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1、(10)申请公布号 CN 103791096 A (43)申请公布日 2014.05.14 CN 103791096 A (21)申请号 201410068409.7 (22)申请日 2014.02.27 F16J 15/32(2006.01) (71)申请人 北京裕泰行新材料科技有限公司 地址 100192 北京市海淀区清河龙岗路 27 号 2 幢 102 室 (72)发明人 由鑫 梅俊杰 马佳 刘雪峰 张戈 蒲新颖 赵京龙 (74)专利代理机构 北京恒都律师事务所 11395 代理人 李向东 (54) 发明名称 密封圈 (57) 摘要 本发明提供了一种密封圈， 包括 ： 唇形圈体 和弹性补。
2、偿元件， 所述弹性补偿元件置于所述唇 形圈体上唇和下唇之间的环形凹槽内 ； 所述弹性 补偿元件为内外相套的双层环状螺旋金属弹簧， 其中， 内圈螺旋弹簧旋套于外圈螺旋弹簧的内部 ； 所述内外螺旋弹簧都呈首尾连接的环状， 所述内 圈螺旋弹簧的螺旋方向与所述外圈螺旋弹簧的螺 旋方向相反。本发明实施例提供的密封圈采用旋 向相反的双螺旋弹簧作为应力补偿元件置于唇形 圈体的环向凹槽中， 能够为唇形圈体提供连续、 均 匀的径向弹力补偿。 同时， 该结构使密封圈的弹性 补偿元件在超低温工作环境中的收缩率降低， 保 证了密封圈在低温环境下有足够的密封力， 提高 了密封圈在超低温工作环境中的密封性能。 (51)I。
3、nt.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103791096 A CN 103791096 A 1/1 页 2 1. 一种密封圈， 包括 ： 唇形圈体和弹性补偿元件， 所述弹性补偿元件置于所述唇形圈 体上唇和下唇之间的环形凹槽内 ； 其特征在于， 所述弹性补偿元件为双层螺旋金属弹簧， 其 中， 外圈螺旋弹簧套于内圈螺旋弹簧的外部 ； 所述内外圈螺旋弹簧都呈首尾连接的环状， 所 述内圈螺旋弹簧的螺旋方向与所述外圈螺旋弹簧的螺旋方向相反。 2. 根据权利。
4、要求 1 所述的密封圈， 其特征在于， 所述唇形圈体的外表面经过抛光处理， 抛光后的表面光洁度不小于 Ra0.4m， 与密封面光洁度不小于 Ra0.2m 的沟槽配合使用。 3. 根据权利要求 1 所述的密封圈， 其特征在于， 所述内圈螺旋弹簧和外圈螺旋弹簧均 由扁带型金属通过一柱状体旋转弯曲绕制成首尾连接的圆环形状。 4. 根据权利要求 1 所述的密封圈， 其特征在于， 所述环形凹槽的开口小于所述外圈螺 旋弹簧的截径。 5. 根据权利要求 1 所述的密封圈， 其特征在于， 所述环状螺旋金属弹簧为不锈钢弹簧 或合金弹簧。 6.根据权利要求1至5任一所述的密封圈， 其特征在于， 所述唇形圈体采用高。
5、分子聚合 物制成。 7. 根据权利要求 6 所述的密封圈， 其特征在于， 所述高分子聚合物为聚四氟乙烯。 8. 根据权利要求 6 所述的密封圈， 其特征在于， 所述高分子聚合物为聚三氟氯乙烯。 9. 根据权利要求 6 所述的密封圈， 其特征在于， 所述高分子聚合物为超高分子聚乙烯。 权 利 要 求 书 CN 103791096 A 2 1/3 页 3 密封圈 技术领域 0001 本发明涉及超低温工作环境的密封技术领域， 特别地， 涉及一种密封圈。 背景技术 0002 密封圈作为一种常用机械零件广泛应用于各行各业中， 常应用于轴与孔之间的动 态密封， 主要起到防液体或气体泄漏的作用。现有技术生产。
6、的密封圈绝大多数都是由弹性 体本体进行密封， 密封力主要是由系统本身及密封圈唇体自身弹性提供的。随着密封圈的 广泛使用， 不同的应用领域对密封圈的要求也不同。 0003 现有技术中密封圈一般利用弹性体本体如橡胶进行密封， 即靠橡胶材料加工成的 密封圈本身的弹性提供密封力。 然而单纯采用橡胶材质制成的密封圈会因为外界环境如压 力、 温度的变化或长时间的磨损及材料老化等原因造成密封圈的弹性降低或消失， 进而导 致密封性变差。橡胶材料的最低耐受温度为零下 50左右， 因而在零下 200的超低温环 境中， 橡胶会发生硬化甚至破裂， 完全失去弹性。 当然， 在上述超低温环境下， 鉴于金属自身 的弹性受温。
7、度影响较小， 可以采用金属密封法， 利用金属材料对密封系统的弹性收缩量提 供足够的补偿力。 但采用金属密封法， 在设备中金属与金属之间的摩擦会使密封面划伤， 降 低设备的密封性。因此， 超低温环境对密封圈提出了更多苛刻条件。 0004 实验研究表明 ： 非金属部件的收缩率是金属部件的十倍左右， 所以金属弹簧能够 提供足够的补偿力成为关键。 现有技术提供了一种在非金属密封唇中设置单层螺旋弹簧的 方式制成的密封圈， 利用内置的螺旋弹簧为密封圈提供弹性补偿力。然而由于弹簧加工后 存在螺距， 即螺距之间是无弹簧提供弹力的， 即密封唇的弹力补偿并不是连续均匀的， 这造 成该密封圈在密封低分子气体与低温介。
