CN214699190U - 一种密封自适应填料函 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种密封自适应填料函，包括填料函主体，柱塞自左向右滑动穿过填料函主体，填料函主体与柱塞之间具有开口朝右的环状空腔，环状空腔内自左向右依次设有填料、弹簧座、弹簧和过渡套，并依次抵接，填料的左端与填料函主体的内端面抵接，弹簧座的外壁呈两段式阶梯轴状，填料的右端与弹簧座的大外径段抵接，弹簧套设在弹簧座的小外径段上，弹簧处于压缩状态，过渡套夹设于弹簧座的小径段与填料函主体之间，过渡套与填料函主体密封连接。本实用新型中，填料对柱塞的夹紧力可适应液体介质的压力变化，在柱塞往复运动的一个周期内，填料与柱塞的磨损仅为现有结构的一半，从而使填料与柱塞的使用寿命有较大提升，维护工作得以减少。

Description

一种密封自适应填料函

技术领域

本实用新型属于往复泵柱塞密封的技术领域，具体涉及一种密封自适应填料函。

背景技术

填料箱又名填料函，填料函用于往复泵时，主要用于封闭泵头与柱塞之间的间隙，从而防止水漏出泵外和空气进入泵内；填料函与柱塞的连接关系可参见附图1，填料函主体3为两端开口的管状结构，填料函主体3的右端与泵头（图中未示出）密封连接，柱塞1自左向右滑动穿过填料函主体3，填料函主体3与柱塞1之间具有开口朝左的环状空腔，空腔内设有多段填料5，最右端的填料5与填料函主体3的内端面抵接，环状空腔的开口处用压盖2将填料5压紧，填料5受到挤压产生径向变形，使填料5将柱塞1夹紧以起密封作用；为使轴向压力在多段填料5之间的传递更加顺利、填料5的密封性更好，在填料5之间还间隔设有衬套4；填料5一般为纤维织物（如油绳和石棉绳）、橡胶、工程塑料和金属材料等。

由于柱塞与填料之间形成滑动摩擦副，且填料对柱塞持续施加有较大的夹紧力，导致填料与柱塞之间的摩擦力较大，所以当柱塞的往复运动时，填料和柱塞的磨损速度较快，当填料被磨损后，柱塞与填料之间产生较大间隙，填料函对柱塞的密封失效，容易出现泵头内部液体泄漏的情况。因此需要经常对填料函进行维护，即拧动压盖使填料重新处于压紧状态，使填料保持对柱塞的夹紧力，或者更换新的填料。

对于填料函密封往复泵而言，提高填料和柱塞使用寿命，减少维护工作是往复泵应用的一个重要指标，但通常情况下，提高使用寿命和减少维护工作这二者是一对矛盾体，往往只能对单方面进行提高；现采取在填料函主体内设置弹性预紧结构的方式来实现对填料的自动压紧，在提高填料使用寿命的情况下，减少维护工作，中国专利CN202011139806.0一种往复泵柱塞密封结构中也有所涉及，但该专利中的结构比较复杂，为简化结构，申请人尝试使用了图1所示的填料函密封结构，请参见附图1，最右端的填料5与填料函主体3的内端面之间设有弹簧座6，弹簧座6为管状结构，且外轮廓为两段式阶梯轴，弹簧座6套设在柱塞1上，弹簧座6的大外径段与填料5抵接，弹簧座6的小外径段上套设有弹簧7，弹簧7的左端与弹簧座6两段式台阶轴形成的台阶面抵接，弹簧7的右端与填料函主体3的内端面抵接，弹簧7处于压缩状态；当填料5被磨损时，在弹簧7的弹力作用下，弹簧座6向左移动重新将填料5压紧，使填料5恢复对柱塞1的夹紧力。

但该结构在压盖装配到位时，填料达到初始压紧状态，其填料对柱塞的夹紧力基本稳定且较大，在柱塞朝远离液压介质端（即泵头所处的一端）运动时，液压介质难以进入到填料与柱塞之间形成薄薄一层液体来润滑柱塞与填料，导致二者的摩擦较大，使填料及柱塞易被磨损；且只有当填料被磨损较多时，弹簧才会起到一定的调整填料密封效果的作用，调整有一定局限性，导致密封效果不佳；当弹簧调整已到达极限，出现泄漏时，只有人为调整压盖来进一步压紧填料，使填料恢复初始的压紧状态，弹簧进入下一个自动调整循环，目前的结构不能适应于介质的压力来调整密封力，维护工作量依然较大。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种密封自适应填料函，避免填料始终对柱塞施加有较大的夹紧力，导致填料和柱塞易被磨损的问题，取得填料能适应压力自动调整密封性，以提高填料及柱塞的使用寿命、同时密封性能好的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种密封自适应填料函，包括填料函主体，填料函主体为两端开口的管状结构且左端通过封板密封（填料函主体与封板为一体结构），封板的内侧面形成填料函主体的内端面，柱塞自左向右滑动穿过所述封板和填料函主体的内腔，填料函主体的内腔与柱塞之间具有环状空腔；

