一种金属密封叠环的制作方法

1.本实用新型涉及密封技术领域，具体涉及一种金属密封叠环。


背景技术：

2.目前，冶金行业的连铸设备轧辊轴的轴承密封采用进口密封件或者由石墨或橡胶制成的单层密封环替代进口密封件，但由于石墨或橡胶制成的单层密封环质地软而且单层，因此在使用过程中易磨损，从而严重的影响了密封效果及使用寿命。
3.而且，六缸的柴油机的排气歧管一般都是分段式，不同段的排气歧管在连接处需要进行密封，由于排气歧管的温度和里面气体的压力比较高，传统的密封方法在连接处很容易发生漏气。轻微的漏气会影响气缸盖和周围的配附件等。漏气严重的时候，发动机的功率和扭矩会降低，影响发动机的使用性能。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种金属密封叠环，其密封可靠，使用寿命长，能够适用于高温、高压和流体密封系统，且适用于柴油发动机分段式排气歧管的密封系统。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种金属密封叠环，包括叠环本体，所述叠环本体包括一个平面结合体；所述平面结合体由左旋或右旋的上片金属圆形单体环和下片金属圆形单体环通过斜边段差折弯相连接组成；所述平面结合体中的上金属圆形单体环的外圈是矩形面；所述平面结合体中的上金属圆形单体环的内圈是r弧面；所述叠环本体可加工成孔用的第一叠环、轴用的第二叠环；所述孔用的第一叠环斜边段差折弯相连接的上片金属圆形单体环和下片金属圆形单体环的切断口分别为上片金属圆形单体环平切口和下片金属圆形单体环平切口；所述第一叠环上的上片金属圆形单体环平切口和下片金属圆形单体环平切口的面平行于折弯的压力线；所述轴用的第二叠环斜边段差折弯相连接的上片金属圆形单体环和下片金属圆形单体环的的切断口分别为上片金属圆形单体环平切口和下片金属圆形单体环平切口；所述第二叠环上的上片金属圆形单体环平切口和下片金属圆形单体环平切口的面与折弯压力线在同一垂直平面上。
7.优选地，所述叠环本体的斜边段差折弯的斜边是斜边段差折弯的上压力线与下压力线之间的连线；所述的斜边段差折弯的折弯角是斜边段差折弯的斜边与其正投影之间的夹角；所述的斜边段差折弯的折弯角是小于60
°
的锐角。
8.优选地，所述叠环本体的自由状态直径与安装状态直径之差正值为径向压缩量；所述的叠环本体的自由状态直径与安装状态直径之差负值为径向撑开量；所述叠环本体安装状态直径小于100毫米时径向压缩量和径向撑开量均为1.2
±
0.3毫米；所述叠环本体安装状态直径大于100毫米时径向压缩量和径向撑开量均为1.5
±
0.3毫米。
9.优选地，所述叠环本体用于孔的径向密封时，包括密封环槽，所述密封环槽内设置二只径向压缩的第一叠环，二只所述第一叠环的两个斜边段差折弯搭口错位180
°
。
10.优选地，所述叠环本体用于孔的径向密封时，包括密封环槽，所述密封环槽中间部位设置一只径向撑开的第二叠环，所述第二叠环的左右两侧各设置一只径向压缩的第一叠环；二只所述第一叠环和第二叠环的三个斜边段差折弯搭口错位120
°
。
11.优选地，所述叠环本体用于轴的径向密封时，包括密封环槽，所述密封环槽内设置二只径向撑开的第二叠环；二只所述第二叠环的两个斜边段差折弯搭口错位180
°
。
12.优选地，所述叠环本体用于轴的径向密封时，包括密封环槽，所述密封环槽中间部位设置一只径向压缩的第一叠环，所述第一叠环的左右两侧各设置一只径向撑开的第二叠环；二只所述第二叠环和第一叠环的三个斜边段差折弯搭口错位120
°
。
13.优选地，所述叠环本体均采用镍基高温合金钢带或耐热不锈钢钢带制成。
14.优选地，所述叠环本体的表面均采用毛毡和二硫化钼抛光。
15.本实用新型技术相比现有技术具有如下有益效果：
