專利名稱：用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)及應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種法蘭 密封結(jié)構(gòu)，具體涉及一種用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)及應用。
背景技術(shù)：
橡膠密封件以其密封結(jié)構(gòu)形式簡單、密封可靠性高而受到廣泛的應用。在密封技術(shù)要求允許的前提下，橡膠密封件歷來是首選的密封技術(shù)方案。通常，根據(jù)使用溫度、使用環(huán)境、密封壓力等要求，選用相應橡膠密封件，同時要求上下法蘭密封面達到緊密無縫連接，從而保證可靠密封要求。然而，在某些特定情況下，由于受到裝配空間條件約束以及減重要求的制約，無法設(shè)計大型的厚重密封結(jié)構(gòu)，要求密封結(jié)構(gòu)的法蘭設(shè)計必須重量輕、厚度薄、裝配靈活，該種密封結(jié)構(gòu)在裝配過程中會產(chǎn)生變形，并且在高溫使用過程中也會產(chǎn)生變形，這些變形均導致法蘭密封面開縫增加，因此，使用橡膠密封件的傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計，無法滿足密封使用要求，需要開展?jié)M足關(guān)于橡膠密封件密封使用的輕質(zhì)、裝配靈活以及使用過程中產(chǎn)生變形的密封結(jié)構(gòu)研究。另一方面，普通橡膠材料在與強腐蝕介質(zhì)接觸后在高溫密封使用過程會產(chǎn)生多余物，影響閥門等精密系統(tǒng)的正常使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)及應用，其在低溫至其極限高溫的寬溫域使用過程中產(chǎn)生法蘭變形、并且橡膠密封件與強腐蝕性介質(zhì)接觸后在其極限高溫下密封使用后不產(chǎn)生多余物。其中所述的法蘭變形來自于常溫裝配產(chǎn)生的變形以及高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形，常溫裝配產(chǎn)生的變形使上下法蘭面外側(cè)開縫最大達到0. 2mm ；高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形使得法蘭內(nèi)部開縫最大達到 3mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫最大達到2mm。本發(fā)明所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其中上法蘭和下法蘭對接，并且通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件穿過上法蘭和下法蘭實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接；在與上法蘭接觸的下法蘭端面上開設(shè)兩道環(huán)槽；外側(cè)的一道環(huán)槽為裝配橡膠密封件的密封槽，內(nèi)側(cè)的一道環(huán)槽為裝配墊片的榫槽；在對應裝配墊片的榫槽位置處的上法蘭端面上延伸出一個凸臺，該凸臺嵌入裝配墊片的榫槽內(nèi)，凸臺的高度值與裝配墊片的榫槽的深度相等并且大于法蘭內(nèi)部開縫值；在裝配橡膠密封件的密封槽內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件的壓縮量在25 40% ；在裝配墊片的榫槽內(nèi)放置與其形狀相配合的墊片，該墊片的高度以裝配施加法蘭預緊力的部件后上法蘭和下法蘭端面之間外側(cè)開縫小于等于0. 2mm為基準。本發(fā)明所述的另一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其中下法蘭嵌入上法蘭內(nèi)，再通過活套環(huán)卡住下法蘭，同時通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件穿過活套環(huán)和上法蘭實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接；在與上法蘭接觸的下法蘭頂端外側(cè)面上開設(shè)一道環(huán)槽，為裝配橡膠密封件的密封槽；在與上法蘭接觸的下法蘭端面上還開設(shè)一道環(huán)槽，為裝配墊片的榫槽，在對應裝配墊片的榫槽位置處的上法蘭端面上延伸出一個凸臺，該凸臺嵌入裝配墊片的榫槽內(nèi)，凸臺的高度值與裝配墊片的榫槽的深度相等并且大于法蘭內(nèi)部開縫值；在裝配橡膠密封件的密封槽內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件的壓縮量在25 40% ；在裝配墊片的榫槽內(nèi)放置與其形狀相配合的墊片，該墊片的高度以裝配施加法蘭預緊力的部件后上法蘭和下法蘭端面之間外側(cè)開縫小于等于0. 