CN106641513A - 一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构 - Google Patents

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王剑中
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张婷
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郑茂琦
王恺
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Abstract

本发明属于航天器管路系统连接与密封技术领域，具体涉及一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，目的是解决现有的密封方式无法满足长期接触腐蚀性介质的管路及其他系统的连接与密封要求的问题。其特征在于，它包括凸法兰、凹法兰、金属蝶形圈和紧固件；凸法兰的下端面安装在凹法兰的上端面上，凸法兰和凹法兰通过紧固件固定连接；金属蝶形圈设置在凸法兰和凹法兰之间。本发明采用新型金属碟形密封圈，不仅密封漏率极低，而且可在高低温工况下重复使用。双道金属碟形密封圈不仅起到冗余密封的功能，而且进一步降低了密封漏率。本发明为径向受载型法兰密封结构，所需螺栓紧固载荷较小。密封结构能满足腐蚀性介质长期加注贮存的密封需要。

Description

一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构
技术领域
本发明属于航天器管路系统连接与密封技术领域，具体涉及一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构。
背景技术
随着我国宇航技术的发展，对航天器提出了腐蚀性长期加注贮存的要求，这对长期接触腐蚀性介质的管路及其他系统的密封技术提出了较大挑战，其密封部位的技术难点主要包括密封漏率要求高、常高温温度交变、密封口径跨度大、允许多次拆装更换密封件及与腐蚀性介质有着良好相容性等。显然，在我国各种飞行器中广泛使用的橡胶O形圈(或其他非金属密封件)法兰密封结构等结构型式很难满足上述要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有的密封方式无法满足长期接触腐蚀性介质的管路及其他系统的连接与密封要求的问题，提供了一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构。
本发明是这样实现的：
一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，包括凸法兰、凹法兰、金属蝶形圈和紧固件；凸法兰的下端面安装在凹法兰的上端面上，凸法兰和凹法兰通过紧固件固定连接；金属蝶形圈设置在凸法兰和凹法兰之间。
如上所述的凸法兰的下端面的内缘设置有向下的凸起，凹法兰的上端面的内缘设置有向下的凹陷；凹法兰凹陷部分的直径大于凸法兰凸起部分的直径，使得凸法兰和凹法兰之间形成环形空隙，用于容纳金属碟形圈。
如上所述的凸法兰的凸起部分为一级台阶形，对应的凹法兰的凹陷部分也为一级台阶形，使得凸法兰和凹法兰之间形成一条环形空隙。
如上所述的凸法兰的凸起部分为二级台阶形，对应的凹法兰的凹陷部分也为二级台阶形，使得凸法兰和凹法兰之间形成二条环形空隙。
如上所述的金属碟形圈整体为圆环形，横截面为矩形，矩形的长边与水平面的夹角为15度至45度。
如上所述的金属碟形圈共有一个，位于凸法兰和凹法兰之间的环形空隙中，金属碟形圈将环形空隙完全密封。
如上所述的金属碟形圈共有二个，分别位于凸法兰和凹法兰之间的两条环形空隙中，金属碟形圈将环形空隙完全密封。
如上所述的紧固件采用螺栓或螺钉结构，用于将凸法兰和凹法兰固定连接。
它还包括检漏孔；检漏孔开设在凹法兰的外表面上，沿径向伸入至环形空隙，用于检测金属碟形圈的密封效果。
如上所述的凸法兰和凹法兰均采用铝合金或不锈钢材料制成；金属碟形圈和紧固件均采用不锈钢材料制成。
本发明的有益效果是：
本发明包括凸法兰、凹法兰、金属碟形圈和紧固件。本发明采用新型金属碟形密封圈，不仅密封漏率极低，而且可在高低温工况下重复使用。双道金属碟形密封圈不仅起到冗余密封的功能，而且进一步降低了密封漏率。本发明为径向受载型法兰密封结构，所需螺栓紧固载荷较小。密封结构材料与腐蚀性介质有着良好的长期相容性，且金属碟形密封圈具有较好的抗应力松弛能力，能够满足腐蚀性介质长期加注贮存的密封需要。
附图说明
图1是本发明的一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构的示意图；
图2是本发明的一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构的检漏孔设置示意图。
其中：1.凸法兰，2.凹法兰，3.金属碟形圈，4.紧固件，5.检漏孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1所示，一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，包括凸法兰1、凹法兰2、金属蝶形圈3和紧固件4。凸法兰1的下端面安装在凹法兰2的上端面上，凸法兰1和凹法兰2通过紧固件4固定连接。金属蝶形圈3设置在凸法兰1和凹法兰2之间。
