CN203335848U - 一种深低温超高真空密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深低温超高真空密封结构，包括相互对合连接的上、下法兰，以及填充在上、下法兰之间的软金属密封材料，上法兰的对合面上设置有环形凸台，下法兰的对合面上设置有环形凹槽，环形凸台台面上设置有一圈尖顶，环形凹槽槽底设置有多圈尖槽，软金属密封材料填充在环形凹槽中。本实用新型解决了常规密封结构只能适用于小口径密封法兰且只能在液氮温区（-196℃）使用的问题，同时采用本实用新型结构可免去对密封法兰装配完成后先冷冻再紧固一遍螺栓的繁琐程序。

Description

一种深低温超高真空密封结构

技术领域

    本实用新型涉及低温真空密封结构领域，具体为一种深低温超高真空密封结构。

背景技术

常温下的真空密封随处可见，然而随着温度的降低，真空密封给我们带来很大挑战，其原因有二：其一是常温下最通用的高弹体密封材料，于低温下全部变成硬而脆的玻璃态，失去弹性，致使按常规状态设计的密封结构失效。其二是按常规状态设计的密封结构，经过由室温至低温的条件变化，密封结构各部分的材料（包括法兰、密封材料、固定螺栓等）收缩出现不均一、不匹配状态，使得最初形成于密封面上的装配力丧失，导致密封失败。目前，液氮（-196℃）温区的真空密封结构基本成熟，但液氢（-253℃）或液氦（-269℃）温区的真空密封，尤其是超高真空密封，尚没有可参考的标准或权威解释，致使在该种情况下，常常出现密封失效的问题。

对于这种条件下的密封问题，常见的技术方案有（1）密封法兰设计成CF刀口形式，密封件选用无氧铜垫，这种方案只适用于小口径密封法兰（通径小于100mm）且只能在液氮温区（-196℃）使用，液氢（-253℃）或液氦（-269℃）温区不适用；（2）固定连接螺栓和密封法兰的材料均选择不锈钢材料。两种方案均解决不了深低温（≤-253℃）超高真空（≤10^-5Pa）环境下的密封问题。另一方面，现有技术中为了达到密封的目的，常常需要将密封法兰装配完成后先冷冻，再紧固一遍螺栓，程序繁琐，工作效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种一种深低温超高真空密封结构，以解决现有技术常规密封结构只能适用于小口径密封法兰且只能在液氮温区（-196℃）使用的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种深低温超高真空密封结构，包括相互对合连接的上、下法兰，以及填充在上、下法兰之间的软金属密封材料，所述上、下法兰相互对合的法兰面分别为对合面，其特征在于：所述上法兰的对合面上设置有环形凸台，下法兰的对合面上设置有与环形凸台位置对应的环形凹槽，所述环形凸台台面上设置有一圈环形的尖顶，环形凹槽槽底设置有多圈环形的尖槽，所述软金属密封材料填充在下法兰对合面的环形凹槽中，且软金属密封材料被上法兰对合面上的环形凸台压紧在下法兰对合面的环形凹槽中。

所述的一种深低温超高真空密封结构，其特征在于：所述上、下法兰对合后通过螺入并穿过上、下法兰中的黄铜螺栓固定连接。

所述的一种深低温超高真空密封结构，其特征在于：所述环形凸台上设置的尖顶其尖角角度，与环形凹槽中设置的两圈尖槽其尖角角度相同。

所述的一种深低温超高真空密封结构，其特征在于：所述环形凸台上设置的尖顶其尖角角度为90度，环形凹槽中设置的两圈尖槽其尖角角度亦分别为90度。

本实用新型的有益效果：

本实用新型为解决低温真空工程领域中常常遇到的深低温超高真空密封问题所采用技术方案与现有的和曾有的关于可拆法兰在低温真空压力环境下的密封技术相比有以下几方面优点和改进。

第一，本实用新型的密封结构采用在密封上、下法兰分别设置环形凸台和环形凹槽，并在环形凸台台上设有90°角尖顶，环形凹槽内设有2个90°角尖槽。密封材料选择铟丝，相比现有和曾有密封结构中的CF刀口，密封材料为无氧铜垫，增加了密封的可靠性而且可适用于大口径密封法兰，更重要的是这种方案适满足深低温（≤-253℃）超高真空（≤10^-5Pa）密封要求。

