CN112944066B - 可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置及实现方法 - Google Patents

可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置及实现方法，由密封连接底座、密封连接螺帽、金丝密封圈以及密封连接螺杆组成。本发明以金丝密封的方式实现了对超流氦温区流体工质的密封，且通过设计底座、螺帽和螺杆三个独立部件使进气管和出气管可自由分离，从而极大简化了低温流体管道的安装和拆卸，对于工作在超流氦温区的低温节流制冷机在航空航天等特殊领域的应用具有非常积极的意义。

Description

可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置及实现方法
技术领域
本发明属于制冷及低温工程领域，涉及超流氦低温节流制冷机，特别涉及一种自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置及实现方法。
背景技术
低温节流制冷机是一种利用制冷工质节流后产生的降压降温效应获取低温的制冷机。超流氦温区低温节流制冷机采用多级回热式制冷机(如两级GM制冷机或多级脉冲管制冷机)进行预冷，使用氦-4为工质，能够在低温端获取超流氦温区(2.17K)乃至以下的温度；超流氦低温节流制冷机的低温端没有运动部件，从而实现了无振动、高可靠等特性。这些显著优点使得超流氦低温节流制冷机成为近年来极低温区机械制冷机研究的一大热门，在量子通信、深空探测、低温电子、超导物理等方面都获得了广泛的应用。
本发明着眼于超流氦温区低温节流制冷机中的密封连接装置，它是衔接超流氦温区下各低温端部件的重要装置，对于科学试验和工程应用来说需要满足以下两方面的要求：
1)具备良好的低温密封性能。超流氦工质具有不同于常规流体的很多特异性质，如极低温度、极低密度、无粘性等，这对低温密封的结构和材料提出了极大的挑战，传统的常温有机密封材料已不能满足该要求。
2)能够灵活安装和拆卸。特别是对于科学试验和工程调试阶段，在确定制冷机众多结构参数之前，低温端的各个部件不便于全部焊接形成一体，因此需要能自由拆卸的连接件实现各个部件的多次组装。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置及实现方法。
本发明的目的在于，在超流氦低温节流制冷机的低温端设计一个可自由拆卸式的金丝密封连接装置，一方面，通过金丝环密封圈的良好延展性填充两个密封面之间的空隙，实现对管道内极低温度流体工质的良好密封；另一方面，通过设计密封底座、螺帽和螺杆三个独立的部件，以螺纹旋紧的方式实现进气管和出气管流道的连接，在简化安装的同时达到可自由拆卸的目的。
所发明的可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置，由密封连接底座3、密封连接螺帽4、金丝密封圈6以及密封连接螺杆9组成。密封连接底座3和密封连接螺杆9通过密封连接螺帽4紧密配合在一起，使金丝密封圈6发生延展形变，实现对超流氦温度流体的低温密封；密封连接底座3为回转体，其上端面中心位置处为一个定位凸台13，用以实现和密封连接螺杆9的定位配合；沿定位凸台13外缘加工出凹槽，该凹槽的下底面为凹槽密封面5；密封连接螺杆9下端面中心位置处加工出凸台，该凸台的上底面为凸台密封面7；金丝密封圈6处于凹槽密封面5和凸台密封面7两者之间，其线径控制在0.8～1.2mm之内；密封连接螺杆9外侧和密封连接螺帽4内侧为相同尺寸的螺纹12，通过螺纹12紧固将密封连接底座3压紧在上限位面8和下限位面14之间，同时实现凹槽密封面5和凸台密封面7对金丝密封圈6的延展形变；密封连接螺帽4预先同心套在进气管上，再用焊接的方式将密封连接底座3和进气管1结合成一体，且将密封连接螺杆9和出气管11结合成一体，螺纹12可使三者自由配合或分离，从而形成可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置。
所发明的可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置的实现方法如下：
密封连接底座3上的定位凸台13高出上限位面8约2～3mm，凹槽密封面5与上限位面8之间的距离为1.2～1.5mm；定位凸台13的外径与密封连接螺杆9中螺杆定位孔21的孔径保持一致，以使二者能够在轴向无阻力配合；密封连接底座3中的进气管限位孔16孔径与进气管1的外径相同，孔深为4～5mm，并在下端面加工出45°的底座倒角17，利用焊接工艺将密封连接底座3和进气管1在交接部2处进行焊接，使二者形成一个整体；密封连接螺杆9中的凸台密封面7与上限位面8之间的距离为0.8～1.2mm；密封连接螺杆9的上部加工成一个方台18，高度约为3mm，便于安装或拆卸时的固定；密封连接螺杆9中的出气管限位孔20孔径与出气管11的外径相同，孔深为4～5mm，并在上端面加工出45°的螺杆倒角19，利用焊接工艺将密封连接螺杆9和出气管11在交接部10处进行焊接，使二者形成一个整体；密封连接螺帽4的外缘加工成正六边形结构，其下部的螺帽定位孔22内径较进气管1的外径大0.3～0.5mm，以使其能在焊接工序之前无接触同心套在进气管1上；金丝密封圈6为采用纯金制造的环形圈，其线径控制在0.8～1.2mm，具有良好的延展性，其形变后能完全填充凹槽密封面5和凸台密封面7两者之间的空隙，从而实现密封超流氦温区流体工质的目的。
