CN102367871B - 用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构及应用，其采用法兰双道密封结构形式，内侧密封采用榫槽和垫片，外侧密封采用橡胶密封件，解决了强腐蚀介质环境下密封结构在变形条件下的密封问题，所述变形来自于常温装配产生的变形以及高温密封使用过程中产生的变形，其中常温装配产生的变形使上下法兰面外侧开缝最大达到0.2mm；高温密封使用过程中产生的变形使得法兰内部开缝最大达到3mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝最大达到2mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种法兰密封结构，具体涉及一种用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构及应用。
背景技术
橡胶密封件以其密封结构形式简单、密封可靠性高而受到广泛的应用。在密封技术要求允许的前提下，橡胶密封件历来是首选的密封技术方案。通常，根据使用温度、使用环境、密封压力等要求，选用相应橡胶密封件，同时要求上下法兰密封面达到紧密无缝连接，从而保证可靠密封要求。然而，在某些特定情况下，由于受到装配空间条件约束以及减重要求的制约，无法设计大型的厚重密封结构，要求密封结构的法兰设计必须重量轻、厚度薄、装配灵活，该种密封结构在装配过程中会产生变形，并且在高温使用过程中也会产生变形，这些变形均导致法兰密封面开缝增加，因此，使用橡胶密封件的传统密封结构设计，无法满足密封使用要求，需要开展满足关于橡胶密封件密封使用的轻质、装配灵活以及使用过程中产生变形的密封结构研究。另一方面，普通橡胶材料在与强腐蚀介质接触后在高温密封使用过程会产生多余物，影响阀门等精密系统的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构及应用，其在低温至其极限高温的宽温域使用过程中产生法兰变形、并且橡胶密封件与强腐蚀性介质接触后在其极限高温下密封使用后不产生多余物。其中所述的法兰变形来自于常温装配产生的变形以及高温密封使用过程中产生的变形，常温装配产生的变形使上下法兰面外侧开缝最大达到0.2mm；高温密封使用过程中产生的变形使得法兰内部开缝最大达到3mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝最大达到2mm。
本发明所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其中上法兰和下法兰对接，并且通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件穿过上法兰和下法兰实现上下法兰的紧固连接；在与上法兰接触的下法兰端面上开设两道环槽；外侧的一道环槽为装配橡胶密封件的密封槽，内侧的一道环槽为装配垫片的榫槽；在对应装配垫片的榫槽位置处的上法兰端面上延伸出一个凸台，该凸台嵌入装配垫片的榫槽内，凸台的高度值与装配垫片的榫槽的深度相等并且大于法兰内部开缝值；在装配橡胶密封件的密封槽内放置橡胶密封件，该橡胶密封件的压缩量在25～40％；在装配垫片的榫槽内放置与其形状相配合的垫片，该垫片的高度以装配施加法兰预紧力的部件后上法兰和下法兰端面之间外侧开缝小于等于0.2mm为基准。
本发明所述的另一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其中下法兰嵌入上法兰内，再通过活套环卡住下法兰，同时通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件穿过活套环和上法兰实现上下法兰的紧固连接；在与上法兰接触的下法兰顶端外侧面上开设一道环槽，为装配橡胶密封件的密封槽；在与上法兰接触的下法兰端面上还开设一道环槽，为装配垫片的榫槽，在对应装配垫片的榫槽位置处的上法兰端面上延伸出一个凸台，该凸台嵌入装配垫片的榫槽内，凸台的高度值与装配垫片的榫槽的深度相等并且大于法兰内部开缝值；在装配橡胶密封件的密封槽内放置橡胶密封件，该橡胶密封件的压缩量在25～40％；在装配垫片的榫槽内放置与其形状相配合的垫片，该垫片的高度以装配施加法兰预紧力的部件后上法兰和下法兰端面之间外侧开缝小于等于0.2mm为基准。
