CN116181907A - 一种自适应补偿密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应补偿密封装置，采用该密封装置在实现内外筒下端筒口之间密封的同时能够降低内外筒之间的加工精度和形位公差要求，特别适用于对适配精度要求不高的大尺度内外筒的密封装配。该密封装置包括：法兰螺母座、预紧调节螺杆、锥环圆柱筒、外密封橡胶、内锥密封橡胶、挡环和弹簧；其中法兰螺母座与预紧调节螺杆之间形成螺纹副；预紧调节螺杆与锥环圆柱筒之间形成移动副；锥环圆柱筒与所法兰螺母座之间通过外密封橡胶密封配合；锥环圆柱筒与被密封的内筒下锥轴通过内锥造型橡胶密封配合。通过调整预紧调节螺杆来调整压紧弹簧的压缩量，进而控制整个密封调整装置的预紧密封效果，且还能够自适应调整和补偿密封。

Description

一种自适应补偿密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，具体涉及一种自适应补偿密封装置，属于内外筒安装的密封技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，多用途的深海装备平台成为一种发展趋势。为执行多样化任务，深海装备平台需要携载多种类型的任务载荷。为此，深海装备平台上需要设置通用化的耐压外筒，以用于安装不同类型任务载荷的负载内筒，耐压外筒和负载内筒尺寸较大，载荷的多样化要求通用化的耐压外筒的上、下端均需具有开盖功能，并且要求耐压外筒的上、下端开盖后内筒与外筒之间要形成密封腔以保护线缆等附件。

此外，根据任务需求还需要经常拆卸和换装其他类型的负载内筒。

由此产生两个问题：一是由于深海装备平台上采用的耐压外筒和负载外筒的结构尺度往往较大，现有制造手段无法保证二者上、下筒口的形位公差和加工精度等；二是由于外筒正常工作时不可避免会接触海水，并且需要经常拆卸和换装内筒，现有维保手段也无法保证其配合表面的行为公差和表面粗糙度。

现有技术中，深海装配平台的耐压外筒和负载内筒多为只有一端有筒口密封的情况，这种情况只需要采用法兰密封方式即可，但该种密封方式无法满足结构尺寸较大的内外筒安装的上下筒口的密封要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自适应补偿密封装置，采用该密封装置在实现内外筒下端筒口之间密封的同时能够降低内外筒之间的加工精度和形位公差要求，特别适用于对适配精度要求不高的大尺度内外筒的密封装配。

本发明的技术方案为：

一种自适应补偿密封装置，包括：法兰螺母座、预紧调节螺杆、锥环圆柱筒、外密封橡胶、内锥密封橡胶和弹簧；

所述锥环圆柱筒筒身顶部具有内圆周面为锥形的锥环圆柱筒锥头，该锥形面的小端与筒身相连；锥环圆柱筒锥头的外径大于筒身外径，在两者连接处形成台阶面；

所述锥环圆柱筒锥头的外圆周面与外密封橡胶硫化成一体，内圆周面与内锥密封橡胶硫化成一体；

法兰螺母座同轴套装在锥环圆柱筒外部，其内圆周面与外密封橡胶接触；法兰螺母座外圆周面具有用于形成法兰密封的法兰盘；

预紧调节螺杆沿轴向从上往下依次为内径和外径均较大的轴段A以及内径和外径均较小的轴段B；预紧调节螺杆同轴套装在锥环圆柱筒筒身与法兰螺母座之间；且轴段B的外圆周面与法兰螺母座对应位置的内圆周面螺纹配合；轴段B的内圆周面与对应位置的锥环圆柱筒的外圆周面滑动配合；