8、质时十分容易泄漏。 0005 总之， 需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是 ： 提供一种密封圈， 对密 封唇形成连续均匀的弹力， 保证在超低温环境下具备良好的密封性。 发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题是提供一种带有实现径向应力补偿且预紧力稳定的 应力补偿元件的密封圈， 用于超低温工作环境下机械设备的密封。 0007 为了解决上述问题， 一方面提供了一种密封圈， 包括 ： 唇形圈体和弹性补偿元件， 所述弹性补偿元件置于所述唇形圈体上唇和下唇之间的环形凹槽内 ； 所述弹性补偿元件为 双层螺旋金属弹簧， 其中， 外圈螺旋弹簧套于内圈螺旋弹簧的外部 ； 所述内外圈螺旋弹簧都 呈首尾。
9、连接的环状， 所述内圈螺旋弹簧的螺旋方向与所述外圈螺旋弹簧的螺旋方向相反。 0008 可选的， 所述唇形圈体的外表面经过抛光处理， 抛光后的表面光洁度不小于 Ra0.4m， 与密封面光洁度不小于 Ra0.2m 的沟槽配合使用。 0009 可选的， 所述内圈螺旋弹簧和外圈螺旋弹簧均由扁带型金属通过一柱状体旋转弯 曲绕制成首尾连接的圆环形状。 0010 可选的， 所述环形凹槽的开口小于所述外圈螺旋弹簧的截径。 说 明 书 CN 103791096 A 3 2/3 页 4 0011 可选的， 所述环状螺旋金属弹簧为不锈钢弹簧或合金弹簧。 0012 可选的， 所述唇形圈体采用高分子聚合物制成。 001。
10、3 可选的， 所述高分子聚合物为聚四氟乙烯。 0014 可选的， 所述高分子聚合物为聚三氟氯乙烯。 0015 可选的， 所述高分子聚合物为超高分子聚乙烯。 0016 与现有技术相比， 上述技术方案中的一个技术方案具有以下优点或有益效果 ： 本发明实施例提供的密封圈采用旋向相反的双螺旋弹簧作为应力补偿元件置于唇形 圈体的环向凹槽中， 能够为唇形圈体提供连续、 均匀的径向弹力补偿。同时， 该结构使密封 圈的弹性补偿元件在超低温工作环境中的收缩率降低， 保证了密封圈在低温环境下有足够 的密封力， 提高了密封圈在超低温工作环境中的密封性能。 0017 附图说明 通过阅读下文优选实施方式的详细描述， 各。
11、种其他的优点和益处对于本领域普通技术 人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的， 而并不认为是对本发明的限 制。而且在整个附图中， 用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中 ： 图 1 是本发明密封圈实施例的结构示意图 ； 图 2 是本发明双层环状螺旋金属弹簧的结构示意图 ； 图 3 是本发明双层环状螺旋金属弹簧的垂直剖面示意图 ； 图 4 是本发明外圈螺旋弹簧的制作示意图 ； 图 5 是本发明内圈螺旋弹簧的制作示意图 ； 图 6 是本发明双层环状螺旋金属弹簧的受力示意图。 具体实施方式 0018 为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图和具体实 施方式对。
12、本发明作进一步详细的说明。 0019 参照图 1， 示出了本发明密封圈实施例的结构示意图， 包括 ： 唇形圈体 1 和弹性补 偿元件 2， 其中， 唇形圈体 1 包括 ： 上唇 11、 下唇 12 和环形凹槽 13。弹性补偿元件 2 置于唇 形圈体上唇 11 和下唇 12 之间的环形凹槽 13 内。环形凹槽 13 的开口宽度 T 小于弹性补偿 元件的截径 D， 避免弹性补偿元件安装之后从环形凹槽 13 中脱落。 0020 本发明实施例中， 弹性补偿元件 2 具体为内外相套的双层环状螺旋金属弹簧。 0021 上述双层环状螺旋金属弹簧的具体结构参照图 2、 3 所示。其中， 图 2 示出了本发 明。
13、双层环状螺旋金属弹簧的结构示意图、 图 3 示出了本发明双层环状螺旋金属弹簧的垂直 剖面示意图。双层环状螺旋金属弹簧包括 ： 外圈螺旋弹簧 21 和内圈螺旋弹簧 22， 外圈螺旋 弹簧21套于内圈螺旋弹簧22的外部， 即内圈螺旋弹簧22旋于外圈螺旋弹簧21的内部。 内 圈螺旋弹簧 22 和外圈螺旋弹簧 21 都呈首尾连接的环状， 内圈螺旋弹簧 22 的螺旋方向与外 圈螺旋弹簧 21 的螺旋方向相反。本发明实施例中， 外圈螺旋弹簧 21 具体采用图 4 所示的 右旋螺旋弹簧， 相应的， 内圈螺旋弹簧 22 采用图 5 所示的左旋螺旋弹簧。内圈螺旋弹簧 22 的截径略小于外圈螺旋弹簧 21 的截径。
