CN111440929A - 一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法 - Google Patents

一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，包括：设计自紧式金属结构；对结构设计后的自紧式金属结构进行机械加工；对机械加工后的自紧式金属结构的表面进行研磨和滚压处理；对表面经研磨和滚压处理后的自紧式金属结构进行深冷处理；对深冷处理后的自紧式金属结构进行等温退火处理或循环退火处理；对等温退火处理或循环退火处理后的自紧式金属结构进行金相组织检验，若检验未发现马氏体组织，则表示完成该自紧式金属结构的制造；若检验发现马氏体组织，则重新对深冷处理后的自紧式金属结构进行等温退火处理或循环退火处理。本发明不仅提高了压力变化等复杂工况下的密封可靠性，而且提高了材料即奥氏体不锈钢的组织稳定性和自紧式金属结构的抗疲劳性能。

Description

一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法
技术领域
本发明涉及高压密封技术领域，尤其是一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法。
背景技术
氢能具有清洁、高效、可再生等优点，被视为极具发展潜力的理想能源，是人类战略能源发展方向之一。近年来为应对气候变暖、降低二氧化碳排放，世界上许多国家均倡导发展“氢经济”，持续推进氢能技术研发和产业化。我国也将氢能视为新能源战略的重要组成部分和新的经济增长点，正加速推进产业发展。未来数年是我国氢能基础设施建设和投运的关键时期，急需加大氢能利用装备的研发力度。
已有的相关研究和工程应用显示密封问题是影响氢能利用装备安全性和可靠性的主要因素之一，严重制约自主研发迈向实用化和产业化的步伐。密封问题一方面是由于氢气本身分子较小、粘度较低，在生产、运输和存储过程中容易发生泄露失效；另一方面是由于氢可通过吸附、解离、扩散等过程渗入到材料内部导致性能劣化，进而会引发密封结构失效。
典型的如加氢站和车用高压临氢管路连接结构，由图6和图7所示，通常采用简单的锥面强制密封方式，材质多为奥氏体不锈钢等金属材料。当氢气压力反复变化时以及连接件多次拆卸时，容易导致密封面磨损，锥面强制密封常会出现泄露问题，之后再次加大紧固力也无法实现良好的密封效果；并且在高压和氢气的共同诱导作用下，奥氏体不锈钢易发生马氏体相变进而引发氢脆问题。因此，急需研发一种新型高压临氢密封结构，以满足快速增长的氢能产业对长周期高安全可靠性的氢能利用装备的迫切需求。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，能够实现氢能利用装备的长周期、高安全可靠的密封性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对金属结构进行优化设计；
S2，对优化设计后的金属结构进行机械加工；
S3，对机械加工后的金属结构表面进行研磨和滚压处理；
S4，对表面经研磨和滚压处理后的金属结构进行深冷处理；
S5，对深冷处理后的金属结构进行等温退火处理或循环退火处理；
S6，对等温退火处理或循环退火处理后的金属结构进行金相组织检验，若检验未发现马氏体组织，则表示完成该金属结构的制造；若检验发现马氏体组织，则重新对深冷处理后的金属结构进行等温退火处理或循环退火处理，直至检验未发现马氏体组织。
所述金属结构的材料为奥氏体不锈钢。
步骤S2中，利用液氮或制冷机进行深冷处理。
步骤S3中，通过电阻加热或感应加热的方式进行等温退火处理或循环退火处理。
自紧式组合密封件包括自紧式金属结构；所述自紧式金属结构为两段高压临氢管路之间的密封连接件；
所述自紧式金属结构为腔体结构，且所述自紧式金属结构沿高压临氢管路传输方向的两侧均开设有第一开口，所述高压临氢管路的端部开设有第二开口，所述高压临氢管路端部所开设的第二开口与所述自紧式金属结构的两侧所开设的第一开口相对应且连通；
所述自紧式金属结构沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上均设有凹面，所述凹面即为自紧式金属结构内部空腔的外壁面，且所述凹面即为自紧式金属结构的内部空腔充满高压氢气时的与高压临氢管路相贴的密封面。
