CN111720542B - 金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法 - Google Patents

金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，石墨填料环为环形结构，所述石墨填料环包括中间石墨结构和边缘的网状金属结构，所述网状金属结构交织设置在所述中间石墨结构的内圈和外圈上，且位于内圈和外圈的两个网状金属结构相互独立。所述网状金属结构内设置有渗透石墨结构，且所述网状金属结构通过所述渗透石墨结构与所述中间石墨结构一体成型连接。金属网和石墨相互配合，网状金属结构的设置可以保护中间石墨结构，渗透石墨结构的设置可以润滑网状金属结构。本发明通过设置网状金属结构来提升石墨填料环的抗氧化和耐高温能力，且作为密封保护层的网状金属结构的稳定性好。

Description

金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法
技术领域
本发明涉及管道密封件技术领域，尤其涉及金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法。
背景技术
石墨填料环是一种用途广泛的密封件，多用于管道密封。传统的由纯石墨制成的石墨填料环在高温高压的环境下工作时，石墨成分容易被氧化，导致石墨填料环出现质量损失，密封效果大打折扣，严重时还会引起泄漏。
为此，出现了使用金属网或者金属带与石墨复合加工成石墨填料环的技术方案，以提高石墨填料环在高温高压环境下的工作性能。然而，使用金属材料对石墨进行包覆虽然可以起到密封石墨的作用，但石墨填料环在实际的工作环境中是会和管道相对旋转运动的，管道和外部金属材料相对摩擦很容易使金属材料发生偏移，金属材料的原有结构被破坏，进而使得金属材料对内部石墨的密封保护作用下降。因此有必要提供一种新的石墨填料环，既能使金属材料密封和保护石墨结构，又能保证金属材料结构稳定。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，设置网状金属结构来提升石墨填料环的抗氧化和耐高温能力，且作为密封保护层的网状金属结构的稳定性好。
技术方案：为实现上述目的，本发明的金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，填料环下模具上设置有环形且内凹的成型槽，在成型槽的内圈和外圈区域放入绕成多圈的网状金属带，在成型槽的中间区域放入绕成多圈的石墨带，并使石墨带位于内外圈的网状金属带之间；填料环上模具的下压头压入所述成型槽内，将石墨填料环压制成型，并使石墨带的石墨成分渗入到内圈和外圈的网状金属带内。
进一步地，压制成型的石墨填料环为环形，所述石墨填料环包括中间石墨结构、网状金属结构和渗透石墨结构，所述网状金属结构交织设置在所述中间石墨结构的内圈和外圈上，所述渗透石墨结构渗透设置在所述网状金属结构内，所述网状金属结构通过所述渗透石墨结构与所述中间石墨结构一体成型连接。
进一步地，所述中间石墨结构与网状金属结构之间的接触面截面形状为非直线型交织结构或锯齿形交织结构。
进一步地，所述网状金属带由M型金属丝和W型金属丝交织而成，所述M型金属丝和W型金属丝在空间内旋转交叉，并交织成若干个空间状立体筐格，任一相邻立体筐格不共面，多层的立体筐格在高压下垒叠压缩成所述网状金属结构；所述石墨带的石墨成分在高压下渗入到立体筐格内，形成所述渗透石墨结构。
进一步地，交织设置在所述中间石墨结构内圈和外圈的两个网状金属结构相互独立，相互不连接。
进一步地，所述网状金属带的厚度从上下两侧边缘向中间逐渐变薄，使所述中间石墨结构与网状金属结构之间的接触面为弧形面，且所述网状金属结构包覆在所述中间石墨结构上下两端面的边缘上。
进一步地，所述网状金属结构和渗透石墨结构为共生结构，所述共生结构中的石墨占比密度从所述石墨填料环的边缘向中间逐渐增大。
进一步地，所述网状金属结构的厚度具体为3mm。
进一步地，所述网状金属带的材质为铜、镍或镍基合金。
进一步地，包括相接的管道和管道连接件，所述管道的端面设置有环形密封槽，所述管道连接件上对应设置有环形密封块；所述石墨填料环设置在所述环形密封槽内，且所述石墨填料环的厚度小于所述环形密封槽的深度；所述石墨填料环的两个端面分别贴合所述环形密封槽的槽底和所述环形密封块的前端面。
有益效果：本发明的金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，其有益效果如下：
