CN115899267B

CN115899267B - 用于变温环境下的密封结构

Info

Publication number: CN115899267B
Application number: CN202310148274.4A
Authority: CN
Inventors: 程俊; 邹大军; 马斌; 聂旭涛; 王元兴
Original assignee: Equipment Design and Testing Technology Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Current assignee: Equipment Design and Testing Technology Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date: 2023-02-22
Filing date: 2023-02-22
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2043-02-22
Also published as: CN115899267A

Abstract

本发明属于大型低温设备试验装置设计领域，公开了用于变温环境下的密封结构。本发明的用于变温环境下的密封结构在收缩的垂直方向上分别设有螺钉与蝶形弹簧，通过螺钉与蝶形弹簧的共同作用为泛塞封提供预紧力。当密封结构周围环境温度变化，引起密封结构各零部件之间出现相对运动时，一方面，各零部件在克服预紧力产生的摩擦力基础上沿收缩方向自由移动，避免了各零部件间产生过大的应力，另一方面，由于预紧力的存在，泛塞封在移动过程中始终处于被压缩状态，实现密封结构的密封。本发明的用于变温环境下的密封结构解决了变温环境下的密封问题，适用于大型低温设备及其它在变温环境中工作设备的密封。

Description

用于变温环境下的密封结构

技术领域

本发明属于大型低温试验装置设计领域，具体涉及用于变温环境下的密封结构。

背景技术

大型低温设备的特点之一是通过降低气流温度以满足环境模拟试验需求，这决定了大型低温设备中大量的零部件需在常温至零下一百多度这一变温环境下工作。由于金属材料的热胀冷缩效应，特别是对于大尺度的大型低温设备，其中的零部件将会出现较大尺寸的收缩，以一长度为13000mm、直径4000mm，壁厚20mm的圆筒为例，在温度由20℃降至-150℃的过程中，其轴向和径向方向将分别出现50mm和15mm左右的收缩量。对于常规密封结构，一方面，很难自动补偿如此大的收缩量，另一方面，零部件之间的固定连接在变温环境下会出现局部的应力集中，影响常规密封结构的密封性能，严重时将导致常规密封结构破坏，影响大型低温设备的运行安全。

当前，亟需发展用于变温环境下的密封结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供用于变温环境下的密封结构。

本发明的变温环境下的密封结构，其特点是，所述的密封结构包括收缩件、泛塞封Ⅰ、泛塞封Ⅱ、L型轴向滑动板、压紧螺钉Ⅰ、蝶形弹簧Ⅰ、压块、压紧螺钉Ⅱ、蝶形弹簧Ⅱ、径向滑动板、泛塞封Ⅲ、压紧螺钉Ⅲ、蝶形弹簧Ⅲ和绝热块；

收缩件为筒体，收缩件的外壁面设置有L型轴向滑动板、径向滑动板和绝热块，绝热块作为安装基础固定在收缩件的外壁面上；

径向滑动板为竖直安装的板体，径向滑动板与收缩件外壁之间设置有隔离缝隙Ⅰ，隔离缝隙Ⅰ的高度为H1，径向滑动板的左侧平面内设置有与绝热块之间密封的泛塞封Ⅲ，径向滑动板的右侧平面内设置有与L型轴向滑动板的竖直段之间密封的泛塞封Ⅰ，径向滑动板的左侧平面通过压紧螺钉Ⅲ和蝶形弹簧Ⅲ固定在绝热块右侧平面上；径向滑动板的过孔内径大于压紧螺钉Ⅲ的外径，径向滑动板的过孔与压紧螺钉Ⅲ之间具有间隙Ⅰ，间隙Ⅰ的高度为h1；

L型轴向滑动板的竖直段通过压块压紧在径向滑动板的右侧平面上，通过压紧螺钉Ⅱ和蝶形弹簧Ⅱ固定在径向滑动板的右侧平面上，压块的过孔内径大于压紧螺钉Ⅱ的外径，压块的过孔与压紧螺钉Ⅱ之间具有间隙Ⅱ，的高度为h2；L型轴向滑动板的竖直段下端面与压块的对应端面之间设置有隔离缝隙Ⅱ，隔离缝隙Ⅱ的高度为H2；L型轴向滑动板的水平段设置有与收缩件内壁之间密封的泛塞封Ⅱ，L型轴向滑动板的水平段上沿轴向方向开有U型槽，L型轴向滑动板的水平段通过穿过U型槽的压紧螺钉Ⅰ与蝶形弹簧Ⅰ固定在收缩件外壁面上；

隔离缝隙Ⅰ的高度H1大于收缩件的径向变形量，隔离缝隙Ⅱ的高度H2也大于收缩件的径向变形量；U型槽的长度大于收缩件的轴向变形量；间隙Ⅰ的高度h1与间隙Ⅱ的高度h2之和大于径向滑动板的径向变形量。