2mm為基準。本發(fā)明所述的另一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其中下法蘭與上法蘭對接，下法蘭的外徑小于上法蘭的外徑，再通過活套環(huán)卡住下法蘭，同時通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件穿過活套環(huán)和上法蘭實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接， 其在與上法蘭接觸的下法蘭端面上開設(shè)兩道環(huán)槽，外側(cè)的一道環(huán)槽為裝配橡膠密封件的密封槽，內(nèi)側(cè)的一道環(huán)槽為裝配墊片的榫槽；在對應裝配墊片的榫槽位置處的上法蘭端面上延伸出一個凸臺，該凸臺嵌入裝配墊片的榫槽內(nèi)，凸臺的高度值與裝配墊片的榫槽的深度相等并且大于法蘭內(nèi)部開縫值；在裝配橡膠密封件的密封槽內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件的壓縮量在25 40% ；在裝配墊片的榫槽內(nèi)放置與其形狀相配合的墊片，該墊片的高度以裝配施加法蘭預緊力的部件后上法蘭和下法蘭端面之間外側(cè)開縫小于等于0. 2mm為基準。如上所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其所述的開設(shè)在下法蘭端面上的裝配墊片的榫槽底部開設(shè)一個或多個三角槽，與其對應的在上法蘭端面上延伸出的凸臺底端開設(shè)相配合的一個或多個三角凸起。

如上所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其所述的開設(shè)在下法蘭端面上的裝配墊片的榫槽中榫和槽側(cè)壁的配合間隙為0. 05 0. 6mm。如上所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其所述放置在裝配墊片的榫槽內(nèi)的墊片材料選用聚四氟乙烯或軟鋁材料；所述墊片的內(nèi)徑和外徑尺寸以與榫槽的內(nèi)徑和外徑尺寸達到緊密配合為準。如上所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其所述的放置在裝配橡膠密封件的密封槽內(nèi)的橡膠密封件材料選用氟橡膠或氟醚橡膠或乙丙橡膠。如上所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其所述的上法蘭和下法蘭選用鋼或鋁材料；所述的上法蘭或下法蘭的端面厚度在8mm IOmm ；所述的施加法蘭預緊力的部件為螺栓和螺母。本發(fā)明所述的用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的應用，該法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)應用于_60°C至橡膠密封件極限高溫的寬溫域密封使用；使用過程中法蘭產(chǎn)生變形條件下、并且橡膠密封件與強腐蝕性介質(zhì)接觸后在其極限高溫使用而不產(chǎn)生多余物。如上所述的一種用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的應用，其所述的法蘭變形來自于常溫裝配產(chǎn)生的變形以及高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形，常溫裝配產(chǎn)生的變形使上下法蘭面外側(cè)開縫最大達到0. 2mm ；高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形使得法蘭內(nèi)部開縫最大達到3mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫最大達到2mm。本發(fā)明的效果在于本發(fā)明所述的用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其采用法蘭雙道密封結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)側(cè)密封采用榫槽和墊片，外側(cè)密封采用橡膠密封件，解決了強腐蝕介質(zhì)環(huán)境下密封結(jié)構(gòu)在變形條件下的密封問題，所述變形來自于常溫裝配產(chǎn)生的變形以及高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形，其中常溫裝配產(chǎn)生的變形使上下法蘭面外側(cè)開縫最大達到0. 