CN105840829A - 一种冲击旋转高压密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击旋转高压密封装置，包括密封筒（10）、密封套（4）、端盖（8）、导向套（6）、外端盖（7）和钎杆组件（11），密封套、端盖、导向套和外端盖均左右对称设置为两件安装在密封筒上，钎杆组件穿接在密封筒的轴心位置，包括加强套（11‑2）和钎杆（11‑3）；密封套和端盖的外圆周和内圆周上均设有沿圆周方向的密封槽，密封槽内安装有密封圈Ⅰ（1）、密封圈Ⅱ（2）和密封圈Ⅲ（5）；导向套安装在端盖的导向套定位安装槽内。本冲击旋转高压密封装置结构紧凑，能够安全无泄漏地将高压工作介质密封在密封腔内，进而实现维持正常高压工作条件、降低安全隐患，适用于如凿岩机、钻井机等冲击旋转工作情况下的高压密封。

Description

一种冲击旋转高压密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，具体是一种适用于冲击旋转情况下的高压密封装置，属于凿岩机装备技术领域。

背景技术

冲击旋转方式通常应用于采掘与开挖岩石工程中，通常是钻头或钎头一边旋转钻入一边冲击岩层，冲击载荷超过岩石的破碎强度，加上回转产生的剪切岩石的作用，这种冲击旋转方式破碎岩石的效果显著提高。

冲击凿岩是破碎中硬以上岩石的主要工序，在采掘与开挖岩石工程中广泛应用，以凿岩机为例，凿岩机输出的能量借助钎杆和钎头（凿岩钎具）传递给岩石，达到破碎岩石形成炮孔的目的，液压凿岩机是近年来在气动凿岩机的基础上发展起来的一种凿岩机，是以高压液体作动力的一种新型掘进凿岩设备，目前广泛应用于矿山巷道和交通隧道掘进中的大断面作业场所。

液压凿岩机主要由冲击部分（活塞和缸体）、控制部分（控制阀）、蓄能器和连接孔道组成，冲击部分和连接孔道部分均设有密封装置，密封装置是用来防止工作介质从设备中泄漏或防止外界杂质侵入设备内部的一种装置，其中液压凿岩机连接孔道部分的密封装置对维持液压凿岩机的正常高压工作条件、保证设备及人身的安全、防止或减少物料和能源的消耗、提高设备的工作效率等方面起着至关重要的作用。

现有的液压凿岩机的连接孔道部分一般均不同程度上存在泄露问题，特别是高速旋转并且伴有旋转轴轴向位移工况下动态密封的渗漏现象更为常见。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种冲击旋转高压密封装置，结构紧凑，能够安全无泄漏地将高压工作介质密封在密封腔内，进而实现维持正常高压工作条件、降低安全隐患的目的。

为实现上述目的，本冲击旋转高压密封装置包括密封筒、密封套、端盖、导向套、外端盖和钎杆组件；密封套、端盖、导向套和外端盖均左右对称设置为两件；

所述的钎杆组件穿接在密封筒的轴心位置，钎杆组件包括加强套和钎杆，钎杆是中空结构，圆柱套型的加强套固定套装在钎杆上、且加强套与钎杆之间密封安装连接，钎杆的前端密封安装有钻头、后端密封安装有水堵，加强套和钎杆上的中间位置沿径向方向设有通孔；

所述的密封筒是左右对称的横置筒型结构，筒型结构的密封筒的外表面通过支撑板固定设置在底板上，底板固定安装在前后导向机构上；筒型结构的密封筒的内表面中部位置设有向内凸出的定位台阶；密封筒的中部位置、对应加强套和钎杆的通孔的位置设有入水口；

所述的密封套套接安装在密封筒内的加强套上、并内端面顶靠在密封筒的定位台阶上，密封套的内径尺寸与加强套的外径尺寸间隙配合，密封套的外径尺寸与密封筒的内径尺寸间隙配合，密封套的外圆周和内圆周上均设有沿圆周方向的密封槽，密封槽内安装有与密封筒的内径尺寸配合的密封圈Ⅰ和与加强套的外径尺寸配合的密封圈Ⅱ；

所述的端盖是具有定位安装台阶的套结构、套接安装在密封筒内的加强套上、并内端面顶靠在密封套的外端面上，端盖套结构的内径尺寸与加强套的外径尺寸间隙配合，端盖套结构的外径尺寸与密封筒的内径尺寸间隙配合，端盖套结构的外圆周和内圆周上均设有沿圆周方向的密封槽，密封槽内安装有与密封筒的内径尺寸配合的密封圈Ⅰ和与加强套的外径尺寸配合的密封圈Ⅲ，端盖套结构的外端面内圆周位置上还设有导向套定位安装槽；

