專利名稱：套筒式組合密封元件及其密封方法
技術領域：
本發明屬于填料密封技術領域傳統意義上的填料密封，是用麻、皮革、石棉等松軟材料制成的軟填料，堵塞被密封軸和填料函，或殼體孔和桿之間隙而阻止介質泄漏的密封方法。
軟填料密封的主要缺點在于1是填料的至密性差，2是因軟填料密封的徑向壓力不均而產生磨損不均，影響密封性能。但是，軟填料密封又具有結構簡單、容易制作、經濟、適用范圍廣等優點，至今被廣為利用。像柔性石墨等優質密封材料的應用，不僅大大提高了軟填料密封能力和使用效果，而且使軟填料密封有了更長足的發展。
隨著材料科技的發展，尤其是工程塑料的發展，為密封領域不僅提供了象聚四氟乙烯等更加致密、耐磨、耐壓、耐熱、耐腐蝕、自潤滑性能好的密封材料，而且促進了整個密封技術的發展和進步。
相對于軟填料密封的非彈性接觸式填料密封——硬填料密封技術，就是克服軟填料密封的缺點，利用聚四氟乙烯等工程塑料，無機材料、軟、硬金屬及其合金材料制成各種結構的成型填料實施密封，所以硬填料密封相對于軟填料密封具有更高的耐熱、耐壓、和高速性能，常用于專業性較強的往復運動軸的密封，結構較為復雜。
本發明的目的在于提供一種不僅能夠解決軟填料密封因徑向壓力不均而產生磨損不均，影響密封性能的老問題，而且用填料密封的結構形式，附加一些配件，實現軟填料密封和硬填料密封以及非接觸式間隙密封。同時，用調節并控制徑向密封壓力(接觸式密封時)或徑向密封間隙(非接觸式間隙密封時)的方法，加上磨合、冷卻或潤滑措施，實現徑向密封始終保持最佳密封狀態，軸向靜密封又無泄漏的密封元件及其密封方法。
本發明的基本構思在于選用最適合于密封工況特點的強度足夠大、彈性模量足夠小的密封材料，設計成具有各種形式的徑向密封面和軸向靜密封端面結構，或者與可滿足各種密封類型不同密封性能特點的徑向密封和軸向端面靜密封需要的其他密封元件、補助密封件相組合結構的套筒件，和組合在該套筒件外(軸密封用)或里(孔密封用)邊，并用矩形、梯形等截面形狀的金屬，非金屬彈簧絲制成具有各種形式的端部結構的扭簧式加力元件所組成的套筒式組合密封元件，按照固定套(視密封需要可與填料函制成一體)、套筒式組合密封元件、可傳遞扭矩的活動套順序(視密封需要可改動)組裝在具有各種結構形式壓緊機構的軸與孔用填料密封裝置中(扭簧式加力元件的兩端部分別固定在各自具有與套筒件軸向靜密封端面結構相匹配端面結構的固定套和可傳遞扭矩的活動套中)。實施密封時，首先用可傳遞扭矩的活動套向扭簧式加力元件傳遞密封所需扭矩而產生的徑向壓力，迫使套筒件(帶動與套筒件相組合的密封元件、補助密封件)發生縮(軸密封時)或脹(孔密封時)的彈塑性變形，以此調節并控制密封付的徑向壓力(接觸式密封時)，或徑向間隙(非接觸式間隙密封時)，使徑向密封處于最佳狀態。同時利用因壓緊機構的壓緊力而產生在固定套、套筒件、可傳遞扭矩的活動套、壓緊機構相接觸端面之間的靜摩擦反轉矩，鎖住這種最佳徑向密封狀態，加上磨合、冷卻或潤滑措施，實現徑向密封始終處于最佳密封狀態，軸向靜密封又無泄漏。
套筒式組合密封元件處于工作狀態時，套裝在扭簧式加力元件里或外的套筒件正受到來自扭簧式加力元件的徑向壓力，處于縮或脹的彈塑性變形狀態，具有初應力，所以套筒件內部應力狀態與具有初應力的半徑過盈狀態的組合圓筒一樣，同樣能夠承擔更大的向里向外的壓力。
