CN102252140B - 一种深低温非金属管路的密封接头 - Google Patents
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Abstract
该发明公开了一种深低温非金属管路的密封接头，用于快速连接输送深低温流体的非金属管路和金属管路，并保持密封。该密封接头包括螺母、金属密封圈、金属连接螺柱、金属内螺柱和非金属连接管路，其密封结构包括管外密封和管内密封：室温时，由螺母、金属密封圈、连接螺柱和连接管路外表面共同作用产生的径向力使圆锥形金属密封圈变形，使金属密封圈和连接管路外表面之间紧密接触，从而达到密封的效果；当温度由室温下降到深低温时，如液氮温度（78K），由于非金属材料的热膨胀系数大于金属材料，使非金属连接管路与插入管内的金属管路由室温时的间隙配合变成紧密配合，从而达到低温密封的目的。该密封接头具有以下特点：结构简单、可快速连接拆卸；可用于从室温到深低温的较大范围，温度波动不会影响密封结果；受压下密封效果好；多次重复使用不会降低密封性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温制冷技术领域的快速连接密封接头，特别是不同热胀冷缩效应的金属-非金属间的连接。
背景技术
密封接头是低温制冷工程领域的必需部件，要求具有快速连接、结构简单及密封好的特点。对于一些特殊的应用场合，如低温流体试验台，需要观察和拍摄液氮、液氧等低温流体单相、多相流动状态及传热传质过程；一些实际低温工程也需要对工质流动进行可视化观察。因此，需要用透明管路代替常规金属管路。常用的可用于深低温的透明管路材料有Pyrex玻璃、一些特殊成型的有机玻璃等。这些材料制成的管路，其端部往往难以再加工成特殊密封结构，如凸起圆环等，即使可加工出凸起结构，其强度也不能满足密封要求。另外，由于用于深低温管路的非金属材料与金属接头间的热膨胀系数相差较大，导致在室温下具有良好密封性能的密封接头，在深低温时密封性能急剧变差。因此，需要一种能够适应不同材料的热胀冷缩效应、且连接管路为管路、用于深低温环境的快速密封接头，满足一些特殊应用场合及实际工程的需要。
现有技术中，已有针对于室温下金属与非金属管路的密封连接结构，中国专利CN 1358950公开了一种金属管与塑料管之间的连接结构，该结构主要通过金属管内壁上的环形槽以及塑料管与金属管之间的“O型圈”和密封胶来密封，径向力由刚性内胀管获得，但该结构金属管路和塑料管连接处需特殊处理（挖槽和凸起），安装前需预热塑料管，安装后不能灵活拆卸。世界专利WO 2011032569公开了一种用于高真空管路的连接密封接头该接头采用螺纹连接和垫片密封形式，侧重于真空或高压管路的密封结构。然而在深低温情况下，由于两种不同材料的热膨胀系数不同，热胀冷缩作用会导致管路密封失效。
也有文献报道了可用于深低温环境下同种材料管路的密封连接结构，世界专利WO 2004033950公开了一种用于液态天然气低温输送管及冷气体返回管中的带有密封垫圈的旋转接头系统，该发明侧重于两段管之间通过接头的旋转运动。中国专利CN 2816544公开了一种低温管路连接接头，该接头通过螺套和螺母连接左、右焊接接头的方式连接管路，并利用密封垫与焊接接头热膨胀系数不同，使接头在低温下密封。中国专利 CN 201715136公开了一种采用榫槽面配合密封结构的超低温管路连接装置，包括制有外螺纹的阴阳接头和制有内螺纹的紧固螺母。上述专利的连接管路及接头材料均为金属。然而对于一些有可视化需求的特殊应用场合，要求有金属与非金属管路间的密封连接，此时由于焊接或粘结等适用于同种材料的密封连接方法不可用，因而需要管内外双重密封特殊的机械结构来满足这一要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于深低温环境、能够适应不同材料的热胀冷缩效应、且连接管路为非金属管路的深低温非金属管路的密封接头。为此，本发明采用以下技术方案：