本发明的特点和优点如下：
1)对在超流氦温区的流体具有良好的密封性能。利用金丝环密封圈的良好延展性，经过上下两个密封平面的挤压，能够完全填充两个密封面之间的空隙，同时金丝可以承受极低温度带来的应力形变，不会造成泄露，从而对管道内极低温度流体工质形成良好密封。
2)能够灵活安装和拆卸。通过设计密封底座、螺帽和螺杆三个独立的部件，以螺纹旋紧的方式实现进气管和出气管流道的连接，从而避免了进出气管直接焊接带来的无法更换、容易低温泄露等问题，在简化安装的同时达到可自由拆卸的目的，因此该连接件实现了超流氦温区下低温端各个部件的便携式组装。
本发明在保证良好密封的基础上实现了超流氦温区下各个部件之间的连接和拆卸，对于超流氦低温节流制冷机在航空航天等特殊领域的应用具有非常积极的意义。
附图说明
图1为所发明的可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置三维结构分解图；
图2为所发明的可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置与进气管1及出气管11耦合连接的剖视图；
图3为密封连接底座3的剖视图；
图4为密封连接螺杆9的剖视图；
图5为密封连接螺帽4的剖视图；
图6为金丝密封圈6的三维视图。
其中：1为进气管；2为焊接点A；3为密封连接底座；4为密封连接螺帽；5为凹槽密封面；6为金丝密封圈；7为凸台密封面；8为上限位面；9为密封连接螺杆；10为焊接点B；11为出气管；12为螺纹；13为定位凸台；14为下限位面；15为定位凸台内孔；16为进气管限位孔；17为底座倒角；18为方台；19为螺杆倒角；20为出气管限位孔；21为螺杆定位孔；22为螺帽定位孔。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
图2为所发明的可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置与进气管1及出气管11耦合连接的剖视图；包括
图3为密封连接底座3的剖视图；
图4为密封连接螺杆9的剖视图；
图5为密封连接螺帽4的剖视图；
图6为金丝密封圈6的三维视图。
图2为所发明的直通式狭缝预冷换热器与进气管1及出气管13耦合连接的剖视图，包括密封连接底座3、密封连接螺帽4、金丝密封圈6以及密封连接螺杆9。
图3为锥形导流芯柱插入预冷换热器内环形狭缝体的剖视图。
图4为进气导流器3的剖视图。
图5为出气导流器10的剖视图。
所发明的可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置主要由密封连接底座3、密封连接螺帽4、金丝密封圈6以及密封连接螺杆9四部分组成。其中密封连接底座3、密封连接螺帽4和密封连接螺杆9均使用低温下比热容小、膨胀系数小的材料制作，金丝密封圈6由延展性好的纯金制作。密封连接底座3加工成回转体，其上端面中心位置处为一个定位凸台13，用以实现和密封连接螺杆9的定位配合；沿定位凸台13外缘加工出凹槽，该凹槽的下底面为凹槽密封面5；密封连接螺杆9下端面中心位置处加工出凸台，该凸台的上底面为凸台密封面7；金丝密封圈6处于凹槽密封面5和凸台密封面7两者之间，其线径为0.8mm；密封连接螺杆9外侧和密封连接螺帽4内侧为相同尺寸的M10标准工制螺纹12，通过螺纹12紧固将密封连接底座3压紧在上限位面8和下限位面14之间，同时实现凹槽密封面5和凸台密封面7对金丝密封圈6的延展形变；密封连接螺帽4预先同心套在进气管上，再用真空钎焊的方式将密封连接底座3和进气管1结合成一体，且将密封连接螺杆9和出气管11结合成一体，螺纹12可使三者自由配合或分离，从而形成可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置。
密封连接底座3上的定位凸台上端面与上限位面8的距离为2.5mm，凹槽密封面5与上限位面8之间的距离为1.4mm；定位凸台13的外径与密封连接螺杆9中螺杆定位孔21的孔径保持一致，以使二者能够在轴向无阻力配合；密封连接底座3中的进气管限位孔16孔径与进气管1的外径相同，孔深为4.5mm，并在下端面加工出45°的底座倒角17，利用焊接工艺将密封连接底座3和进气管1在交接部2处进行焊接，使二者形成一个整体；密封连接螺杆9中的凸台密封面7与上限位面8之间的距离为1.1mm；密封连接螺杆9的上部加工成一个方台18，高度为3mm，便于安装或拆卸时的固定；密封连接螺杆9中的出气管限位孔20孔径与出气管11的外径相同，孔深为4.5mm，并在上端面加工出45°的螺杆倒角19，利用焊接工艺将密封连接螺杆9和出气管11在交接部10处进行焊接，使二者形成一个整体；密封连接螺帽4的外缘加工成正六边形结构，其下部的螺帽定位孔22内径较进气管1的外径大0.5mm，以使其能在焊接工序之前无接触同心套在进气管1上；金丝密封圈6为采用纯金制造的环形圈，其线径为0.8mm，具有良好的延展性，其形变后能完全填充凹槽密封面5和凸台密封面7两者之间的空隙，从而实现密封超流氦温区流体工质的目的。