所述的导向套套接安装在密封筒内的加强套上、并内端面顶靠在端盖的导向套定位安装槽的定位端面上，导向套的内径尺寸与加强套的外径尺寸配合，导向套的外径尺寸与端盖的导向套定位安装槽的内径尺寸配合；

所述的外端盖是具有定位安装台阶的套结构、套接安装在密封筒内的加强套上、并内端面顶靠在导向套的外端面上，外端盖的安装台阶内端面与端盖的安装台阶外端面贴合、并整体通过安装螺栓定位安装在密封筒的端部外安装面上。

作为本发明的进一步改进方案，所述的密封筒的内表面中部位置对应加强套和钎杆的通孔的位置设有内径尺寸大于加强套外径尺寸的容纳腔。

作为本发明的进一步改进方案，所述的密封筒内部还安装有水套，水套安装在密封筒内部的定位台阶上，且水套的外径尺寸与密封筒内部的定位台阶的内径尺寸紧配合、水套的内径尺寸与钎杆组件的外径尺寸间隙配合，水套左右两端面凸出于密封筒内部的定位台阶的左右两端面。

作为本发明的进一步改进方案，所述的密封套是车式密封套，车式密封套的外圆周和内圆周上的密封槽均设置为两道，所述的密封圈Ⅰ和密封圈Ⅱ均配套设置为两件。

作为本发明的一种实施方式，所述的密封圈Ⅱ是齿形滑环式组合密封圈。

作为本发明的优选方案，所述的密封套的内圆周上设置的密封槽是设置在密封套的内圆两端面上的开式密封槽结构，所述的齿形滑环式组合密封圈一端顶靠在开式密封槽的内端面、另一端分别顶靠在水套和端盖上。

作为本发明的进一步改进方案，所述的端盖上与加强套的外径尺寸配合的密封圈Ⅲ是唇形密封圈。

作为本发明的进一步改进方案，所述的端盖的安装台阶内端面与密封筒端部外安装面之间设置密封垫。

作为本发明的进一步改进方案，所述的密封套是填料密封套，填料密封套的外圆周和内圆周上的密封槽均设置为两道、且填料密封套内圆周上设置的密封槽是设置在填料密封套的内圆两端面上的开式密封槽结构，所述的密封圈Ⅱ一端顶靠在开式密封槽的内端面、另一端分别顶靠在水套和端盖上，所述的顶靠水套的密封圈Ⅱ是V型填料密封，所述的顶靠端盖的密封圈Ⅱ是齿形滑环式组合密封圈。

作为本发明的进一步改进方案，所述的导向套是铜质导向套。

与现有技术相比，本冲击旋转高压密封装置由于在密封筒两端设有密封套和端盖，密封套和端盖上均设有密封圈，因此可以对密封筒内的高压水形成双重密封作用，进而保证密封效果；由于在密封套的外端面内圆周位置上设有与加强套的外径尺寸配合的导向套，因此可以限制钎杆组件的径向跳动；由于在密封筒的内表面中部位置对应加强套和钎杆的通孔的位置设有内径尺寸大于加强套外径尺寸的容纳腔，因此可以使高压水在容纳腔内任意位置的加强套和钎杆的通孔进入钎杆内部；由于密封圈Ⅱ采用齿形滑环式组合密封圈，因此可以有效利用O型密封圈在流体作用下的自密封作用，实现更好的密封效果；在密封套采用填料密封套时可以实现更高水压条件下的密封；冲击旋转高压密封装置，结构紧凑，能够安全无泄漏地将高压工作介质密封在密封腔内，进而实现维持正常高压工作条件、降低安全隐患的目的，适用于如凿岩机、钻井机等冲击旋转工作情况下的高压密封。

附图说明

图1是本发明的结构示图；

图2是图1的P向视图；

图3是本发明采用填料密封套时的结构示意图；

图4是图3的Q向视图；

图5是本发明钎杆组件的结构示图；

图6是本发明与液压凿岩机配合使用时的结构示图。

图中：1、密封圈Ⅰ，2、密封圈Ⅱ，3、水套，4、密封套，5、密封圈Ⅲ，6、导向套，7、外端盖，8、端盖，9、支撑板，10、密封筒，11、钎杆组件，11-1、水堵，11-2、加强套，11-3、钎杆，11-4、钻头，12、底板，15、前后导向机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，本冲击旋转高压密封装置包括密封筒10、密封套4、端盖8、导向套6、外端盖7和钎杆组件11；密封套4、端盖8、导向套6和外端盖7均设置为两件，左右对称安装在密封筒10上。