它包括非金属连接管路、螺母、金属密封圈、金属连接螺柱和金属内螺柱；所述密封接头采用管内密封结构和管外密封结构，所述管外密封结构包含连接管路、金属密封圈、连接螺柱和螺母；所述管内密封结构包括连接管路、内螺柱和连接螺柱。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：
所述的管外密封结构中，连接管路、金属密封圈、连接螺柱和螺母同轴布置，其中连接螺柱为中空变径结构，由前螺柱、中间六边形螺母和后螺柱三个部分组成，前螺柱部分内外表面都为螺纹结构，后螺柱部分为外螺纹结构，后螺柱部分的内径要大于连接管路外径，开口端部为喇叭口。
所述的金属密封圈为两个同轴圆锥串联而成，圆锥一长一短，共享大圆面，小圆面直径略大于连接管路外径，长圆锥斜率与连接螺柱后螺柱的喇叭口相匹配；所述的管外密封结构中，金属密封圈伸入连接螺柱后螺柱的开口端与连接管路之间的空隙，与连接管路外表面和连接螺柱内表面紧密配合。
所述的管内密封结构中，内螺柱从连接螺柱前螺柱的开口端插入到连接螺柱和连接管路内，其中内螺柱与连接螺柱的前螺柱部分螺纹连接，内螺柱与连接管路内表面在室温下间隙配合，在低温流体流经时密封配合。
本发明采用一套结构两种密封方法来连接非金属管路和金属接头。室温时，内螺柱与连接管路间隙配合，靠连接管路的外密封结构以及内螺柱与连接螺柱间的螺纹结构密封。旋转螺母，使螺母和连接螺柱间产生相对运动，挤压双圆锥形金属密封圈产生变形和径向力，使密封圈长圆锥部分和连接管路和连接螺柱紧密配合，达到密封作用。同理，金属密封圈短圆锥部分也和连接管路紧密配合，加强了密封效果。内螺柱和连接螺柱间的密封通过螺纹上缠绕聚四氟乙烯塑胶带来保证。当管路及接头被输送的低温流体降温后，由于非金属材料热膨胀系数不一样，内螺柱与连接管路由间隙配合变为紧密配合，从而达到低温密封作用。所述的低温，是指液氮温区（80K，-193℃）以下的深低温。
由于采用螺纹连接，该结构还具有方便拆卸、重复使用，温度适应范围广等特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明深低温非金属管路密封接头的剖视图。
图中所示：1、连接管路，2、螺母，3、金属密封圈，3-1、大圆面，3-2、小圆面，3-3、长圆锥，3-4、短圆锥，4、中空连接螺柱，4-1、前螺柱，4-2、中间六边形螺母，4-3、后螺柱，5、内螺柱。
图2为本发明深低温非金属管路的密封接头应用于有机玻璃管内液氮两相流动状态实验台的整体示意图。
图中所示：6、液氮导流器，7、连接管路，8、深低温密封接头，9、氮气层流化装置。
具体实施方式
一种深低温非金属管路的密封接头，其特征在于：它包括连接管路1、螺母2、金属密封圈3、连接螺柱4和内螺柱5；所述的连接管路1采用管内密封结构和管外密封结构，所述管外密封结构包含连接管路1、金属密封圈3、连接螺柱4和螺母2；所述管内密封结构包括连接管路1、内螺柱5和连接螺柱4。
所述的深低温非金属管路的密封接头，其特征在于：所述的管外密封结构中，连接管路1、金属密封圈3、连接螺柱4和螺母5同轴布置，其中连接螺柱4为中空变径结构，由前螺柱4-1、中间六边形螺母4-2和后螺柱4-3三个部分组成，前螺柱部分内外表面都为螺纹结构，后螺柱部分为外螺纹结构，其内径要大于连接管路1外径，端部为喇叭口。