2mm ； 高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形使得法蘭內(nèi)部開縫最大達到3mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫最大達到2mm。本發(fā)明分別進行了上述密封結(jié)構(gòu)在_60°C 橡膠密封件極限高溫的寬溫域使用過程中法蘭產(chǎn)生變形條件下、并且橡膠密封件與強腐蝕性介質(zhì)接觸后在其極限高溫使用的密封模擬考核試驗，試驗結(jié)果表明密封結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生泄漏，并且沒有產(chǎn)生多余物。其中，常溫裝配產(chǎn)生的變形使上下法蘭面外側(cè)開縫最大達到0. 2mm ；高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形使得法蘭內(nèi)部開縫最大達到3mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫最大達到2mm。


圖1為實施例1所述的一種法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例3所述的一種法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施例5所述的一種法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為榫槽與上法蘭配合示意圖。圖中1_上法蘭；2-下法蘭；3-裝配墊片的榫槽；4-裝配橡膠密封件的密封槽； 5-施加法蘭預緊力的部件；6-活套環(huán)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述的用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)及應用作進一步描述。實施例1如圖1所示，該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其上法蘭1和下法蘭2對接，并且通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件5 (采用螺栓和螺母)穿過上法蘭1和下法蘭2外沿實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接。上法蘭的材質(zhì)為5A06，上法蘭端面厚度為8mm ；下法蘭的材質(zhì)為lCrl8Ni9Ti，下法蘭端面厚度為8mm。在與上法蘭1接觸的下法蘭2端面上開設(shè)兩道環(huán)槽。下法蘭2端面上外側(cè)的一道環(huán)槽為裝配橡膠密封件的密封槽4。密封槽4的寬度為4mm，深度為2. 25mm。在裝配橡膠密封件的密封槽4內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件為 Φ 3的氟醚橡膠0形密封件，該橡膠密封件的壓縮量在25%。如圖4所示，下法蘭2端面上內(nèi)側(cè)的一道環(huán)槽為裝配墊片的榫槽3。在對應裝配墊片的榫槽3位置處的上法蘭1端面上延伸出一個凸臺，凸臺嵌入裝配墊片的榫槽3內(nèi)。該凸臺的名義高度值Hl與裝配墊片的榫槽3的名義深度值Η2相等，即Hl = Η2 = 4mm，其中的公差為Hl丄，Η2+Γ。裝配墊片的榫槽3底部開設(shè)一個邊長為0. 45mm的等邊三角形槽，與其對應的在上法蘭1端面上延伸出的凸臺底端開設(shè)相配合的一個邊長為0. 45mm的等邊三角形凸起。榫槽3中的榫和槽側(cè)壁的配合間隙為0. 5mm。在裝配墊片的榫槽3內(nèi)放置與其形狀相配合的聚四氟乙烯墊片，墊片的高度為 0.4；0·05 mm。該墊片的內(nèi)徑和外徑尺寸以與榫槽3的內(nèi)徑和外徑尺寸達到緊密貼合為準。