进一步地，所述的密封结构用于环境温度40℃~-150℃范围内。

进一步地，所述的L型轴向滑动板、径向滑动板的材质为低温不锈钢，低温不锈钢为304L、304LN、316L或者316LN中的。

当密封结构所处的环境温度由40℃降至-150℃时，收缩件发生轴向收缩现象，收缩件与L型轴向滑动板的水平段之间出现轴向相对滑动。一方面，收缩件带动压紧螺钉Ⅰ和蝶形弹簧Ⅰ沿在L型轴向滑动板的水平段的U型槽滑动，实现轴向相对滑动；另一方面，在轴向相对滑动的同时，借助压紧螺钉Ⅰ和蝶形弹簧Ⅰ提供的预紧力，泛塞封Ⅱ始终处于压缩状态，保持L型轴向滑动板的水平段与收缩件之间的密封。

当密封结构所处的环境温度由40℃降至-150℃时，收缩件发生径向收缩现象，L型轴向滑动板的竖直段与压块之间出现径向相对滑动。一方面，收缩件带动L型轴向滑动板的竖直段在压块和径向滑动板之间竖直径向滑动，同时减小隔离缝隙Ⅰ的高度h1和隔离缝隙Ⅱ的高度h2；另一方面，在竖直径向滑动的同时，借助压紧螺钉Ⅱ和蝶形弹簧Ⅱ提供的预紧力，泛塞封Ⅰ始终处于压缩状态，保持径向滑动板与L型轴向滑动板的竖直段之间的密封。

当密封结构所处的环境温度由40℃降至-150℃时，径向滑动板发生径向和轴向收缩现象，一方面，通过间隙Ⅰ和间隙Ⅱ，径向滑动板实现沿绝热块径向自由收缩；另一方面，径向滑动板无论在径向还是轴向收缩时，借助压紧螺钉Ⅲ和蝶形弹簧Ⅲ提供的预紧力，泛塞封Ⅲ始终处于压缩状态，保持径向滑动板与绝热块之间的密封。

本发明的用于变温环境下的密封结构在收缩的垂直方向上分别设有螺钉与蝶形弹簧，通过螺钉与蝶形弹簧的共同作用为泛塞封提供预紧力。当密封结构周围环境温度变化，引起密封结构各零部件之间出现相对运动时，一方面，各零部件在克服预紧力产生的摩擦力基础上沿收缩方向自由移动，避免了各零部件间产生过大的应力，另一方面，由于预紧力的存在，泛塞封在移动过程中始终处于被压缩状态，实现密封结构的密封。

本发明的用于变温环境下的密封结构主要用于宽温域变温环境，温度变化引起结构尺寸明显变化的场合，解决了变温环境下的密封问题，适用于大型低温设备及其它在变温环境中工作设备的密封。

附图说明

图1为实施例1的用于变温环境下的密封结构示意图。

图中，1.收缩件；2.泛塞封Ⅰ；3.泛塞封Ⅱ；4.L型轴向滑动板；5.压紧螺钉Ⅰ；6.蝶形弹簧Ⅰ；7.压块；8.压紧螺钉Ⅱ；9.蝶形弹簧Ⅱ；10.径向滑动板；11.泛塞封Ⅲ；12.压紧螺钉Ⅲ；13.蝶形弹簧Ⅲ；14.绝热块。

实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

实施例1

本发明的用于变温环境下的密封结构应用于大型低温试验装置内部段的密封结构。

如图1所示，L型轴向滑动板4的水平段通过压紧螺钉Ⅰ5与蝶形弹簧Ⅰ6连接至收缩件1上；L型轴向滑动板4的竖直段通过压块7与径向滑动板10连接；泛塞封Ⅱ3安装在L型轴向滑动板4的水平段上，泛塞封Ⅱ3外表面与收缩件1贴合，通过压紧螺钉Ⅰ5与蝶形弹簧Ⅰ6提供的预紧力形成密封结构；压块7通过压紧螺钉Ⅱ8和蝶形弹簧Ⅱ9固定在径向滑动板10上；泛塞封Ⅰ2安装在径向滑动板10中，泛塞封Ⅰ2外表面与L型轴向滑动板4的竖直段贴合，通过压紧螺钉Ⅱ8和蝶形弹簧Ⅱ9提供的预紧力形成密封结构；径向滑动板10通过压紧螺钉Ⅲ12和蝶形弹簧Ⅲ13安装在绝热块14上；泛塞封Ⅲ11安装在径向滑动板10中，泛塞封Ⅲ11外表面与绝热块14贴合，通过压紧螺钉Ⅲ12和蝶形弹簧Ⅲ13提供的预紧力形成密封结构。