本发明所述的另一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其中下法兰与上法兰对接，下法兰的外径小于上法兰的外径，再通过活套环卡住下法兰，同时通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件穿过活套环和上法兰实现上下法兰的紧固连接，其在与上法兰接触的下法兰端面上开设两道环槽，外侧的一道环槽为装配橡胶密封件的密封槽，内侧的一道环槽为装配垫片的榫槽；在对应装配垫片的榫槽位置处的上法兰端面上延伸出一个凸台，该凸台嵌入装配垫片的榫槽内，凸台的高度值与装配垫片的榫槽的深度相等并且大于法兰内部开缝值；在装配橡胶密封件的密封槽内放置橡胶密封件，该橡胶密封件的压缩量在25～40％；在装配垫片的榫槽内放置与其形状相配合的垫片，该垫片的高度以装配施加法兰预紧力的部件后上法兰和下法兰端面之间外侧开缝小于等于0.2mm为基准。
如上所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其所述的开设在下法兰端面上的装配垫片的榫槽底部开设一个或多个三角槽，与其对应的在上法兰端面上延伸出的凸台底端开设相配合的一个或多个三角凸起。
如上所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其所述的开设在下法兰端面上的装配垫片的榫槽中榫和槽侧壁的配合间隙为0.05～0.6mm。
如上所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其所述放置在装配垫片的榫槽内的垫片材料选用聚四氟乙烯或软铝材料；所述垫片的内径和外径尺寸以与榫槽的内径和外径尺寸达到紧密配合为准。
如上所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其所述的放置在装配橡胶密封件的密封槽内的橡胶密封件材料选用氟橡胶或氟醚橡胶或乙丙橡胶。
如上所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其所述的上法兰和下法兰选用钢或铝材料；所述的上法兰或下法兰的端面厚度在8mm～10mm；所述的施加法兰预紧力的部件为螺栓和螺母。
本发明所述的用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构的应用，该法兰榫槽双道密封结构应用于-60℃至橡胶密封件极限高温的宽温域密封使用；使用过程中法兰产生变形条件下、并且橡胶密封件与强腐蚀性介质接触后在其极限高温使用而不产生多余物。
如上所述的一种用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构的应用，其所述的法兰变形来自于常温装配产生的变形以及高温密封使用过程中产生的变形，常温装配产生的变形使上下法兰面外侧开缝最大达到0.2mm；高温密封使用过程中产生的变形使得法兰内部开缝最大达到3mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝最大达到2mm。
本发明的效果在于：
本发明所述的用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构，其采用法兰双道密封结构形式，内侧密封采用榫槽和垫片，外侧密封采用橡胶密封件，解决了强腐蚀介质环境下密封结构在变形条件下的密封问题，所述变形来自于常温装配产生的变形以及高温密封使用过程中产生的变形，其中常温装配产生的变形使上下法兰面外侧开缝最大达到0.2mm；高温密封使用过程中产生的变形使得法兰内部开缝最大达到3mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝最大达到2mm。
本发明分别进行了上述密封结构在-60℃～橡胶密封件极限高温的宽温域使用过程中法兰产生变形条件下、并且橡胶密封件与强腐蚀性介质接触后在其极限高温使用的密封模拟考核试验，试验结果表明密封结构没有发生泄漏，并且没有产生多余物。其中，常温装配产生的变形使上下法兰面外侧开缝最大达到0.2mm；高温密封使用过程中产生的变形使得法兰内部开缝最大达到3mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝最大达到2mm。
附图说明
图1为实施例1所述的一种法兰榫槽双道密封结构示意图；
图2为实施例3所述的一种法兰榫槽双道密封结构示意图；
图3为实施例5所述的一种法兰榫槽双道密封结构示意图；
图4为榫槽与上法兰配合示意图。
图中：1-上法兰；2-下法兰；3-装配垫片的榫槽；4-装配橡胶密封件的密封槽；5-施加法兰预紧力的部件；6-活套环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构及应用作进一步描述。
实施例1
