一种超高压间隙填料组合式往复密封装置

技术领域

本发明涉及超高压密封技术领域，具体是一种超高压间隙填料组合式往复密封装置。

背景技术

一般认为当输送介质的压力超过100MPa的设备为超高压设备。随着高压往复泵技术的不断进步，目前高压水射流清洗行业将压力超过140MPa的高压往复泵视为超高压往复泵。超高压密封技术是超高压往复泵技术中最为关键的技术难点。

介质压力不大于140MPa的高压泵采用填料密封可以获得良好的密封效果，但压力超过140MPa的超高压泵仅依靠填料密封难以获得满意的密封效果，而且压力越高密封的效果越差，而随着我国高压水射流技术在国民经济各个领域应用的拓展，很多场合如高压水船舶除锈领域工作压力需要达到250MPa以上，迫切需要解决超高压工况下的高压往复泵的密封问题。另外现有的超高压密封装置还有单独依靠柱塞和与其配作的套筒形成的极为微小的间隙进行密封的技术方法，但这种密封方式一方面对加工工艺和材料要求非常高，另一方面对介质的洁净度要求太高，同时仅应用于立式超高压往复泵，对于卧式超高压往复泵，因在柱塞自重的作用下套筒容易产生偏磨，导致密封效果差，尤其是应用超过140MPa的工作场合时，其密封效果难以达到工作需求。

发明内容

针对现有的超高压密封装置在超过140MPa的工作场合密封效果差，提供一种超高压间隙填料组合式往复密封装置，通过迷宫泄压环形槽密封配合填料圈密封，使超高压往复泵中的介质在经过多个迷宫泄压环形槽的逐级泄压后压力有较大幅度的降低，然后再通过填料圈密封的进一步密封作用，增强超高压往复泵的密封效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超高压间隙填料组合式往复密封装置，包括固定在液缸体上的进液阀体和填料函体、固定在填料函体一端的填料压盖、以及柱塞、套筒，套筒内径略大于柱塞直径，填料函体上设置有略大于套筒外径且用于安装套筒的通孔，进液阀体上设置有阶梯孔，进液阀体上阶梯孔大端略大于套筒外径且用于安装套筒，小端略大于柱塞直径，填料压盖上设置有略大于柱塞直径的通孔，填料压盖上的通孔、填料函体上的通孔、进液阀体上的阶梯孔、套筒和柱塞之间均同轴设置；

填料函体固定在进液阀体的一侧，柱塞依次贯穿且活动连接填料压盖上的通孔、填料函体上的通孔、以及进液阀体上的阶梯孔，进液阀体上的阶梯孔大端、填料函体上的通孔和柱塞之间形成环形空腔，环形空腔内依次设置有弹簧、套筒、支撑环、填料圈、支撑环、导向套，弹簧紧挨着进液阀体上的阶梯孔孔肩，导向套紧挨着填料压盖，通过弹簧发生形变产生的弹力将套筒、支撑环、填料圈、支撑环和导向套限定在所述环形空腔内；

套筒内壁上设置有若干迷宫泄压环形槽。

进一步的，套筒外壁上设置有轴向均压槽和第一O型密封圈，轴向均压槽设置在靠近弹簧的一端，第一O型密封圈设置在远离弹簧的一端，进液阀体和填料函体圆周方向连接处设置有第二O型密封圈。

进一步的，进液阀体上与填料函体接触的端面设置为锥面，形成金属对金属接触密封。

进一步的，套筒外壁上对称设置有2个轴向均压槽。

进一步的，填料函体上设置有第一轴向流道，填料压盖上设置有一端开口的径向流道、以及连通第一轴向流道与径向流道的第二轴向流道,径向流道开口端外接水箱，填料压盖上还设置有连通径向流道和所述环形空腔的第三轴向流道和第四轴向流道，分别用于冷却水流入和流出所述环形空腔；填料压盖和柱塞之间设置有格莱圈，格莱圈设置在径向流道一侧且远离所述环形空腔的一侧；液缸体上设置有为第一轴向流道提供冷却液的通道。