所述自紧式金属结构沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上分别设有一个环形凹槽，所述环形凹槽内安放有橡胶圈；所述橡胶圈设置于自紧式金属结构沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上且夹在高压临氢管路与自紧式金属结构之间。
所述自紧式金属结构两侧外壁上的凹面位于环形凹槽和第一开口之间，且所述第一开口位于所述环形凹槽内。
自紧式组合密封件还包括紧固件；所述紧固件设置于所述自紧式金属结构的外部；所述自紧式金属结构为扁圆柱状；所述自紧式金属结构和所述紧固件的整体呈圆柱状；所述紧固件用于将相邻的两段高压临氢管路固定连接，且高压临氢管路与所述紧固件之间为螺纹连接。
所述自紧式金属结构的制造方法中，步骤S1中，对自紧式金属结构进行结构设计，具体包括以下步骤：
S11，根据加氢站要求，以及根据高压临氢管路的服役温度、压力、规格，确定自紧式金属结构的服役温度和压力；
S12,根据所述自紧式金属结构的服役温度和压力，选取合适材质和尺寸的橡胶圈；
S13，对自紧式金属结构进行数字化设计，包括：与高压临氢管路接触的密封面即凹面的结构设计，环形凹槽的结构设计；
S14，利用有限元软件，对自紧式金属结构进行应力分析，根据分析结果对自紧式金属结构的局部应力集中区域和凹面进行优化改进；所述局部应力集中区域位于自紧式金属结构沿高压临氢管路传输方向的两侧的第一开口处；
将分析得到的最大等效应力与自紧式金属结构所用金属材料的力学性能数据进行比较；若所得到的最大等效应力小于所用金属材料的力学性能数据时，即静强度和疲劳强度校核满足要求时，则完成自紧式金属结构的结构设计；若所得到的最大等效应力大于或等于所用金属材料的力学性能数据时，则重新对自紧式金属结构进行结构设计；
步骤S3中，对机械加工后的自紧式金属结构上的凹面和环形凹槽进行研磨和滚压处理。
本发明的优点在于：
(1)本发明对金属结构进行研磨与滚压变形处理，在金属结构表面研磨和滚压的基础上，进一步通过液氮或制冷机进行深冷处理，诱导金属结构即奥氏体不锈钢中的不稳定组织区域发生马氏体相变，再通过等温或循环退火处理消除马氏体、细化晶粒、调控晶界，重新生成细小的奥氏体，这些新的细小奥氏体非常稳定，保证经本发明方法制造的金属结构再次进行变形或深冷处理时，不易发生马氏体相变，从而提高了金属结构的组织稳定性。
(2)本发明对机械加工后的金属结构的表面进行研磨和滚压处理，不仅可提高金属结构的抗疲劳性能，而且对奥氏体不锈钢中的不稳定组织具有形变诱导相变作用，有利于后续通过退火处理提高奥氏体不锈钢的组织稳定性。
(3)由于加氢站和高压临氢管路的密封连接件的材质多为奥氏体不锈钢等金属材料，随着内部氢气压力的变化，容易发生马氏体相变，又由于马氏体对氢脆敏感，因此，利用本发明方法制造加氢站和高压临氢管路的密封连接件即自紧式金属结构，保证其不易发生马氏体相变产生马氏体，提高了自紧式金属结构即奥氏体不锈钢的抗氢脆性能，从而可有效抑制氢脆。
(4)本发明所设计自紧式金属结构的内部空腔充满高压氢气时，在高压气体的作用下，随着气体压力的增加，内部空腔外侧壁所形成的凹面会被张开，使得自紧式金属结构的沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上的凹面即密封面与高压临氢管路之间的连接更加紧密，从而提高了自紧式组合密封件的密封性，本发明设计的自紧式金属结构具备自紧的效果。
(5)本发明的橡胶圈进一步提高了自紧式组合密封件的密封性。
(6)本发明的紧固件与高压临氢管路之间的螺纹连接也进一步提高了自紧式组合密封件的密封性。
(7)本发明的自紧式组合密封件中的凹面与高压临氢管路，橡胶圈与高压临氢管路之间依次形成从内至外的两道密封，保证了本发明的自紧式组合密封件的密封性，可以实现在较宽的压力范围内实现对如氢气这类本身分子较小、粘度较低气体的有效密封。
(8)本发明与现有技术的连接件相比，本发明不需要过大的紧固力即可实现良好的密封效果，高压临氢管路上无需设置紧固的六角形凸台，自紧式组合密封件的外形直接采用圆形即可，使加工制造过程更加简单。
(9)由于本发明的自紧式金属结构随着内部氢气压力的变化，具备自紧作用的密封面即凹面会承受疲劳载荷作用，因此本发明对机械加工后的凹面进行研磨和滚压处理，不仅可提高自紧式金属结构抗疲劳性能，而且对奥氏体不锈钢中的不稳定组织具有形变诱导相变作用，有利于后续通过退火处理提高奥氏体不锈钢的组织稳定性。
附图说明
图1为本发明的高压临氢管路连接结构的截面图。
图2为本发明的自紧式金属结构的剖视图。