所述的深低温非金属管路的密封接头，其特征在于：所述的金属密封圈3为两个同轴圆锥串联而成，圆锥一长一短，共享大圆面3-1，小圆面3-2直径略大于连接管路1外径，长圆锥3-3斜率与连接螺柱4后螺柱的喇叭口相匹配；所述的管外密封结构中，金属密封圈3伸入连接螺柱4后螺柱的开口端与连接管路1之间的空隙，金属密封圈3的部分表面分别与连接管路1外表面和连接螺柱4内表面紧密配合。
所述的深低温非金属管路密封接头，其特征在于：所述的管内密封结构中，内螺柱5从连接螺柱4前螺柱的开口端插入到连接螺柱4和连接管路1内，其中内螺柱5与连接螺柱4螺纹连接，与连接管路1内表面间隙配合。
室温时，内螺柱与连接管路间隙配合，靠连接管路的外密封结构以及内螺柱与连接螺柱间的螺纹结构密封。旋转螺母，使螺母和连接螺柱间产生相对运动，挤压双圆锥形金属密封圈产生变形和径向力，使密封圈长圆锥部分和连接管路和连接螺柱紧密配合，达到密封作用。同理，金属密封圈短圆锥部分也和连接管路紧密配合，加强了密封效果。内螺柱和连接螺柱间的密封通过螺纹上缠绕聚四氟乙烯塑胶带来保证。当管路及接头被输送的低温流体降温后，由于非金属材料热膨胀系数不一样，内螺柱与连接管路由间隙配合变为紧密配合，从而达到低温密封作用。
图2给出了本发明深低温非金属管路的密封接头应用于有机玻璃管内液氮两相流动状态实验台的整体示意图。非金属实验管路7，也即前述的连接管路1两端利用本发明的深低温非金属管路密封接头8与金属管路进行连接，然后再与液氮导流器6、氮气层流化装置9等辅助结构相连接。试验台设计参数如下：
最大工作压力： 0.4MPa
工作温度： 78K（-195℃）
工作介质： 液氮
输送管路长度： 1.6m
输送管外径： 30mm
输送管厚度： 5mm
接头最大直径： 60mm
接头总长度： <60mm
上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (1)
1.一种深低温非金属管路的密封接头，其特征在于：它包括非金属连接管路（1）、螺母（2）、金属密封圈（3）、金属连接螺柱（4）和金属内螺柱（5）；所述密封接头采用管内密封结构和管外密封结构，所述管外密封结构包含连接管路（1）、金属密封圈（3）、连接螺柱（4）和螺母（2）；所述管内密封结构包括连接管路（1）、内螺柱（5）和连接螺柱（4）；
所述的管外密封结构中，连接管路（1）、金属密封圈（3）、连接螺柱（4）和螺母（2）同轴布置，其中连接螺柱（4）为中空变径结构，由前螺柱（4-1）、中间六边形螺母（4-2）和后螺柱（4-3）三个部分组成，前螺柱部分内外表面都为螺纹结构，后螺柱部分为外螺纹结构，后螺柱部分的内径要大于连接管路（1）外径，开口端部为喇叭口；
所述的金属密封圈（3）为两个同轴圆锥串联而成，圆锥一长一短，共享大圆面（3-1），小圆面（3-2）直径略大于连接管路（1）外径，长圆锥（3-3）斜率与连接螺柱（4）后螺柱的喇叭口相匹配；所述的管外密封结构中，金属密封圈（3）伸入连接螺柱（4）后螺柱的开口端与连接管路（1）之间的空隙，与连接管路（1）外表面和连接螺柱（4）内表面紧密配合；
所述的管内密封结构中，内螺柱（5）从连接螺柱（4）前螺柱的开口端插入到连接螺柱（4）和连接管路（1）内，其中内螺柱（5）与连接螺柱（4）的前螺柱部分螺纹连接，内螺柱（5）与连接管路（1）内表面在室温下间隙配合，在低温流体流经时密封配合。
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