CN201322093Y - 超低温用螺纹连接静密封结构 - Google Patents

Abstract

超低温用螺纹连接静密封结构，包括螺纹连接结构和橡胶与金属复合密封件。该密封结构提高了超低温下密封的可靠性、密封结构紧凑、质量小，适用于超低温情况下的螺纹连接结构的密封，保证0～35MPa工作压力下的密封漏率＜1×10－5Pa·m³/s。

Description

超低温用螺纹连接静密封结构

技术领域

本实用新型涉及一种超低温用螺纹连接静密封结构，属于超低温环境下的密封领域。

背景技术

运载火箭箭体使用的超低温阀门、气瓶等部件(如液氢、液氧阀门)经常采用螺纹连接结构，该结构简单、紧凑、节省空间、安装简便，但是该处的密封问题一直是一个难题。

目前普遍采用软金属垫片(如铝垫片、紫铜垫片等)作密封件进行密封，在常温下密封就有出现泄露的可能性，在经历低温循环过程中，由于金属垫片在低温下收缩率较大，而且恢复常温后变形无法恢复，因此造成在常温复试时静密封泄漏的问题，具体变化情况如图1和图2所示；而且在螺纹旋转装配的过程中很容易将金属垫片的表面划伤，从而导致超低温下密封泄漏。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种能在经历低温循环后仍能保持良好密封效果的密封结构。

本实用新型的技术解决方案：超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：上螺纹连接装置、下螺纹连接装置和橡胶-金属复合密封件，在上螺纹连接装置和下螺纹连接装置接触面上各加工一个密封槽，将橡胶-金属复合密封件放置在下螺纹连接装置的密封槽内，安装上螺纹连接装置拧紧密封。

所述的橡胶-金属复合密封件包括金属骨架和橡胶，金属骨架外表面吹沙后，与橡胶热压结合成一整体。

所述的密封槽直径D＝Ds+70％Dr，加工误差±0.04mm，密封槽高度为L＝(Ls+Dr)/2，加工误差±0.04mm，其中Ds为金属骨架的直径，Ls为金属骨架的高度，Dr为橡胶的厚度。

所述的金属骨架的热膨胀系数小于上、下螺纹连接装置金属热膨胀系数一个数量级以上。

本实用新型与现有技术相比有益效果为：

(1)本实用新型采用螺纹连接装置和橡胶-金属复合密封件形式，金属骨架的热膨胀系数小于螺纹连接装置金属热膨胀系数，属于温度自紧式密封结构，当温度降低时，螺纹连接装置的收缩量大于密封件金属骨架的收缩量，使金属骨架外侧的橡胶弹性体在原有的压缩量基础上又增加了压缩，从而提高了接触应力，提高了超低温下密封的可靠性。

(2)本实用新型采用采用橡胶-金属复合密封件，橡胶使用在-196℃超低温条件下具有可靠密封性能的氯丁橡胶，在超低温情况下能保证0～35MPa工作压力下的密封漏率＜1×10-5Pa·m³/s。

(3)本实用新型的橡胶-金属复合密封件与上、下螺纹连接装置接触的是橡胶，压缩变形的也是橡胶而不是金属，因此相对于装配金属垫片所需要的安装力要小的多，降低了安装力矩。

(4)本实用新型的橡胶-金属复合密封件的外侧为橡胶，橡胶的弹性使其在常温装配过程中能够弥补接触面的微小缺陷，在超低温环境下，由于连接装置与金属骨架的收缩量的差异，使橡胶弹性体在原有的压缩量基础上又增加了压缩，从而保证了超低温下环境满足密封漏率的要求。