进一步的，第一轴向流道两端均设置有第三O型密封圈，填料函体上且与填料压盖接触的端面上设置有第四O型密封圈。

进一步的，第三轴向流道紧贴柱塞且设置为圆环形，填料函体上且与填料压盖接触的端面上设置有圆盘流道，圆盘流道直径小于第四O型密封圈内径，圆盘流道与柱塞同心且与环形空腔相通，第四轴向流道连通圆盘流道和径向流道。

进一步的，套筒内壁上设置有7个迷宫泄压环形槽。

进一步的，通过紧固螺栓将填料函体和填料压盖依次固定在液缸体上。

进一步的，填料圈设置有2个。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过在套筒内壁设置若干迷宫泄压环形槽，超高压往复泵中的介质在流经柱塞与套筒之间的间隙时在每一个迷宫泄压环形槽处压力均有降低，在经过多个迷宫泄压环形槽的逐级泄压后压力有较大幅度的降低，然后再通过填料圈密封的进一步密封作用，大大增强了超高压往复泵的密封效果，可适用超过140MPa的工作场合的密封。

2.本发明通过在套筒外壁上设置对称的2个轴向均压槽，高压介质通过轴向均压槽进入套筒外部的槽形空间，在套筒内部受到介质压力有膨胀的趋势时，套筒外部同样受到压力阻止套筒发生较大的弹性变形，防止因套筒与柱塞之间的间隙过大而密封失效的情况发生。

3.本发明通过设置冷却流道，冷却水依次流经第一轴向流道→第二轴向流道→径向流道→第三轴向流道→环形空腔→圆盘流道→第四轴向流道→径向流道，最后流向水箱，其中，冷却水流经环形空腔时，对填料圈和柱塞摩擦副进行冷却，带有热量的冷却水回流水箱，同时泄漏的少量高压介质也经冷却流道回流水箱，避免摩擦发热现象使填料圈变软而降低其耐磨性，以此提高填料圈的使用寿命。

4.本发明中进液阀体和填料函体之间以及填料函体和填料压盖之间均采用金属对金属锥角接触密封加O形圈密封的组合密封形式，分别对轴向均压槽内介质密封和对冷却水密封，其中金属对金属锥角接触密封为带有锥角的金属棱边与金属平面形成的密封副，通过紧固螺栓将填料函体和填料压盖拧紧，进液阀体和填料函体接触面或填料函体和填料压盖接触面发生塑性变形而贴合紧密，使进液阀体和填料函体接触面或填料函体和填料压盖接触面之间的间隙变得很小从而达到密封的效果，锥角接触使得接触面更小，更容易产生塑性变形；另外，第一O型密封圈对对轴向均压槽内介质密封，第三O型密封圈和格莱圈对冷却水密封。

5.本发明通过间隙密封加填料密封的组合式动密封和金属对金属锥角接触密封加O形圈密封的组合式静密封解决超高压柱塞式往复泵的密封问题，大大增加了密封的可靠性。

附图说明

图1为本发明中超高压间隙填料组合式往复密封装置示意图。

图2为本发明中冷却流道示意图。

图3为本发明中柱塞放大示意图。

图中，1、液缸体；2、进液阀体；3、柱塞；4、填料函体；41、第一轴向流道；42、圆盘流道；5、填料压盖；51、第二轴向流道；52、径向流道；53、第三轴向流道；54、第四轴向流道；6、套筒；61、迷宫泄压环形槽；62、轴向均压槽；7、弹簧；8、填料圈；9、支撑环；10、导向套；11、紧固螺栓；121、第一O型密封圈；122、第二O型密封圈；123、第三O型密封圈；124、第四O型密封圈；13、格莱圈；14、环形空腔。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

结合图1-图3所示，超高压间隙填料组合式往复密封装置，包括固定在液缸体1上的进液阀体2和填料函体4、固定在填料函体4一端的填料压盖5、以及柱塞3、套筒6，通过紧固螺栓11将填料函体4和填料压盖5依次固定在液缸体1上，套筒6内径略大于柱塞3直径，填料函体4上设置有略大于套筒6外径且用于安装套筒6的通孔，进液阀体2上设置有阶梯孔，进液阀体2上阶梯孔大端略大于套筒6外径且用于安装套筒6，小端略大于柱塞3直径，填料压盖5上设置有略大于柱塞3直径的通孔，填料压盖5上的通孔、填料函体4上的通孔、进液阀体2上的阶梯孔、套筒6和柱塞3之间均同轴设置。