大型低温试验装置运行的温度范围约在40℃~-150℃之间，在变温过程中，随着温度的逐渐降低，收缩件1分别同时发生轴向与径向的收缩。由于收缩件1的固定端在上游，收缩件1会在轴向朝固定端收缩；与此同时，为了保证收缩件1圆心位置保持不变，在径向有限位装置，收缩件1整体会朝圆心收缩。以一长度为13000mm、直径4000mm，壁厚20mm的圆筒为例，在温度由20℃降至-150℃的过程中，其轴向和径向方向将分别出现50mm和15mm左右的收缩量。对于轴向收缩，一方面，收缩件1带动压紧螺钉Ⅰ5和蝶形弹簧Ⅰ6沿在L型轴向滑动板4上开设的长为100mm的U型槽滑动，实现轴向相对滑动；另一方面，在轴向相对滑动的同时，借助压紧螺钉Ⅰ5和蝶形弹簧Ⅰ6提供的预紧力，泛塞封Ⅱ3始终处于被压缩状态，实现L型轴向滑动板4与收缩件1之间的密封。对于径向收缩，一方面，收缩件1带动L型轴向滑动板4的竖直段在压块7和径向滑动板10之间竖直径向滑动，实现竖直径向滑动；另一方面，在竖直径向滑动的同时，借助压紧螺钉Ⅱ8和蝶形弹簧Ⅱ9提供的预紧力，泛塞封Ⅰ2始终处于被压缩状态，实现径向滑动板10与L型轴向滑动板4之间的密封。

此外，在大型低温试验装置降温过程中，径向滑动板10会出现轴向与径向收缩。一方面，通过压紧螺钉Ⅲ12与径向滑动板10上过孔之间的5mm间隙Ⅰ，和压块7的过孔与压紧螺钉Ⅱ8之间的5mm间隙Ⅱ，径向滑动板10实现沿绝热块14的径向自由收缩；另一方面，无论是在径向还是轴向收缩时，借助压紧螺钉Ⅲ12和蝶形弹簧Ⅲ13提供的预紧力，泛塞封Ⅲ11始终处于被压缩状态，保持径向滑动板10与绝热块14之间的密封。

在大型低温试验装置的内部段中，稳定段后部的静流段、收缩段出口以及高速扩散段前段三处均设有本发明的变温环境下的密封结构，有效解决了大型低温试验装置的密封问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.用于变温环境下的密封结构，其特征在于，所述的密封结构包括收缩件（1）、泛塞封Ⅰ（2）、泛塞封Ⅱ（3）、L型轴向滑动板（4）、压紧螺钉Ⅰ（5）、蝶形弹簧Ⅰ（6）、压块（7）、压紧螺钉Ⅱ（8）、蝶形弹簧Ⅱ（9）、径向滑动板（10）、泛塞封Ⅲ（11）、压紧螺钉Ⅲ（12）、蝶形弹簧Ⅲ（13）和绝热块（14）；

收缩件（1）为筒体，收缩件（1）的外壁面设置有L型轴向滑动板（4）、径向滑动板（10）和绝热块（14），绝热块（14）作为安装基础固定在收缩件（1）的外壁面上；

径向滑动板（10）为竖直安装的板体，径向滑动板（10）与收缩件（1）外壁之间设置有隔离缝隙Ⅰ，隔离缝隙Ⅰ的高度为H1，径向滑动板（10）的左侧平面内设置有与绝热块（14）之间密封的泛塞封Ⅲ（11），径向滑动板（10）的右侧平面内设置有与L型轴向滑动板（4）的竖直段之间密封的泛塞封Ⅰ（2），径向滑动板（10）的左侧平面通过压紧螺钉Ⅲ（12）和蝶形弹簧Ⅲ（13）固定在绝热块（14）右侧平面上；径向滑动板（10）的过孔内径大于压紧螺钉Ⅲ（12）的外径，径向滑动板（10）的过孔与压紧螺钉Ⅲ（12）之间具有间隙Ⅰ，间隙Ⅰ的高度为h1；

L型轴向滑动板（4）的竖直段通过压块（7）压紧在径向滑动板（10）的右侧平面上，通过压紧螺钉Ⅱ（8）和蝶形弹簧Ⅱ（9）固定在径向滑动板（10）的右侧平面上，压块（7）的过孔内径大于压紧螺钉Ⅱ（8）的外径，压块（7）的过孔与压紧螺钉Ⅱ（8）之间具有间隙Ⅱ，间隙Ⅱ的高度为h2；L型轴向滑动板（4）的竖直段下端面与压块（7）的对应端面之间设置有隔离缝隙Ⅱ，隔离缝隙Ⅱ的高度为H2；L型轴向滑动板（4）的水平段设置有与收缩件（1）内壁之间密封的泛塞封Ⅱ（3），L型轴向滑动板（4）的水平段上沿轴向方向开有U型槽，L型轴向滑动板（4）的水平段通过穿过U型槽的压紧螺钉Ⅰ（5）与蝶形弹簧Ⅰ（6）固定在收缩件（1）外壁面上；

隔离缝隙Ⅰ的高度H1大于收缩件（1）的径向变形量，隔离缝隙Ⅱ的高度H2也大于收缩件（1）的径向变形量；U型槽的长度大于收缩件（1）的轴向变形量；间隙Ⅰ的高度h1与间隙Ⅱ的高度h2之和大于径向滑动板（10）的径向变形量。

2.根据权利要求1所述的用于变温环境下的密封结构，其特征在于，所述的密封结构用于环境温度40℃~-150℃范围内。

3.根据权利要求1所述的用于变温环境下的密封结构，其特征在于，所述的L型轴向滑动板（4）、径向滑动板（10）的材质为低温不锈钢，低温不锈钢为304L、304LN、316L或者316LN中的一种。