CN107023724B - 密封连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封连接装置，包括第一端口件、第二端口件、密封元件及锁紧件；所述第一端口件具有第一连接端，并在所述第一连接端设置有凸缘；所述第二端口件具有第二连接端；在组装状态，所述第一连接端与所述第二连接端对接，所述锁紧件与所述第二端口件固定连接，将所述密封元件沿轴向压在所述第一端口件的所述凸缘的所述第二表面与所述锁紧件之间，并且使所述密封元件抵接在所述第二连接端的内环面，使所述第一端口件与所述第二端口件通过所述密封元件与外界密封隔离。这种密封连接装置特别适用于高压、高温介质，变温、变压介质管道及容器之间的密封连接领域，例如航天和深海领域。

Description

密封连接装置

技术领域

本发明涉及密封领域，尤其涉及用于高温高压、变温变压流体介质管道及设备的连接用密封连接装置。

背景技术

气体或液体等流体介质的输送管路和储存容器经常需要通过连接器进行密封连接。可拆卸的法兰密封连接因为具有结构简单，便于操作的优点，被广泛地应用于化工、能源和机械领域的管路和容器的密封连接中。传统的法兰连接方式采用紧固螺栓将需要连接的两个端口用法兰连接起来。在法兰端口的密封面上放有密封元件。紧固螺栓将两个端面连在一起的同时，也将密封元件沿法兰轴向紧紧地压在密封面上。

上述法兰连接的主要问题是，管道和储存容器中流体介质压力的升高会使作用在密封元件上的压力减小，使密封元件松弛。这个现象在高压高温管道和容器的连接中尤为明显，造成法兰连接密封困难和流体介质泄漏。在安装时为了保证足够的密封预压力，需要使用足够大的紧固螺栓。大的螺栓需要法兰直径相应加大，而相同厚度的大直径法兰又存在刚性不够的问题，所以法兰在增大直径的同时还需要增加厚度，因此常规高压法兰连接器结构十分笨重。

为了解决高压介质引起密封紧力下降、密封件松弛的现象，工程技术人员设计了多种密封方式，利用介质压力增加作用在密封件上的力，即自紧式高压密封，如：非金属B型环密封、伍德密封、Bridgman密封及楔型环密封等。

然而，伍德密封、Bridgman密封及楔型环密封仅适用于端盖密封，无法用于管道和容器的连接；非金属B型环受限于弹性非金属材料的使用温度，无法满足高温高压密封连接的需要。

发明内容

本发明的目的是：针对当前高温高压流体介质管道及容器的密封连接装置由于内部介质压力升高或者温度变化引起密封紧力松弛，出现泄露的问题，提供一种密封性能可靠的密封连接装置。

一种密封连接装置，包括第一端口件、第二端口件、密封元件及锁紧件；所述第一端口件具有第一连接端，并在所述第一连接端设置有凸缘，所述凸缘具有在轴向上间隔设置的第一表面和第二表面；所述第二端口件具有第二连接端，所述第二连接端具有端面和内环面；在组装状态，所述第一连接端与所述第二连接端对接，使所述第一端口件与所述第二端口件内部连通，所述凸缘的所述第一表面与所述第二连接端的所述端面相对设置，所述锁紧件与所述第二端口件固定连接，将所述密封元件沿轴向压在所述第一端口件的所述凸缘的所述第二表面与所述锁紧件之间，并且使所述密封元件抵接在所述第二连接端的内环面，使所述第一端口件与所述第二端口件通过所述密封元件与外界密封隔离。

可选择的，在组装状态，所述锁紧件与所述凸缘的所述第二表面之间的所述密封元件能够沿轴向被内部介质压力进一步压缩。

可选择的，所述锁紧件与所述第二端口件通过螺栓固定连接。

可选择的，所述锁紧件为锁紧螺母，与所述第二端口件通过螺纹连接。

可选择的，所述第一端口件的所述第一连接端包括相互连接的第一本体及所述凸缘，所述第二端口件的所述第二连接端包括相互连接的第二本体和固定部，在所述组装状态，所述固定部围绕所述凸缘和所述第一本体设置，并与所述锁紧件固定连接，所述锁紧件具有远离所述第一端口件的第一端及靠近所述第一端口件的第二端，所述第一端与所述固定部固定连接，所述第二端***所述第一本体与所述固定部之间。