16.当叠环本体用于孔的径向密封时，在密封环槽内设置二只径向压缩的第一叠环，或者在密封环槽中间部位设置一只径向撑开的第二叠环，在第二叠环的左右两侧各设置一只径向压缩的第一叠环。当叠环本体用于轴的径向密封时，在密封环槽内设置二只径向撑开的第一叠环，或者在密封环槽中间部位设置一只径向压缩的第一叠环，在第一叠环的左右两侧各设置一只径向撑开的第二叠环。这样在每个密封环槽所处的立体空间上形成了多个篦齿封严结构，也称迷宫式密封结构，在孔和轴周围设立若干个环形密封篦齿环，篦齿环与篦齿环之间形成一系列的节流间隙和膨胀空腔，被密封的介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。同时它综合利用了摩阻效应、流束收缩效应等效应而产生密封效果，泄露流体介质在迷宫中流动时，因流体介质的流动而产生摩擦，使流速减慢，流量减小。简单来说和通道的长度与截面形状有关，流道越长、篦齿环顶越尖，流量越小，密封效果越好；另外流体介质流通过迷宫端口时，会因惯性影响而收缩，流束的截面变小也会产生密封效果。总之，流体介质要泄漏必然要从篦齿封严结构缝隙中出来，流体介质通过篦齿封严结构时要多次改变流动方向，通过时能量逐渐损失(压力、速度)，所以越往后流体介质能量越低就很难“逃逸”了，迷宫式密封结构是也通过减小压力差来减少流体介质泄漏损失从而递级降低流体介质压力，最终达到迷宫式密封的效果。
17.由于上片金属圆形单体环和下片金属圆形单体环的外圈均为矩形面，上片金属圆形单体环和下片金属圆形单体环的内圈均为r弧面。这样叠环本体的椭圆形状的平面结合体在径向压缩和撑开的外力作用下形成正圆形的外圈和内圈，正圆形的外圈矩形外表面和正圆形的内圈r弧面分别在孔的内表面上和轴的外表面上产生较大的密封接触面积和接触应力，从而导致正圆形的外圈矩形外表面和正圆形的内圈r弧面塑性变形而形成了一道初始的密封结构。同时在装配时将二只叠环的两个斜边段差折弯搭口错位180
°
，将三只叠环的三个斜边段差折弯搭口错位120
°
，这样就尽量避免了因斜边段差折弯搭口处形成密封泻漏点，增加了初始密封的有效尺寸。
18.叠环本体均采用镍基高温合金钢带或耐热不锈钢钢带制成，从而使得叠环本体适应在不同的流体介质和温度下工作，同时，由于对叠环本体的热处理工艺，使叠环本体的表面产生氧化层，进而提高叠环本体的表面硬度，达到耐磨的目的，增加了轴和叠环本体相对转动时的使用时间。叠环本体的表面均采用毛毡和二硫化钼抛光，从而使得叠环本体在装配时有很好的润滑作用和在高温环境下使用有一定防烧结碳的作用。本实用新型，密封可
靠，使用寿命长，能够适用于高温、高压和流体密封系统，特别适用于柴油发动机分段式排气歧管的密封系统。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例中第一叠环的结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例中第一叠环的俯视图；
21.图3是图2的a放大图；
22.图4是本实用新型实施例中第二叠环的结构示意图；
23.图5是本实用新型实施例中第二叠环的俯视图；
24.图6是图5的b放大图；
25.图7是本实用新型实施例一中连铸设备上金属密封叠环迷宫式连铸轧辊轴壳箱的密封结构半剖图；
26.图8是本实用新型实施例二中连铸设备上金属密封叠环迷宫式连铸轧辊轴壳箱的密封结构半剖图；
27.图9是本实用新型实施例三中连铸设备上金属密封叠环迷宫式连铸轧辊轴壳箱的密封结构半剖图；
28.图10是本实用新型实施例四中连铸设备上金属密封叠环迷宫式连铸轧辊轴壳箱的密封结构半剖图；
29.图11是本实用新型实施例五中排气歧管密封结构半剖图；
