本發(fā)明涉及一種壓力自適應唇形密封裝置。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)軸唇形密封因其結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠等優(yōu)勢而在工程機械和交通運輸機械等設備上得到廣泛應用。唇形密封的基本結(jié)構(gòu)一般包括橡膠唇體、金屬骨架和卡緊彈簧等三部分，依靠柔性密封唇口與軸的過盈配合而對機械設備內(nèi)的介質(zhì)進行密封。唇口徑向力對于唇封密封性和使用壽命都至關(guān)重要，如徑向力過大，則容易引起過度磨損，而若徑向力過小，則容易因密封不嚴而造成介質(zhì)泄漏。

唇形密封唇口徑向力一般由彈簧卡緊力、介質(zhì)壓力和因唇口與軸過盈裝配產(chǎn)生的抱緊力等三部分組成，由于唇形密封主體一般為橡膠彈性材料，當密封壓力較大時，其對唇形密封唇口的徑向力增大，容易引起密封唇口的較大變形而失效。

現(xiàn)有技術(shù)中一般通過唇形密封截面形狀的合理設計，或縮短唇形密封腰部長度和增加其厚度以適應較高密封壓力工況，不過上述技術(shù)中的唇形密封結(jié)構(gòu)一旦定型，則無法根據(jù)密封壓力的變化而自適應調(diào)控唇口徑向力，導致唇形密封在很多壓力較高或變壓力工況場合的應用受限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有唇形密封無法根據(jù)密封壓力而自動調(diào)整唇口徑向力，導致其在較高壓力場合的使用受限的不足，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、能根據(jù)密封壓力自動調(diào)節(jié)唇口徑向力的壓力自適應唇形密封裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種壓力自適應唇形密封裝置，包括殼體，還包括設置在殼體和轉(zhuǎn)軸之間的唇形密封圈和唇封安裝座，且唇形密封圈和唇封安裝座同軸設置；所述唇形密封圈包括遠離轉(zhuǎn)軸的外圈和靠近轉(zhuǎn)軸的內(nèi)圈；所述外圈通過唇封壓蓋固定在唇封安裝座上，所述內(nèi)圈上設有與轉(zhuǎn)軸的外表面在整周上滑動接觸的密封唇口，且密封唇口通過緊迫力賦予單元緊貼在轉(zhuǎn)軸外表面上；唇形密封圈與唇封壓蓋將殼體和轉(zhuǎn)軸之間的腔體沿軸向分隔成介質(zhì)腔和大氣腔；

唇形密封圈還包括用于支撐密封唇口在滑動接觸位置處的唇封背部和設置在外圈內(nèi)的金屬骨架，且內(nèi)圈和外圈通過唇封背部相連；

定義轉(zhuǎn)軸的中心軸所在方向為軸向，轉(zhuǎn)軸的直徑方向為徑向，轉(zhuǎn)軸的圓周方向為周向；且定義靠近介質(zhì)腔的一端為內(nèi)端，靠近大氣腔的一端為外端；

所述唇封安裝座上設有容納唇封背部在介質(zhì)壓力作用下向唇封安裝座內(nèi)變形移動的凹槽，且唇封背部貼著所述凹槽的槽口設置；

所述唇封安裝座上沿周向設有若干個調(diào)壓裝置，所述調(diào)壓裝置包括沿軸向延伸的空腔，空腔的內(nèi)端通過設置在唇封安裝座上的第一軸向孔與唇封背部上的第二軸向孔連通，且第二軸向孔與介質(zhì)腔連通；空腔外端的開口配有密封蓋；

空腔內(nèi)設有可沿軸向滑動的活塞，活塞與空腔氣密連接，且活塞將空腔分隔成靠近唇封背部的第一腔室和靠近密封蓋的第二腔室；所述第一腔室內(nèi)設有活塞桿，活塞桿的外端偏心固定在活塞的內(nèi)端面上，活塞桿的內(nèi)端沿軸向氣密貫穿唇封安裝座和唇封背部并延伸至介質(zhì)腔內(nèi)，且活塞桿的內(nèi)端固定在唇封背部上；活塞和密封蓋將空腔圍隔成第二腔室，第二腔室內(nèi)設有向活塞外側(cè)面提供壓迫力的調(diào)節(jié)部。

進一步，所述調(diào)節(jié)部包括所述密封蓋、調(diào)節(jié)彈簧和若干塊調(diào)節(jié)墊片，密封蓋具有延伸至第二腔室內(nèi)的內(nèi)延段和堵設在開口外的堵頭；所述內(nèi)延段可滑動地設置在第二腔室內(nèi)，且內(nèi)延段的內(nèi)端面和活塞的外端面之間通過調(diào)節(jié)彈簧連接；唇封安裝座上設有用于安裝堵頭的凹槽，堵頭通過螺栓和螺母可拆卸連接，且堵頭和凹槽之間設有所述調(diào)節(jié)墊片的安裝位，以通過改變調(diào)節(jié)墊片的數(shù)量和厚度來改變調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量。