顯然本發明中的套筒件是不僅承擔密封系統壓力及載荷、而且起導向、密封等諸多功能的關鍵構件。選擇套筒件材料的時候，應根據密封的介質、壓力、載荷特性、工作溫度、速度等諸多因素和材料的強度，彈性模量、耐介質、耐熱、耐沖擊、耐壓、耐磨、導熱系數、尺寸穩定性、熱變形、摩擦因數等諸多性能方面綜合考慮。
目前可選擇的套筒件材料很多如增強改性的聚四氟乙烯等工程塑料及其合金、石墨的各種浸漬物、和各種軟合金等。應選用最適合于密封工況，強度足夠大，彈性模量足夠小的材料，制成壓力不太高載荷不太大密封工況時的套筒件。
如果強度(尤其是抗壓強度)不能滿足密封需要時，利用強度更大、彈性模量更高的金屬材料，設計成具有開均布槽、均布瓣、開口、多空隙蜂窩狀等結構，并能夠提高軸向抗壓強度和均布變形功能的承壓構件再與彈性模量足夠小，強度不夠大的優質密封材料相復合或組合而成的套筒件。
如高溫、高壓、低速密封工況時可采用金屬薄板材料制成空心，具有圓弧靜密封端面結構和圓柱形、波紋形、凹形、凸形、鼓形等結構徑向密封面的封閉式套筒件，或再與彈性模量足夠小的密封材料相復合或組合而成的套筒件。
根據密封需要，也可用高彈性模量的金屬薄板材料，制成具有圓弧靜密封端面和非徑向封閉式密封面結構的套筒件，再與彈性模量足夠小的密封材料復合或組合成的套筒件，或可與冷卻或潤滑系統相聯通的套筒件。
本發明中的套筒式組合密封元件，可用于多種運動形式的密封中能夠收到更多更好的效果。比如，用于油缸、活塞桿的密封時，還可收到導向、密封、組裝和調試更為簡便等多種效果。
本發明不僅可用密封元件用于密封裝置上，也可作為系列產品開發生產，而且利用本發明可開發出新的密封元件、各種管接頭、柱塞泵、柱塞式閥門等新產品。
顯然本發明用途很廣，現提出4種實施案例1、可用在反應釜攪拌軸的軟填料密封實施方案。
2、采用與斯特封相組合的套筒式組合密封元件對油缸活塞桿的密封實施方案。
3、以滾動軸承壓蓋形式對高速旋轉軸實現非接觸式間隙密封的實施方案。
4、采用與格萊圈相組合的套筒式組合密封元件對油缸活塞的密封實施方案。
圖1是反應釜攪拌軸軟填料密封的原理結構圖。
1、反應釜攪拌軸 2、活動套壓緊螺紋端蓋 3、可傳遞扭矩的活動套 4、扭簧式加力元件 5、強度足夠大，彈性模量足夠小的金屬套筒件 6、軟填料 7、固定套 8、殼體 9、軟填料壓緊螺紋套 10、壓緊套 11、冷卻或潤滑口 12、鎖緊圓螺母 13、密封墊。
圖2是采用斯特封的套筒式組合密封元件密封的原理結構圖。
1、活塞桿 2、活動套壓緊螺紋端蓋 3、可傳遞扭矩的活動套 4、扭簧式加力元件 5、套筒件 6、斯特封 7、油缸端蓋 8、缸筒 9、導向套 10、防塵密封圈槽 11、鎖緊圓螺母 12、O型橡膠密封圈圖3是非接觸式間隙密封原理結構圖。
1、被密封軸 2、活動套壓緊螺紋端蓋 3、可傳遞扭矩的活動套 4、扭簧式加力元件 5、均布開瓣承壓構件 6、套筒件 7、軸承壓蓋 8、箱體 9、滾動軸承 10、隔套 11、鎖緊圓螺母圖4采用與格萊圈的套筒式組合密封元件對油缸活塞密封原理結構圖。
1、活塞桿 2、具有自鎖功能的端面離合器 3、可傳遞扭矩的活動套 4、扭簧式加力元件 5、套筒件 6、格萊圈 7、固定套 8、缸筒 9、彈簧圈 10、隔環 11、鍵 12、O型橡膠密封圈。
權利要求