可选择的，所述锁紧件包括从所述第二端伸出的限位脚，所述锁紧件与所述凸缘的所述第二表面之间具有间隔距离，所述限位脚用于限制该间隔距离的最小值。

可选择的，所述锁紧件的第二端和/或所述凸缘的所述第二表面具有斜面，所述密封元件抵接在所述斜面上。

可选择的，所述锁紧件的所述第二端具有连接机构，与所述密封元件固定连接，使所述锁紧件与所述密封元件形成一个完整零件。

可选择的，所述锁紧件由多个可拆分的子组件拼接而成。

可选择的，所述密封元件为软金属、石墨、聚合物或复合材料填料，或者为非金属O型密封圈、金属O型环密封圈或C型环密封圈。

与传统的法兰连接方式相比，本发明锁紧件与第二端口件之间的固定连接的主要作用不再是对密封元件施加足够的压力，而是仅仅对抗管道或容器内部的介质压力，因此，固定连接需要的载荷大幅度降低，尺寸随之变小，使得整个连接器的总体尺寸减小，重量减轻。密封连接装置组件能够防止在高介质压力下密封紧力松弛，能够用于高温高压管道和/或容器的密封连接。

附图说明

为了清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明采用螺栓作固定件的密封连接装置的实施例的立体结构示意图；

图2是本发明采用螺栓作固定件的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图3是本发明具有螺纹连接的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图4是本发明具有限位脚的锁紧件的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图5是本发明具有限位脚的锁紧件的实施例的立体结构示意图；

图6是本发明具有斜面的锁紧件的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图7是图6中A区域的放大示意图；

图8是本发明具有斜面的锁紧件的实施例的立体结构示意图；

图9是本发明具有斜面的第一端口件的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图10是图9中B区域的放大示意图；

图11是本发明锁紧件和密封元件为一个整体零件的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图12是图11中C区域的放大示意图；

图13是本发明具有子组件的锁紧件的实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

为了清楚的说明本申请的技术方案，以下将结合附图及实施例，对本申请技术方案进行详细说明。应当理解，具体实施例并不用于限定本申请。

请参阅图1及图2，本申请提供一种密封连接装置10，用于在需连接的设备之间，例如管路与管路之间、管路和容器之间，或容器与容器之间，实现外部密封连接及内部流体连通。密封连接装置10包括第一端口件100、第二端口件200、密封元件400及锁紧件300；第一端口件100具有第一连接端102，并在第一连接端102设置有凸缘110，凸缘110具有在轴向上间隔设置的第一表面112和第二表面114；第二端口件200具有第二连接端202，第二连接端202具有端面222和内环面212。第二连接端202用于与第一连接端102对接。

密封连接装置10为可拆卸结构，在组装状态，第一连接端102与第二连接端202对接，使第一端口件100与第二端口件200内部连通，凸缘110的第一表面112用于与第二连接端202的端面222相对设置，锁紧件300与第二端口件200固定连接，将密封元件400沿轴向压在第一端口件100的凸缘110的第二表面114与锁紧件300之间，并且使密封元件400抵接在第二连接端202的内环面212，使第一端口件100与第二端口件200通过密封元件400与外界密封隔离。

锁紧件300与第二端口件200之间的固定连接的主要作用不再是对密封元件400施加足够的压力，而是仅仅对抗管道或容器内部的介质压力，因此，锁紧件300与第二端口件200之间的固定连接需要的载荷大幅度降低，尺寸随之变小，使得整个密封连接装置10的总体尺寸减小，重量减轻。从图2可以看出，当连接装置内部介质压力增大时，增大的介质压力会通过第一端口件100、第二端口件200及锁紧件300作用到密封元件400上，使作用在密封元件400上的压力随着内部介质压力的增大而增大，因此，密封连接装置10能够防止在高介质压力下密封紧力松弛，能够用于高温高压管道和/或容器的密封连接。而常规法兰连接在内部介质压力增大时作用在密封元件400的压力会减小。

