能器还包括用于提供第一连接件远离第二连接件运动所需作用力的弹性件，沿内腔的轴向上，储能器抵靠在密封盖与压盖之间。该密封压紧载荷可补偿装置在不同工况下，密封盖与腔体均能够保持密封，工作性能稳定，安全性高。

Description

一种密封压紧载荷可补偿装置

技术领域

本发明涉及密封装置领域，尤其涉及一种密封压紧载荷可补偿装置。

背景技术

在核电、火电、化工、能源等领域使用的工业设备中，存在很多涉及密封条件的装置或结构，例如换热器、反应容器、管道密封等，这些装置在使用时，往往存在高温、高压且伴有热冲击（热循环）、介质压力波动等等苛刻的工况条件。在此类装置中，由于其各元件材料的热膨胀系数差异、金属材料的高温蠕变、疲劳等因素，会导致相关压紧元件之间的接触应力发生变化，或使得两个接触元件之间发生相对位移甚至分离，从而使功能失效。例如设备法兰密封：法兰与密封垫片的接触面在温度和压力交变时，因法兰、螺栓的高温蠕变和介质推力等因素使密封垫片与法兰面间的接触应力减小或两者发生相对位移甚至分离，从而使密封工作应力缺失，造成密封泄漏，甚至内部介质被吹出，造成安全事故。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种密封效果好、密封压紧载荷可补偿的装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种密封压紧载荷可补偿装置，包括具有内腔的腔体、能够沿所述内腔的轴向相对滑动地设置在所述内腔中的密封盖，以及弹性密封件，沿所述内腔的轴向上，所述弹性密封件抵靠在所述腔体与所述密封盖之间，所述密封压紧载荷可补偿装置还包括支撑组件及储能器，所述支撑组件包括压盖，所述压盖固设于所述腔体上，且所述压盖位于所述密封盖沿所述内腔的轴向远离所述弹性密封件的一侧，所述储能器包括第一连接件与第二连接件，所述第一连接件与所述第二连接件的轴心线共线地设置，且所述轴心线的延伸方向与所述内腔的轴向相平行，所述第一连接件能够沿所述轴心线的延伸方向相对滑动地与所述第二连接件连接，所述储能器还包括用于提供所述第一连接件远离所述第二连接件运动所需作用力的弹性件，沿所述内腔的轴向上，所述储能器抵靠在所述密封盖与所述压盖之间。

优选地，所述第一连接件、所述第二连接件、所述弹性件三者的轴心线共线地设置，所述第一连接件具有第一压片，所述第二连接件具有第二压片，沿所述轴心线的延伸方向上，所述第一压片与所述第二压片分设于所述储能器的两端部，所述弹性件抵靠在所述第一压片与所述第二压片之间。

进一步优选地，所述第一连接件具有固设于所述第一压片上的第一轴，所述第二连接件具有固设于所述第二压片上的第二轴，所述第一轴与所述第二轴之间设有滑动导向结构，所述弹性件同时套设在所述第一轴与所述第二轴上。

进一步优选地，所述第一压片与所述第二压片的外径相等，所述弹性件的外径不大于所述第一压片的外径。

优选地，所述支撑组件还包括载荷传递盘，沿所述内腔的轴向上，所述载荷传递盘设置在所述压盖与所述储能器之间，所述第二连接件抵靠在所述载荷传递盘上，在垂直于所述内腔的轴向的平面内，所述储能器的投影位于所述载荷传递盘的投影的内部。

优选地，所述密封盖上固设有安装支架，沿所述内腔的轴向上，所述安装支架位于所述压盖与所述密封盖之间，所述安装支架朝向所述压盖的一侧开设有安装孔，所述储能器至少部分插设在所述安装孔中，所述第一连接件与所述安装支架固定连接。

优选地，所述弹性件处于压缩弹性极限时，所述储能器的长度为L_min，所述安装孔的深度等于所述L_min。

优选地，所述储能器具有沿所述压盖的周向间隔设置的多组。

优选地，所述压盖与所述腔体的内侧壁通过螺纹配合连接。

优选地，所述密封盖及所述弹性密封件将所述内腔分隔为互不连通的工作腔与安装腔，所述工作腔中填充有介质，所述压盖及所述储能器位于所述安装腔中。

优选地，所述腔体的内侧周壁上设有沿所述内腔的径向向内凸起的安装台，所述安装台具有朝向所述密封盖的安装面，所述弹性密封件沿自身厚度方向的相异两侧分别抵靠在所述安装面与所述密封盖上。