图3为本发明的自紧式金属结构的截面图。
图4为本发明的高压临氢管路的示意图。
图5为本发明的紧固件的剖视图。
图6为本发明的橡胶圈的示意图。
图7为现有技术的高压临氢管路连接结构的截面图。
图8为现有技术的高压临氢管路的连接示意图。
图9为本发明的自紧式组合密封件设计制造方法的流程图。
图10的a、b、c、d为不断改进后的局部应力集中区域和密封面的接触轮廓的应力分析示意图。
图11为自紧式金属结构沿高压临氢管路传输方向的外侧壁上局部应力集中区域的示意图。
图12为自紧式金属结构沿高压临氢管路传输方向的外侧壁上密封面的示意图。
图13为典型形变诱发马氏体组织形貌示意图。
图14为典型深冷诱发马氏体组织形貌示意图。
图15为典型等温退火处理后的稳定化组织示意图。
图16为典型循环退火处理后的稳定化组织示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，包括以下步骤：
S1，对金属结构进行结构设计；所述自紧式金属结构20的材料为奥氏体不锈钢。
S2，对结构设计后的金属结构进行机械加工。
S3，对机械加工后的金属结构的表面进行研磨和滚压处理，保证金属结构的不同部位均满足表面粗糙度的要求，例如，考虑金属结构在交变、脉冲载荷下服役时，其不同部位的表面粗糙度的要求。
同时，由于奥氏体不锈钢的材料成分存在不均匀性，局部会存在奥氏体化元素少的区域，该区域即为奥氏体不锈钢的不稳定区域，在研磨与滚压处理方式下使其变形以诱使奥氏体不锈钢的不稳定区域发生马氏体相变，典型形变诱发马氏体组织形貌如图13所示。
S4，对表面经研磨和滚压处理后的金属结构，利用液氮或制冷机进行深冷处理，进一步诱发奥氏体不锈钢的不稳定区域发生马氏体相变，深冷处理温度可参考已有的马氏体转变温度与化学成分之间的量化规律进行选取，典型深冷诱发马氏体组织形貌如图14所示。
S5，对深冷处理后的金属结构，通过电阻加热或感应加热的方式进行等温退火处理或循环退火处理，以消除马氏体、细化晶粒、调控晶界，从而增加奥氏体不锈钢的组织稳定性，典型等温退火处理后的稳定化组织如图15所示，典型循环退火处理后的稳定化组织如图16所示。
所述感应加热即电磁感应加热是通过感应线圈利用电磁感应的方法，使被加热材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的；感应加热系统的基本组成包括感应线圈，交流电源和工件，根据加热对象的不同，可以把线圈制作成不同的形状，与传统的电阻加热相比，感应加热速度快，但不均匀，工业上多用做表面处理，本实施例中主要利用感应加热速度快的特点，以调控不锈钢晶界形状。
S6，对等温退火处理或循环退火处理后的金属结构进行金相组织检验，若检验未发现马氏体组织，则表示完成该金属结构的制造；若检验发现马氏体组织，则重新对深冷处理后的金属结构进行等温退火处理或循环退火处理，直至检验未发现马氏体组织。
本实施例的一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法对于局部的奥氏体不锈钢的不稳定区域，采用研磨与滚压变形、深冷处理使其会发生马氏体相变，后续采用等温或循环退火处理消除马氏体，重新生成细小的奥氏体，这些新的细小奥氏体非常稳定，之后再次进行变形或深冷处理时则不易发生马氏体相变；由于马氏体对氢脆敏感，因此经过上述处理后不易发生马氏体相变产生马氏体，从而可有效抑制氢脆。
本实施例中的深冷处理和退火处理的相关工艺参数，需要依据奥氏体不锈钢材料的化学成分进行设计。
实施例二：
加氢站所用的高压临氢管路整体连接结构包括如下组成部分：若干段高压临氢管路、用于将此若干段高压临氢管路两两相连接的密封连接件。
本实施例中的所述自紧式金属结构20即为两段高压临氢管路之间的密封连接件。
由图2所示，所述自紧式金属结构20整体呈扁圆柱状，沿高压临氢管路传输方向的两外侧面均为圆形，两外侧面的直径均为d1，且两外侧面的直径d1与高压临氢管路的外径d4相等。
由图2和图3所示，所述自紧式金属结构20沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上各设有一个环形凹槽202，所述环形凹槽202用于安放橡胶圈40。
图6为放置在自紧式金属结构20的两侧外壁上的环形凹槽202内的橡胶圈40的示意图。
由图2所示，所述自紧式金属结构20为腔体结构，自紧式金属结构20沿高压临氢管路传输方向的两侧分别开设有第一开口201，用于传输第一高压临氢管路10A和第二高压临氢管路10B之间流通的氢气，所述第一开口201呈圆形，第一开口201的直径为d2。