30.图中，1、第一叠环，2、第二叠环，3、上片金属圆形单体环，4、下片金属圆形单体环，5、上片金属圆形单体环平切口，6、下片金属圆形单体环平切口,7、上端斜边段差折弯压力线,8、下端斜边段差折弯压力线，9、段差折弯斜面，10、上排气歧管，11、下排气歧管，12、孔壳箱，13、轧辊轴，14、前密封环槽，15、后密封环槽，16、二只金属密封叠环组合壳孔密封环槽，17、二只金属密封叠环组合轧辊轴密封环槽，18、三只金属密封叠环组合壳孔密封环槽，19、三只金属密封叠环组合轧辊轴密封环槽。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.本实用新型实施例中需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.此外，本实用新型实施例中还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设制”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中
间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
34.附图给出了本实用新型的几个实施例，下面将结合附图对本实用新型作进一步的描述。
35.请参阅图1-6所示，一种金属密封叠环，包括叠环本体，叠环本体包括上片圆形单体环3和下片圆形单体环4，上片金属圆形单体环3和下片金属圆形单体环4均为左旋或右旋环状的正圆形，上片金属圆形单体环3和下片金属圆形单体环4通过斜边段差折弯而形成上端斜边段差折弯压力线7和下端斜边段差折弯压力线8之间相互连接的段差折弯斜面9而形成的椭圆形状的平面结合体，上片金属圆形单体环3和下片金属圆形单体环4的外圈均为矩形面，上片金属圆形单体环3和下片金属圆形单体环4的内圈均为r弧面，叠环本体可分为第一叠环1和第二叠环2，第一叠环1用于孔的径向密封，第二叠环2用于轴的径向密封；第一叠环1和第二叠环2的上片金属圆形单体环3的切断口均为上片金属圆形单体环平切口5，第一叠环1和第二叠环2的下片金属圆形单体环4的切断口均为下片金属圆形单体环平切口6，第一叠环1上的上片金属圆形单体环平切口5的面和下片金属圆形单体环平切口6的面分别与下端斜边段差折弯压力线8和上端斜边段差折弯压力线7平行，第二叠环2上的上片金属圆形单体环平切口5的面和下片金属圆形单体环平切口6的面分别与下端斜边段差折弯压力线8和上端斜边段差折弯压力线7在同一个垂直平面上。叠环本体用于孔的径向密封时，包括密封环槽，密封环槽内设置二只径向压缩的第一叠环1，装配时要将二只叠环的两个斜边段差折弯搭口错位180
°
；叠环本体用于孔的径向密封时，包括密封环槽，密封环槽中间部位设置一只径向撑开的第二叠环2，第二叠环2的左右两侧各设置一只径向压缩的第一叠环1，装配时要将三只叠环的三个斜边段差折弯搭口错位120
°
。叠环本体用于轴的径向密封时，包括密封环槽，密封环槽内设置二只径向撑开的第二叠环2，装配时要将二只叠环的两个斜边段差折弯搭口错位180
°
；叠环本体用于轴的径向密封时，包括密封环槽，密封环槽中间部位设置一只径向压缩的第一叠环1，第一叠环1的左右两侧各设置一只径向撑开的第二叠环2，装配时要将三只叠环的三个斜边段差折弯搭口错位120
°
。叠环本体均采用镍基高温合金钢带或耐热不锈钢钢带制成。叠环本体的表面均采用毛毡和二硫化钼抛光。