在组装状态，密封元件400受到沿轴向压力从而实现初始密封。锁紧件300与第一端口件100的凸缘110之间具有间隔区域，用于容纳密封元件400。在一些实施例中，例如图1及图2的实施例中，锁紧件300与凸缘110可完全间隔，当连接的设备内的介质压力增加时，介质压力会通过第一端口件100的凸缘110的第二表面114作用到密封元件400上，使密封元件400上的密封力随介质压力的增加而增加，使密封元件400沿轴向进一步压缩，从而防止高介质压力下密封元件400上的应力松弛，形成自紧密封方式。可以理解，在另一些实施例中，锁紧件300与凸缘110之间可以并非完全被密封元件400所间隔，在形成间隔容纳和压缩密封元件400实现密封的同时，还有部分锁紧件300与凸缘110的表面相互接触，从而形成支撑。

具体的，第一端口件100具有第一安装端106，用于安装在需连接的设备上，例如管路或容器。第一端口件100可以为一体成型的管材或环状件，具有从第一安装端106延伸至第一连接端102的第一通孔104。第二端口件200具有第二安装端206，用于安装在另一需连接的设备上，例如管路或容器。第二端口件200可以为一体成型的管材或环状件，具有从第二安装端206延伸至第二连接端202的第二通孔204。在组装状态，第一通孔104与第二通孔204连通，使两个需连接的设备之间的流体介质实现连通。第一连接端102的第一表面112与第二连接端202的端面222之间具有间隙，该间隙与内部的第一通孔104和第二通孔204连通，需要密封以与外界隔离。该间隙靠近外侧的边缘即为外侧边缘12。

第一连接端102与第二连接端202优选为直接抵靠并接触，第二连接端202的端面222与第一连接端102的第一表面112接触，形成环形的连接表面，连接表面靠近第一通孔104与第二通孔204的边缘为内侧边缘，靠近外部的边缘为外侧边缘12，外侧边缘12为环形。

密封元件400为环形件，被锁紧件300压在并贴合内环面212，优选为贴合外侧边缘12，从而在第一端口件100与第二端口件200之间形成密封，使第一通孔104和第二通孔204与外界隔离。密封元件400为弹性件，能够在压力作用下发生弹性形变。密封元件400的材料可以根据具体工况选择，例如可以为软金属、石墨、聚合物或复合材料等。密封元件400可以是非金属O型密封圈、金属O型环密封圈或金属C型环密封圈。

在第一端口件100中，优选的，第一连接端102包括相互连接的第一本体120及凸缘110。凸缘110为环形结构，凸缘110环绕第一本体120设置，并从第一本体120向第一端口件100的侧方凸出。

在第二端口件200中，优选的，第二连接端202包括相互连接的第二本体220和固定部210，固定部210从第二本体220凸出，从而形成台阶状结构。第二本体220用于与凸缘110连接，优选的，组装状态中第二本体220与凸缘110的第一表面112抵靠并接触。固定部210用于与锁紧件300固定连接，固定部210为环形结构，围绕第二本体220设置，在组装状态时，固定部210围绕凸缘110设置，固定部210的内径与凸缘110的外径相互配合，使凸缘110能够在轴向上运动。更优选的，固定部210包括内环面212，内环面212与密封元件400接触。

固定部210还围绕第一本体120设置，并与第一本体120在径向(即垂直于第一通孔104的延伸方向)上间隔第一距离I设置。

锁紧件300优选为一体的环形件，在组装状态，锁紧件300套设在第一端口件100外部，通过锁紧件300与第二端口件200固定连接，使第一端口件100在径向上限位。在优选的实施例中，锁紧件300能够***第一本体120与固定部210之间，更优选是***部分在径向具与第一距离I基本相等的尺寸，并与第一本体120与固定部210之间的尺寸配合。在本实施例中，在轴向(即第一通孔104的延伸方向)上锁紧件300与第一端口件100能够相对运动，以使第一端口件100在内部压力升高时对密封元件400施加的压力增大。在优选的实施例中，锁紧件300具有远离第一连接端102的第一端302及靠近第一连接端102的第二端304，第一端302与第二端口件200固定连接，第二端304***第一本体120与固定部210之间。第二端304优选具有与第一本体120与固定部210之间配合的尺寸。在组装状态，锁紧件300与凸缘110在轴向上间隔第二距离II。优选的，第二距离II小于密封元件400未压缩时的尺寸，使的密封元件400处于压缩状态。锁紧件300与第二端口件200可通过固定件500连接，例如通过螺钉或螺栓连接。相应的，锁紧件300的第二端304具有用于螺栓穿过的通孔，第二端口件200的固定部210具有用于与螺栓连接的螺孔。