优选地，所述支撑组件还包括压紧螺栓及压环，所述压盖沿自身的周向上间隔地开设有多个通孔，每个所述通孔均沿所述内腔的轴向延伸，所述压盖靠近所述储能器的一侧开设有环形槽，所述环形槽与所有所述通孔相连通，所述压环设置在所述环形槽内，每个所述通孔中均插设有一个所述压紧螺栓。

进一步优选地，所述储能器具有沿所述压盖的周向间隔设置的多组，所述储能器的个数与所述通孔的个数相同，且所述储能器与所述通孔的位置一一对应。

进一步优选地，所述支撑组件还包括压杆，每个所述通孔内均插设有一根所述压杆，所述压杆沿自身长度方向的两端部分别抵靠在所述压紧螺栓与所述压环上。

由于上述技术方案的运用，本发明提供的密封压紧载荷可补偿装置，通过在密封盖与压盖之间设置能够沿轴向伸缩的储能器，向密封盖补偿其将弹性密封件压紧所需的轴向压紧载荷，在不同工况下，均能够使得密封盖与腔体保持密封，装置的工作性能稳定，安全性大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明一具体实施例中密封压紧载荷可补偿装置的结构示意图；

附图2为图1中A处放大示意图，其中装置处于第一工况；

附图3为图1中A处放大示意图，其中装置处于第二工况且储能器未补偿载荷；

附图4为图1中A处放大示意图，其中装置处于第二工况且储能器补偿载荷；

附图5为本实施例中储能器释能状态下的结构示意图；

附图6为本实施例中储能器蓄能状态下的结构示意图；

其中：1000、腔体；1010、内腔；1011、工作腔；1012、安装腔；1100、安装台；1100a、安装面；2000、密封盖；3000、弹性密封件；4000、储能器；4100、第一连接件；4110、第一压片；4120、第一轴；4200、第二连接件；4210、第二压片；4220、第二轴；4300、弹性件；4400、导向件；4401、限位头部；4500、导向孔；4501、限位凸台；4600、螺纹孔；5000、压盖；5001、螺纹；5100、压紧螺栓；5200、压杆；5300、压环；6000、载荷传递盘；7000、安装支架；7001、安装孔；7002、安装螺栓；X、内腔的轴向；Y、轴心线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，但它们不是对本发明的限定。

参见图1至图4所示，为一种密封压紧载荷可补偿装置，该装置可以是一种密封容器或反应器等，包括腔体1000、密封盖2000及弹性密封件3000。其中，腔体1000具有中空的桶状内腔1010，密封盖2000能够沿内腔的轴向X相对滑动地设置在内腔1010中，弹性密封件3000抵靠在腔体1000与密封盖2000之间，实现两者的密封连接。

本实施例中，腔体1000的内侧周壁上设有沿内腔1010的径向向内凸起的安装台1100，安装台1100具有朝向密封盖2000的安装面1100a，从而弹性密封件3000沿自身厚度方向的相异两侧分别抵靠在安装面1100a与密封盖2000上。如此，密封盖2000及弹性密封件3000就将内腔1010分隔为互不连通的工作腔1011与安装腔1012，其中弹性密封件3000位于靠近工作腔1011的一侧，工作腔1011与大气连通。

本实施例中，该密封压紧载荷可补偿装置还包括设置在安装腔1012内的支撑组件，支撑组件包括压盖5000及设置在压盖5000上的压紧螺栓5100、压杆5200、压环5300等。其中，压盖5000与腔体1000的内侧壁通过螺纹5001固定连接。压盖5000沿自身的周向上均匀间隔地开设有多个通孔，每个通孔的轴心线Y均平行于内腔的轴向X；压盖5000靠近密封盖2000的一侧开设有环形槽，环形槽与所有通孔相连通。压紧螺栓5100与压杆5200分别具有沿压盖5000的周向间隔设置的多组，各组压紧螺栓5100与压杆5200一一对应，且每组压紧螺栓5100与压杆5200对应插设在一个通孔中，从而每组通孔、压紧螺栓5100及压杆5200的轴心线Y共线延伸。压环5300设置在环形槽内，从而每组压杆5200的两端部分别抵靠在压紧螺栓5100与压环5300上。如此，通过旋紧压盖5000及压紧螺栓5100，即可向密封盖2000施加一定的压紧载荷，使得弹性密封件3000被压紧在安装面1100a上，实现工作腔1011与安装腔1012之间的密封。