36.工作原理：当叠环本体用于孔的径向密封时，在密封环槽内设置二只径向压缩的第一叠环1，或者在密封环槽中间部位设置一只径向撑开的第二叠环2，在第二叠环2的左右两侧各设置一只径向压缩的第一叠环1。当叠环本体用于轴的径向密封时，在密封环槽内设置二只径向撑开的第一叠环1，或者在密封环槽中间部位设置一只径向压缩的第一叠环1，在第一叠环1的左右两侧各设置一只径向撑开的第二叠环2。这样在每个密封环槽所处的立体空间上形成了多个篦齿封严结构，也称迷宫式密封结构，在孔和轴周围设立若干个环形密封篦齿环，篦齿环与篦齿环之间形成一系列的节流间隙和膨胀空腔，被密封的介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。同时它综合了摩阻效应、流束收缩效应等效应而产生密封效果，要泄露的流体介质在迷宫中流动时，因流体介质的流动而产生摩擦，使流体介质的流速减慢、流量减小，简单来说和通道的长度与截面形状有关，流道越长、齿环顶越尖，流体介质的流量越小，密封效果越好；另外流体介质通过迷宫端口时，会因惯性影响而收缩，流束的截面变小也会产生密封效果。
37.由于上片金属圆形单体环3和下片金属圆形单体环4的外圈均为矩形面，上片金属圆形单体环3和下片金属圆形单体环4的内圈均为r弧面。这样叠环本体的椭圆形状的平面
结合体在径向压缩和撑开的外力作用下形成正圆形的外圈和内圈，正圆形的外圈矩形外表面和正圆形的内圈r弧面分别在孔的内表面上和轴的外表面上产生较大的密封接触面积和接触应力，从而导致正圆形的外圈矩形外表面和正圆形的内圈r弧面塑性变形而形成了一道初始的密封结构。同时在装配时将二只叠环的两个斜边段差折弯搭口错位180
°
，将三只叠环的三个斜边段差折弯搭口错位120
°
，这样就尽量避免了因斜边段差折弯搭口处形成密封泻漏点，增加了初始密封的有效尺寸。
38.叠环本体均采用镍基高温合金钢带或耐热不锈钢钢带制成，从而使得叠环本体适应在不同的流体介质和温度下工作，同时，由于对叠环本体的热处理，使叠环本体的表面产生氧化层，进而提高叠环本体的表面硬度，达到耐磨的目的，增加了轴和叠环本体相对转动时的使用时间。叠环本体的表面均采用毛毡和二硫化钼抛光，从而使得叠环本体在装配时有很好的润滑作用和在高温环境下使用有一定防烧结碳的作用。
39.实施例一
40.从附图7可以看出，本实施例是一种连铸设备上金属密封叠环迷宫式连铸轧辊轴壳箱的密封结构，包括连铸轧辊轴壳箱组装配合轧辊轴13、与轧辊轴相配的孔壳箱12的壳孔和孔用金属密封第一叠环1,其特征在于：孔用金属密封第一叠环1为弹性径向压缩的金属密封叠环,且孔用金属密封第一叠环1是二个叠合在一起配合使用的，轧辊轴13上设有二只金属密封叠环组合轧辊轴密封环槽17，每个孔用金属密封第一叠环1安装在二只金属密封叠环组合轧辊轴密封环槽内，并且孔用金属密封第一叠环1装配时将两个斜边段差折弯搭口错位180
°
，这时孔用金属密封第一叠环1的外圈矩形面是弹性地顶在孔壳箱12的壳孔表面上。
41.实施例二
42.从附图8可以看出，本实施例是一种连铸设备上金属密封叠环迷宫式连铸轧辊轴壳箱的密封结构另一种形式，包括连铸轧辊轴壳箱组装配合的轧辊轴13、与轧辊轴相配的孔壳箱12的壳孔和轴用金属密封第二叠环2,其特征在于：轴用金属密封第二叠环2为弹性径向撑开的金属密封叠环，且轴用金属密封第二叠环2是二个叠合在一起配合使用的，孔壳箱12上设有二只金属密封叠环组合壳孔密封环槽16，每个轴用金属密封第二叠环2安装在二只金属密封叠环组合壳孔密封环槽16内，并且轴用金属密封第二叠环2装配时将两个斜边段差折弯搭口错位180
°
，这时轴用金属密封第二叠环2的内圈r弧面是抱紧在轧辊轴13的轴表面上。
43.实施例三