所述弹簧套装在锥环圆柱筒筒身外部，顶部与锥环圆柱筒外圆周面的台阶面抵触，底部与预紧调节螺杆内圆周的台阶面抵触；所述弹簧预压缩。

作为本发明的一种优选方式，所述外密封橡胶包括附着在锥环圆柱筒锥头外圆周的连续橡胶层及连续橡胶层表面沿竖直方向呈波浪形离散分布的多道橡胶环。

作为本发明的一种优选方式，所述内锥密封橡胶包括附着在锥环圆柱筒锥头内圆周面的连续橡胶层及连续橡胶层表面沿该锥形面的母线方向呈波浪形离散分布的多道橡胶环。

作为本发明的一种优选方式，所述法兰螺母座顶部还设置有挡环，用于所述锥环圆柱筒的轴向限位。所述法兰螺母座与挡环通过法兰连接成一体。

作为本发明的一种优选方式，所述外密封橡胶和内锥密封橡胶在锥环圆柱筒锥头的顶部端面相连，且在筒身与锥环圆柱筒锥头之间的台阶面处也具有橡胶层。

有益效果：

(1)本发的密封装置能够自适应调整和补偿密封，由此能够降低内外筒之间的加工精度和形位公差要求，可以用于对适配精度要求不高的密封装配点，特别适合用于不便于高精度加工的大尺度内外筒安装的内外筒之间的密封。

(2)本发的密封装置通过预紧调节螺杆根据需要来调节预紧力，适合用于需要频繁拆卸和换装内筒的使用需求；当换装内筒后，直接依据换装后的内筒来调整弹簧的预压紧力以保证外静密封以及内锥向静密封处密封效果即可。

(3)本发明的密封装置处于海水中时，在外部水压的作用下，法兰密封和带有内外密封橡胶的锥环圆柱筒密封均会越压越紧，从而增强密封效。

(4)外密封橡胶和内锥密封橡胶均具有连续橡胶层及连续橡胶层表面的呈波浪形离散分布的多道橡胶环，设置呈波浪形离散分布的多道橡胶环为外密封橡胶和内锥密封橡胶提供变形空间，增强该密封装置的可靠性。

(5)本发明的密封装置整体模块化设计便于更换维护，维保效率高。

附图说明

图1为本发明的密封装置的结构示意图；

图2为本发明锥环圆柱筒锥头部分与内、外密封橡胶的硫化组合图；

图3为本发明的工作状态图；

图4为图3的局部放大图；

图5为本发明的初始状态图(未安装内筒时)。

其中；1-法兰螺母座、2-预紧调节螺杆、3-锥环圆柱筒、3a-锥环圆柱筒锥头、4-外密封橡胶、4a-外密封橡胶初始态、4b-外密封橡胶工作态、5-内锥密封橡胶、5a-内锥密封橡胶初始态、5b-内锥密封橡胶工作态、6-挡环、7-弹簧、F1-螺纹副、F2-移动副、J1-下端轴向静密封、J2-外静密封、J3-内锥向静密封、100-外筒下法兰支撑面、200-内筒下锥轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本实施例提供一种自适应补偿密封装置，该密封装置设置在耐压外筒和负载内筒下端开口之间，用于内外筒下筒口之间的密封；由于具备自动补偿密封的功能，能够降低内外筒之间的加工精度和形位公差要求，适用于对适配精度要求不高的大尺度内外筒的密封装配以及需要频繁拆卸和换装内筒的使用需求。

如图1所示，该自适应补偿密封装置包括：法兰螺母座1、预紧调节螺杆2、锥环圆柱筒3、外密封橡胶4、内锥密封橡胶5、挡环6和弹簧7；

如图2所示，锥环圆柱筒3具有空心圆柱状的筒身和位于筒身顶部的锥环圆柱筒锥头3a；锥环圆柱筒锥头3a的内圆周面为锥形面，且该锥形面的小端与筒身相连；锥环圆柱筒锥头3a的外径大于筒身外径，由此在两者连接处形成台阶面。锥环圆柱筒锥头3a的外圆周面与外密封橡胶4硫化成一体；锥环圆柱筒锥头3a的内圆周面与内锥密封橡胶5硫化成一体。