該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的裝配過程如下將聚四氟乙烯墊片安裝于榫槽3中，將氟醚橡膠0形密封件安裝于密封槽4中，然后采用力矩扳手，將施加法蘭預緊力的部件5 (采用螺栓和螺母)各螺栓均勻?qū)ΨQ擰緊，分4 5次將螺栓擰緊力矩加到20N.m，然后，沿圓周方向校準力矩兩次。采用塞規(guī)，測得上下法蘭外側(cè)最大間隙為 0. 2mmο針對上述裝配的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，分別進行了-60°C密封試驗、與四氧化二氮氣相介質(zhì)在40°C接觸150小時(接觸壓力為0. 4MPa)條件下的密封試驗、與四氧化二氮氣相介質(zhì)接觸后的常溫、低溫_20°C以及高溫355°C (試驗時間10分鐘，試驗壓力0. 9MPa ； 對法蘭施加軸向力15000N、側(cè)向力4500N、法蘭彎矩450N. m ；施加振動載荷25. Ig)密封試驗，試驗結(jié)果表明在上述試驗過程中均沒有發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 52mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到1. 58mm，試驗工裝的腔體內(nèi)沒有多余物。作為對比，針對不包括裝配聚四氟乙烯墊片榫槽的單道密封結(jié)構(gòu)(其它條件同上所述)，分別進行了相應試驗，試驗結(jié)果表明-60°C密封試驗過程發(fā)生泄漏、介質(zhì)接觸過程以及介質(zhì)接觸后的常溫、低溫密封試驗過程沒有發(fā)生泄漏、高溫355°C密封試驗過程發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 51mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到1. 52mm，氟醚橡膠密封件擠出至試驗工裝腔體內(nèi)邊緣。實施例2如圖1所示，該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其上法蘭1和下法蘭2對接，并且通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件5 (采用螺栓和螺母)穿過上法蘭1和下法蘭2外沿實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接。上法蘭的材質(zhì)為2A14，上法蘭端面厚度為8mm ；下法蘭的材質(zhì)為lCrl8Ni9Ti，下法蘭端面厚度為8mm。在與上法蘭1接觸的下法蘭2端面上開設(shè)兩道環(huán)槽。下法蘭2端面上外側(cè)的一道環(huán)槽為裝配橡膠密封件的密封槽4。密封槽4的寬度為4mm，深度為1. 8mm。在裝配橡膠密封件的密封槽4內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件為 Φ 3的氟橡膠0形密封件，該橡膠密封件的壓縮量在40%。下法蘭2端面上內(nèi)側(cè)的一道環(huán)槽為裝配墊片的榫槽3。在對應裝配墊片的榫槽3 位置處的上法蘭1端面上延伸出一個凸臺，凸臺嵌入裝配墊片的榫槽3內(nèi)。該凸臺的名義高度值Hl與裝配墊片的榫槽3的名義深度值Η2相等，即Hl = Η2 = 2. 8mm，其中的公差為
mo TJl+0-2 -0.2' ηΖ, ο O0裝配墊片的榫槽3底部開設(shè)一個頂點向下的邊長為0. 45mm的等邊三角形槽，與其對應的在上法蘭1端面上延伸出的凸臺底端開設(shè)相配合的一個邊長為0. 45mm的等邊三角形凸起。榫槽3中的榫和槽側(cè)壁的配合間隙為0. 6mm。在裝配墊片的榫槽3內(nèi)放置與其形狀相配合的聚四氟乙烯墊片，墊片的高度為 0. 5+Γ5 mm。該墊片的內(nèi)徑和外徑尺寸以與榫槽3的內(nèi)徑和外徑尺寸達到緊密貼合為準。該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的裝配過程如下將聚四氟乙烯墊片安裝于榫槽3中，將氟橡膠O形密封件安裝于密封槽4中，然后采用力矩扳手，將施加法蘭預緊力的部件5 (采用螺栓和螺母)各螺栓均勻?qū)ΨQ擰緊，分4 5次將螺栓擰緊力矩加到20N.m，然后，沿圓周方向校準力矩兩次。采用塞規(guī)，測得上下法蘭外側(cè)最大間隙為0. 2mm。針對上述裝配的密封結(jié)構(gòu)，分別進行了 -60°C密封試驗、與偏二甲胼氣相介質(zhì)在 40°C接觸150小時(接觸壓力為0. 5MPa)條件下的密封試驗、與偏二甲胼氣相介質(zhì)接觸后的常溫、低溫-20°C以及高溫345°C (試驗時間12分鐘，試驗壓力0. 95MPa ；對法蘭施加軸向力14500N、側(cè)向力5500N、法蘭彎矩550N. m ；施加振動載荷24. 8g)密封試驗，試驗結(jié)果表明在上述試驗過程中均沒有發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 42mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到1. 45mm，試驗工裝的腔體內(nèi)沒有多余物。

