CN106439013B - 一种用于超低温动态密封的环形管密封圈及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超低温动态密封的环形管密封圈，包括设有中空腔体的管，以及设置在管上的一组进气孔，所述管呈环形，并且其中空腔体内设有支撑件。这种设计的密封圈能用相对柔性的耐低温材料制成，保证密封效果的同时，既能用于超低温工况下的静态密封和滑动密封，又能用于超低温工况下的动态密封；内腔没有流体压力时，依靠内部支撑件提供稳定的支撑力支撑薄壁的管，防止管压溃、失效；当高压流体进入管内腔产生压差时，薄壁的管有足够的形变能力，能与金属表面紧密贴合，密封效果好；并且当两个密封端面相对分离时，密封圈有足够的强度独自承受压差，不会拉断、胀破、失效。

Description

一种用于超低温动态密封的环形管密封圈及其加工方法

技术领域

本发明涉及超低温流体的密封的技术领域，特别涉及一种用于超低温动态密封的环形管密封圈。

背景技术

超低温密封圈主要用于超低温流体，例如LNG、液氢、液氧和液氮等的密封，可以用于LNG汽车、轮船的超低温储罐和加注口的密封，火箭、航空飞机的液体燃料储罐和燃料管路的密封，以及其他的需要用到超低温密封的场合。

市场现有的超低温密封圈，最常规的是O型密封圈，这种密封圈的缺点在于，密封效果好的材料，比如氟橡胶、丁腈橡胶或者硅胶材质制成的密封圈，都无法耐超低温，其在超低温工况下的弹性和机械力学性能大幅衰变，极易损坏失效；而当前国际常用的耐低温材料，主要是PTFE和PCTFE以及衍生的改性材料，这些材料在超低温工况下力学性能稳定，但是和橡胶以及硅胶相比，其弹性差、硬度高，在受力后不足以产生足够的形变来实现密封。

为了克服上述问题，国外出现了一种半开口内置金属弹簧圈的超低温密封圈，如图1所示，包括材质为PTFE或者PCTFE等耐低温塑料的半开口的外圈101和金属薄片缠绕而成的金属弹簧内圈102。这种结构利用金属弹簧内圈102在超低温工况下提供稳定的支撑力，保护外圈101，防止外圈101被压后发生破坏性的形变；同时利用较薄的外圈101相对柔软、容易变形的特点，当开口侧有高压气体或者液体进入时，利用压差，把外圈101撑开，使外圈101紧紧的压着在密封面上，大大提高了密封性能。

但是这种半开口内置金属弹簧圈的超低温密封圈存在以下缺点：主要适用于静态密封以及滑动密封，其不能应用于动态密封。因为两个密封端面相向分离时，开口腔内压力大于密封背面的压力，外圈101的两个唇103会被压力紧紧的贴合在密封端面，随着密封端面的相向分离，外圈101的两个唇103被胀破、撕裂，致使密封圈失效。

上述的滑动密封是指两个密封面相对做平行或类似平行移动的密封，一旦颗粒状灰尘或其他异物进入密封配合面，会在滑动密封的过程中，对密封面造成永久刮伤，从而导致严重的泄漏失效，引起安全隐患；上述的动态密封是指两个密封端面相向分离的密封，由于密封面之间没有相对滑动，避免了异物对密封面的划伤和磨损。

发明内容

发明的目的：本发明公开一种用于超低温动态密封的环形管密封圈，这种设计的密封圈能用相对柔性的耐低温材料制成，既能用于超低温工况下的静态密封和滑动密封，又能用于超低温工况下的动态密封；内腔没有流体压力时，依靠内部支撑件提供稳定的支撑力支撑薄壁的管，防止管压溃、失效；当高压流体进入管内腔产生压差时，薄壁的管有足够的形变能力，能与金属表面紧密贴合，密封效果好；并且当两个密封端面相对分离时，密封圈有足够的强度独自承受压差，不会拉断、胀破、失效。