具体的，一个通径45毫米，介质压力为42MPa的常规法兰连接器尺寸为，法兰直径205毫米，总厚度120毫米，紧固螺栓M30X4，总重量约18公斤；采用本发明实施例，最大直径115毫米，总厚度59毫米，紧固螺栓M8X8，总重量3.5公斤。本发明实施例与常规方案相比，尺寸减小约一半，重量减到只有1/5。

请参阅图3，在一实施例中，为减小尺寸与重量，对于小通径(内径≤26毫米)的密封连接装置10，锁紧件300与第二端口件200可以通过螺纹310连接。优选的，锁紧件300***第一本体120与固定部210之间，第二端304与固定部210相互接触的表面具有配合的螺纹310，例如，锁紧件300可以为锁紧螺母。可以理解，在其他实施例中，锁紧件300可以环绕设置在固定部210外侧(图未示)，且与固定部210相互接触的表面具有配合的螺纹310。通过螺纹310连接的锁紧件300与第二端口件200无需再通过固定件500连接，从而使密封连接装置10具有较小的尺寸和重量。

请参阅图4及图5，在一实施例中，管道和/或容器内的介质的温度和/或压力可能不稳定而经常变化。锁紧件300可以包括限位脚320，限位脚320从第二端304伸出。在组装后的初始密封状态下，密封元件400被锁紧件300压缩了一个初始弹性变形，形成初始密封。限位脚320可以与凸缘110抵靠设置或者间隔设置，根据实际使用工况决定。在组装后的初始密封状态中限位脚320与凸缘110留有间隔时，当内部介质压力增高时，介质压力通过凸缘110作用到密封元件400上，使密封元件400上的压力增加，同时使限位脚320与凸缘110的第二表面114之间的间隙变小，直至为零。这时，即使介质压力继续增加，密封元件400的变形也基本保持不变。由于限位脚320的存在，密封元件400的最大变形量保持基本固定，避免了过量变形。当限位脚320与凸缘110的第二表面114之间达到抵靠之后，密封元件400所受的力基本不变，避免了由内部压力升高或经常剧烈变化而出现的密封元件400的过度变形和松弛现象。由于密封元件400仍然受到锁紧件300的压缩，即使因第一端口件100与第二端口件200之间的间隙变化而作轴向微移动，也不会影响密封效果。相比于传统的法兰连接，减低了对固定件500及整个连接装置10在高压、超高压条件下的抗变形刚度的要求。因此整个连接装置的尺寸较小，重量减轻。

请参阅图6至图8，在一实施例中，锁紧件300的第二端304具有斜面306和平面308。斜面306与凸缘110之间的间隔中设置密封元件400，例如是非金属O型密封圈、金属C型环密封圈或金属O型环密封圈。当平面308与凸缘110间隔时，介质压力会通过第一端口件100的凸缘110的第二表面114作用到密封元件400上，使密封元件400上的密封力随介质压力的增加而增加，使密封元件400沿轴向进一步压缩，从而防止高介质压力下密封元件400上的应力松弛，形成自紧密封方式。当平面308与凸缘110在初始的组装状态就相互抵靠时，密封元件400在此后所受压力基本不变，能够避免由内部压力升高或经常剧烈变化而使密封元件400上的受力发生变化，从而避免密封元件400出现松弛现象。

请参阅图9及图10，在一实施例中，凸缘110的第二表面114具有斜面1142和平面1144，平面1144与锁紧件300的第二端304可以相互间隔或抵靠。斜面1142与锁紧件300的第二端304之间的间隔中设置密封元件400，例如是非金属O型密封圈、金属C型环密封圈或金属O型环密封圈。

上述图6至图10的实施例可以减低零件的加工精度和装配难度，这些密封元件400与带斜面的凸缘110或第二端304配合使用，可以获得简单有效可靠的密封。

在一实施例中，锁紧件300与密封元件400固定连接，形成一个整体零件，使密封元件400与锁紧件300可以同时拆装，增加组装便利性。锁紧件300的第二端304可以具有连接机构，如安装槽330，使密封元件400卡在安装槽330中，从而与第二端304固定连接。