所述环状空腔的开口朝右，环状空腔内自左向右依次设有填料、弹簧座和弹簧，所述弹簧座套设在柱塞上，弹簧座的外壁呈两段式阶梯轴状，所述填料的左端与填料函主体的内端面抵接，填料的右端与弹簧座的大外径段抵接，所述弹簧套设在弹簧座的小外径段上，弹簧的左端与弹簧座抵接，弹簧的右端还设有过渡套，所述过渡套夹设于弹簧座的小径段与填料函主体之间，过渡套的外壁与填料函主体的内壁密封固定连接，弹簧的右端与过渡套抵接且弹簧处于压缩状态。

本实用新型中，环状空腔的开口朝向泵头（即朝右），使弹簧座的右端面可大面积与泵头内的液体介质接触；当柱塞朝向泵头运动时，泵头内的液体介质被压缩呈高压状态，弹簧座在液体介质的压力以及弹簧的弹力作用下向左运动，使填料被进一步压紧，增大填料对柱塞的夹紧力，使密封性提高以避免液体介质处于高压状态时出现泄漏；当柱塞远离泵头（即向左）运动时，液体介质处于低压状态，弹簧座不再受液体介质的压力，仅在弹簧的弹力作用下不能继续维持弹簧座对填料所述进一步压紧的状态，弹簧座向右运动，此时填料对柱塞的夹紧力相对较小，液体介质可适量进入到填料与柱塞之间形成一层薄薄的液体润滑层，以起到润滑和降温的目的，减小摩擦力。

可见，填料对柱塞的夹紧力可适应液体介质的压力变化，当液体介质的压力增大时，夹紧力对应增大，以避免泄漏；当液体介质的压力减小，夹紧力对应减小，使柱塞与填料之间形成润滑层以减小摩擦；因此，在柱塞往复运动的一个周期内，填料与柱塞的磨损仅为现有结构的一半，从而使填料与柱塞的使用寿命有较大提升，也使维护工作得以减少，并仍可有效保证密封效果。

进一步地，所述过渡套的内壁呈两段式阶梯孔状，过渡套的大内径段位于弹簧座的小外径段与填料函主体之间，过渡套的小内径段与柱塞间隙配合，且弹簧座的小外径段的外径大于过渡套的小内径段的内径。

这样，弹簧座过度向右运动时可与过度套内壁上的台阶面抵接，对弹簧座起限位作用，避免长时间工作后，因弹簧弹力下降或失效，弹簧座向右运动过度，使填料受到的挤压减小或消失，进而使填料无法夹紧柱塞，导致泄漏现象的发生。

进一步地，过渡套的大内径段与弹簧座的小外径段之间有间隙以形成泄液通道。

这样，即过渡套的大内径段的内径大于弹簧座的小外径段的外径，两者之间存在间隙以形成可供液压介质进出弹簧所在空间的泄液通道，减弱弹簧所在空间的密封性，使弹簧座在液压介质发生压力变化时的往复运动更加灵敏，进而使填料可对柱塞的夹紧力进行微量调整。

进一步地，过渡套的小内径段的端面继续延伸连接有连接段（过渡套与连接段为一体结构），所述连接段的自由端具有内径自左向右逐渐增大的内锥面。

这样，即过渡套的右端呈扩口状，利于液压介质沿过渡套向弹簧座方向流动，改善了压力脉动，为实现弹簧座接收和利用来自液压介质的压力创造较好的条件。

进一步地，所述连接段延伸出填料函主体外，连接段的外壁上凸起设有一圈凸缘，所述凸缘与填料函主体的右端面相抵接。

这样，便于在填料函主体与所述凸缘之间加设密封垫圈来实现过渡套与填料函主体的密封，同时便于整个填料函结构与泵头连接。

进一步地，所述弹簧座与柱塞之间有间隙。

这样，即弹簧座的内径大于柱塞的直径，使弹簧座与柱塞之间形成的狭长缝隙，当柱塞朝泵头运动时，高压的液压介质在该缝隙间形成压力梯度，在液压介质到达填料位置前起逐步减压的作用，使填料所处位置在柱塞快速往复运动的过程中不会受到过大的液压力，更有利于保证密封性。