填料函体4固定在进液阀体2的一侧，柱塞3依次贯穿且活动连接填料压盖5上的通孔、填料函体4上的通孔、以及进液阀体2上的阶梯孔，进液阀体2上的阶梯孔大端、填料函体4上的通孔和柱塞3之间形成环形空腔14，环形空腔14内依次设置有弹簧7、套筒6、支撑环9、填料圈8、支撑环9、导向套10，填料圈8设置有两个，弹簧7紧挨着进液阀体2上的阶梯孔孔肩，导向套10紧挨着填料压盖5，通过弹簧7发生形变产生的弹力将套筒6、支撑环9、填料圈8、支撑环9和导向套10限定在所述环形空腔14内。

套筒6内壁上设置有7个迷宫泄压环形槽61，超高压往复泵中的介质在流经柱塞与套筒之间的间隙时在每一个迷宫泄压环形槽处压力均有降低，在经过多个迷宫泄压环形槽的逐级泄压后压力有较大幅度的降低，然后再通过填料圈密封的进一步密封作用，大大增强了超高压往复泵的密封效果。套筒6外壁上对称设置有2个轴向均压槽62和第一O型密封圈121，轴向均压槽62设置在靠近弹簧7的一端，第一O型密封圈121设置在远离弹簧7的一端，高压介质通过轴向均压槽进入套筒外部的槽形空间，在套筒内部受到介质压力有膨胀的趋势时，套筒外部同样受到压力阻止套筒发生较大的弹性变形，防止因套筒与柱塞之间的间隙过大而密封失效的情况发生；进液阀体2和填料函体4圆周方向连接处设置有第二O型密封圈122，进液阀体2上与填料函体4接触的端面设置为锥面，与填料函体4端面形成金属对金属锥角接触密封，金属对金属锥角接触密封为带有锥角的金属棱边与金属平面形成的密封副，可以对超高压介质形成良好的密封作用，再与O形圈密封组合形成的密封形式大大增强了超高压静密封的可靠性。

填料函体4上设置有第一轴向流道41，第一轴向流道41两端均设置有第三O型密封圈123，填料压盖5上设置有一端开口的径向流道52、以及连通第一轴向流道41与径向流道52的第二轴向流道51,径向流道52开口端外接水箱，填料压盖5上还设置有连通径向流道52和所述环形空腔14的第三轴向流道53和第四轴向流道54，分别用于冷却水流入和流出所述环形空腔14；填料函体4上且与填料压盖5接触的端面上设置有第四O型密封圈124；第三轴向流道53紧贴柱塞3且设置为圆环形，填料函体4上且与填料压盖5接触的端面上设置有圆盘流道42，圆盘流道42直径小于第四O型密封圈124内径，圆盘流道42与柱塞3同心且与环形空腔14相通，第四轴向流道54连通圆盘流道42和径向流道52；填料函体4端面上且在圆盘流道42最外侧设置有锥形凸起，与填料压盖5端面形成金属对金属锥角接触密封，金属对金属锥角接触密封可以对超高压介质形成良好的密封作用，再与O形圈密封组合形成的密封形式大大增强了超高压静密封的可靠性；填料压盖5和柱塞3之间设置有格莱圈13，格莱圈13设置在径向流道52一侧且远离所述环形空腔14的一侧；液缸体1上设置有为第一轴向流道41提供冷却液的通道；冷却水依次流经第一轴向流道→第二轴向流道→径向流道→第三轴向流道→环形空腔→圆盘流道→第四轴向流道→径向流道，最后流向水箱，其中，冷却水流经环形空腔时，对填料圈和柱塞摩擦副进行冷却，带有热量的冷却水回流水箱，同时泄漏的少量高压介质也经冷却流道回流水箱。

所述实例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。