1、在传统的纯石墨的填料环的内外圈加设网状金属结构，网状金属结构能够密封中间石墨结构，防止中间石墨结构被氧化，从而提高石墨填料环的抗氧化能力和耐高温能力；
2、网状金属结构通过渗透石墨结构和中间石墨结构一体成型，在填料环工作时，渗透石墨结构会有部分渗出到网状金属结构外，起到润滑的作用，减少管道和网状金属结构之间的摩擦，防止网状金属结构摩擦变形；
3、网状金属带由M型金属丝和W型金属丝在空间内旋转交叉，并交织而成，使网状金属结构和中间石墨结构接触面的横截面为非直线型交织结构，能够防止空气窜动，提高石墨填料环的密封性能；
4、网状金属带的厚度从上下两侧边缘向中间逐渐变薄，使所述中间石墨结构与网状金属结构之间的接触面为弧形面，且压制成型后的网状金属结构能够包覆在所述中间石墨结构上下两端面的边缘上，使渗透石墨结构能够渗出到中间石墨结构的上下两端的边缘上，提升网状金属结构对中间石墨结构上下两端面的密封防护性能。
附图说明
附图1为石墨填料环与管道的连接示意图；
附图2为石墨填料环的结构示意图；
附图3为石墨填料环内部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至3所述的金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，填料环下模具上设置有环形且内凹的成型槽，在成型槽的内圈和外圈区域放入绕成多圈的网状金属带，在成型槽的中间区域放入绕成多圈的石墨带，并使石墨带位于内外圈的网状金属带之间；填料环上模具的下压头压入所述成型槽内，将石墨填料环1压制成型，并使石墨带的石墨成分渗入到内圈和外圈的网状金属带内。
压制成型的石墨填料环1为环形，所述石墨填料环1包括中间石墨结构2、网状金属结构3和渗透石墨结构，所述网状金属结构3交织设置在所述中间石墨结构2的内圈和外圈上，所述渗透石墨结构渗透设置在所述网状金属结构3内，所述网状金属结构3通过所述渗透石墨结构与所述中间石墨结构2一体成型连接。
在高温高压的环境下工作时，网状金属结构3形成氧化膜，对中间石墨结构2进行密封，防止中间石墨结构2在高温高压下被氧化，进而损失质量，影响密封效果。之所选用网状的金属带而不是整个一体的金属带，则是基于网状金属带在压制成型中更容易和石墨带压制成一体，且石墨带的部分石墨成分会透过网格渗入到网状金属带内。
在高温高压环境中，石墨填料环1会发生一定程度的膨胀，此时网状金属结构3内的石墨成分会在进一步渗出到网状金属结构3的外表面，从而在网状金属结构3和管道5之间形成一个薄薄的石墨润滑层。石墨润滑层的存在能够有效降低网状金属结构3和管道之间的摩擦，从而避免了因摩擦而导致的网状金属结构3内的金属丝网相对运动位移。可以确保网状金属结构3的整体结构的稳定性，进而保证网状金属结构3的密封保护性能。
所述中间石墨结构2与网状金属结构3之间的接触面截面形状为非直线型交织结构或锯齿形交织结构。若为直线型交织结构，则接触面上会形成可以允许空气经过的通道，使得空气可以在接触面窜动，密封效果不佳。而非直线交织型的网状金属结构3在压制成型后，金属丝的方向和位置并不规则，因此中间石墨结构2和网状金属结构3的接触面表面则不会形成空气通道，从而提高了网状金属结构3的密封效果。
所述网状金属带由M型金属丝和W型金属丝交织而成，所述M型金属丝和W型金属丝在空间内旋转交叉，并交织成若干个空间状立体筐格，任一相邻立体筐格不共面，多层的立体筐格在高压下垒叠压缩成所述网状金属结构3，此时网状金属结构3和与中间石墨结构2之间的接触面即为非直线型交织结构。垒叠压缩而成的立体筐格可以有效防止接触面上的空气窜动，提升密封效果。所述石墨带的石墨成分在高压下渗入到立体筐格内，形成所述渗透石墨结构。
交织设置在所述中间石墨结构2内圈和外圈的两个网状金属结构3相互独立，相互不连接。若两个网状金属结构3相互连接，则意味中间石墨结构2并非完整的一整块，会导致中间石墨结构2的密封性能大打折扣。
所述网状金属带的厚度从上下两侧边缘向中间逐渐变薄，使所述中间石墨结构2与网状金属结构3之间的接触面为弧形面，且所述网状金属结构3包覆在所述中间石墨结构2上下两端面的边缘上。若网状金属带的厚度均一，则压制成型后网状金属结构会位于所述中间石墨结构2的内外圈上，此时渗透石墨结构内的石墨成分难以渗透到网状金属带的上下端面，润滑效果不佳，且网状金属结构3对中间石墨结构上下端面的密封保护性能也不佳。
