[發明專利]一種平面密封結構

在審

• 申請號: 202211528858.6
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115854027A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 吳金柱;黃世宏;范建權;陳玨
• 申請（專利權）人: 東風商用車有限公司
• 主分類號: F16J15/06
• 分類號: F16J15/06;F16J15/08;F16L23/18;F16L23/20;F16L23/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;蔡俊

本發明公開了一種平面密封結構，包括上平面壓緊結構、下平面壓緊結構和被壓緊于所述上平面壓緊結構與所述下平面壓緊結構之間的墊片，所述墊片為波形墊片，其包括至少一個朝向所述上平面壓緊結構凸起的正向波形，所述上平面壓緊結構的底部開設有與所述正向波形配合的限位槽。本發明所設計的平面密封結構，可通過限位槽，實現平面密封結構的定位和限位的作用。通過簡單的沖壓成型的墊片結構獲得了更好的密封性能，波形不需要太大的波高和波寬，即可實現較大的密封壓力，可以避免在初始裝配狀態下由于墊片波形結構過大造成的上下平面壓緊結構的不貼合現象。

技術領域

本發明涉及密封結構技術領域，具體地指一種平面密封結構。

背景技術

發動機高溫環境下的平面密封結構(如圖1—2)，由上法蘭、金屬墊片和下法蘭組成。法蘭的法蘭面(貼合金屬墊片的一側)通過機加工獲得較好的平面度和粗糙度，盡可能減小平面配合狀態下的間隙。金屬墊片通常是將薄金屬板沖壓成具有一定凸起結構的波形板(后文將沖壓形成的凸起結構稱為“波形結構”)，利用金屬材料及結構的特性，使金屬墊片在壓緊狀態下產生一定的回彈能力，來補償法蘭在壓緊狀態下可能存在的間隙。

金屬墊片型式及密封結構如圖3所示，上下法蘭及金屬墊片由兩個及兩個以上螺栓緊固，法蘭最內側為氣體通道，氣體通道與螺栓之間為金屬墊片的密封結構，較為常見的金屬墊片的結構如圖3所示。該墊片在法蘭壓緊狀態下，波形結構的兩側形成一道或多道密封帶，密封帶具有較高的接觸面壓以實現對氣體的密封。

除單層金屬壓波墊片外，常規提升密封能力的方還有采用多層墊片鏡像疊加(如圖4)、加高波形的結構形式，在法蘭壓緊狀態下密封帶的接觸面壓較單層單波形結構有一定提升。

如圖5所示的金屬墊片結構，其為雙層多波形金屬墊片，單層墊片的波形分布為一個較小的正向波形，一個較小的反向波形與一個較大的正向波形組成，波形與波形之間存在一定距離，雙層墊片通過鏡像疊加的形式排列，通過點焊的形式連接固定在一起。墊片在壓緊狀態下中部的上下兩個反向波形受壓接觸，大部分墊片接觸面(內外兩處的上下正向波形區域外)都被壓緊至貼合狀態，利用內外兩處的上下正向壓波結構產生較大的線性密封帶實現密封功能。該方案特點在于利用了兩個較大的正向波形的線密封特性及高溫下墊片的膨脹特性實現平面密封。

如圖6所示的單層金屬復合式墊片，其具有三個較小的密紋式密封筋和兩個較大的寬弧形密封筋，緊密排列；該方案的特點在于利用密紋式密封筋形成第一道密封帶，并限制寬弧形密封筋的壓縮高度，兩者形成組合式密封結構，實現密封功能。

上述平面密封結構應用在發動機的高溫環境下時，高溫環境對法蘭結構和金屬墊片結構都存在塑性變形的影響：

一、法蘭結構變形后易在遠離螺栓側的位置產生間隙。法蘭結構的變形問題，一般受法蘭材料、法蘭厚度、緊固螺栓數量、螺栓分布及使用溫度等因素影響，本文不做過多研究；

二、金屬墊片受高溫影響和法蘭壓緊的影響，波形結構易出現永久性變形，失去壓縮回彈能力，波形結構在高溫環境下通常被完全壓平，極大的影響平面密封結構的耐久性。即使采用多層墊片堆疊、加高波形結構或者多波形疊加的方式，提升了密封帶的接觸面壓，但由于長時間的高溫和法蘭壓緊的原因，波形結構仍會被壓平，一旦法蘭之間的間隙加大到一定程度，平面密封結構就會漏氣；

三、墊片與法蘭之間缺少限位結構，法蘭在高溫下膨脹變形會導致法蘭與墊片之間產生相互運動，進而使墊片表面被磨損，影響密封帶的接觸面壓。

四、多層墊片鏡像疊加、加大波形結構等技術方案也會帶來產品成本增加、沖壓成型困難等問題；

五、如果墊片的波形結構過大，可能出現在給定的螺栓預緊力下無法將墊片完全壓緊的情況，導致法蘭在初始裝配狀態下無法完全貼合，在工作狀態下螺栓極易松動，更容易發生密封失效。

發明內容

本發明的目的就是要解決上述背景技術的不足，提供一種可在高溫環境下保證密封性能的平面密封結構。