[實用新型]旋轉接頭密封圈結構

有效

• 申請號: 201320613335.1
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN203517090U
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張強;項立智;陳磊;周詩華;何勇;尹中尉;趙科文
• 申請（專利權）人: 貴州中煙工業有限責任公司
• 主分類號: F16L27/08
• 分類號: F16L27/08
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 葉琦玲

技術領域

本實用新型涉及一種旋轉接頭密封圈結構。

背景技術

浸漬器是將生絲線生產出來的煙絲進行浸泡，使之成為合格干冰煙絲的機械設備，是生產膨脹煙絲工藝過程中的關鍵設備之一。

CO₂膨脹煙絲生產線，具有整體結構緊湊、安全保護功能完善等特點。但由于設計和生產的原因，作為核心設備的浸漬器，旋轉接頭的密封達不到生產要求，導致該部位出現頻繁泄漏。由于旋轉臂內流動的是2.85Mpa左右的高壓氣態或液態CO₂，CO₂泄露將對人身安全、日常生產及設備安全造成很大影響。如果泄漏情況嚴重，液態的CO₂迅速失壓后形成了干冰，堵塞設備管道，會造成長時間停產，對生產造成的影響更將無法估量。為了生產正常，消除安全隱患，必須解決旋轉接頭的泄漏問題，因此很有必要對浸漬器旋轉接頭密封情況進行探索改造。

浸漬器旋轉臂是連接上下蓋與液相、氣相管道的連接裝置，它包括了三個旋轉接頭，起到聯接兩轉動管道的作用，通過旋轉接頭的轉動而達到上下蓋的開啟、關閉。因此可以肯定旋轉接頭處的密封屬于動密封。旋轉接頭通過兩排環形軌道上的滾珠對相對運動的兩根管道進行同軸定位，并支撐它們的轉動。如圖1所示，在兩根管道的密封采用端面密封圈密封，該密封圈1是“Y”型密封圈，環形凹口2內有一螺旋彈簧3，起到提高密封圈張力，支撐密封圈的作用。根據“Y”型密封圈的工作特性，它屬于密封位置配合面擠壓彈性體密封，是靠密封環預先被擠壓的彈性變形產生預緊力，同時工作介質壓力也擠壓密封環，使之產生自緊力，從而達到密封的效果。

隨著膨脹煙絲生產量的不斷加大，設備處于滿負荷生產狀態，膨絲線浸漬器上、下蓋旋轉接頭處頻繁出現泄漏現象，達到平均三個星期左右一次。在維修過程中，拆卸故障旋轉接頭后取出的密封圈內經常發現應該位于密封圈環形凹口內的螺旋彈簧消失不見，螺旋彈簧被氣流帶入系統管道內，卡在氣動球閥閥芯等處。螺旋彈簧卡在氣動球閥閥芯等處易造成閥芯球面磨損，產生內漏。失去螺旋彈簧的密封圈不能緊貼摩擦副配合面，高壓氣流帶走軌道內鋼球潤滑脂，低溫使軌道內結露，導致鋼球銹蝕，旋轉接頭回轉阻滯、卡死，甚至導致旋轉接頭摩擦副配合面異常磨損等。

造成密封圈內的螺旋彈簧被氣流帶走的原因如下：

首先，生產時溫度從-8℃～室溫（23℃），每一個生產批次溫差發生一次循環，由此周期性地引起旋轉接頭密封圈處的熱脹冷縮，密封圈安裝處間隙也跟著周期性地產生變化，從而導致對密封圈的壓緊力也隨之變化，也就是說密封圈處于周期性變化的壓緊力中。當熱脹冷縮引起該間隙在圓周上的變化不一致時，密封圈在圓周密封面上的各處應力也大小不同。同樣的道理，周期性的熱脹冷縮、長時間的使用造成的軌道及滾珠的磨損，間隙增大，也會引起旋轉接頭同軸度的變化。

其次，在每一個生產批次中，工作介質壓力頻繁在0Mpa～28.5Mpa之間變化，這也會對密封圈造成交變應力。在周期性變化的溫度和壓強作用下，密封圈產生了周期性變化的內應力，甚至在密封圈圓周密封面上各處產生大小不同的內應力。在旋轉接頭頻繁的往復轉動過程中，密封圈內的螺旋彈簧很容易出現疲勞失效，產生變形、移位、脫落，被管道內的氣流帶走。

最后，再來觀察一個生產批次的生產過程。一次加壓時從高壓回收罐到浸漬器；二次加壓時從工藝罐到浸漬器；一次減壓時從浸漬器到高壓回收罐；二次減壓時從浸漬器到低壓回收罐等時候，壓差都在1000Kpa左右，所以通過旋轉接頭處的CO₂速度都比較大。

另外，在旋轉接頭處，管徑比其它地方要小，根據流量守恒定律，介質的速度與通過管路的面積成反比，所以該處介質的速度會更大。

根據伯努利方程式中u₁、p₁為螺旋彈簧外徑處的介質速度與壓力，u₂、p₂為螺旋彈簧內徑處的介質速度與壓力，ρ為介質的密度。

對于同一密閉空間內的流體，各處其能量守恒。從上式可以看出，當速度大時，其壓力就會降低；反之，亦然。那么當高速的CO₂通過旋轉接頭密封圈時，我們以密封圈內的螺旋彈簧為研究對象的話，螺旋彈簧內徑處經過的是高速CO₂氣流，壓力就低；外徑接觸的是相對靜止的氣體，所受壓力就高，在此不平衡壓力的作用下，當螺旋彈簧剛度不夠的情況下，螺旋彈簧就會收縮，從而脫離密封圈的環形凹口，進入管道，也就會被高速氣流帶走。