技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种用于超低温动态密封的环形管密封圈，包括设有中空腔体的管，以及设置在管上的一组进气孔，所述管呈环形，并且其中空腔体内设有支撑件。内腔没有流体压力时，支撑件提供稳定的支撑力，支撑薄壁的管，防止管压溃、失效；当高压流体进入管内腔产生压差时，薄壁的管较为柔软，其有足够的形变能力，能与金属表面紧密的贴合，具有良好的密封效果；密封圈虽开有进气孔，但其仍是一个整体的管，当高压流体进入管产生压差并且两个密封端面相对分离时，整体管有足够的强度独自承受压差，不会胀破、失效；这种设计的密封圈能用相对柔软的耐低温材料制成，保证密封效果的同时，既能用于超低温工况下的静态密封和滑动密封，又能用于超低温工况下的动态密封。

进一步的，上述一种用于超低温动态密封的环形管密封圈，所述支撑件为耐低温材料制成的环形棒或环形管，环形棒或环形管的材料直径小于管的管内径。这种设计结构简单、加工成本低；环形棒或环形管可以提供支撑力保护管，并且能与管平缓、全面的贴合，其支撑效果好；而且不影响管的柔软度和密封性能。

进一步的，上述一种用于超低温动态密封的环形管密封圈，所述支撑件为金属薄片螺旋缠绕而成的弹簧圈，或者为设有开口的金属薄管，所述弹簧圈或金属薄管呈环形。这种设计的支撑件结构稳定、使用寿命长，提供稳定的支撑力保护管；高压流体进入管后，能快速充满管的中空腔体，密封速度快、效果好。

进一步的，上述一种用于超低温动态密封的环形管密封圈，所述管设有呈环状的支座，所述支座与外部安装环形管密封圈用的安装面相连。这种设计密封圈的安装稳定、可靠，使密封圈不易倾斜、移位。

进一步的，上述一种用于超低温动态密封的环形管密封圈，所述一组进气孔数量不少于2个，并且呈环形阵列状分布。密封圈在安装和使用时，进气孔面朝高压流体的那一侧设置且均匀分布，使得进气过程稳定、快速、均匀，且进气效果好。

上述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，采用3D打印技术一次成型，或者采用焊接技术将支撑件两端对接、管两端对接以实现焊接成型，或者采用粘结技术将支撑件两端对接、管两端对接以实现粘结成型。

进一步的，上述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，步骤如下：1）以挤出成型的方式得到管；2）在管上冲孔形成一组进气孔；3）裁切，将管裁切成设定的长度；4）将裁切好的管移动并套设在支撑件上；5）将管连带着支撑件一起放入密封圈对接模具的环形槽中，合模；6）使用焊接工艺或粘结工艺将支撑件两端连接；7）使用焊接工艺或粘结工艺将管两端连接。这种加工方法步骤简单，降低了加工成本。

进一步的，上述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，所述管（2）两端连接的焊接工艺为电磁融化焊接，或者激光融化焊接，或者红外融化焊接。这种设计可以保证管焊接处的精度和强度，不影响管的密封性能。

进一步的，上述一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，所述密封圈对接模具包括上模、下模和移动模，其中环形槽包括分别设置在上模和下模的半圆槽，以及设置在移动模内部的管状腔体，焊接装置设置在移动模上；将管连带着支撑件一起放入密封圈对接模具的具体步骤如下：1）将管连带着支撑件一起弯曲并放入下模的半圆槽中，将上模和下模合模；2）将管和支撑件的两端分别放入移动模的两端；3）移动模移动，并与上模、下模的整体合模。这种设计可以将管和支撑件的两端很好的对接到位，保证其对接精度。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈，这种设计的密封圈既能用于超低温工况下的静态密封和滑动密封，又能用于超低温工况下的动态密封；内腔没有流体压力时，有稳定的支撑力支撑薄壁管，防止管压溃、失效；当高压流体进入管内腔产生压差时，薄壁的管能与金属表面紧密的贴合，具有良好的密封效果；当高压流体进入管产生压差并且两个密封端面相对分离时，整体管有足够的强度独自承受压差，不会拉断、胀破、失效；其结构稳定、使用寿命长，密封速度快、效果好；加工方法步骤简单，降低了加工成本，提高管焊接处的精度和强度。