附图说明

图1为金属垫片常温密封示意图；

图2为金属垫片低温后恢复常温密封示意图；

图3为本实用新型结构示意图；

图4为A局部放大图；

图5为本实用新型橡胶-金属复合密封件结构示意图；

图6为使用本实用新型的某低温阀门螺纹连接密封结构示意图。

具体实施方式

如图3和图4所示，本实用新型由上螺纹连接装置1、下螺纹连接装置2和橡胶-金属复合密封件3组成，在上螺纹连接装置1和下螺纹连接装置2接触面上各加工一个密封槽。密封槽直径D＝Ds+70％Dr，加工误差±0.04mm，密封槽高度为L＝(Ls+Dr)/2，加工误差±0.04mm，其中Ds为金属骨架31的直径，Ls为金属骨架的高度，Dr为橡胶的厚度。

橡胶-金属复合密封件3如图5所示，由金属骨架31和橡胶32组成，橡胶-金属复合密封件3的橡胶使用在-196℃超低温条件下具有可靠密封性能的氯丁橡胶。

橡胶-金属复合密封件3的加工工艺：用吹沙机吹沙处理金属骨架31外表面后，将金属骨架31放到安装在热压机上的模具中，在其外表面覆盖上氯丁橡胶，加压硫化，使金属骨架和氯丁橡胶结合成一整体。硫化温度160～165℃，时间20～30分钟。

装配时将橡胶-金属复合密封件3放置在下螺纹连接装置2的密封槽内，安装上螺纹连接装置1，通过对上螺纹连接装置1施加装配力，起到对橡胶-金属复合密封件3的压紧作用，从而密封。金属骨架31的热膨胀系数小于上下螺纹连接装置金属热膨胀系数，当温度降低时，上下螺纹连接装置的收缩量大于密封件金属骨架的收缩量，使金属骨架外侧的橡胶弹性体在原有的压缩量基础上又增加了压缩，从而提高了接触应力，提高了超低温下密封的可靠性。

某低温阀门螺纹连接密封结构见图6所示，使用了两套螺纹连接静密封结构，由上螺纹连接装置1、下螺纹连接装置2、两个橡胶-金属复合密封件3和螺套4组成，螺套4既是第一套螺纹连接静密封结构的下螺纹连接装置，同时又是第二套螺纹连接静密封结构的上螺纹连接装置。螺纹连接装置的材料为1Cr18Ni9Ti，橡胶-金属复合密封件3的金属骨架的材料为低膨胀合金。

某低温阀门螺纹连接密封结构在常温和液氮的条件下的漏率见表1。

表1

同理，可根据实际需要选择螺纹连接静密封结构的数量和结合方式。

本实用新型未详细说明的内容为本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1、超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：上螺纹连接装置(1)、下螺纹连接装置(2)和橡胶-金属复合密封件(3)，在上螺纹连接装置(1)和下螺纹连接装置(2)接触面上各加工一个密封槽，将橡胶-金属复合密封件(3)放置在下螺纹连接装置(2)的密封槽内，安装上螺纹连接装置(1)拧紧密封。

2、根据权利要求1所述的超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：所述的橡胶-金属复合密封件(3)包括金属骨架(31)和橡胶(32)，金属骨架(31)外表面吹沙后，与橡胶(32)热压结合成一整体。

3、根据权利要求1所述的超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：所述的密封槽直径D＝Ds+70％Dr，加工误差±0.04mm，密封槽高度为L＝(Ls+Dr)/2，加工误差±0.04mm，其中Ds为金属骨架(31)的直径，Ls为金属骨架(31)的高度，Dr为橡胶(32)的厚度。

4、根据权利要求2所述的超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：所述的金属骨架(31)的热膨胀系数小于上螺纹连接装置(1)和下螺纹连接装置(2)金属热膨胀系数一个数量级以上。

5、根据权利要求2所述的超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：所述的橡胶(32)的硫化温度为160～165℃，时间20～30分钟。

6、根据权利要求2所述的超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：所述的橡胶(32)采用在-196℃超低温条件下具有可靠密封性能的氯丁橡胶。

7、根据权利要求1所述的超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：所述的上螺纹连接装置(1)、下螺纹连接装置(2)的材料为1Cr18Ni9Ti。

8、根据权利要求2所述的超低温用螺纹连接静密封结构，其特征在于：所述的金属骨架(31)的材料为低膨胀合金。

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