所述的钎杆组件11穿接在密封筒10的轴心位置，如图5所示，钎杆组件11包括加强套11-2和钎杆11-3，钎杆11-3是中空结构，圆柱套型的加强套11-2固定套装在钎杆11-3上、且加强套11-2与钎杆11-3之间密封安装连接，钎杆11-3的前端密封安装有钻头11-4、后端密封安装有水堵11-1，加强套11-2和钎杆11-3上位于密封筒10内部的中间位置沿径向方向设有通孔。

所述的密封筒10是左右对称的横置筒型结构，筒型结构的密封筒10的外表面通过支撑板9固定设置在底板12上，如图6所示，底板12固定安装在前后导向机构15上，整个装置可以跟随液压凿岩机一起在前后导向机构15上前后移动；筒型结构的密封筒10的内表面中部位置设有向内凸出的定位台阶；密封筒10的中部位置、对应加强套11-2和钎杆11-3的通孔的位置设有入水口。

所述的密封套4套接安装在密封筒10内的加强套11-2上、并内端面顶靠在密封筒10的定位台阶上，密封套4的内径尺寸与加强套11-2的外径尺寸间隙配合，密封套4的外径尺寸与密封筒10的内径尺寸间隙配合，密封套4的外圆周和内圆周上均设有沿圆周方向的密封槽，密封槽内安装有与密封筒10的内径尺寸配合的密封圈Ⅰ1和与加强套11-2的外径尺寸配合的密封圈Ⅱ2。

所述的端盖8是具有定位安装台阶的套结构、套接安装在密封筒10内的加强套11-2上、并内端面顶靠在密封套4的外端面上，端盖8套结构的内径尺寸与加强套11-2的外径尺寸间隙配合，端盖8套结构的外径尺寸与密封筒10的内径尺寸间隙配合，端盖8套结构的外圆周和内圆周上均设有沿圆周方向的密封槽，密封槽内安装有与密封筒10的内径尺寸配合的密封圈Ⅰ1和与加强套11-2的外径尺寸配合的密封圈Ⅲ5，端盖8套结构的外端面内圆周位置上还设有导向套定位安装槽。

所述的导向套6套接安装在密封筒10内的加强套11-2上、并内端面顶靠在端盖8的导向套定位安装槽的定位端面上，导向套6的内径尺寸与加强套11-2的外径尺寸配合，导向套6的外径尺寸与端盖8的导向套定位安装槽的内径尺寸配合，导向套6可以限制钎杆组件11的径向跳动。

所述的外端盖7是具有定位安装台阶的套结构、套接安装在密封筒10内的加强套11-2上、并内端面顶靠在导向套6的外端面上实现对导向套6的轴向定位，外端盖7的安装台阶内端面与端盖8的安装台阶外端面贴合、并整体通过安装螺栓定位安装在密封筒10的端部外安装面上，通过调节端盖8的安装台阶内端面与密封筒10端部外安装面之间的距离可以实现对密封套4的压紧定位程度。

以液压凿岩机为例，如图6所示，将本冲击旋转高压密封装置的钎杆11-3后端与液压凿岩机安装连接后即与液压凿岩机成为一个整体，并将高压管路一端连通高压水源、另一端与密封筒10的入水口连接；工作状态时，液压凿岩机前后移动带动整个装置在前后导向机构15上前后移动，同时液压凿岩机驱动钎杆11-3绕其轴向旋转，进而使钎杆11-3前端的钻头11-4对岩层一边进行冲击一边进行回转剪切；同时，高压水自密封筒10的入水口位置进入密封筒10的内部，由于在密封套4和端盖8的协同密封作用下，高压水被密封在密封筒10内并经钎杆11-3中空的内部自钻头11-4上的冲击孔中喷射而出，进而实现在工作过程中对岩层进行进一步冲蚀、加速岩层破碎。

为了实现高压水顺利经加强套11-2和钎杆11-3的通孔进入钎杆11-3内部，作为本发明的进一步改进方案，所述的密封筒10的内表面中部位置对应加强套11-2和钎杆11-3的通孔的位置设有内径尺寸大于加强套11-2外径尺寸的容纳腔，高压水先经密封筒10的入水口充满容纳腔、再经任意位置的加强套11-2和钎杆11-3的通孔进入钎杆11-3内部。