由图4所示，所述高压临氢管路的端部开设有第二开口101，所述高压临氢管路端部所开设的第二开口101与所述自紧式金属结构20的两侧所开设的第一开口201相对应且连通，用于流通氢气；二者的形状大小相同，且均呈圆形，所述第二开口101的直径d3与所述第一开口201的直径d2相等。
由图2和图3所示，所述自紧式金属结构20沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上均设有凹面203，由图12所示，所述凹面203即为自紧式金属结构20内部空腔204的外壁面，且所述凹面203为自紧式金属结构20的内部空腔204充满高压氢气时的与高压临氢管路相贴的密封面。
所述凹面203位于第一开口201和环形凹槽202之间，且所述第一开口201位于环形凹槽202内。
当所述自紧式金属结构20的内部空腔204充满高压氢气时，在高压气体的作用下，随着气体压力的增加，内部空腔204的外壁面所形成的凹面203会被张开，使得自紧式金属结构20的沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上的凹面203即密封面与高压临氢管路之间的连接更加紧密，从而提高了自紧式金属结构20的密封性，因此本实施例设计的自紧式金属结构20具备自紧的效果。
实施例三：
一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，包括以下步骤：
S1，对实施例二中的自紧式金属结构20进行结构设计，实施例二中的所述自紧式金属结构20的材料为奥氏体不锈钢。
步骤S1中，具体包括以下步骤：
S11，根据加氢站要求，以及根据高压临氢管路的服役温度、压力、规格等参数，确定自紧式金属结构20的服役温度和压力。
S12，根据所述自紧式组合密封件的服役温度和压力，选取合适材质和尺寸的橡胶圈40；其中，所述橡胶圈40的具体材质可选取为乙丙橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶，所述橡胶圈40的具体尺寸可参考国家标准GB/T 3452.1《液压气动用“O”型橡胶密封圈第1部分：尺寸系列及公差》。
S13，对自紧式组合密封件的自紧式金属结构20进行数字化设计，包括：与高压临氢管路接触的密封面即凹面203、环形凹槽202的结构设计；
所述数字化设计是指：以三维设计为核心，并结合产品设计过程的具体需求，如风格曲面造型、设备空间布局、数字样机评审、人机工程校核等，所形成的一套解决方案。数字化设计与数字化制造、数字化仿真共同构成了现代制造业的先进数字化研发平台。所述数字化设计的具体方式可参见现有技术。本实施例采用数字化设计即三维设计方法，便于个性化曲面造型、设备空间布局、数字样机评审等，且所建立的数值模型可直接用于后续的有限元模拟和三维打印等。
S14，利用有限元软件，如ABAQUS、ANSYS等，对所述自紧式金属结构20进行应力分析，根据分析结果对局部应力集中区域70和凹面203的接触轮廓不断进行优化改进，分析和优化改进结果如图10的a、b、c、d所示，将分析得到的最大等效应力与所述自紧式金属结构20所用金属材料的力学性能数据进行比较。所述自紧式金属结构20所用金属材料为奥氏体不锈钢；由图11所示，所述局部应力集中区域70位于自紧式金属结构20沿高压临氢管路传输方向的两侧的第一开口201处；由图12所示，所述凹面203即为自紧式金属结构20内部空腔204的外壁面；
若所得到的最大等效应力小于所用金属材料的力学性能数据时，即静强度和疲劳强度校核满足要求时，则完成自紧式金属结构20的结构设计，进入下一步骤S2；若所得到的最大等效应力大于或等于所用金属材料的力学性能数据时，则返回步骤S13，重新对自紧式金属结构20进行结构设计。
S2，对结构设计后的自紧式金属结构20进行机械加工。
S3，对机械加工后的自紧式金属结构20上的凹面20和环形凹槽202进行进行研磨和滚压处理，保证自紧式金属结构20上的凹面20和环形凹槽202满足表面粗糙度的要求，例如，考虑自紧式金属结构20在交变、脉冲载荷下服役时，对凹面203和环形凹槽202的表面粗糙度的要求，通常满足的相关标准要求如下表1所示：
Figure BDA0002445547420000101
表1凹槽和配合偶件表面的表面粗糙度