该装置在使用时，至少具有第一工况及第二工况。其中，参见图2所示，第一工况为装置的初始装配状态，此时支撑组件能够将密封盖2000顶紧在弹性密封件3000上，弹性密封件3000受到适当的预紧载荷，能够保持工作腔1011与安装腔1012之间的密封隔离。参见图3所示，第二工况下，由于腔体1000、密封盖2000或支撑组件等产生热变形、蠕变等沿内腔的轴向X上的形变，导致密封盖2000具有与弹性密封件3000分离的趋势，弹性密封件3000所需的密封压紧载荷缺失，弹性密封件3000的压缩量减小，甚至与密封盖2000分离而产生ΔL的间隙，使得工作腔1011与安装腔1012之间出现泄漏，严重影响该装置的工作性能，还可能造成安全事故。

为了解决上述问题，本实施例中在密封盖2000与支撑组件之间设置多组储能器4000，以补偿第二工况下弹性密封件3000减小的压缩量和压紧载荷，使得密封盖2000与安装面1100a能够保持密封。

参见图1及图2所示，具体地，支撑组件还包括载荷传递盘6000，用于将多组压紧螺栓5100与压杆5200的压紧载荷均匀地传递给储能器4000。密封盖2000靠近安装腔1012的一侧固设有圆环状的安装支架7000，安装支架7000朝向载荷传递盘6000的一侧开设有多组沿周向均匀间隔设置的安装孔7001，每组储能器4000对应插设在一组安装孔7001中，使得多组储能器4000能够与上述多组压紧螺栓5100与压杆5200一一对应。每组储能器4000均抵靠在载荷传递盘6000与安装支架7000之间，且均能够沿轴心线Y的延伸方向伸缩，从而能够向密封盖2000施加朝向弹性密封件3000的压紧载荷，补偿密封盖2000及弹性密封件3000所需的密封压紧载荷。

参见图5及图6所示，每组储能器4000整体呈圆柱形，其各部件均以轴心线Y共线地设置。储能器4000具体包括沿轴心线Y的延伸方向相对滑动连接的第一连接件4100与第二连接件4200，以及用于提供第一连接件4100与第二连接件4200相对远离运动所需作用力的弹性件4300。本实施例中，为适用于具有高温工况的密封压紧载荷可补偿装置，储能器4000的第一连接件4100、第二连接件4200、弹性件4300等各元件均采用耐高温金属材料制成。

第一连接件4100具有第一压片4110及固设于第一压片4110上的第一轴4120，第一压片4110的外径大于第一轴4120的外径；第二连接件4200具有第二压片4210及固设于第二压片4210上的第二轴4220，第二压片4210的外径大于第二轴4220的外径。沿轴心线Y的延伸方向上，第一压片4110与第二压片4210分设于储能器4000的两端部，弹性件4300同时套设在第一轴4120与第二轴4220上，且弹性件4300沿自身轴向的两端部分别抵靠在第一压片4110与第二压片4210上。本实施例中，第一压片4110与第二压片4210的外径相等，弹性件4300的外径不大于第一压片4110的外径，从而储能器4000能够稳定地插设在安装孔7001中，不易晃动。

进一步地，第一轴4120与第二轴4220之间设有滑动导向结构，包括固设于第一轴4120上的导向件4400、开设于第二轴4220上的导向孔4500，导向件4400能够沿导向孔4500的延伸方向（即轴心线Y的延伸方向）相对滑动地插设在导向孔4500中。为了限制第一连接件4100与第二连接件4200滑动脱离，导向件4400远离第一轴4120的一端部还具有限位头部4401，导向孔4500的一侧部设有限位凸台4501，限位凸台4501的内径<限位头部4401的外径，从而限位头部4401无法滑动脱离导向孔4500。

此外，第一轴4120与第二轴4220的长度之和应当等于弹性件4300整体处于允许最大压缩状态（即压缩弹性极限）时的长度，从而当储能器4000受到允许最大的压紧载荷、第一轴4120与第二轴4220相互抵靠时，弹性件4300也不会被压溃而失去弹性，以保护储能器4000的工作性能，此时整个储能器4000的长度为L_min。

由上，储能器4000的设置使得第一连接件4100、第二连接件4200与弹性件4300能够沿轴心线Y的延伸方向相互作用，储能器4000对外界施加的载荷与其长度呈负相关关系。参见图5所示，当外部不施加载荷时，储能器4000处于释能状态，弹性件4300完全释放并推动第一连接件4100与第二连接件4200相互远离，储能器4000自由伸长，其对外界施加的载荷为0。参见图6所示，当外部载荷增加时，储能器4000处于蓄能状态，第一连接件4100和/或第二连接件4200被相向挤压，进而使得弹性件4300被压缩，储能器4000缩短。当外部载荷较大时，第一轴4120与第二轴4220完全贴合，储能器4000处于压紧状态，弹性件4300被压缩至极限，但由于第一轴4120与第二轴4220的限位作用，能够保护弹性件4300不被压溃，此时储能器4000对外界施加的载荷最大。