如图1所示，该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构，其上法兰1和下法兰2对接，并且通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件5(采用螺栓和螺母)穿过上法兰1和下法兰2外沿实现上下法兰的紧固连接。上法兰的材质为5A06，上法兰端面厚度为8mm；下法兰的材质为1Cr18Ni9Ti，下法兰端面厚度为8mm。
在与上法兰1接触的下法兰2端面上开设两道环槽。
下法兰2端面上外侧的一道环槽为装配橡胶密封件的密封槽4。密封槽4的宽度为4mm，深度为2.25mm。在装配橡胶密封件的密封槽4内放置橡胶密封件，该橡胶密封件为Ф3的氟醚橡胶O形密封件，该橡胶密封件的压缩量在25％。
如图4所示，下法兰2端面上内侧的一道环槽为装配垫片的榫槽3。在对应装配垫片的榫槽3位置处的上法兰1端面上延伸出一个凸台，凸台嵌入装配垫片的榫槽3内。该凸台的名义高度值H1与装配垫片的榫槽3的名义深度值H2相等，即H1＝H2＝4mm，其中的公差为
装配垫片的榫槽3底部开设一个边长为0.45mm的等边三角形槽，与其对应的在上法兰1端面上延伸出的凸台底端开设相配合的一个边长为0.45mm的等边三角形凸起。榫槽3中的榫和槽侧壁的配合间隙为0.5mm。
在装配垫片的榫槽3内放置与其形状相配合的聚四氟乙烯垫片，垫片的高度为该垫片的内径和外径尺寸以与榫槽3的内径和外径尺寸达到紧密贴合为准。
该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构的装配过程如下：将聚四氟乙烯垫片安装于榫槽3中，将氟醚橡胶O形密封件安装于密封槽4中，然后采用力矩扳手，将施加法兰预紧力的部件5(采用螺栓和螺母)各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到20N.m，然后，沿圆周方向校准力矩两次。采用塞规，测得上下法兰外侧最大间隙为0.2mm。
针对上述装配的法兰榫槽双道密封结构，分别进行了-60℃密封试验、与四氧化二氮气相介质在40℃接触150小时(接触压力为0.4MPa)条件下的密封试验、与四氧化二氮气相介质接触后的常温、低温-20℃以及高温355℃(试验时间10分钟，试验压力0.9MPa；对法兰施加轴向力15000N、侧向力4500N、法兰弯矩450N.m；施加振动载荷25.1g)密封试验，试验结果表明：在上述试验过程中均没有发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.52mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到1.58mm，试验工装的腔体内没有多余物。
作为对比，针对不包括装配聚四氟乙烯垫片榫槽的单道密封结构(其它条件同上所述)，分别进行了相应试验，试验结果表明：-60℃密封试验过程发生泄漏、介质接触过程以及介质接触后的常温、低温密封试验过程没有发生泄漏、高温355℃密封试验过程发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.51mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到1.52mm，氟醚橡胶密封件挤出至试验工装腔体内边缘。
实施例2
如图1所示，该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构，其上法兰1和下法兰2对接，并且通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件5(采用螺栓和螺母)穿过上法兰1和下法兰2外沿实现上下法兰的紧固连接。上法兰的材质为2A14，上法兰端面厚度为8mm；下法兰的材质为1Cr18Ni9Ti，下法兰端面厚度为8mm。
在与上法兰1接触的下法兰2端面上开设两道环槽。
下法兰2端面上外侧的一道环槽为装配橡胶密封件的密封槽4。密封槽4的宽度为4mm，深度为1.8mm。在装配橡胶密封件的密封槽4内放置橡胶密封件，该橡胶密封件为Ф3的氟橡胶O形密封件，该橡胶密封件的压缩量在40％。
下法兰2端面上内侧的一道环槽为装配垫片的榫槽3。在对应装配垫片的榫槽3位置处的上法兰1端面上延伸出一个凸台，凸台嵌入装配垫片的榫槽3内。该凸台的名义高度值H1与装配垫片的榫槽3的名义深度值H2相等，即H1＝H2＝2.8mm，其中的公差为
装配垫片的榫槽3底部开设一个顶点向下的边长为0.45mm的等边三角形槽，与其对应的在上法兰1端面上延伸出的凸台底端开设相配合的一个边长为0.45mm的等边三角形凸起。榫槽3中的榫和槽侧壁的配合间隙为0.6mm。
在装配垫片的榫槽3内放置与其形状相配合的聚四氟乙烯垫片，垫片的高度为该垫片的内径和外径尺寸以与榫槽3的内径和外径尺寸达到紧密贴合为准。