所述的筒型结构的密封筒10通常使用铸件或锻件，设置尺寸较大的定位台阶比较浪费材料，因此为了节约材料、降低成本，作为本发明的进一步改进方案，所述的密封筒10内部还安装有水套3，水套3安装在密封筒10内部的定位台阶上，且水套3的外径尺寸与密封筒10内部的定位台阶的内径尺寸紧配合、水套3的内径尺寸与钎杆组件11的外径尺寸间隙配合，水套3左右两端面凸出于密封筒10内部的定位台阶的左右两端面；单独设置加工的水套3可以减小密封筒10定位台阶的加工尺寸，进而实现节约成本的目的。

为了进一步增加密封效果，作为本发明的进一步改进方案，所述的密封套4是车式密封套，车式密封套的外圆周和内圆周上的密封槽均设置为两道，所述的密封圈Ⅰ1和密封圈Ⅱ2均配套设置为两件。

由于齿形滑环式组合密封圈可有效利用O型密封圈在流体作用下的自密封作用，因此为了进一步保证密封套4的密封效果，作为本发明的一种实施方式，所述的密封圈Ⅱ2是齿形滑环式组合密封圈。

齿形滑环式组合密封圈在杆径尺寸不大于70mm的情形下采用开式密封槽的密封效果更好，由于加强套11-2的外径尺寸通常不会大于70mm，因此优选采用开式密封槽，即，作为本发明的优选方案，所述的密封套4的内圆周上设置的密封槽是设置在密封套4的内圆两端面上的开式密封槽结构，所述的齿形滑环式组合密封圈一端顶靠在开式密封槽的内端面、另一端分别顶靠在水套3和端盖8上。

为了进一步增加密封效果，作为本发明的进一步改进方案，所述的端盖8上与加强套11-2的外径尺寸配合的密封圈Ⅲ5是唇形密封圈。

为了进一步增加密封效果、防止高压水自端盖8的安装台阶内端面与密封筒10端部外安装面之间渗漏，作为本发明的进一步改进方案，所述的端盖8的安装台阶内端面与密封筒10端部外安装面之间设置密封垫。

为了加大适用范围、使本冲击旋转高压密封装置适用于更高水压的场合，作为本发明的进一步改进方案，如图3、图4所示，所述的密封套4是填料密封套，填料密封套的外圆周和内圆周上的密封槽均设置为两道、且填料密封套内圆周上设置的密封槽是设置在填料密封套的内圆两端面上的开式密封槽结构，所述的密封圈Ⅱ2一端顶靠在开式密封槽的内端面、另一端分别顶靠在水套3和端盖8上，所述的顶靠水套3的密封圈Ⅱ2是V型填料密封，所述的顶靠端盖8的密封圈Ⅱ2是齿形滑环式组合密封圈。

为了保证导向效果并增加耐磨性，作为本发明的进一步改进方案，所述的导向套6是铜质导向套。

本冲击旋转高压密封装置由于在密封筒10两端设有密封套4和端盖8，密封套4和端盖8上均设有密封圈，因此可以对密封筒10内的高压水形成双重密封作用，进而保证密封效果；由于在密封套4的外端面内圆周位置上设有与加强套11-2的外径尺寸配合的导向套6，因此可以限制钎杆组件11的径向跳动；由于在密封筒10的内表面中部位置对应加强套11-2和钎杆11-3的通孔的位置设有内径尺寸大于加强套11-2外径尺寸的容纳腔，因此可以使高压水在容纳腔内任意位置的加强套11-2和钎杆11-3的通孔进入钎杆11-3内部；由于密封圈Ⅱ2采用齿形滑环式组合密封圈，因此可以有效利用O型密封圈在流体作用下的自密封作用，实现更好的密封效果；在密封套4采用填料密封套时可以实现更高水压条件下的密封；冲击旋转高压密封装置，结构紧凑，能够安全无泄漏地将高压工作介质密封在密封腔内，进而实现维持正常高压工作条件、降低安全隐患的目的，适用于如凿岩机、钻井机等冲击旋转工作情况下的高压密封。

Claims (10)

1.一种冲击旋转高压密封装置，其特征在于，包括密封筒（10）、密封套（4）、端盖（8）、导向套（6）、外端盖（7）和钎杆组件（11）；密封套（4）、端盖（8）、导向套（6）和外端盖（7）均左右对称设置为两件；

所述的钎杆组件（11）穿接在密封筒（10）的轴心位置，钎杆组件（11）包括加强套（11-2）和钎杆（11-3），钎杆（11-3）是中空结构，圆柱套型的加强套（11-2）固定套装在钎杆（11-3）上、且加强套（11-2）与钎杆（11-3）之间密封安装连接，钎杆（11-3）的前端密封安装有钻头（11-4）、后端密封安装有水堵（11-1），加强套（11-2）和钎杆（11-3）上的中间位置沿径向方向设有通孔；