请参阅图11及图12，在一实施例中，凸缘110对应具有斜面1142，在组装状态，锁紧件300的第二端304与凸缘110的平面1144可以相互间隔或抵靠，与锁紧件300的第二端304连接的密封元件400被凸缘110的斜面1142撑开，密封元件400压在第二连接端202的内环面212，使第一端口件100与第二端口件200通过密封元件400与外界密封隔离。

请参阅图13，为增加密封连接装置10的装拆便利性，在一实施例中，该锁紧件300为分块结构，包括多个子组件360，该多个子组件360可拼接成其他实施例中的完整的环状结构的锁紧件300。

与传统的法兰连接方式相比，本发明实施例由于密封元件400上的压力在高压下主要来自内部介质压力本身，或者是一个固定值，不随介质压力变化而变化，所以锁紧件300与第二端口件200之间的固定件500固定连接的主要作用不再是对密封元件400施加足够的压力，而是仅仅对抗管道或容器内部的介质压力，因此，固定件500上的载荷大幅度降低，尺寸随之变小，使得整个密封连接装置10的总体尺寸减小，重量减轻。由于铝合金的弹性模量只有钢的约1/3，对于采用铝质的连接装置，其体积缩小、重量减轻的效果将尤其显著。本发明实施例彻底解决了传统的法兰连接由于内部介质压力高引起的密封元件应力松弛的问题，可实现高压、超高压下的可靠密封连接。采用锁紧件300的第二端304与凸缘110之间的第二距离具有最小值的连接方式，能够有效解决温度、压力变化引起密封元件400过度压缩后出现的介质泄露问题。

这种密封连接装置10特别适用于高压、高温介质，变温、变压介质管道及容器之间的密封连接领域，例如航天和深海领域。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种密封连接装置，其特征在于，包括第一端口件、第二端口件、密封元件及锁紧件；所述第一端口件具有第一连接端，并在所述第一连接端设置有凸缘，所述凸缘具有在轴向上间隔设置的第一表面和第二表面；所述第二端口件具有第二连接端，所述第二连接端具有端面和内环面；在组装状态，所述第一连接端与所述第二连接端对接，使所述第一端口件与所述第二端口件内部连通，所述凸缘的所述第一表面与所述第二连接端的所述端面相对设置，所述锁紧件与所述第二端口件固定连接，将所述密封元件沿轴向压在所述第一端口件的所述凸缘的所述第二表面与所述锁紧件之间，并且使所述密封元件抵接在所述第二连接端的内环面，使所述第一端口件与所述第二端口件通过所述密封元件与外界密封隔离，其中，所述锁紧件与所述凸缘完全间隔，所述锁紧件包括从所述第二端伸出的限位脚，所述锁紧件与所述凸缘的所述第二表面之间具有间隔距离，所述限位脚用于限制该间隔距离的最小值；

在组装状态，所述锁紧件与所述凸缘的所述第二表面之间的所述密封元件能够沿轴向被内部介质压力进一步压缩。

2.根据权利要求1所述的密封连接装置，其特征在于，所述锁紧件与所述第二端口件通过螺栓固定连接。

3.根据权利要求1所述的密封连接装置，其特征在于，所述锁紧件为锁紧螺母，与所述第二端口件通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的密封连接装置，其特征在于，所述第一端口件的所述第一连接端包括相互连接的第一本体及所述凸缘，所述第二端口件的所述第二连接端包括相互连接的第二本体和固定部，在所述组装状态，所述固定部围绕所述凸缘和所述第一本体设置，并与所述锁紧件固定连接，所述锁紧件具有远离所述第一端口件的第一端及靠近所述第一端口件的第二端，所述第一端与所述固定部固定连接，所述第二端***所述第一本体与所述固定部之间。

5.根据权利要求1所述的密封连接装置，其特征在于，所述锁紧件的第二端和/或所述凸缘的所述第二表面具有斜面，所述密封元件抵接在所述斜面上。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的密封连接装置，其特征在于，所述锁紧件的所述第二端具有连接机构，与所述密封元件固定连接，使所述锁紧件与所述密封元件形成一个完整零件。

7.根据权利要求1所述的密封连接装置，其特征在于，所述锁紧件由多个可拆分的子组件拼接而成。

8.根据权利要求1所述的密封连接装置，其特征在于，所述密封元件为软金属、石墨、聚合物或复合材料填料，或者为非金属O型密封圈、金属O型环密封圈或C型环密封圈。