第二，本实用新型的密封结构螺栓材料选择为黄铜材料而非现有和曾有密封结构中使用的不锈钢材料，利用黄铜材料在低温下更大的收缩率可免去使用不锈钢材料时需要对可拆法兰冷冻再紧固一遍螺栓的繁琐程序，提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为环形凸台结构局部放大示意图。

图3为环形凹槽结构局部放大示意图。

具体实施方式

如图1、图2及图3所示。一种深低温超高真空密封结构，包括有通过黄铜螺栓4和黄铜螺母5固定连接在一起的上、下法兰2、1，上法兰2上设有环形凸台6，下法兰1上设有环形凹槽7，环形凸台6与环形凹槽7位置对应相互配合，且环形凹槽内设有软金属密封材料铟丝3。环形凸台6台面上设有一圈环形的尖角角度为90°的尖顶8，环形凹槽槽底内设有两圈环形的尖角角度为90°的尖槽9。

本实用新型的密封结构主要包括上法兰2，铟丝3，下法兰1，黄铜螺栓4，黄铜螺母5。上法兰2和下法兰1为不锈钢材料加工而成，铟丝3、黄铜螺栓4和黄铜螺母5可市场采购。在安装过程中，首先将根据环形凹槽的大小截取的铟丝3置于环形凹槽内，通过黄铜螺栓4和黄铜螺母5将上法兰2和下法兰1连接，并使上法兰2和下法兰1紧密贴合。

在结构上，密封垫材料选择上和螺栓材料选择上，本实用新型的密封结构与最接近的的现有技术共有的必要技术特征是：上法兰2和下法兰1之间填充软金属密封材料作为密封垫材料，并通过螺栓将上法兰2和下法兰1连接在一起。在结构上，密封垫材料选择上和螺栓材料选择上，本实用新型的密封结构与最接近的现有技术不同的技术特征是：本密封结构设计为在上法兰2上设有环形凸台，环形凸台上设有90°尖顶，在下法兰1上设有环形凹槽，环形凹槽内设有两圈90°尖槽，并采用铟丝作为密封垫材料。设置尖顶和尖槽的目的是避免常温到深低温的温度变化时环形凹槽本身的弯曲变形对密封的影响。这种方案增加了密封的可靠性而且可适用于大口径密封法兰，更重要的是这种方案满足深低温（≤-253℃）超高真空（≤10^-5Pa）密封要求。

螺栓材料选择为黄铜材料而非常用的不锈钢材料，这样做的目的是利用黄铜材料在低温下的高收缩率从而紧固上法兰2和下法兰1，免去对密封法兰装配完成后先冷冻再重新紧固一遍螺栓的繁琐程序。采用本实用新型的密封结构，密封可靠性以及工作效率可得到大大提高。

Claims (4)

1.一种深低温超高真空密封结构，包括相互对合连接的上、下法兰，以及填充在上、下法兰之间的软金属密封材料，所述上、下法兰相互对合的法兰面分别为对合面，其特征在于：所述上法兰的对合面上设置有环形凸台，下法兰的对合面上设置有与环形凸台位置对应的环形凹槽，所述环形凸台台面上设置有一圈环形的尖顶，环形凹槽槽底设置有多圈环形的尖槽，所述软金属密封材料填充在下法兰对合面的环形凹槽中，且软金属密封材料被上法兰对合面上的环形凸台压紧在下法兰对合面的环形凹槽中。

2.根据权利要求1所述的一种深低温超高真空密封结构，其特征在于：所述上、下法兰对合后通过螺入并穿过上、下法兰中的黄铜螺栓固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种深低温超高真空密封结构，其特征在于：所述环形凸台上设置的尖顶其尖角角度，与环形凹槽中设置的多圈尖槽其尖角角度相同。

4.根据权利要求3所述的一种深低温超高真空密封结构，其特征在于：所述环形凸台上设置的尖顶其尖角角度为90度，环形凹槽中设置的两圈尖槽其尖角角度亦分别为90度。

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