CN2856602Y - 用于气体密封的一种新型密封结构 - Google Patents

Abstract

用于气体密封的一种新型密封结构，属于密封技术领域。包括充气箱和带有密封槽的密封盖以及将密封盖连接在充气箱上的紧固连接件和置于密封盖的密封槽中和充气箱的密封面之间的密封圈，其特征是所述的密封圈为“C”形密封圈，“C”形密封圈的开口小于90°，开口方向朝着通向充气箱内的一侧，开口的两边缘分别与水平方向和垂直方向的夹角小于45°。本实用新型结构合理简单，生产制造容易，成本低。采用“C”密封圈，利用气压差的作用，巧妙地将过去的分离力转化为现在的密封力。这种密封力具有自增强密封的特点，即充气箱体的内部气压越高，其密封效果越好，有很好的推广应用价值。

Description

用于气体密封的一种新型密封结构

技术领域

本实用新型涉及一种用于气体密封的结构，属于密封技术领域。

背景技术

柜式气体绝缘金属封闭开关设备(简称C-GIS，国内简称充气柜)是新近发展起来的高新技术产品，它是一种利用气体绝缘的开关柜，涉及多项技术领域，融合了低压力SF6气体的绝缘技术、充气隔室的密封技术、激光焊接技术、散热技术、真空灭弧室的开断技术、新型传感技术、固体界面绝缘与联接技术、以及数字化控制、保护与监视技术等多项技术。C-GIS产品近几年在国际上发展很快，已形成系列化、信息化的高新技术产品，并逐渐成为金属封闭开关设备的一个重要分支。

C-GIS由于采用绝缘性能优异的SF6气体作绝缘，并将一次主元件密封于充气隔室内，不受外部环境的影响，因此其突出优点是产品小型化、可全工况运行、可靠性高、安全性高。

对应于C-GIS的小型化、可全工况运行、可靠性高，该类产品的主要使用包括空间受限场合、严酷环境条件场合、及高可靠性要求场合三大类场合。其中：空间受限场合主要包括人口密集地区(如大中城市)、大型工矿企业、高层建筑、地铁、轻轨、老变电所的改造和扩建等；严酷环境条件包括高海拔、高湿度(如沿海、地下等)、高粉尘(工业粉尘、风沙等)、高污秽、化工行业、石油工业、易燃易爆、高温地区(如沙漠地区)、低温地区等场合；高可靠性要求场合包括行政办公中心、商务中心、流程性生产企业(故障停电情况下会造成很大浪费或损失)、一级用电设备(故障停电情况下会造成设备损坏)、通讯设备、保温、保鲜、监控中心等。

对C-GIS而言，设备的绝缘性能完全由充气单元内部的绝缘气体的密度来保证的，而充气单元内部的气压是高于外部大气压的，因此作为绝缘的气体介质会通过充气单元的各密封薄弱环节向外泄漏。因此充气单元内部绝缘气体的密度会越来越低，当其低于设备的最低功能水平时，会造成设备的绝缘问题而引发绝缘事故。通常的机械密封可以通过定期检修来更换密封元件，但作为供电设备的C-GIS一旦投入运行，就应该保持其可靠的气体密封性，要求在其使用寿命周期内均能可靠运行，充气单元内部的气压不能低于设备最低功能水平，因此C-GIS的充气单元的密封性至关重要。

从上述意义上来讲，C-GIS的密封技术尽管不是领先性技术，但却是决定性技术。因为密封失效直接导致绝缘性能下降而可能引发绝缘事故，造成大范围停电及用电设备事故，甚至是人员伤亡。

密封从机理上分为动密封和静密封两大类。C-GIS的动密封常采用金属波纹管结构，由于C-GIS通过采用成熟的全焊接的金属波纹管技术将动密封问题转化为静密封，因此C-GIS的动密封是可靠的。

现有的C-GIS的静密封由密封盖、充气箱、紧固连接件和O形密封圈等构成，密封盖通过紧固连接件连接在充气箱上，密封盖与充气箱体之间采用O形橡胶密封圈密封，为保证密封效果，在密封盖上设置矩形密封槽，O形橡胶密封圈置于矩形密封槽内和充气箱的密封面之间。但是，经常发生由于密封圈材料老化，密封失效直接导致绝缘性能下降而引发绝缘事故。

现有的C-GIS的静密封结构的密封机理为：O形密封圈借助压紧变形后的橡胶弹力F使密封圈与密封面相互靠紧，而产品内的SF6气压Pi在密封圈上形成一个与密封面垂直的法向力FO′，此力使密封圈与密封面分离。F与FO′之差称为密封力。当F＞FO′时，密封能够得到保证。

现有的C-GIS的静密封结构的泄漏机理为：该种结构的泄漏有两种，①穿透O形密封圈的泄漏；②通过密封接触面的泄漏。前者与橡胶材质有关，其泄漏量与后者相比，通常很小，可以忽略，因此采用O形密封圈时，其泄漏主要是通过接触面的泄漏。

造成接触面泄漏的原因：①接触面有间隙；②密封圈两侧有压差。由于实际制造方面的原因，各结构件的密封面总存在非均匀性(包括微观上的)，因此密封接触面也是非均匀的，由于F值常随温度下降而变小(热胀冷缩的原故)，由于密封面表面状况的非均匀性，或者密封圈压缩变形量设计不合理，都可能导致在常温或低温时在密封圈的局部出现密封力为零或小于零，会使密封圈与密封面的微观分离，从而出现泄漏。

现有的C-GIS的静密封结构存在如下不足：

1)充气箱的内部压力越高，则形成的分离力(FO′)越大，因此为保证密封性能，要求O形密封圈的压缩变形量要大，但是密封圈的压缩率不能太大，否则会增大压缩永久变形，使密封圈使用寿命下降。