其中外密封橡胶4由附着在锥环圆柱筒锥头3a外圆周的连续橡胶层及连续橡胶层表面沿竖直方向(即与锥环圆柱筒3轴向平行的方向)呈波浪形离散分布的多道橡胶环组成。外密封橡胶4具有两种状态，分别为外密封橡胶初始态4a和外密封橡胶工作态4b；处于外密封橡胶初始态4a时，多道橡胶环因未被压缩而截面均呈圆形，处于外密封橡胶工作态4b时，多道橡胶环因被压缩而截面呈椭圆状。

内锥密封橡胶5由附着在锥环圆柱筒锥头3a内圆周面的连续橡胶层及连续橡胶层表面沿该锥形面的母线方向呈波浪形离散分布的多道橡胶环组成。内锥密封橡胶5具有两种状态，分别为内锥密封橡胶初始态5a和内锥密封橡胶工作态5b；处于内锥密封橡胶初始态5a时，多道橡胶环因未被压缩而截面均呈圆形，处于内锥密封橡胶工作态5b时，多道橡胶环因被压缩而截面呈椭圆状。

此外，外密封橡胶4的连续橡胶层和内锥密封橡胶5的连续橡胶层在锥环圆柱筒锥头3a的顶部端面相连，即锥环圆柱筒锥头3a的顶部端面也具有橡胶层；在筒身与锥环圆柱筒锥头3a之间的台阶面处也具有橡胶层。

如图1所示，该自适应补偿密封装置的整体连接关系为：法兰螺母座1为中空等直径的筒形结构，同轴套装在锥环圆柱筒3外部，且法兰螺母座1的内圆周面与外密封橡胶4中的呈波浪形离散分布的多道橡胶环接触。此外，法兰螺母座1外圆周面下端具有用于和外筒相连的法兰盘。

预紧调节螺杆2为中空筒形结构，其沿轴向从上往下依次为内径和外径均较大的轴段A以及内径和外径均较小的轴段B(这里的较大和较小均是轴段A和轴段B相比)；预紧调节螺杆2通过其轴段B同轴套装在锥环圆柱筒3筒身的外部；其中轴段A的外圆周面与法兰螺母座1的内圆周面接触，轴段A的内圆周面与对应位置的锥环圆柱筒3的外圆周面之间有间隙；轴段B的外圆周面与法兰螺母座1对应位置的内圆周面螺纹配合，形成螺纹副F1；轴段B的内圆周面与对应位置的锥环圆柱筒3的外圆周面滑动配合，形成移动副F2。且预紧调节螺杆2顶部端面与锥环圆柱筒3外圆周面的台阶面之间有间隔。

弹簧7为压缩弹簧，套装在锥环圆柱筒3筒身的外部，其位于锥环圆柱筒3和预紧调节螺杆2的轴段A之间；弹簧7顶部与锥环圆柱筒3外圆周面的台阶面抵触，底部与预紧调节螺杆2内圆周面的台阶面抵触；弹簧7处于预压缩状态；通过预紧调节螺杆2的旋进和旋出能够调节弹簧7的压缩量，进而调节弹簧7的预紧力，从而控制整个密封装置的预紧密封效果，且还能够自适应调整和补偿密封，具体的：由于采用的是锥面密封，在内筒安装过程中，锥向密封的多道橡胶环可随挤压程度发生自适应的变形流动填充缝隙，实现自适应调整。由于可能反复拆卸内筒，锥向橡胶有可能发生磨损，在弹簧7的预紧力作用下，锥环圆柱筒3可以自动向上移动实现密封补偿。

此外，法兰螺母座1顶部还设置有挡环6，法兰螺母座1与挡环6通过法兰连接成一体；通过挡环6对锥环圆柱筒3进行轴向限位，由此使得该密封装置为一个独立的模块。

如图3和图4所示，将该自适应补偿密封装置设置在深海装备平台的耐压外筒和负载内筒下端开口之间，用于两者之间的环形空间下端开口处的密封时：法兰螺母座1外圆周面下端的法兰盘与外筒下法兰支撑面100之间为法兰密封连接关系，形成下端轴向静密封J1；锥环圆柱筒3与法兰螺母座1之间通过外密封橡胶4进行密封配合，形成外静密封J2；内筒下锥轴200(即内筒下端外部具有的锥形面)与锥环圆柱筒3通过内锥密封橡胶5进行密封配合，形成内锥向静密封J3；由此通过三处静密封实现耐压外筒和负载内筒之间环形空间下端开口处的密封。