作為對比，針對不包括裝配聚四氟乙烯墊片榫槽的單道密封結(jié)構(gòu)(其它條件同上所述)，分別進行了相應密封試驗，試驗結(jié)果表明-60°C密封試驗過程發(fā)生泄漏、介質(zhì)接觸過程以及介質(zhì)接觸后的常溫、低溫密封試驗過程沒有發(fā)生泄漏、高溫345°C密封試驗過程發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 4mm,放置橡膠密封件處的密封面開縫達到1. 45mm，試驗工裝腔體內(nèi)有黑色漆狀物。另外作為對比，將上述單道密封結(jié)構(gòu)中的氟橡膠密封件替換為空心金屬0形環(huán)， 密封槽的寬度設(shè)計為4. 2mm,槽深設(shè)計為1. 8mm,該槽中放置斷面尺寸為Φ3的空心金屬 0形環(huán)密封件，其它條件同上所述，分別進行了相應密封試驗，試驗結(jié)果表明-60°C密封試驗、介質(zhì)接觸過程以及介質(zhì)接觸后的常溫、低溫密封試驗過程沒有發(fā)生泄漏、高溫345°C 密封試驗過程發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到 2. 39mm，放置密封件處的密封面開縫達到1. 42mm，試驗工裝腔體內(nèi)無多余物。實施例3如圖2所示，該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其下法蘭2嵌入上法蘭1內(nèi)，再通過活套環(huán)6卡住下法蘭2，同時通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件5(采用螺栓和螺母)穿過活套環(huán)6和上法蘭1實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接。上法蘭的材質(zhì)為5A06，上法蘭端面厚度為16mm ；下法蘭的材質(zhì)為lCrl8Ni9Ti，下法蘭端面厚度為8mm。在與上法蘭1接觸的下法蘭2頂端外側(cè)面上開設(shè)一道環(huán)槽，為裝配橡膠密封件的密封槽4。密封槽4的寬度為2. 25mm，深度為4mm。在裝配橡膠密封件的密封槽4內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件為斷面尺寸為Φ3的氟醚橡膠0形密封件，橡膠密封件壓縮量 25%。如圖4所示，在與上法蘭1接觸的下法蘭2端面上還開設(shè)一道環(huán)槽，為裝配墊片的榫槽3，在對應裝配墊片的榫槽3位置處的上法蘭1端面上延伸出一個凸臺，該凸臺嵌入裝配墊片的榫槽3內(nèi)，凸臺的名義高度值Hl與裝配墊片的榫槽3的名義深度值H2相等，即Hl =H2 = 3. 2，其中的公差為Hl_Q°2，H2+。°2。裝配墊片的榫槽3底部開設(shè)一個邊長為0. 5mm的等邊三角形槽，與其對應的在上法蘭1端面上延伸出的凸臺底端開設(shè)相配合的一個邊長為0. 5mm的等邊三角形凸起。榫槽 3中的榫和槽側(cè)壁的配合間隙為0. 45mm。在裝配墊片的榫槽3內(nèi)放置與其形狀相配合的、高度為0.55+Γ mm的聚四氟乙烯墊片。該墊片的內(nèi)徑和外徑尺寸以與榫槽3的內(nèi)徑和外徑尺寸達到緊密貼合為準。該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的裝配過程如下將聚四氟乙烯墊片安裝于榫槽3中，將氟醚橡膠0形密封件安裝于密封槽4中，在下法蘭2處放置活套環(huán)6，然后采用力矩扳手，將各螺栓均勻?qū)ΨQ擰緊，分4 5次將螺栓擰緊力矩加到20N. m，然后，沿圓周方向校準力矩兩次。采用塞規(guī)，測得上下法蘭外側(cè)最大間隙為0. 2mm。針對上述裝配的密封結(jié)構(gòu)，分別進行了-60°C密封試驗、與四氧化二氮氣相介質(zhì)在 40°C接觸150小時(接觸壓力為0. 4MPa)條件下的密封試驗、與四氧化二氮氣相介質(zhì)接觸后的常溫、低溫-20°C以及高溫355°C (試驗時間25分鐘，試驗壓力1. 2MPa)密封試驗，試驗結(jié)果表明在上述試驗過程中均沒有發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查， 測試法蘭內(nèi)部開縫達到3. 01mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到2. 02mm，試驗工裝的腔體內(nèi)沒有多余物。