表1中，Ra表示表面粗糙度的算术平均值，Ry表示表面粗糙度的最大值，括号内的数值为在要求精度较高的场合应用；
同时，由于奥氏体不锈钢的材料成分存在不均匀性，局部会存在奥氏体化元素少的区域，该区域即为奥氏体不锈钢的不稳定区域，在研磨与滚压处理方式下使其变形以诱使奥氏体不锈钢的不稳定区域发生马氏体相变，典型形变诱发马氏体组织形貌如图13所示。
S4，对表面经研磨和滚压处理后的自紧式金属结构20，利用液氮或制冷机进行深冷处理，进一步诱发奥氏体不锈钢的不稳定区域发生马氏体相变，处理温度可参考已有的马氏体转变温度与化学成分之间的量化规律进行选取，典型深冷诱发马氏体组织形貌如图14所示。
S5，对深冷处理后的自紧式金属结构20，通过电阻加热或感应加热的方式进行等温退火处理或循环退火处理，以消除马氏体、细化晶粒、调控晶界，从而增加奥氏体不锈钢的组织稳定性，典型等温退火处理后的稳定化组织如图15所示，典型循环退火处理后的稳定化组织如图16所示。
所述感应加热即电磁感应加热是通过感应线圈利用电磁感应的方法，使被加热材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的；感应加热系统的基本组成包括感应线圈，交流电源和工件，根据加热对象的不同，可以把线圈制作成不同的形状，与传统的电阻加热相比，感应加热速度快，但不均匀，工业上多用做表面处理，本实施例中主要利用感应加热速度快的特点，以调控不锈钢晶界形状。
S6，对等温退火处理或循环退火处理后的自紧式金属结构20进行金相组织检验，若检验未发现马氏体组织，则表示完成该自紧式金属结构20的制造；若检验发现马氏体组织，则重新对深冷处理后的自紧式金属结构20进行等温退火处理或循环退火处理，直至检验未发现马氏体组织。
实施例四：
由图1所示，一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，以高压临氢管路整体连接结构中的一部分示例，包括：第一高压临氢管路10A、第二高压临氢管路10B、用于将第一高压临氢管路10A和第二高压临氢管路10B相连接的自紧式组合密封件。
所述自紧式组合密封件包括：用于固定连接第一高压临氢管路10A和第二高压临氢管路10B的紧固件30，设置在紧固件30内且夹在第一高压临氢管路10A和第二高压临氢管路10B之间的密封连接件即实施例二所述的自紧式金属结构20。
所述自紧式金属结构20和所述紧固件30的整体呈圆柱状。
由图4所示，所述高压临氢管路端部设有外螺纹。
由图5所示，所述紧固件30两端设有内螺纹。
所述高压临氢管路端部的外螺纹与所述紧固件30两端的内螺纹相对应，第一高压临氢管路10A和第二高压临氢管路10B与所述紧固件30的两端之间为螺纹连接。
现有技术中的加氢站和车用高压临氢管路连接结构中，连接件采用锥面强制密封的方式将高压临氢管路两两相连接，且连接件的材质多为奥氏体不锈钢等金属材料。由图7和图8所示，现有技术的连接件强制密封的具体方式为：将高压临氢管路的端部加工成锥面501，并通过高压临氢管路的端部上所设的螺纹502直接与连接件60相连，随着高压临氢管路不断拧入，密封效果更好；由于强制密封需要较大的紧固力，所以高压临氢管路上设有便于紧固的六角形凸台503，且连接件的外形也设计成六角形，以方便通过工具进行紧固；但由于连接件长期在高压条件下服役或多次拆卸，容易导致密封面磨损，之后再次加大紧固也无法实现良好的密封效果。
本实施例中所采用自紧式组合密封件与现有技术的连接件相比，本实施例不需要过大的紧固力即可实现良好的密封效果，高压临氢管路上无需设置紧固的六角形凸台，自紧式组合密封件的外形直接采用圆形即可，使加工制造过程更加简单。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对金属结构进行优化设计；
S2，对优化设计后的金属结构进行机械加工；
S3，对机械加工后的金属结构表面进行研磨和滚压处理；
S4，对表面经研磨和滚压处理后的金属结构进行深冷处理；
S5，对深冷处理后的金属结构进行等温退火处理或循环退火处理；
S6，对等温退火处理或循环退火处理后的金属结构进行金相组织检验，若检验未发现马氏体组织，则表示完成该金属结构的制造；若检验发现马氏体组织，则重新对深冷处理后的金属结构进行等温退火处理或循环退火处理，直至检验未发现马氏体组织。
2.根据权利要求1所述一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，所述金属结构的材料为奥氏体不锈钢。