该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构的装配过程如下：将聚四氟乙烯垫片安装于榫槽3中，将氟橡胶O形密封件安装于密封槽4中，然后采用力矩扳手，将施加法兰预紧力的部件5(采用螺栓和螺母)各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到20N.m，然后，沿圆周方向校准力矩两次。采用塞规，测得上下法兰外侧最大间隙为0.2mm。
针对上述装配的密封结构，分别进行了-60℃密封试验、与偏二甲肼气相介质在40℃接触150小时(接触压力为0.5MPa)条件下的密封试验、与偏二甲肼气相介质接触后的常温、低温-20℃以及高温345℃(试验时间12分钟，试验压力0.95MPa；对法兰施加轴向力14500N、侧向力5500N、法兰弯矩550N.m；施加振动载荷24.8g)密封试验，试验结果表明：在上述试验过程中均没有发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.42mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到1.45mm，试验工装的腔体内没有多余物。
作为对比，针对不包括装配聚四氟乙烯垫片榫槽的单道密封结构(其它条件同上所述)，分别进行了相应密封试验，试验结果表明：-60℃密封试验过程发生泄漏、介质接触过程以及介质接触后的常温、低温密封试验过程没有发生泄漏、高温345℃密封试验过程发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.4mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到1.45mm，试验工装腔体内有黑色漆状物。
另外作为对比，将上述单道密封结构中的氟橡胶密封件替换为空心金属O形环，密封槽的宽度设计为4.2mm，槽深设计为1.8mm，该槽中放置断面尺寸为Ф3的空心金属O形环密封件，其它条件同上所述，分别进行了相应密封试验，试验结果表明：-60℃密封试验、介质接触过程以及介质接触后的常温、低温密封试验过程没有发生泄漏、高温345℃密封试验过程发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.39mm，放置密封件处的密封面开缝达到1.42mm，试验工装腔体内无多余物。
实施例3
如图2所示，该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构，其下法兰2嵌入上法兰1内，再通过活套环6卡住下法兰2，同时通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件5(采用螺栓和螺母)穿过活套环6和上法兰1实现上下法兰的紧固连接。上法兰的材质为5A06，上法兰端面厚度为16mm；下法兰的材质为1Cr18Ni9Ti，下法兰端面厚度为8mm。
在与上法兰1接触的下法兰2顶端外侧面上开设一道环槽，为装配橡胶密封件的密封槽4。密封槽4的宽度为2.25mm，深度为4mm。在装配橡胶密封件的密封槽4内放置橡胶密封件，该橡胶密封件为断面尺寸为Ф3的氟醚橡胶O形密封件，橡胶密封件压缩量25％。
如图4所示，在与上法兰1接触的下法兰2端面上还开设一道环槽，为装配垫片的榫槽3，在对应装配垫片的榫槽3位置处的上法兰1端面上延伸出一个凸台，该凸台嵌入装配垫片的榫槽3内，凸台的名义高度值H1与装配垫片的榫槽3的名义深度值H2相等，即H1＝H2＝3.2，其中的公差为
装配垫片的榫槽3底部开设一个边长为0.5mm的等边三角形槽，与其对应的在上法兰1端面上延伸出的凸台底端开设相配合的一个边长为0.5mm的等边三角形凸起。榫槽3中的榫和槽侧壁的配合间隙为0.45mm。
在装配垫片的榫槽3内放置与其形状相配合的、高度为的聚四氟乙烯垫片。该垫片的内径和外径尺寸以与榫槽3的内径和外径尺寸达到紧密贴合为准。
该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构的装配过程如下：将聚四氟乙烯垫片安装于榫槽3中，将氟醚橡胶O形密封件安装于密封槽4中，在下法兰2处放置活套环6，然后采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到20N.m，然后，沿圆周方向校准力矩两次。采用塞规，测得上下法兰外侧最大间隙为0.2mm。