Claims (2)

1.一种可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置，包括密封连接底座(3)、密封连接螺帽(4)、金丝密封圈(6)以及密封连接螺杆(9)，其特征在于：
密封连接底座(3)和密封连接螺杆(9)通过密封连接螺帽(4)紧密配合在一起，使金丝密封圈(6)发生延展形变，实现对超流氦温度流体的低温密封；密封连接底座(3)为回转体，其上端面中心位置处为一个定位凸台(13)，用以实现和密封连接螺杆(9)的定位配合；沿定位凸台(13)外缘加工出凹槽，该凹槽的下底面为凹槽密封面(5)；密封连接螺杆(9)下端面中心位置处加工出凸台，该凸台的上底面为凸台密封面(7)；金丝密封圈(6)处于凹槽密封面(5)和凸台密封面(7)两者之间，其线径控制在0.8～1.2mm之内；密封连接螺杆(9)外侧和密封连接螺帽(4)内侧为相同尺寸的螺纹(12)，通过螺纹(12)紧固将密封连接底座(3)压紧在上限位面(8)和下限位面(14)之间，同时实现凹槽密封面(5)和凸台密封面(7)对金丝密封圈(6)的延展形变；密封连接螺帽(4)预先同心套在进气管上，再用焊接的方式将密封连接底座(3)和进气管(1)结合成一体，且将密封连接螺杆(9)和出气管(11)结合成一体，螺纹(12)可使三者自由配合或分离，从而形成可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置。
2.一种如权利要求1所述可自由拆卸式超流氦温区金丝密封连接装置的实现方法，其特征在于方法如下：
所述的密封连接底座(3)上的定位凸台(13)高出上限位面(8)2～3mm，凹槽密封面(5)与上限位面(8)之间的距离为1.2～1.5mm；定位凸台(13)的外径与密封连接螺杆(9)中螺杆定位孔(21)的孔径保持一致，以使二者能够在轴向无阻力配合；密封连接底座(3)中的进气管限位孔(16)孔径与进气管(1)的外径相同，孔深为4～5mm，并在下端面加工出45°的底座倒角(17)，利用焊接工艺将密封连接底座(3)和进气管(1)在交接部(2)处进行焊接，使二者形成一个整体；密封连接螺杆(9)中的凸台密封面(7)与上限位面(8)之间的距离为0.8～1.2mm；密封连接螺杆(9)的上部加工成一个方台(18)，高度约为3mm，便于安装或拆卸时的固定；密封连接螺杆(9)中的出气管限位孔(20)孔径与出气管(11)的外径相同，孔深为4～5mm，并在上端面加工出45°的螺杆倒角(19)，利用焊接工艺将密封连接螺杆(9)和出气管(11)在交接部(10)处进行焊接，使二者形成一个整体；密封连接螺帽(4)的外缘加工成正六边形结构，其下部的螺帽定位孔(22)内径较进气管(1)的外径大0.3～0.5mm，以使其能在焊接工序之前无接触同心套在进气管(1)上；金丝密封圈(6)为采用纯金制造的环形圈，其线径控制在0.8～1.2mm，具有良好的延展性，其形变后能完全填充凹槽密封面(5)和凸台密封面(7)两者之间的空隙，从而实现密封超流氦温区流体工质的目的。
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