附图说明

图1为现有技术中一种半开口内置金属弹簧圈的超低温密封圈的结构图；

图2为本发明所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈第一种实施方式的结构图；

图3为图2中A-A的剖面结构图；

图4为图3中B部的详细结构图；

图5为本发明所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈第二种实施方式的剖面结构图；

图6为图5中C部的详细结构图；

图7为本发明所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈第三种实施方式的剖面结构图；

图8为图7中D部的详细结构图；

图9为本发明所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈第四种实施方式的剖面结构图；

图10为图9中E部的详细结构图；

图11为本发明所述的一种密封圈对接模具的结构图；

图中：1-中空腔体，2-管，3-进气孔，4-支撑件，5-支座，6-密封圈对接模具，61-上模，62-下模，63-移动模，7-焊接装置，101-外圈，102-金属弹簧内圈，103-唇。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细的描述。

实施例1

本发明的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的第一种实施方式，如图2至图4所示，包括设有中空腔体1的管2，以及设置在管2上的一组进气孔3，所述管2呈环形，并且其中空腔体1内设有支撑件4；支撑件4为耐低温材料制成的环形棒，环形棒的材料直径小于管2的管内径；管2设有呈环状的支座5，支座5与外部安装环形管密封圈用的安装面相连，支座5设置在管2的内环面；一组进气孔3数量不少于2个，并且呈环形阵列状分布，其根据高压流体的方向设置在管2的侧端或外环面；管2使用PTFE或PCTFE或其衍生的改性材料制成。

本发明的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，步骤如下：

1）以挤出成型的方式得到管2；

2）在管2上冲孔形成一组进气孔3；

3）裁切，将管2裁切成设定的长度；

4）将裁切好的管2移动并套设在支撑件4上；

5）将管2连带着支撑件4一起放入密封圈对接模具6的环形槽中；如图11所示，所述密封圈对接模具6包括上模61、下模62和移动模63，其中环形槽包括分别设置在上模61和下模62的半圆槽，以及设置在移动模63内部的管状腔体，粘结装置设置在移动模63上；将管2连带着支撑件4一起放入密封圈对接模具6的具体步骤如下：

a）将管2连带着支撑件4一起弯曲并放入下模62的半圆槽中，将上模61和下模62合模；

b）将管2和支撑件4的两端分别放入移动模63的两端；

c）移动模63移动，并与上模61、下模62的整体合模；

6）使用粘结工艺将支撑件4两端连接；

7）使用粘结工艺将管2两端连接。

实施例2

本发明的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的第二种实施方式，如图5和图6所示，包括设有中空腔体1的管2，以及设置在管2上的一组进气孔3，所述管2呈环形，并且其中空腔体1内设有支撑件4；支撑件4为耐低温材料制成的环形支撑管，环形支撑管的材料直径小于管2的管内径，所述管2为圆管，且材料直径（圆管横截面的外径）为60mm，环形管密封圈的外径为2m，环形支撑管与管2之间的单侧间隙为5.5mm；管2设有呈环状的支座5，所述支座5与外部安装环形管密封圈用的安装面相连，支座5设置在管2的侧端；所述一组进气孔3数量不少于2个，并且呈环形阵列状分布，其根据高压流体的方向设置在管2的另一侧端或外环面或内环面。

本发明的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，采用3D打印技术一次成型。

实施例3

本发明的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的第三种实施方式，如图7和图8所示，包括设有中空腔体1的管2，以及设置在管2上的一组进气孔3，所述管2呈环形，并且其中空腔体1内设有支撑件4，支撑件4为金属薄片螺旋缠绕而成的呈环形的弹簧圈；所述管2为圆管，且材料直径（圆管横截面的外径）为4mm，环形管密封圈的外径为6mm，弹簧圈与管2之间的单侧间隙为0.05mm；管2设有呈环状的支座5，所述支座5与外部安装环形管密封圈用的安装面相连，支座5设置在管2的外环面；所述一组进气孔3数量不少于2个，并且呈环形阵列状分布，其根据高压流体的方向设置在管2的侧端或内环面。