针对上述装配的密封结构，分别进行了-60℃密封试验、与四氧化二氮气相介质在40℃接触150小时(接触压力为0.4MPa)条件下的密封试验、与四氧化二氮气相介质接触后的常温、低温-20℃以及高温355℃(试验时间25分钟，试验压力1.2MPa)密封试验，试验结果表明：在上述试验过程中均没有发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到3.01mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到2.02mm，试验工装的腔体内没有多余物。
实施例4
如图2所示，该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构，其下法兰2嵌入上法兰1内，再通过活套环6卡住下法兰2，同时通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件5(采用螺栓和螺母)穿过活套环6和上法兰1实现上下法兰的紧固连接。上法兰的材质为2A12，上法兰端面厚度为15mm；下法兰的材质为1Cr18Ni9Ti，下法兰端面厚度为8mm。
在与上法兰1接触的下法兰2顶端外侧面上开设一道环槽，为装配橡胶密封件的密封槽4。密封槽4的宽度为1.8mm，深度为4mm。在装配橡胶密封件的密封槽4内放置橡胶密封件，该橡胶密封件为断面尺寸为Ф3的乙丙橡胶O型密封件，橡胶密封件的压缩量40％。
在与上法兰1接触的下法兰2端面上还开设一道环槽，为装配垫片的榫槽3，在对应装配垫片的榫槽3位置处的上法兰1端面上延伸出一个凸台，该凸台嵌入装配垫片的榫槽3内，凸台的名义高度值H1与装配垫片的榫槽3的名义深度值H2相等，即H1＝H2＝4，其中的公差为
装配垫片的榫槽3底部开设一个顶点向下的、边长为0.6mm的等边三角形槽，与其对应的在上法兰1端面上延伸出的凸台底端开设相配合的一个边长为0.6mm的等边三角形凸起。榫槽3的中榫和槽侧壁的配合间隙为0.6mm。
在装配垫片的榫槽3内放置与其形状相配合的、高度为的软铝垫片。
该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构的装配过程如下：将软铝垫片安装于榫槽3中，将乙丙橡胶O形密封件安装于密封槽4中，在下法兰处放置活套环，然后采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到50N.m，然后，沿圆周方向校准力矩两次。采用塞规，测得上下法兰外侧最大间隙为0.20mm。
针对上述装配的密封结构，分别进行了-60℃密封试验、与偏二甲肼气相介质在40℃接触150小时(接触压力为0.5MPa)条件下的密封试验、与偏二甲肼气相介质接触后的常温、低温-20℃以及高温360℃(试验时间22分钟，试验压力1.05MPa)密封试验，试验结果表明：在上述试验过程中均没有发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.98mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到2.01mm，试验工装的腔体内没有多余物。
实施例5
如图3所示，该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构，其上法兰1和下法兰2对接，再通过活套环6卡住下法兰2，同时通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件5(采用螺栓和螺母)穿过活套环6和上法兰1实现上下法兰的紧固连接。上法兰的材质为5A06，上法兰端面厚度为8mm；下法兰的材质为1Cr18Ni9Ti，下法兰端面厚度为8mm。
在与上法兰1接触的下法兰2端面上开设两道环槽。
下法兰2端面上外侧的一道环槽为装配橡胶密封件的密封槽4。密封槽4的宽度为4mm，深度为2.25mm。在装配橡胶密封件的密封槽4内放置橡胶密封件，该橡胶密封件为Ф3的氟醚橡胶O形密封件，该橡胶密封件的压缩量在25％。
如图4所示，下法兰2端面上内侧的一道环槽为装配垫片的榫槽3。在对应装配垫片的榫槽3位置处的上法兰1端面上延伸出一个凸台，凸台嵌入装配垫片的榫槽3内。该凸台的名义高度值H1与装配垫片的榫槽3的名义深度值H2相等，即H1＝H2＝4mm，其中的公差为为
装配垫片的榫槽3底部开设一个边长为0.45mm的等边三角形槽，与其对应的在上法兰1端面上延伸出的凸台底端开设相配合的一个边长为0.45mm的等边三角形凸起。榫槽3中的榫和槽侧壁的配合间隙为0.5mm。
在装配垫片的榫槽3中放置与其形状相配合的聚四氟乙烯垫片，垫片的高度为该垫片的内径和外径尺寸以与榫槽3的内径和外径尺寸达到紧密贴合为准。