该自适应补偿密封装置的基本工作过程为：

如图5所示，初始状态时，在弹簧7作用下，锥环圆柱筒锥头3a顶紧挡环6(挡环6的上端面与外筒内圆周面对应位置的台阶面抵触)；如图3所示，在外筒内部同轴套装内筒后，内筒下锥轴200向下贴紧内锥密封橡胶4并下压锥环圆柱筒3，进而压缩弹簧7，此时内锥密封橡胶4发生变形的同时弹簧7也发生变形产生反向力作用，可以自适应调整和补偿外静密封J2以及内锥向静密封J3处的密封效果，相比传统的法兰密封方式能够降低内外筒之间的加工精度和形位公差要求。同时将锥环圆柱筒3顶部与内筒下端采用锥形面配合的方式，内筒安装过程中能够自聚中，也能够进一步降低内外筒之间的加工精度和形位公差要求。

此外，根据实际需要，在螺纹副F1约束下，可以通过调整预紧调节螺杆2来调整弹簧7的预压紧力，当需要换装内筒时，直接依据换装后的内筒来调整弹簧7的预压紧力以保证外静密封J2以及内锥向静密封J3处密封效果即可，适合用于需要频繁拆卸和换装内筒的使用需求。

综上所述，以上仅为本发明的实施例之一，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自适应补偿密封装置，其特征在于：包括：法兰螺母座、预紧调节螺杆、锥环圆柱筒、外密封橡胶、内锥密封橡胶和弹簧；

所述锥环圆柱筒筒身顶部具有内圆周面为锥形的锥环圆柱筒锥头，该锥形面的小端与筒身相连；锥环圆柱筒锥头的外径大于筒身外径，在两者连接处形成台阶面；

所述锥环圆柱筒锥头的外圆周面与外密封橡胶硫化成一体，内圆周面与内锥密封橡胶硫化成一体；

法兰螺母座同轴套装在锥环圆柱筒外部，其内圆周面与外密封橡胶接触；法兰螺母座外圆周面具有用于形成法兰密封的法兰盘；

预紧调节螺杆沿轴向从上往下依次为内径和外径均较大的轴段A以及内径和外径均较小的轴段B；预紧调节螺杆同轴套装在锥环圆柱筒筒身与法兰螺母座之间；且轴段B的外圆周面与法兰螺母座对应位置的内圆周面螺纹配合；轴段B的内圆周面与对应位置的锥环圆柱筒的外圆周面滑动配合；

所述弹簧套装在锥环圆柱筒筒身外部，顶部与锥环圆柱筒外圆周面的台阶面抵触，底部与预紧调节螺杆内圆周的台阶面抵触；所述弹簧预压缩。

2.如权利要求1所述的自适应补偿密封装置，其特征在于：所述外密封橡胶包括附着在锥环圆柱筒锥头外圆周的连续橡胶层及连续橡胶层表面沿竖直方向呈波浪形离散分布的多道橡胶环。

3.如权利要求1所述的自适应补偿密封装置，其特征在于：所述内锥密封橡胶包括附着在锥环圆柱筒锥头内圆周面的连续橡胶层及连续橡胶层表面沿该锥形面的母线方向呈波浪形离散分布的多道橡胶环。

4.如权利要求1或2或3所述的自适应补偿密封装置，其特征在于：所述法兰螺母座顶部还设置有挡环，用于所述锥环圆柱筒的轴向限位。

5.如权利要求4所述的自适应补偿密封装置，其特征在于：所述法兰螺母座与挡环通过法兰连接成一体。

6.如权利要求1或2或3所述的自适应补偿密封装置，其特征在于：所述外密封橡胶和内锥密封橡胶在锥环圆柱筒锥头的顶部端面相连，且在筒身与锥环圆柱筒锥头之间的台阶面处也具有橡胶层。

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