进一步地，所述填料与填料函主体的内端面之间自左向右设有楔环和密封支环，所述楔环的内壁呈自左向右内径逐渐增大的内锥面；

所述密封支环套设在柱塞上，密封支环的外壁具有自左向右外径逐渐增大的外锥面，所述楔环套设在密封支环上，且楔环的内锥面与密封支环的外锥面抵接。

这样，实施时楔环为金属件，密封支环为弹性件，由于楔环与密封支环的接触面为锥面，对密封支环以及填料的变形起引导作用，使弹簧不需要较大的弹力即可使密封支环或填料与柱塞之间形成有效的密封效果；由于楔环的存在，使得密封件数量基本上只有常规结构的1/3就可以达到相同的密封效果，大大降低了维护成本及维护工作量；对应的，密封件的长度也得以减短，整体结构可以更紧凑，特别适于紧凑工况环境中应用。

进一步地，所述楔环的内壁与楔环的外壁交于楔环的右边沿。

这样，即楔环沿轴向的截面呈三角形而非梯形，当该截面为梯形时，密封支环在发生变形后，密封支环的部分外壁可能与楔环的右端面抵接，进而使楔环不再对密封支环的变形起引导作用；当该截面为梯形时，楔环的内锥面与填料函主体的内壁较为平缓地衔接，使楔环始终对密封支环的变形起引导作用。

进一步地，所述密封支环与填料函主体的内端面之间还设有长支环，所述填料与弹簧座之间设有短支环。

这样，实施时长支环和短支环均为弹性件，长支环和短支环对柱塞起稳定和密封作用，进一步提高该结构的稳定性和密封效果。

进一步地，所述长支环与填料函主体的内端面之间还设有衬套。

这样，柱塞通过衬套与填料函主体连接，衬套为金属件，对柱塞起径向稳定作用，避免柱塞出现较大径向跳动。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型中，填料对柱塞的夹紧力可适应液体介质的压力变化，当液体介质的压力增大时，夹紧力对应增大，以避免泄漏；当液体介质的压力减小，夹紧力对应减小，使柱塞与填料之间形成润滑层以减小摩擦；因此，在柱塞往复运动的一个周期内，填料与柱塞的磨损时间仅为现有结构的一半，从而使填料与柱塞的使用寿命有较大提升，也使维护工作得以减少。

2、本实用新型中，过渡套还对弹簧座起限位作用，避免长时间工作后，因弹簧弹力下降或失效，弹簧座向右运动过度，使填料无法夹紧柱塞，导致泄漏现象的发生。

3、本实用新型中，泄液通道的存在使弹簧座在液压介质发生压力变化时的往复运动更加灵敏，进而使填料对柱塞的夹紧力的调整更加细微。

4、本实用新型中，通过楔环和密封支环的配合，使密封支环以及填料的变形更加容易，使弹簧不需要较大的弹力即可使密封支环或填料与柱塞之间形成有效的密封的效果。

附图说明

图1为背景技术所述填料函密封结构的截面示意图；

图2为实施例的一种密封自适应填料函的截面示意图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为图2中B处的放大图；

其中，柱塞1，压盖2，填料函主体3，衬套4，填料5，弹簧座6，弹簧7，长支环8，短支环9，密封支环10，楔环11，过渡套12，泄液通道13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例：

请参见图2，一种密封自适应填料函，包括填料函主体3，填料函主体3为两端开口的管状结构且左端通过封板密封（所述封板与填料函主体为一体结构），封板的内侧面形成填料函主体3的内端面，填料函主体3的外壁上具有凸缘，柱塞1自左向右滑动穿过所述封板和填料函主体3的内腔，填料函主体3的内腔与柱塞1之间具有开口朝右的环状空腔；（即填料函主体3的内壁为两段式的阶梯孔状，两段式的阶梯孔的内径自左向右依次增大，柱塞1的直径与小内径段对应，柱塞1与大内径段之间存在较大间隙形成上述环状空腔）。

所述环状空腔内自左向右依次设有衬套4、长支环8、楔环11、密封支环10、填料5、短支环9、弹簧座6、弹簧7和过渡套12，且自左向右依次抵接，所述衬套4的左侧与填料函主体3的内端面抵接，过渡套12与填料函主体3密封连接。其中，衬套4和楔环11为非弹性件，如采用金属材质，长支环8、密封支环10和短支环9为弹性件，如采用橡胶材质。

请参见图3，所述楔环11的内壁呈自左向右内径逐渐增大的内锥面，且楔环11的内壁与楔环11的外壁交于楔环11的右边沿；所述密封支环10套设在柱塞1上，密封支环10的外壁具有自左向右外径逐渐增大的外锥面，所述楔环11套设在密封支环10上，且楔环11的内锥面与密封支环10的外锥面抵接。