1.本發明不僅可以解決軟填料密封因徑向壓力不均而產生磨損不均，影響密封能力的老問題，而且可廣泛適用于軸與孔的接觸式彈性密封和接觸式非彈性密封以及非接觸式間隙密封。其特征在于；由利用強度足夠大，彈性模量足夠小的密封材料，設計成具有各種形式的徑向密封面和軸向靜密封端面結構，或與具有能夠滿足各種類型密封性能特點的徑向密封和軸向端面靜密封的其他密封元件，補助密封件相組合結構的套筒件，和組合在前記套筒件外(軸密封用)或里(孔密封用)邊的扭簧式加力元件所組成的套筒式組合密封元件，按照固定套、套筒式組合密封元件、可傳遞扭矩的活動套順序(視密封需要可有所改動)，組裝在軸與孔用填料密封裝置中。同時把扭簧式加力元件的兩端部分別固定在各自具有與套筒件軸向靜密封端面結構相匹配端面結構的固定套和可傳遞扭矩的活動套中。實施密封時，先通過可傳遞扭矩的活動套向扭簧式加力元件傳遞密封所需扭矩，扭矩使扭簧式加力元件產生徑向壓力并迫使套筒件發生密封所需的徑向變位，以此調節密封付的徑向壓力(接觸式密封時)或徑向間隙(非接觸式間隙密封時)使徑向密封處于最佳密封狀態。同時由于壓緊力的存在，在固定套、套筒件、可傳遞扭矩的活動套、壓緊機構等相接觸端面之間產生靜摩擦反轉矩，使各接觸端面處于鎖住狀態，又加上磨合、冷卻或潤滑措施，實現徑向密封處于最佳狀態，軸向端面靜密封又無泄漏。
2.在權利要求1中所述套筒式組合密封元件中，組合在扭簧式加力元件里或外的套筒件，是選用改性的聚四氟乙烯等工程塑料及其合金、石墨的各種浸漬物、軟金屬及其合金等強度足夠大彈性模量足夠小的一種或一種以上的密封材料，制成具有各種徑向密封面和軸向靜密封端面結構；或與其他密封元件、補助密封件相組合的套筒件；或用大強度、高彈性模量的金屬材料，制成具有均布軸向槽、開均布瓣、開口等承壓構件，再與彈性模量足夠小的密封材料復合或組合成具有各種徑向密封面和軸向靜密封面結構；或可與其他密封元件，補助密封件相組合結構的套筒件。
3.在權利要求1中所述套筒式組合密封元件中，組合在扭簧式加力元件里或外的套筒件，是用高彈性模量金屬薄板材料制成空心、具有軸向圓弧靜密封面結構和圓柱形、波紋形、凹形、凸形、鼓形等徑向密封面結構的封閉式套筒件，或者再與彈性模量足夠小的密封材料相復合或組合而成的套筒件。
4.在權利要求1中所述套筒式組合密封元件中，組合在扭簧式加力元件里或外的套筒件，是用高彈性模量的金屬薄板材料制成空心、具有軸向圓弧靜密封端面結構和徑向非封閉式徑向密封面結構的套筒件；或該套筒件又與其他密封材料相復合或組合而成的套筒件，并可與冷卻或潤滑系統相聯通的套筒件。
全文摘要
本密封主要由類似于扭轉彈簧的扭簧式加力元件和套裝在其里(軸密封用)或外(孔密封用)邊的套筒件構成。用來自扭簧式加力元件的徑向壓力，迫使其套筒件直徑能夠發生縮(軸密封時)，或脹(孔密封時)的彈塑性變形。本密封具有各種徑向密封面和軸向靜密封端面結構或可與其他密封元件、補助密封件組合的套筒件結構。本密封采用填料密封結構形式，附加一些配件來調節和控制密封付的徑向壓力(接觸式密封時)或徑向間隙(非接觸式間隙密封時)，加上磨合、冷卻或潤滑措施，實現徑向密封始終保持最佳密封狀態，軸向端面靜密封又無泄漏。
文檔編號B01F7/16GK101038035SQ20061016682
公開日2007年9月19日 申請日期2006年12月12日 優先權日2006年12月12日
發明者李採云 申請人:李採云, 金輝東