该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构的装配过程如下：将聚四氟乙烯垫片安装于榫槽3中，将氟醚橡胶O形密封件安装于密封槽4中，在下法兰2处放置活套环6，然后采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到20N.m，然后，沿圆周方向校准力矩两次。采用塞规，测得上下法兰外侧最大间隙为0.2mm。
针对上述装配的法兰榫槽双道密封结构，分别进行了-60℃密封试验、与四氧化二氮气相介质在40℃接触150小时(接触压力为0.4MPa)条件下的密封试验、与四氧化二氮气相介质接触后的常温、低温-20℃以及高温355℃(试验时间10分钟，试验压力0.9MPa；对法兰施加轴向力15000N、侧向力4500N、法兰弯矩450N.m；施加振动载荷25.1g)密封试验，试验结果表明：在上述试验过程中均没有发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.81mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到1.82mm，试验工装的腔体内没有多余物。
作为对比，针对不包括装配聚四氟乙烯垫片榫槽的单道密封结构(其它条件同上所述)，分别进行了相应试验，试验结果表明：-60℃密封试验过程发生泄漏、介质接触过程以及介质接触后的常温、低温密封试验过程没有发生泄漏、高温355℃密封试验过程发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.81mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到1.81mm，氟醚橡胶密封件挤出至试验工装腔体内边缘。
实施例6
如图3所示，该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构，其上法兰1和下法兰2对接，再通过活套环6卡住下法兰2，同时通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件5(采用螺栓和螺母)穿过活套环6和上法兰1实现上下法兰的紧固连接。上法兰的材质为2A14，上法兰端面厚度为8mm；下法兰的材质为1Cr18Ni9Ti，下法兰端面厚度为8mm。
在与上法兰1接触的下法兰2端面上开设两道环槽。
下法兰2端面上外侧的一道环槽为装配橡胶密封件的密封槽4。密封槽4的宽度为4mm，深度为1.8mm。在装配橡胶密封件的密封槽4内放置橡胶密封件，该橡胶密封件为Ф3的氟橡胶O形密封件，该橡胶密封件的压缩量在40％。
如图4所示，下法兰2端面上内侧的一道环槽为装配垫片的榫槽3。在对应装配垫片的榫槽3位置处的上法兰1端面上延伸出一个凸台，凸台嵌入装配垫片的榫槽3内。该凸台的名义高度值H1与装配垫片的榫槽3的名义深度值H2相等，即H1＝H2＝3.5mm，其中的公差为为
装配垫片的榫槽3底部开设一个边长为0.45mm的等边三角形槽，与其对应的在上法兰1端面上延伸出的凸台底端开设相配合的一个边长为0.45mm的等边三角形凸起。榫槽3中的榫和槽侧壁的配合间隙为0.6mm。
在装配垫片的榫槽3中放置与其形状相配合的聚四氟乙烯垫片，垫片的高度为该垫片的内径和外径尺寸以与榫槽3的内径和外径尺寸达到紧密贴合为准。
该用于复杂工况条件下的法兰榫槽双道密封结构的装配过程如下：将聚四氟乙烯垫片安装于榫槽3中，将氟橡胶O形密封件安装于密封槽4中，在下法兰2处放置活套环6，然后采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到20N.m，然后，沿圆周方向校准力矩两次。采用塞规，测得上下法兰外侧最大间隙为0.2mm。
针对上述装配的法兰榫槽双道密封结构，分别进行了-60℃密封试验、与偏二甲肼气相介质在40℃接触150小时(接触压力为0.5MPa)条件下的密封试验、与偏二甲肼气相介质接触后的常温、低温-20℃以及高温345℃(试验时间12分钟，试验压力0.95MPa；对法兰施加轴向力14500N、侧向力5500N、法兰弯矩550N.m；施加振动载荷24.8g)密封试验，试验结果表明：在上述试验过程中均没有发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.75mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到1.72mm，试验工装的腔体内没有多余物。
作为对比，针对不包括装配聚四氟乙烯垫片榫槽的单道密封结构(其它条件同上所述)，分别进行了相应试验，试验结果表明：-60℃密封试验过程发生泄漏、介质接触过程以及介质接触后的常温、低温密封试验过程没有发生泄漏、高温345℃密封试验过程发生泄漏。试验工装冷却至常温后，经过分解检查，测试法兰内部开缝达到2.75mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝达到1.71mm，试验工装腔体内有黑色漆状物。