14、。 0022 本发明实施例中采用的内外螺旋弹簧均由扁带型金属通过一柱状体旋转弯曲绕 制成首尾连接的圆环形状。具体地， 图 4 示出了本发明外圈螺旋弹簧 21 的制作示意图， 连 说 明 书 CN 103791096 A 4 3/3 页 5 接成环之前， 首先由扁带型金属材料绕一柱状体的中心线C旋转弯曲， 从单螺距起始点A转 弯曲绕至单螺距终止点 B 完成一个螺距， 周而复始， 直至预定长度的螺旋弹簧绕制完成。图 5 示出了内圈螺旋弹簧的制作方法， 与图 4 类似， 只是从单螺距起点旋转弯曲的方向相反， 直至预定长度的螺旋弹簧绕制完成。最后， 将绕制完成的图 5 所示的内圈螺旋弹簧旋入图 4 所。
15、示的外圈螺旋弹簧内部， 然后将两弹簧的首尾连接， 得到图 2 所示的双层圆环状螺旋弹 簧。 0023 本发明实施例采用的双层圆环状螺旋弹簧由扁带型金属绕制后首尾连接为圆环 而成型， 与直线型金属绕制的螺旋弹簧相比， 产生的弹力补偿更大， 从而起到更好的密封效 果。上述环状螺旋金属弹簧为不锈钢弹簧或合金弹簧。 0024 图 6 示出了本发明密封圈的双层圆环状螺旋弹簧的受力示意图， 当密封件安装入 沟槽后， 由于沟槽深度小于密封件截径， 会产生压缩形变， 使得弹簧产生径向形变， 弹簧释 放的反弹力使得内、 外密封唇紧紧贴住密封面， 达到密封效果。 0025 普通单层螺旋弹簧蓄能密封圈， 由于单层弹。
16、簧加工后存在螺距， 每段带环之间便 有一段是无弹簧提供弹力的， 因而对唇形圈体形成的弹力不是连续均匀的。本发明实施例 采用旋向相反的双层螺旋金属弹簧作为弹性补偿元件， 因内圈螺旋弹簧与外圈螺旋弹簧的 旋向不同， 内圈螺旋弹簧可以弥补外圈螺距无弹力的不足， 为唇形圈体提供连续、 均匀的弹 性补偿力， 进而提高密封圈的密封性， 有效避免低分子气体、 低温介质的泄露。同时在超低 温环境中， 双层螺旋金属弹簧截径的收缩率远小于单层螺旋金属弹簧截径的收缩率， 进而 保证了密封圈在低温环境下有足够的密封力。 0026 本发明提供的密封圈可以用于密封液氮、 液化天然气或者低温气体等超低温介 质， 这些介质分。
17、子量小， 相比常规液压油， 液体等介质更容易泄露。为了保证良好的密封 性与低泄露性， 这就需要密封圈的唇形圈体表面与零件 （沟槽） 接触表面的光洁度非常高， 这样两者才有更好的有效接触。本发明密封圈实施例中， 唇形圈体的外表面经过抛光处 理， 抛光后的唇形圈体的表面光洁度不小于 Ra0.4m， 同时要求沟槽密封面光洁度不小于 Ra0.2m。其中， Ra 为轮廓算术平均偏差值。 0027 另外， 对于超低温介质的密封， 对密封圈的唇形圈体的材料也提出了更高要求， 本 发明实施例采用聚四氟乙烯、 聚三氟氯乙烯、 超高分子聚乙烯等高分子聚合物制成。 实验研 究表明， 上述高分子聚合物具有良好的抗磨损。
18、和抗热性、 低气体渗透率、 良好的低温特性， 主要应用于中等到极端的真空环境的超低温密封。 0028 需要说明的是， 在该实施例中， 弹性补偿元件均采用圆环状的螺旋弹簧， 凹槽相应 设置为环形凹槽， 但本发明并不限定于此， 采用其他形式的弹性补偿元件以及相应的凹槽 均在本发明的保护范围之内。 0029 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述， 每个实施例重点说明的都是与 其他实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。 0030 以上对本发明所提供的一种密封圈， 进行了详细介绍， 本文中应用了具体个例对 本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法 及其核心思想 ； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想， 在具体实施方式及 应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 说 明 书 CN 103791096 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103791096 A 6 2/2 页 7 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103791096 A 7 。