實施例4如圖2所示，該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其下法蘭2嵌入上法蘭1內(nèi)，再通過活套環(huán)6卡住下法蘭2，同時通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件5(采用螺栓和螺母)穿過活套環(huán)6和上法蘭1實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接。上法蘭的材質(zhì)為2A12，上法蘭端面厚度為15mm ；下法蘭的材質(zhì)為lCrl8Ni9Ti，下法蘭端面厚度為8mm。在與上法蘭1接觸的下法蘭2頂端外側(cè)面上開設(shè)一道環(huán)槽，為裝配橡膠密封件的密封槽4。密封槽4的寬度為1.8mm，深度為4mm。在裝配橡膠密封件的密封槽4內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件為斷面尺寸為Φ3的乙丙橡膠0型密封件，橡膠密封件的壓縮量 40%。在與上法蘭1接觸的下法蘭2端面上還開設(shè)一道環(huán)槽，為裝配墊片的榫槽3，在對應裝配墊片的榫槽3位置處的上法蘭1端面上延伸出一個凸臺，該凸臺嵌入裝配墊片的榫槽3內(nèi)，凸臺的名義高度值Hl與裝配墊片的榫槽3的名義深度值H2相等，即Hl = H2 = 4，
其中的公差為H1_q°2， H2+q°2。裝配墊片的榫槽3底部開設(shè)一個頂點向下的、邊長為0. 6mm的等邊三角形槽，與其對應的在上法蘭1端面上延伸出的凸臺底端開設(shè)相配合的一個邊長為0. 6mm的等邊三角形凸起。榫槽3的中榫和槽側(cè)壁的配合間隙為0. 6mm。在裝配墊片的榫槽3內(nèi)放置與其形狀相配合的、高度為0.65+Γ mm的軟鋁墊片。該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的裝配過程如下將軟鋁墊片安裝于榫槽3中，將乙丙橡膠0形密封件安裝于密封槽4中，在下法蘭處放置活套環(huán)，然后采用力矩扳手，將各螺栓均勻?qū)ΨQ擰緊，分4 5次將螺栓擰緊力矩加到50N. m，然后，沿圓周方向校準力矩兩次。采用塞規(guī)，測得上下法蘭外側(cè)最大間隙為0. 20mm。針對上述裝配的密封結(jié)構(gòu)，分別進行了 -60°C密封試驗、與偏二甲胼氣相介質(zhì)在 40°C接觸150小時(接觸壓力為0. 5MPa)條件下的密封試驗、與偏二甲胼氣相介質(zhì)接觸后的常溫、低溫_20°C以及高溫360°C (試驗時間22分鐘，試驗壓力1. 05MPa)密封試驗，試驗結(jié)果表明在上述試驗過程中均沒有發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 98mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到2. 01mm，試驗工裝的腔體內(nèi)沒有多余物。實施例5如圖3所示，該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其上法蘭1和下法蘭2對接，再通過活套環(huán)6卡住下法蘭2，同時通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件5(采用螺栓和螺母)穿過活套環(huán)6和上法蘭1實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接。上法蘭的材質(zhì)為5A06，上法蘭端面厚度為8mm ；下法蘭的材質(zhì)為lCrl8Ni9Ti，下法蘭端面厚度為8mm。在與上法蘭1接觸的下法蘭2端面上開設(shè)兩道環(huán)槽。下法蘭2端面上外側(cè)的一道環(huán)槽為裝配橡膠密封件的密封槽4。密封槽4的寬度為4mm，深度為2. 25mm。在裝配橡膠密封件的密封槽4內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件為 Φ 3的氟醚橡膠0形密封件，該橡膠密封件的壓縮量在25%。如圖4所示，下法蘭2端面上內(nèi)側(cè)的一道環(huán)槽為裝配墊片的榫槽3。在對應裝配墊片的榫槽3位置處的上法蘭1端面上延伸出一個凸臺，凸臺嵌入裝配墊片的榫槽3內(nèi)。該凸臺的名義高度值Hl與裝配墊片的榫槽3的名義深度值Η2相等，即Hl = Η2 = 4mm，其中的公差為為Hl丄，Η2+0αι。裝配墊片的榫槽3底部開設(shè)一個邊長為0. 45mm的等邊三角形槽，與其對應的在上法蘭1端面上延伸出的凸臺底端開設(shè)相配合的一個邊長為0. 45mm的等邊三角形凸起。榫槽3中的榫和槽側(cè)壁的配合間隙為0. 5mm。在裝配墊片的榫槽3中放置與其形狀相配合的聚四氟乙烯墊片，墊片的高度為 0.4；0·05 mm。該墊片的內(nèi)徑和外徑尺寸以與榫槽3的內(nèi)徑和外徑尺寸達到緊密貼合為準。