本实施例中，第一连接件4100上设有螺纹孔4600，从而储能器4000能够通过安装螺栓7002固定连接在安装支架7000上。第二连接件4200的外端部与安装孔7001的开口齐平或部分伸出安装孔7001外，从而第二连接件4200能够抵靠在载荷传递盘6000上。如此。储能器4000相当于沿内腔的轴向X上抵靠在密封盖2000与压盖5000之间，使得密封盖2000设置在一个弹性的支座上，多组储能器4000能够同时向密封盖2000施加朝向安装面1100a的载荷，为密封盖2000提供密封压紧载荷补偿。

进一步地，上述每个安装孔7001的深度应当等于L_min，从而安装支架7000能够从外部起到限位并保护储能器4000的作用。当密封盖2000受到的朝向压盖5000的载荷较大时，安装支架7000完全抵靠在载荷传递盘6000上，弹性件4300处于允许最大压缩状态且不会被进一步压缩，多余的载荷将由载荷传递盘6000等支撑组件来承受，从而起到了防止储能器4000整体过压而损环的作用。

本实施例中，在垂直于内腔的轴向X的平面内，载荷传递盘6000的投影为一圆环形，所有储能器4000的投影均位于该圆环形的内部，即，载荷传递盘6000在施加载荷的方向上完全覆盖住所有储能器4000，使得载荷传递更为均匀。

在其他实施例中，也可以不设置载荷传递盘6000，此时就应当要求在垂直于内腔的轴向X的平面内，压环5300的投影完全覆盖住储能器4000的投影，由压环5300来实现均匀稳定的载荷传递。

本实施例中，该密封压紧载荷可补偿装置还具有第三工况，第三工况下，安装面1100a具有朝向密封盖2000运动的趋势，使得弹性密封件3000被进一步压紧，该压紧载荷被传递至储能器4000，使得储能器4000相比于第一工况被进一步压缩，相对地，储能器4000也向密封盖2000及弹性密封件3000提供相比于第一工况更大的压紧载荷。

该密封压紧载荷可补偿装置的工作原理具体阐述如下：

参见图2所示，第一工况下，各部件初始装配，储能器4000被适当压缩，向密封盖2000提供一定的预紧载荷，工作腔1011被密封。

参见图4所示，第二工况下，如前文所述，密封盖2000具有远离弹性密封件3000及安装面1100a的趋势，此时，在弹性件4300的作用下，第一连接件4100与第二连接件4200相互远离，每组储能器4000的长度逐渐伸长，第二连接件4200保持在载荷传递盘6000上不动，第一连接件4100向密封盖2000施加比预紧载荷稍小一些的压紧载荷，并推动密封盖2000向安装面1100a运动，使得密封盖2000仍然能够与弹性密封件3000保持接触并保证足够的密封工作应力，不发生泄漏。相应地，由于储能器4000的长度伸长，在第一连接件4100的推动下，安装支架7000与载荷传递盘6000之间会出现ΔL的间隙。

第三工况下，密封盖2000与安装面1100a再次靠近，储能器4000进一步被压缩，储能器4000的长度均逐渐缩短，其提供的压紧载荷增大，但由于第一轴4120与第二轴4220的限位作用，以及安装支架7000的限位作用，储能器4000将弹性密封件3000压紧的同时能够保证弹性件4300不会被压溃、储能器4000也不会过压损坏。

如此，不论该密封压紧载荷可补偿装置在何种工况下变化，储能器4000始终能够向密封盖2000提供密封所需的压紧载荷，使得工作腔1011与安装腔1012之间保持密封隔离。

在一些更为具体的实施例中，上述压紧载荷的缺失可以是由材料的热变形不一致产生的。例如，腔体1000采用第一材料制成，密封盖2000采用第二材料制成，而第一材料的线性膨胀系数α₁＜第二材料的线性膨胀系数α₂。第一工况下，工作腔1011内的温度=安装腔1012内的温度=室温；第二工况下，安装腔1012的温度保持室温不变，工作腔1011内的温度升高。如此，第二工况下，密封盖2000相比于腔体1000就具有更快向安装腔1012膨胀的趋势，导致密封盖2000与安装面1100a及弹性密封件3000相对远离，而储能器4000的设置可以将密封盖2000保持顶紧在弹性密封件3000上，保持密封。