当网状金属结构3包覆在所述中间石墨结构2上下两端面的边缘上，且中间石墨结构2与网状金属结构3之间的接触面为弧形面时，渗透石墨结构中石墨成分可以随着石墨填料环1的膨胀而渗出到中间石墨结构2上下两端面边缘的网状金属结构3的外表面，进而形成润滑层，润滑层同时也能够使网状金属结构3和管道5贴合更为紧密，密封效果更好。
所述网状金属结构3和渗透石墨结构为共生结构，所述共生结构中的石墨占比密度从所述石墨填料环1的边缘向中间逐渐增大。边缘的网状金属结构3形成金属氧化膜保护中间石墨结构，靠近中间的共生结构逐渐与中间石墨结构2过渡相连。
经过对石墨填料环1结构的多次试验，所述网状金属结构3的厚度具体为3mm，此时石墨填料环1能够耐受最高的温度从传统的85度左右提升至560度左右，且使用寿命也明显提升。
所述网状金属带的材质为铜、镍或镍基合金。防锈蚀性能好，且可以形成薄薄的氧化膜密封保护中间石墨结构。
包括相接的管道5和管道连接件6，管道连接件6可以是另一个管道，也可以是泵体或阀门等装置。所述管道5的端面设置有环形密封槽7，所述管道连接件6上对应设置有环形密封块8。所述石墨填料环1设置在所述环形密封槽7内，且所述石墨填料环1的厚度小于所述环形密封槽7的深度，从而确保环形密封块8的前端能够插入到环形密封槽7内。所述中间石墨结构2的两侧面分别贴合所述环形密封槽7的槽底和所述环形密封块8的前端面。
中间石墨结构2能够对管道5和管道连接件6之间进行密封，而网状金属结构3能够对中间石墨结构2进行密封，防止中间石墨结构2在高温下被氧化，两者相辅相成。网状金属结构3和渗透石墨结构的共生结构能够提升石墨填料环1的压制成型后的稳定性，而渗透石墨结构中的石墨成分渗出网状金属结构3后作为润滑层也能提升网状金属结构3的结构稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，其特征在于：填料环下模具上设置有环形且内凹的成型槽，在成型槽的内圈和外圈区域放入绕成多圈的网状金属带，在成型槽的中间区域放入绕成多圈的石墨带，并使石墨带位于内外圈的网状金属带之间；填料环上模具的下压头压入所述成型槽内，将石墨填料环(1)压制成型，并使石墨带的石墨成分渗入到内圈和外圈的网状金属带内；
压制成型的石墨填料环(1)为环形，所述石墨填料环(1)包括中间石墨结构(2)、网状金属结构(3)和渗透石墨结构，所述网状金属结构(3)交织设置在所述中间石墨结构(2)的内圈和外圈上，所述渗透石墨结构渗透设置在所述网状金属结构(3)内，所述网状金属结构(3)通过所述渗透石墨结构与所述中间石墨结构(2)一体成型连接；
所述中间石墨结构(2)与网状金属结构(3)之间的接触面截面形状为非直线型交织结构或锯齿形交织结构；
所述网状金属带由M型金属丝和W型金属丝交织而成，所述M型金属丝和W型金属丝在空间内旋转交叉，并交织成若干个空间状立体筐格，任一相邻立体筐格不共面，多层的立体筐格在高压下垒叠压缩成所述网状金属结构(3)；所述石墨带的石墨成分在高压下渗入到立体筐格内，形成所述渗透石墨结构；
交织设置在所述中间石墨结构(2)内圈和外圈的两个网状金属结构(3)相互独立，相互不连接；
所述网状金属带的厚度从上下两侧边缘向中间逐渐变薄，使所述中间石墨结构(2)与网状金属结构(3)之间的接触面为弧形面，且所述网状金属结构(3)包覆在所述中间石墨结构(2)上下两端面的边缘上。
2.根据权利要求1所述的金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，其特征在于：所述网状金属结构(3)和渗透石墨结构为共生结构，所述共生结构中的石墨占比密度从所述石墨填料环(1)的边缘向中间逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，其特征在于：所述网状金属结构(3)的厚度具体为3mm。
4.根据权利要求1所述的金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，其特征在于：所述网状金属带的材质为铜、镍或镍基合金。
5.根据权利要求1所述的金属石墨共生高温流体密封件成型工艺方法，其特征在于：包括相接的管道(5)和管道连接件(6)，所述管道(5)的端面设置有环形密封槽(7)，所述管道连接件(6)上对应设置有环形密封块(8)；所述石墨填料环(1)设置在所述环形密封槽(7)内，且所述石墨填料环(1)的厚度小于所述环形密封槽(7)的深度；所述石墨填料环(1)的两个端面分别贴合所述环形密封槽(7)的槽底和所述环形密封块(8)的前端面。
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