或者，第二腔室氣密，所述調(diào)節(jié)部包括與第二腔室氣密連通的壓縮氣體源。

進一步，所述唇封安裝座上開有進氣孔，氣管的出口與進氣孔氣密連通，氣管的進口與壓縮氣體源連通，且氣管上設有壓力調(diào)節(jié)閥。

進一步，所述活塞桿的內(nèi)端通過螺母和環(huán)形墊片擰緊在唇封背部上。

進一步，所述緊迫力賦予單元為卡緊彈簧。

進一步，若干個所述調(diào)壓裝置沿周向均勻分布。

本發(fā)明的工作原理：

唇形密封一般用于零壓差或微小壓差的情況，難以適應較大壓差的密封場合，其原因在于較大的密封壓力容易導致彈性密封唇發(fā)生過度變形，從而加劇引發(fā)密封唇口的磨損。

本發(fā)明提出一種可根據(jù)密封壓力的變化而自適應調(diào)節(jié)唇口徑向力的新型唇形密封結(jié)構(gòu)，從而使其可用于較高壓力的密封場合。唇形密封的徑向力主要包括卡緊彈簧的彈簧卡緊力F_sp1、介質(zhì)壓力F_p1和因唇口與轉(zhuǎn)軸過盈裝配而產(chǎn)生的抱緊力F_t1，本發(fā)明旨在通過減小抱緊力F_t1，以抵消或部分抵消因介質(zhì)壓力增大而引起的徑向力增加。

在唇封安裝座的大氣側(cè)(定義沿轉(zhuǎn)軸的軸向，靠近介質(zhì)腔的一側(cè)為介質(zhì)側(cè)，即圖2或圖5所示的左側(cè)；靠近大氣腔的一側(cè)為大氣側(cè)，即圖2或圖5所示的右側(cè))加工空腔，并在空腔中依次布置活塞、調(diào)節(jié)彈簧和密封蓋，第一腔室通過唇封安裝座上的第一通孔孔以及唇封背部的第二通孔與密封腔體(介質(zhì)腔)連通；在唇封背部與唇封安裝座之間設有凹槽，可供唇封背部變形進入其內(nèi)。

對活塞受力分析可知，向右(即向介質(zhì)腔方向)的作用力主要為作用于其內(nèi)端面的介質(zhì)壓力F_p，而向左(即向大氣腔方向)的作用力則包括作用于其外端面的彈簧力F_sp，以及唇封背部變形后作用于環(huán)形墊片的回復力F_t2。

當介質(zhì)腔內(nèi)的密封介質(zhì)壓力增大時，第一腔室中的介質(zhì)壓力也隨之增大，此時活塞通過偏心活塞桿上的調(diào)節(jié)螺母和環(huán)形墊片壓緊在唇封背部上的作用力F_t3也隨之增大，在該力的作用下，唇封背部會發(fā)生小幅變形，而唇封安裝座上的凹槽正是為容許這種微幅變形而設置。唇封背部靠近內(nèi)徑處與唇封安裝座接觸，該接觸點相當于支點；在壓緊于唇封背部的作用力F_t3的作用下，唇形密封唇口處會產(chǎn)生與抱緊力F_t1方向相反的回彈力F_t4，從而可在一定程度上抵消因密封壓力增大而引起的介質(zhì)作用力F_p1的增加。同時，通過在密封蓋與唇封安裝座之間增設調(diào)節(jié)墊片，可通過調(diào)節(jié)墊片的數(shù)量和厚度來調(diào)控彈簧壓縮量，進而調(diào)節(jié)作用于活塞外端面上的彈簧力，最終實現(xiàn)對唇形密封回彈力F_t4的調(diào)控。

或者，在密封蓋與第二腔室之間增設密封圈，確保第二腔室的氣密，從而在活塞和密封蓋之間構(gòu)造密閉的第二腔室，通過進氣口與外界壓縮氣體源通過氣管連通，并在氣管上安裝壓力調(diào)節(jié)閥，通過控制壓力調(diào)節(jié)閥的開度可實現(xiàn)對第二腔室中氣體壓力的調(diào)節(jié)，進而改變作用于活塞外端面的作用力，最終實現(xiàn)對唇形密封徑向力的在線調(diào)控。

本發(fā)明專利提供一種壓力自適應唇形密封裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于：

(1)通過在唇封背部增設活塞，當密封腔(介質(zhì)腔)壓力改變時，其可通過“密封介質(zhì)壓力變化→作用于活塞的介質(zhì)作用力變化→環(huán)形墊片作用于唇封背部壓緊力變化→唇口抱緊力變化→唇口徑向力平衡”的作用力傳遞路徑，實現(xiàn)在不同密封壓力條件下唇口徑向力的平衡，避免過大的唇口徑向力，延長唇形密封使用壽命。

(2)通過將第二腔室設置成密閉空腔，并通過進氣口與外界壓縮氣體源連通，由壓力調(diào)節(jié)閥來控制第二腔室的介質(zhì)壓力，可實現(xiàn)對唇形密封唇口徑向力的在線實時調(diào)控，使其適用的壓力范圍更寬。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2是實施例1中唇形密封圈、唇封安裝座和唇封壓蓋的剖視圖；