凸法兰1的下端面的内缘设置有向下的凸起，凹法兰2的上端面的内缘设置有向下的凹陷。凹法兰2凹陷部分的直径大于凸法兰1凸起部分的直径，使得凸法兰1和凹法兰2之间形成环形空隙，用于容纳金属碟形圈3。凸法兰1的凸起部分可以为一级台阶形，对应的凹法兰2的凹陷部分也为一级台阶形，使得凸法兰1和凹法兰2之间形成一条环形空隙。凸法兰1的凸起部分也可以为二级台阶形，对应的凹法兰2的凹陷部分也为二级台阶形，使得凸法兰1和凹法兰2之间形成二条环形空隙。
金属碟形圈3整体为圆环形，横截面为矩形，矩形的长边与水平面的夹角为15度至45度。金属碟形圈3共有一个或二个，位于凸法兰1和凹法兰2之间的环形空隙中，金属碟形圈3将环形空隙完全密封。
紧固件4采用螺栓或螺钉结构，用于将凸法兰1和凹法兰2固定连接。
如图2所示，检漏孔5开设在凹法兰2的外表面上，沿径向伸入至环形空隙，用于检测金属碟形圈3的密封效果。
在本实施例中，凸法兰1和凹法兰2均采用铝合金或不锈钢材料制成。金属碟形圈3和紧固件4均采用不锈钢材料制成。
本发明主要从以下几方面保证满足腐蚀性介质长期贮存的密封要求：
第一，所选用的金属碟形圈、法兰及紧固件的材料与腐蚀性介质均有着良好的相容性，以满足腐蚀性介质长期贮存的需要；金属碟形圈材料的线膨胀系数与法兰材料的线膨胀系数相匹配，且系数相近，以适应温度交变工况的密封需要。
第二，所设计的密封结构具有密封漏率极低的特点。弹性金属密封具有漏率极低的特点，在设计上保证金属碟形圈在装配完成后具有合适的密封比压，即其密封表面材料发生了一定的塑性流动以填充密封面上微观的凹凸不平，从而消除了接触面之间的泄漏通道。在介质流动方向上布置了两道金属碟形密封圈，两道密封互不影响、互为备份，不仅起到了密封冗余的作用，而且在两道密封同时起作用的情况下，可进一步降低密封漏率；在两道密封中间可以设置单独的检漏孔，可实时检测任一道密封的密封性能。
第三，所设计的密封结构具有紧固载荷小、在宽温区条件下可重复使用的特点。金属碟形密封圈在工作状态下为轴向变形、径向受载，因此所需轴向紧固载荷较小；所选用的密封结构材料在高、低温工况下均能保证密封面的紧密性要求，且金属密封圈的硬度一般低于法兰材料的硬度，因此法兰可满足多次拆装使用的要求。
第四，金属碟形密封圈在使用过程中会发生应力松弛，使用时间过长可能导致其密封面上的接触应力小于密封比压，引起密封失效。所设计的金属碟形密封圈具有较好的刚度和稳定性，其较好的回弹性可对松弛掉的应力起到一定的补偿作用，以满足长期使用的需要。
上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：它包括凸法兰(1)、凹法兰(2)、金属蝶形圈(3)和紧固件(4)；凸法兰(1)的下端面安装在凹法兰(2)的上端面上，凸法兰(1)和凹法兰(2)通过紧固件(4)固定连接；金属蝶形圈(3)设置在凸法兰(1)和凹法兰(2)之间。
2.根据权利要求1所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：所述的凸法兰(1)的下端面的内缘设置有向下的凸起，凹法兰(2)的上端面的内缘设置有向下的凹陷；凹法兰(2)凹陷部分的直径大于凸法兰(1)凸起部分的直径，使得凸法兰(1)和凹法兰(2)之间形成环形空隙，用于容纳金属碟形圈(3)。
3.根据权利要求2所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：所述的凸法兰(1)的凸起部分为一级台阶形，对应的凹法兰(2)的凹陷部分也为一级台阶形，使得凸法兰(1)和凹法兰(2)之间形成一条环形空隙。
4.根据权利要求2所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：所述的凸法兰(1)的凸起部分为二级台阶形，对应的凹法兰(2)的凹陷部分也为二级台阶形，使得凸法兰(1)和凹法兰(2)之间形成二条环形空隙。
5.根据权利要求1所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：所述的金属碟形圈(3)整体为圆环形，横截面为矩形，矩形的长边与水平面的夹角为15度至45度。
6.根据权利要求3所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：所述的金属碟形圈(3)共有一个，位于凸法兰(1)和凹法兰(2)之间的环形空隙中，金属碟形圈(3)将环形空隙完全密封。
7.根据权利要求4所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：所述的金属碟形圈(3)共有二个，分别位于凸法兰(1)和凹法兰(2)之间的两条环形空隙中，金属碟形圈(3)将环形空隙完全密封。
8.根据权利要求1所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：所述的紧固件(4)采用螺栓或螺钉结构，用于将凸法兰(1)和凹法兰(2)固定连接。
9.根据权利要求1所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：它还包括检漏孔(5)；检漏孔(5)开设在凹法兰(2)的外表面上，沿径向伸入至环形空隙，用于检测金属碟形圈(3)的密封效果。
10.根据权利要求1所述的适用于长期贮存的双道金属碟形圈法兰密封结构，其特征在于：所述的凸法兰(1)和凹法兰(2)均采用铝合金或不锈钢材料制成；金属碟形圈(3)和紧固件(4)均采用不锈钢材料制成。
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