3.根据权利要求1或2所述一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，步骤S2中，利用液氮或制冷机进行深冷处理。
4.根据权利要求1或2所述一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，步骤S3中，通过电阻加热或感应加热的方式进行等温退火处理或循环退火处理。
5.根据权利要求1或2所述一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，自紧式组合密封件包括自紧式金属结构(20)；所述自紧式金属结构(20)为两段高压临氢管路之间的密封连接件；
所述自紧式金属结构(20)为腔体结构，且所述自紧式金属结构(20)沿高压临氢管路传输方向的两侧均开设有第一开口(201)，所述高压临氢管路的端部开设有第二开口(101)，所述高压临氢管路端部所开设的第二开口(101)与所述自紧式金属结构(20)的两侧所开设的第一开口(201)相对应且连通；
所述自紧式金属结构(20)沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上均设有凹面(203)，所述凹面(203)即为自紧式金属结构(20)内部空腔(204)的外壁面，且所述凹面(203)即为自紧式金属结构(20)的内部空腔(204)充满高压氢气时的与高压临氢管路相贴的密封面。
6.根据权利要求5所述一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，所述自紧式金属结构(20)沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上分别设有一个环形凹槽(202)，所述环形凹槽(202)内安放有橡胶圈(40)；所述橡胶圈(40)设置于自紧式金属结构(20)沿高压临氢管路传输方向的两侧外壁上且夹在高压临氢管路与自紧式金属结构(20)之间。
7.根据权利要求6所述的一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，所述自紧式金属结构(20)两侧外壁上的凹面(203)位于环形凹槽(202)和第一开口(201)之间，且所述第一开口位于所述环形凹槽(202)内。
8.根据权利要求5所述的一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，自紧式组合密封件还包括紧固件(30)；所述紧固件(30)设置于所述自紧式金属结构(20)的外部；所述自紧式金属结构(20)为扁圆柱状；所述自紧式金属结构(20)和所述紧固件(30)的整体呈圆柱状；所述紧固件(30)用于将相邻的两段高压临氢管路固定连接，且高压临氢管路与所述紧固件(30)之间为螺纹连接。
9.根据权利要求6所述的一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法，其特征在于，所述自紧式金属结构(20)的制造方法中，步骤S1中，对自紧式金属结构(20)进行结构设计，具体包括以下步骤：
S11，根据加氢站要求，以及根据高压临氢管路的服役温度、压力、规格，确定自紧式金属结构(20)的服役温度和压力；
S12，根据所述自紧式金属结构(20)的服役温度和压力，选取合适材质和尺寸的橡胶圈(40)；
S13，对自紧式金属结构(20)进行数字化设计，包括：与高压临氢管路接触的密封面即凹面(203)的结构设计，环形凹槽(202)的结构设计；
S14，利用有限元软件，对自紧式金属结构(20)进行应力分析，根据分析结果对自紧式金属结构(20)的局部应力集中区域(70)和凹面(203)进行优化改进；所述局部应力集中区域(70)位于自紧式金属结构(20)沿高压临氢管路传输方向的两侧的第一开口(201)处；
将分析得到的最大等效应力与自紧式金属结构(20)所用金属材料的力学性能数据进行比较；若所得到的最大等效应力小于所用金属材料的力学性能数据时，即静强度和疲劳强度校核满足要求时，则完成自紧式金属结构(20)的结构设计；若所得到的最大等效应力大于或等于所用金属材料的力学性能数据时，则重新对自紧式金属结构(20)进行结构设计；
步骤S3中，对机械加工后的自紧式金属结构(20)上的凹面(203)和环形凹槽(202)进行研磨和滚压处理。
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