圖3是唇形密封圈的受力分析圖；

圖4是活塞的結(jié)構(gòu)和受力分析圖；

圖5是實施例2中唇形密封圈、唇封安裝座和唇封壓蓋的剖視圖；

具體實施方式

實施例1

參照附圖1-4，一種壓力自適應唇形密封裝置，包括殼體，還包括設置在殼體和轉(zhuǎn)軸之間的唇形密封圈6和唇封安裝座2，且唇形密封圈6和唇封安裝座2同軸設置；所述唇形密封圈6包括遠離轉(zhuǎn)軸的外圈63和靠近轉(zhuǎn)軸的內(nèi)圈；所述外圈63通過唇封壓蓋1固定在唇封安裝座2上，所述內(nèi)圈上設有與轉(zhuǎn)軸的外表面在整周上滑動接觸的密封唇口61，且密封唇口61通過緊迫力賦予單元62緊貼在轉(zhuǎn)軸外表面上；唇形密封圈6與唇封壓蓋1將殼體和轉(zhuǎn)軸之間的腔體沿軸向分隔成介質(zhì)腔72和大氣腔71；

唇形密封圈6還包括用于支撐密封唇口61在滑動接觸位置處的唇封背部65和設置在外圈內(nèi)的金屬骨架63，且內(nèi)圈和外圈63通過唇封背部65相連；

定義轉(zhuǎn)軸的中心軸所在方向為軸向，轉(zhuǎn)軸的直徑方向為徑向，轉(zhuǎn)軸的圓周方向為周向；且定義靠近介質(zhì)腔的一端為內(nèi)端，靠近大氣腔71的一端為外端；

所述唇封安裝座2上設有容納唇封背部65在介質(zhì)壓力作用下向唇封安裝座2內(nèi)變形移動的凹槽23，且唇封背部65貼著所述凹槽23的槽口設置，唇封背部65的轉(zhuǎn)角部位66貼著所述唇封安裝座2。

所述唇封安裝座2上沿周向設有若干個調(diào)壓裝置，所述調(diào)壓裝置包括沿軸向延伸的空腔，空腔的內(nèi)端通過設置在唇封安裝座2上的第一軸向孔22與唇封背部65上的第二軸向孔601連通，且第二軸向孔601與介質(zhì)腔72連通；空腔外端的開口配有密封蓋3；

空腔內(nèi)設有可沿軸向滑動的活塞5，活塞5與空腔氣密連接，且活塞5將空腔分隔成靠近唇封背部65的第一腔室和靠近密封蓋的第二腔室21；所述第一腔室內(nèi)設有活塞桿502，活塞桿502的外端偏心固定在活塞5的內(nèi)端面上，活塞桿502的內(nèi)端沿軸向氣密貫穿唇封安裝座2和唇封背部65并延伸至介質(zhì)腔72內(nèi)，且活塞桿的內(nèi)端固定在唇封背部65上；活塞5和密封蓋3將空腔圍隔成第二腔室21，第二腔室21內(nèi)設有向活塞5外側(cè)面提供壓迫力的調(diào)節(jié)部。

所述調(diào)節(jié)部包括所述密封蓋3、調(diào)節(jié)彈簧4和若干塊調(diào)節(jié)墊片32，密封蓋3具有延伸至第二腔室21內(nèi)的內(nèi)延段和堵設在開口外的堵頭；所述內(nèi)延段可滑動地設置在第二腔室21內(nèi)，且內(nèi)延段的內(nèi)端面和活塞5的外端面之間通過調(diào)節(jié)彈簧4連接；唇封安裝座2上設有用于安裝堵頭的凹槽，堵頭通過螺栓31和螺母可拆卸連接，且堵頭和凹槽之間設有所述調(diào)節(jié)墊片32的安裝位，以通過改變調(diào)節(jié)墊片32的數(shù)量和厚度來改變調(diào)節(jié)彈簧4的壓縮量。通過調(diào)節(jié)墊片32的數(shù)量和厚度可以控制內(nèi)延段在第二腔室21內(nèi)的延伸深度，從而可控制彈簧4的彈力。

活塞桿502的內(nèi)端501設有螺紋，且所述活塞桿502的內(nèi)端501通過螺母51和環(huán)形墊片52擰緊在唇封背部65上。

所述緊迫力賦予單元62為卡緊彈簧。

活塞桿與唇封安裝座2之間設有第一密封圈53，活塞與內(nèi)腔之間設有第二密封圈54。

唇封壓蓋1和唇封安裝座2之間通過緊固螺釘11固定連接。

活塞5包括圓柱狀的活塞本體503。

實施例2

參考附圖1-5。

本實施例與實施例1的不同之處在于調(diào)節(jié)部不一樣。

密封蓋3的內(nèi)延段與第二腔室之間設有第三密封圈33，第二腔室21氣密，所述調(diào)節(jié)部包括與第二腔室21氣密連通的壓縮氣體源。

所述唇封安裝座2上開有進氣孔24，氣管82的出口與進氣孔24氣密連通，氣管82的進口與壓縮氣體源連通，且氣管82上設有壓力調(diào)節(jié)閥81。

本實施例其他實施方案均與實施例1相同。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。