所述的密封筒（10）是左右对称的横置筒型结构，筒型结构的密封筒（10）的外表面通过支撑板（9）固定设置在底板（12）上，底板（12）固定安装在前后导向机构（15）上；筒型结构的密封筒（10）的内表面中部位置设有向内凸出的定位台阶；密封筒（10）的中部位置、对应加强套（11-2）和钎杆（11-3）的通孔的位置设有入水口；

所述的密封套（4）套接安装在密封筒（10）内的加强套（11-2）上、并内端面顶靠在密封筒（10）的定位台阶上，密封套（4）的内径尺寸与加强套（11-2）的外径尺寸间隙配合，密封套（4）的外径尺寸与密封筒（10）的内径尺寸间隙配合，密封套（4）的外圆周和内圆周上均设有沿圆周方向的密封槽，密封槽内安装有与密封筒（10）的内径尺寸配合的密封圈Ⅰ（1）和与加强套（11-2）的外径尺寸配合的密封圈Ⅱ（2）；

所述的端盖（8）是具有定位安装台阶的套结构、套接安装在密封筒（10）内的加强套（11-2）上、并内端面顶靠在密封套（4）的外端面上，端盖（8）套结构的内径尺寸与加强套（11-2）的外径尺寸间隙配合，端盖（8）套结构的外径尺寸与密封筒（10）的内径尺寸间隙配合，端盖（8）套结构的外圆周和内圆周上均设有沿圆周方向的密封槽，密封槽内安装有与密封筒（10）的内径尺寸配合的密封圈Ⅰ（1）和与加强套（11-2）的外径尺寸配合的密封圈Ⅲ（5），端盖（8）套结构的外端面内圆周位置上还设有导向套定位安装槽；

所述的导向套（6）套接安装在密封筒（10）内的加强套（11-2）上、并内端面顶靠在端盖（8）的导向套定位安装槽的定位端面上，导向套（6）的内径尺寸与加强套（11-2）的外径尺寸配合，导向套（6）的外径尺寸与端盖（8）的导向套定位安装槽的内径尺寸配合；

所述的外端盖（7）是具有定位安装台阶的套结构、套接安装在密封筒（10）内的加强套（11-2）上、并内端面顶靠在导向套（6）的外端面上，外端盖（7）的安装台阶内端面与端盖（8）的安装台阶外端面贴合、并整体通过安装螺栓定位安装在密封筒（10）的端部外安装面上。

2.根据权利要求1所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的密封筒（10）的内表面中部位置对应加强套（11-2）和钎杆（11-3）的通孔的位置设有内径尺寸大于加强套（11-2）外径尺寸的容纳腔。

3.根据权利要求1或2所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的密封筒（10）内部还安装有水套（3），水套（3）安装在密封筒（10）内部的定位台阶上，且水套（3）的外径尺寸与密封筒（10）内部的定位台阶的内径尺寸紧配合、水套（3）的内径尺寸与钎杆组件（11）的外径尺寸间隙配合，水套（3）左右两端面凸出于密封筒（10）内部的定位台阶的左右两端面。

4.根据权利要求3所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的密封套（4）是车式密封套，车式密封套的外圆周和内圆周上的密封槽均设置为两道，所述的密封圈Ⅰ（1）和密封圈Ⅱ（2）均配套设置为两件。

5.根据权利要求4所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的密封圈Ⅱ（2）是齿形滑环式组合密封圈。

6.根据权利要求5所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的密封套（4）的内圆周上设置的密封槽是设置在密封套（4）的内圆两端面上的开式密封槽结构，所述的齿形滑环式组合密封圈一端顶靠在开式密封槽的内端面、另一端分别顶靠在水套（3）和端盖（8）上。

7.根据权利要求4所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的端盖（8）上与加强套（11-2）的外径尺寸配合的密封圈Ⅲ（5）是唇形密封圈。

8.根据权利要求1或2所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的端盖（8）的安装台阶内端面与密封筒（10）端部外安装面之间设置密封垫。

9.根据权利要求3所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的密封套（4）是填料密封套，填料密封套的外圆周和内圆周上的密封槽均设置为两道、且填料密封套内圆周上设置的密封槽是设置在填料密封套的内圆两端面上的开式密封槽结构，所述的密封圈Ⅱ（2）一端顶靠在开式密封槽的内端面、另一端分别顶靠在水套（3）和端盖（8）上，所述的顶靠水套（3）的密封圈Ⅱ（2）是V型填料密封，所述的顶靠端盖（8）的密封圈Ⅱ（2）是齿形滑环式组合密封圈。

10.根据权利要求1或2所述的冲击旋转高压密封装置，其特征在于，所述的导向套（6）是铜质导向套。