本发明的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，步骤如下：

1）以挤出成型的方式得到管2；

2）在管2上冲孔形成一组进气孔3；

3）裁切，将管2裁切成设定的长度；

4）将裁切好的管2移动并套设在支撑件4上；

5）将管2连带着支撑件4一起放入密封圈对接模具6的环形槽中；如图11所示，所述密封圈对接模具6包括上模61、下模62和移动模63，其中环形槽包括分别设置在上模61和下模62的半圆槽，以及设置在移动模63内部的管状腔体，焊接装置7设置在移动模63上；将管2连带着支撑件4一起放入密封圈对接模具6的具体步骤如下：

a）将管2连带着支撑件4一起弯曲并放入下模62的半圆槽中，将上模61和下模62合模；

b）将管2和支撑件4的两端分别放入移动模63的两端；

c）移动模63移动，并与上模61、下模62的整体合模；

6）使用焊接工艺将支撑件4两端连接；

7）使用焊接工艺将管2两端连接，其中焊接工艺为电磁融化焊接，或者激光融化焊接，或者红外融化焊接。

实施例4

本发明的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的第四种实施方式，如图9和图10所示，包括设有中空腔体1的管2，以及设置在管2上的一组进气孔3，所述管2呈环形，并且其中空腔体1内设有支撑件4；支撑件4为设有开口的呈环形的金属薄管；所述一组进气孔3数量不少于2个，并且呈环形阵列状分布，其根据高压流体的方向设置在管2的侧端或内环面或外环面。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应指出，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，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，其特征在于：环形管密封圈包括设有中空腔体（1）的管（2），以及设置在管（2）上的一组进气孔（3），所述管（2）呈环形，并且其中空腔体（1）内设有支撑件（4），所述环形管密封圈的加工方法包括以下步骤：

1）以挤出成型的方式得到管（2）；

2）在管（2）上冲孔形成一组进气孔（3）；

3）裁切，将管（2）裁切成设定的长度；

4）将裁切好的管（2）移动并套设在支撑件（4）上；

5）将管（2）连带着支撑件（4）一起放入密封圈对接模具（6）的环形槽中，合模；

6）使用焊接工艺或粘结工艺将支撑件（4）两端连接；

7）使用焊接工艺或粘结工艺将管（2）两端连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，其特征在于：所述管（2）两端连接的焊接工艺为电磁融化焊接，或者激光融化焊接，或者红外融化焊接。

3.根据权利要求1所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，其特征在于：所述密封圈对接模具（6）包括上模（61）、下模（62）和移动模（63），其中环形槽包括分别设置在上模（61）和下模（62）的半圆槽，以及设置在移动模（63）内部的管状腔体，焊接装置（7）设置在移动模（63）上；将管（2）连带着支撑件（4）一起放入密封圈对接模具（6）的具体步骤如下：

1）将管（2）连带着支撑件（4）一起弯曲并放入下模（62）的半圆槽中，将上模（61）和下模（62）合模；

2）将管（2）和支撑件（4）的两端分别放入移动模（63）的两端；

3）移动模（63）移动，并与上模（61）、下模（62）的整体合模。

4.根据权利要求1所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，其特征在于：所述支撑件（4）为耐低温材料制成的环形棒或环形管，环形棒或环形管的材料直径小于管（2）的管内径。

5.根据权利要求1所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，其特征在于：所述支撑件（4）为金属薄片螺旋缠绕而成的弹簧圈，或者为设有开口的金属薄管，所述弹簧圈或金属薄管呈环形。

6.根据权利要求1所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，其特征在于：所述管（2）设有呈环状的支座（5），所述支座（5）与外部安装环形管密封圈用的安装面相连。

7.根据权利要求1所述的一种用于超低温动态密封的环形管密封圈的加工方法，其特征在于：所述一组进气孔（3）数量不少于2个，并且呈环形阵列状分布。