所述弹簧座6套设在柱塞1上，且弹簧座6与柱塞1之间有间隙，弹簧座6的外壁呈两段式阶梯轴状，所述填料5与弹簧座6的大外径段抵接，所述弹簧7套设在弹簧座6的小外径段上，弹簧7的左端与弹簧座6抵接，弹簧7的右端与过渡套12抵接，且弹簧7处于压缩状态；弹簧7采用螺旋弹簧。

请参见图4，所述过渡套12的内壁呈两段式阶梯孔状，过渡套12的大内径段位于弹簧座6的小外径段与填料函主体3之间，且过渡套12的大内径段与弹簧座6的小外径段之间有间隙以形成泄液通道13。

过渡套12的小内径段与柱塞1间隙配合，过渡套12的小内径段的端面继续延伸连接有连接段，所述连接段与过渡套12为一体结构，连接段的自由端具有内径自左向右逐渐增大的内锥面。

所述连接段延伸出填料函主体3外，连接段的外壁上凸起设有一圈凸缘，所述凸缘与填料函主体3的右端面相抵接。

过渡套12的小内径段的内径小于弹簧座6的小外径段的外径，在初始状态下（即填料5函与柱塞1连接完成时），弹簧座6的右端与过渡套12上大内径段与小内径段之间形成的台阶面抵接，对弹簧座6进行限位，避免弹簧7失效或弹力减弱后，弹簧座6过度右移导致填料5对柱塞1的密封失效。

将本实施例所述填料函与泵头连接时，先将过渡套12朝向泵头，使过渡套12上的凸缘的右端面与泵头抵接，并在过渡套12与泵头之间设置密封圈以密封，然后将压板套设在填料函主体3上，压板与填料函主体3外壁上的凸缘的左端面抵接，然后用螺栓贯穿压板后与泵头螺纹连接，以将所述填料函紧紧抵接固定在泵头上。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种密封自适应填料函，包括填料函主体，填料函主体为两端开口的管状结构且左端通过封板密封，封板的内侧面形成填料函主体的内端面，柱塞自左向右滑动穿过所述封板和填料函主体的内腔，填料函主体的内腔与柱塞之间具有环状空腔；其特征在于：所述环状空腔的开口朝右，环状空腔内自左向右依次设有填料、弹簧座和弹簧；

所述弹簧座套设在柱塞上，弹簧座的外壁呈两段式阶梯轴状，所述填料的左端与填料函主体的内端面抵接，填料的右端与弹簧座的大外径段抵接，所述弹簧套设在弹簧座的小外径段上，弹簧的左端与弹簧座抵接，弹簧的右端还设有过渡套，所述过渡套夹设于弹簧座的小径段与填料函主体之间，过渡套的外壁与填料函主体的内壁密封固定连接，弹簧的右端与过渡套抵接且弹簧处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述一种密封自适应填料函，其特征在于：所述过渡套的内壁呈两段式阶梯孔状，过渡套的大内径段位于弹簧座的小外径段与填料函主体之间，过渡套的小内径段与柱塞间隙配合，且弹簧座的小外径段的外径大于过渡套的小内径段的内径。

3.根据权利要求2所述一种密封自适应填料函，其特征在于：过渡套的大内径段与弹簧座的小外径段之间有间隙以形成泄液通道。

4.根据权利要求2所述一种密封自适应填料函，其特征在于：过渡套的小内径段的端面继续延伸连接有连接段，所述连接段的自由端具有内径自左向右逐渐增大的内锥面。

5.根据权利要求4所述一种密封自适应填料函，其特征在于：所述连接段延伸出填料函主体外，连接段的外壁上凸起设有一圈凸缘，所述凸缘与填料函主体的右端面相抵接。

6.根据权利要求2所述一种密封自适应填料函，其特征在于：所述弹簧座与柱塞之间有间隙。

7.根据权利要求1所述一种密封自适应填料函，其特征在于：所述填料与填料函主体的内端面之间自左向右设有楔环和密封支环，楔环的内壁呈自左向右内径逐渐增大的内锥面；

所述密封支环套设在柱塞上，密封支环的外壁具有自左向右外径逐渐增大的外锥面，所述楔环套设在密封支环上，且楔环的内锥面与密封支环的外锥面抵接。

8.根据权利要求7所述一种密封自适应填料函，其特征在于：所述楔环的内壁与楔环的外壁交于楔环的右边沿。

9.根据权利要求8所述一种密封自适应填料函，其特征在于：所述密封支环与填料函主体的内端面之间还设有长支环，所述填料与弹簧座之间设有短支环。

10.根据权利要求9所述一种密封自适应填料函，其特征在于：所述长支环与填料函主体的内端面之间还设有衬套。

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