44.从附图9可以看出，本实施例是一种连铸设备上金属密封叠环迷宫式连铸轧辊轴壳箱的密封结构另一种形式，包括连铸轧辊轴壳箱组装配合轧辊轴13、与轧辊轴13相配的孔壳箱12的壳孔和孔用金属密封第一叠环1、轴用金属密封第二叠环2,其特征在于：孔用金属密封第一叠环1为弹性径向压缩的金属密封叠环，轴用金属密封第二叠环2为弹性径向撑开的金属密封叠环，轧辊轴13上设有三只金属密封叠环组合轧辊轴密封环槽19，三只金属密封叠环组合轧辊轴密封环槽19的中间位置设置一只轴用金属密封第二叠环2并在其左右两边各设置一只孔用金属密封第一叠环1的三只叠合一起配合使用，并且孔用金属密封第一叠环1和轴用金属密封第二叠环2装配时将三个斜边段差折弯搭口错位120
°
，这时左边孔用金属密封第一叠环1的外圈矩形面和右边孔用金属密封第一叠环1的外圈矩形面是弹性
地顶在孔壳箱12的壳孔表面上，而中间位置轴用金属密封第二叠环2的内圈r弧面是抱紧在三只金属密封叠环组合轧辊轴密封环槽19的槽底表面上。
45.实施例四
46.从附图10可以看出，本实施例是一种连铸设备上金属密封叠环迷宫式连铸轧辊轴壳箱的密封结构另一种形式，包括连铸轧辊轴壳箱组装配合轧辊轴13、与轧辊轴13相配的孔壳箱12的壳孔和轴用金属密封第二叠环2、孔用金属密封第一叠环1,其特征在于：轴用金属密封第二叠环2为弹性径向撑开的金属密封叠环，孔用金属密封第一叠环1为弹性径向压缩的金属密封叠环,孔壳箱12上设有三只金属密封叠环组合壳孔密封环槽18，三只金属密封叠环组合壳孔密封环槽18的中间位置设置一只孔用金属密封第一叠环1并在其左右两边各设置一只轴用金属密封第二叠环2的三只叠合一起配合使用，并且孔用金属密封第一叠环1和轴用金属密封第二叠环2装配时将三个斜边段差折弯搭口错位120
°
，这时左边轴用金属密封第二叠环2的内圈r弧面和右边轴用金属密封第二叠环2的内圈r弧面是抱紧在轧辊轴13的轴表面上，而中间位置孔用金属密封第一叠环1的外圈矩形面是弹性地顶在三只金属密封叠环组合壳孔密封环槽18的槽底表面上。
47.实施例五
48.从附图11可以看出，本实用新型选择了一种排气歧管密封结构，包括上排气歧管10和下排气歧管11，上排气歧管10接合端内壁表面设置有止口定位台阶，下排气歧管11接合端外壁表面设置有前密封环槽14和后密封槽15，下排气歧管11接合端插入上排气歧管10接合端的内孔中，上排气歧管10接合端与下排气歧管11的接合端采用间隙配合止口定位相连接，在下排气歧管接端外壁表面前密封环槽14和后密封环槽15中分别都设制有二个孔用金属密封第一叠环1组合一起配合使用，并且孔用金属密封第一叠环1装配时将两个斜边段差折弯搭口错位180
°
，其特征在于：孔用金属密封第一叠环1为弹性径向压缩的金属密封叠环，这时孔用金属密封第一叠环1的外圈矩形面是弹性地顶在上排气歧管10接合端内壁表面上。由于下排气歧管11接合端插入上排气歧管10接合端的内孔中与下排气歧管11的接合端采用间隙配合止口定位相连接，这样就在上排气歧管10接合端的内壁表面的内台阶部与下排气歧管11接合端的外壁表面的外台阶部通过间隙配合止口定位连接的部位形成一个篦齿封严结构，也称迷宫式密封结构。
49.综合实施例一至实施例五，正是由于金属密封叠环二只或者三只叠合在一起使用，再加上在密封部位设置多个密封环槽，也就等同在要密封部位周围设立若干个环形密封齿环，齿环与齿环之间形成一系列的节流间隙和膨胀空腔，被密封的流体介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。同时它综合了摩阻效应、流束收缩效应等效应而产生密封效果，要泄露的流体介质在迷宫中流动时，因流体介质的流动而产生摩擦，使流体介质的流速减慢、流量减小，简单来说和通道的长度与截面形状有关，流道越长、齿环顶越尖，流体介质的流量越小，密封效果越好；另外流体介质通过迷宫端口时，会因惯性影响而收缩，流束的截面变小也会产生密封效果。
50.以上所述仅为本技术的优选实施例而己，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。