Claims (9)
1.一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其中下法兰（2）嵌入上法兰（1）内，再通过活套环（6）卡住下法兰（2），同时通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件（5）穿过活套环（6）和上法兰（1）实现上下法兰的紧固连接，其特征在于：在与上法兰（1）接触的下法兰（2）顶端外侧面上开设一道环槽，为装配橡胶密封件的密封槽（4）；在与上法兰（1）接触的下法兰（2）端面上还开设一道环槽，为装配垫片的榫槽（3），在对应装配垫片的榫槽（3）位置处的上法兰（1）端面上延伸出一个凸台，该凸台嵌入装配垫片的榫槽（3）内，凸台的高度值与装配垫片的榫槽（3）的深度相等并且大于法兰内部开缝值；在装配橡胶密封件的密封槽（4）内放置橡胶密封件，该橡胶密封件的压缩量在25～40%；在装配垫片的榫槽（3）内放置与其形状相配合的垫片，该垫片的高度以装配施加法兰预紧力的部件（5）后上法兰（1）和下法兰（2）端面之间外侧开缝小于等于0.2mm为基准。
2.一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其中下法兰（2）与上法兰（1）对接，下法兰（2）的外径小于上法兰（1）的外径，再通过活套环（6）卡住下法兰（2），同时通过周向设置的若干个施加法兰预紧力的部件（5）穿过活套环（6）和上法兰（1）实现上下法兰的紧固连接，其特征在于：在与上法兰（1）接触的下法兰（2）端面上开设两道环槽，外侧的一道环槽为装配橡胶密封件的密封槽（4），内侧的一道环槽为装配垫片的榫槽（3）；在对应装配垫片的榫槽（3）位置处的上法兰（1）端面上延伸出一个凸台，该凸台嵌入装配垫片的榫槽（3）内，凸台的高度值与装配垫片的榫槽（3）的深度相等并且大于法兰内部开缝值；在装配橡胶密封件的密封槽（4）内放置橡胶密封件，该橡胶密封件的压缩量在25～40%；在装配垫片的榫槽（3）内放置与其形状相配合的垫片，该垫片的高度以装配施加法兰预紧力的部件（5）后上法兰（1）和下法兰（2）端面之间外侧开缝小于等于0.2mm为基准。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其特征在于：所述的开设在下法兰（2）端面上的装配垫片的榫槽（3）底部开设一个或多个三角槽，与其对应的在上法兰（1）端面上延伸出的凸台底端开设相配合的一个或多个三角凸起。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其特征在于：所述的开设在下法兰（2）端面上的装配垫片的榫槽（3）中榫和槽侧壁的配合间隙为0.05～0.6mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其特征在于：所述放置在装配垫片的榫槽（3）内的垫片材料选用聚四氟乙烯或软铝材料；所述垫片的内径和外径尺寸以与榫槽（3）的内径和外径尺寸达到紧密配合为准。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其特征在于：所述的放置在装配橡胶密封件的密封槽（4）内的橡胶密封件材料选用氟橡胶或氟醚橡胶或乙丙橡胶。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于复杂工况条件下的薄壁法兰榫槽双道密封结构，其特征在于：所述的上法兰（1）和下法兰（2）选用钢或铝材料；所述的上法兰（1）或下法兰（2）的端面厚度在8mm～10mm；所述的施加法兰预紧力的部件（5）为螺栓和螺母。
8.一种权利要求1或2所述的用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构的应用，其特征在于：该法兰榫槽双道密封结构应用于－60℃至橡胶密封件极限高温的宽温域密封使用；使用过程中法兰产生变形条件下、并且橡胶密封件与强腐蚀性介质接触后在其极限高温使用而不产生多余物。
9.根据权利要求8所述的一种用于复杂工况条件的薄壁法兰榫槽双道密封结构的应用，其特征在于：所述的法兰变形来自于常温装配产生的变形以及高温密封使用过程中产生的变形，常温装配产生的变形使上下法兰面外侧开缝最大达到0.2mm；高温密封使用过程中产生的变形使得法兰内部开缝最大达到3mm，放置橡胶密封件处的密封面开缝最大达到2mm。
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