2)通常为保证密封效果，均设计有图1所示的密封盖上的矩形密封槽形结构，以增大密封面。由于O形密封圈截面为实心，则对密封槽尺寸、O形密封圈尺寸、O形密封圈的压缩变形量的配合设计要求很高，配合量不当时，在装配过程中，O形密封圈会被挤入密封盖与充气箱体之间的间隙而遭受剪切破坏；或者O形密封圈产生体积压缩，就会明显增大压缩永久变形，缩短使用寿命；或者会形成密封接触面的间隙而引起泄漏。同时为避免O形密封圈产生体积压缩，通常密封槽的槽宽较大，即密封槽的侧面不承担密封作用。

3)随着温度的变化，O形密封圈会热胀冷缩，在低温季节时，O形密封圈由于收缩作用，导致弹性密封力F下降，而会引发泄漏。

4)现有的密封结构完全依靠O形密封圈的弹性力作用保证密封，随着设备运行时间的推移，O形密封圈会因应力松驰作用及材料老化作用而逐渐丧失其密封弹性力而导致泄漏的增加。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有的C-GIS的静密封结构存在的不足，提供一种防密封材料老化而影响密封效果的用于气体密封的一种新型密封结构。

本实用新型的目的是这样实现的，用于气体密封的一种新型密封结构，包括充气箱和带有密封槽的密封盖以及将密封盖连接在充气箱上的紧固连接件和置于密封盖的密封槽中和充气箱的密封面之间的密封圈，其特征是所述的密封圈为“C”形密封圈，“C”形密封圈的开口小于90°，开口方向朝着通向充气箱内的一侧(气压高的一侧)，开口的两边缘分别与水平方向(“C”形密封圈与密封槽壁的接触点)和垂直方向(“C”形密封圈与充气箱密封面的接触点)有小于45°的夹角。

本实用新型结构合理简单，生产制造容易，成本低。采用了“C”形密封圈替原有的“O”形密封圈，“C”形密封圈的开口要求小于90°，且开口方向要求朝向气压高的一侧，且背向密封槽侧。“C”形密封圈开口的两边分别设计了小于45°的夹角，其目的是“C”形密封圈的内周在高压气体力的作用下，密封圈的开口处不会越过密封面而造成影响密封效果，特别是密封圈下开口处不会越过垂直面而引起泄漏。

本密封结构密封力由两部分组成，一是依靠“C”形密封圈在紧固状态下的弹性力F，使密封圈与密封面相互靠紧，另一密封力是充气箱体内气压作用给“C”形密封圈的内周力FO，同样使密封圈与密封面相互靠紧。在内部正压状态下，密封圈会因其中空作用和正气压作用而存在周向力的作用，导致密封圈与密封面进一步帖合，只要内部正气压的存在，则密封圈与各密封面始终存在密封贴合力的作用而强化密封作用。即便是密封圈弹性失效也不失密封作用。本结构巧妙地现有结构中的分离力转化为本实用新型的密封结构中的密封力，具有自增强密封作用，有效地提高了密封效果。

本密封结构的优点：

1)采用“C”密封圈替代“O”形密封圈，利用气压差的作用，巧妙地将图1密封结构中的内部气压对密封圈的分离力转化为图2密封结构中的内部气压对密封圈的内部周向密封力。这种密封力具有自增强密封的特点，即充气箱体的内部气压越高，其密封效果越好。

2)为保证密封效果，同样需要在密封盖上设计有矩形密封槽，但由于“C”形密封圈为中空型，且带有开口，在密封紧固力的作用下，不存在被体积压缩或是被挤切破坏的可能，一方面降低了各密封件的配合设计、制造要求，同时也降低了装配要求，更重要地是克服了“O”形密封圈的压缩变形量与使用寿命之间的矛盾问题。

3)由于采用了“C”形密封圈，在充气箱体的内部气压对密封圈中空部分的周向力作用下，密封圈与各密封结构件的密封接触面增大，同时由于不存在体积压缩问题，密封槽的各个面均可用于密封接触面。因此采用了“C”形密封圈的密封结构要比采用“O”形密封圈的结构的密封接触面大得多，密封接触面的增大，同样有效地提高了密封效果。

4)本密封结构的密封性对温度敏感性低。在温度降低时，尽管由于冷缩作用，密封圈的弹性密封力F会下降，但由于周向密封力FO的作用，温度对本密封结构的密封效果影响较小。

5)同样由于周向密封力FO的作用，本密封结构的密封性对密封圈的应力松驰作用及材料老化作用敏感性也低。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为现有的C-GIS的静密封结构的结构示意图；

图中：1密封盖、2充气箱、3紧固连接件、4“C”形密封圈。

具体实施方式

以橡胶为材料制造“C”形密封圈4，“C”形密封圈的开口角为30°～40°。用紧固连接件3将带有密封槽的密封盖1连接在充气箱2上，“C”形密封圈4置于密封盖的矩形密封槽中和充气箱箱体的密封面之间，“C”形密封圈4的开口方向朝着通向充气箱的气压高的一侧)，开口的两边分别与水平方向和垂直方向保留一定夹角(25°～30°)。

Claims (1)

1、一种用于气体密封的一种新型密封结构，包括充气箱和带有密封槽的密封盖以及将密封盖连接在充气箱上的紧固连接件和置于密封盖的密封槽中和充气箱的密封面之间的密封圈，其特征是所述的密封圈为“C”形密封圈，“C”形密封圈的开口小于90°，开口方向朝着通向充气箱内的一侧，开口的两边缘分别与水平方向和垂直方向有小于45°的夹角。

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