综上所述，本实施例中的密封压紧载荷可补偿装置，无论在何种原因引起的弹性密封件3000的压紧载荷缺失的情况下，均能够提供实时的密封压紧载荷补偿，使得密封盖2000、弹性密封件3000与安装面1100a之间保持密封接触，不易泄露，装置运行性能稳定可靠，安全性大大提高。

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加以实施，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内。

Claims

1.一种密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：包括具有内腔的腔体、能够沿所述内腔的轴向相对滑动地设置在所述内腔中的密封盖，以及弹性密封件，沿所述内腔的轴向上，所述弹性密封件抵靠在所述腔体与所述密封盖之间，所述密封压紧载荷可补偿装置还包括支撑组件及储能器，所述支撑组件包括压盖，所述压盖固设于所述腔体上，且所述压盖位于所述密封盖沿所述内腔的轴向远离所述弹性密封件的一侧，所述储能器包括第一连接件与第二连接件，所述第一连接件与所述第二连接件的轴心线共线地设置，且所述轴心线的延伸方向与所述内腔的轴向相平行，所述第一连接件能够沿所述轴心线的延伸方向相对滑动地与所述第二连接件连接，所述储能器还包括用于提供所述第一连接件远离所述第二连接件运动所需作用力的弹性件，沿所述内腔的轴向上，所述储能器抵靠在所述密封盖与所述压盖之间。

2.根据权利要求1所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述第一连接件、所述第二连接件、所述弹性件三者的轴心线共线地设置，所述第一连接件具有第一压片，所述第二连接件具有第二压片，沿所述轴心线的延伸方向上，所述第一压片与所述第二压片分设于所述储能器的两端部，所述弹性件抵靠在所述第一压片与所述第二压片之间。

3.根据权利要求2所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述第一连接件具有固设于所述第一压片上的第一轴，所述第二连接件具有固设于所述第二压片上的第二轴，所述第一轴与所述第二轴之间设有滑动导向结构，所述弹性件同时套设在所述第一轴与所述第二轴上。

4.根据权利要求2所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述第一压片与所述第二压片的外径相等，所述弹性件的外径不大于所述第一压片的外径。

5.根据权利要求1所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述支撑组件还包括载荷传递盘，沿所述内腔的轴向上，所述载荷传递盘设置在所述压盖与所述储能器之间，所述第二连接件抵靠在所述载荷传递盘上，在垂直于所述内腔的轴向的平面内，所述储能器的投影位于所述载荷传递盘的投影的内部。

6.根据权利要求1所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述密封盖上固设有安装支架，沿所述内腔的轴向上，所述安装支架位于所述压盖与所述密封盖之间，所述安装支架朝向所述压盖的一侧开设有安装孔，所述储能器至少部分插设在所述安装孔中，所述第一连接件与所述安装支架固定连接。

7.根据权利要求6所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述弹性件处于压缩弹性极限时，所述储能器的长度为L_min，所述安装孔的深度等于所述L_min。

8.根据权利要求1至7任一项所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述储能器具有沿所述压盖的周向间隔设置的多组；和/或，

所述压盖与所述腔体的内侧壁通过螺纹配合连接；和/或，

所述密封盖及所述弹性密封件将所述内腔分隔为互不连通的工作腔与安装腔，所述工作腔中填充有介质，所述压盖及所述储能器位于所述安装腔中；和/或，

所述腔体的内侧周壁上设有沿所述内腔的径向向内凸起的安装台，所述安装台具有朝向所述密封盖的安装面，所述弹性密封件沿自身厚度方向的相异两侧分别抵靠在所述安装面与所述密封盖上。

9.根据权利要求1至7任一项所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述支撑组件还包括压紧螺栓及压环，所述压盖沿自身的周向上间隔地开设有多个通孔，每个所述通孔均沿所述内腔的轴向延伸，所述压盖靠近所述储能器的一侧开设有环形槽，所述环形槽与所有所述通孔相连通，所述压环设置在所述环形槽内，每个所述通孔中均插设有一个所述压紧螺栓。

10.根据权利要求9所述的密封压紧载荷可补偿装置，其特征在于：所述储能器具有沿所述压盖的周向间隔设置的多组，所述储能器的个数与所述通孔的个数相同，且所述储能器与所述通孔的位置一一对应；和/或，

所述支撑组件还包括压杆，每个所述通孔内均插设有一根所述压杆，所述压杆沿自身长度方向的两端部分别抵靠在所述压紧螺栓与所述压环上。