該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的裝配過程如下將聚四氟乙烯墊片安裝于榫槽3中，將氟醚橡膠0形密封件安裝于密封槽4中，在下法蘭2處放置活套環(huán) 6，然后采用力矩扳手，將各螺栓均勻?qū)ΨQ擰緊，分4 5次將螺栓擰緊力矩加到20N.m，然后，沿圓周方向校準力矩兩次。采用塞規(guī)，測得上下法蘭外側(cè)最大間隙為0. 2mm。針對上述裝配的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，分別進行了-60°C密封試驗、與四氧化二氮氣相介質(zhì)在40°C接觸150小時(接觸壓力為0. 4MPa)條件下的密封試驗、與四氧化二氮氣相介質(zhì)接觸后的常溫、低溫_20°C以及高溫355°C (試驗時間10分鐘，試驗壓力0. 9MPa ； 對法蘭施加軸向力15000N、側(cè)向力4500N、法蘭彎矩450N. m ；施加振動載荷25. Ig)密封試驗，試驗結(jié)果表明在上述試驗過程中均沒有發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 81mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到1.82mm，試驗工裝的腔體內(nèi)沒有多余物。作為對比，針對不包括裝配聚四氟乙烯墊片榫槽的單道密封結(jié)構(gòu)(其它條件同上所述)，分別進行了相應試驗，試驗結(jié)果表明-60°C密封試驗過程發(fā)生泄漏、介質(zhì)接觸過程以及介質(zhì)接觸后的常溫、低溫密封試驗過程沒有發(fā)生泄漏、高溫355°C密封試驗過程發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 81mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到1. 81mm，氟醚橡膠密封件擠出至試驗工裝腔體內(nèi)邊緣。實施例6如圖3所示，該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其上法蘭1和下法蘭2對接，再通過活套環(huán)6卡住下法蘭2，同時通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件5(采用螺栓和螺母)穿過活套環(huán)6和上法蘭1實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接。上法蘭的材質(zhì)為2A14，上法蘭端面厚度為8mm ；下法蘭的材質(zhì)為lCrl8Ni9Ti，下法蘭端面厚度為8mm。在與上法蘭1接觸的下法蘭2端面上開設(shè)兩道環(huán)槽。下法蘭2端面上外側(cè)的一道環(huán)槽為裝配橡膠密封件的密封槽4。密封槽4的寬度為4mm，深度為1. 8mm。在裝配橡膠密封件的密封槽4內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件為 Φ 3的氟橡膠0形密封件，該橡膠密封件的壓縮量在40%。
如圖4所示，下法蘭2端面上內(nèi)側(cè)的一道環(huán)槽為裝配墊片的榫槽3。在對應裝配墊片的榫槽3位置處的上法蘭1端面上延伸出一個凸臺，凸臺嵌入裝配墊片的榫槽3內(nèi)。該凸臺的名義高度值Hl與裝配墊片的榫槽3的名義深度值H2相等，即Hl = H2 = 3. 5mm，其中的公差為為H11， Η2+Γ。裝配墊片的榫槽3底部開設(shè)一個邊長為0. 45mm的等邊三角形槽，與其對應的在上法蘭1端面上延伸出的凸臺底端開設(shè)相配合的一個邊長為0. 45mm的等邊三角形凸起。榫槽3中的榫和槽側(cè)壁的配合間隙為0. 6mm。在裝配墊片的榫槽3中放置與其形狀相配合的聚四氟乙烯墊片，墊片的高度為 0.5；0·05 mm。該墊片的內(nèi)徑和外徑尺寸以與榫槽3的內(nèi)徑和外徑尺寸達到緊密貼合為準。該用于復雜工況條件下的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的裝配過程如下將聚四氟乙烯墊片安裝于榫槽3中，將氟橡膠0形密封件安裝于密封槽4中，在下法蘭2處放置活套環(huán)6， 然后采用力矩扳手，將各螺栓均勻?qū)ΨQ擰緊，分4 5次將螺栓擰緊力矩加到20N. m，然后， 沿圓周方向校準力矩兩次。采用塞規(guī)，測得上下法蘭外側(cè)最大間隙為0. 2mm。針對上述裝配的法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，分別進行了 _60°C密封試驗、與偏二甲胼氣相介質(zhì)在40°C接觸150小時(接觸壓力為0. 5MPa)條件下的密封試驗、與偏二甲胼氣相介質(zhì)接觸后的常溫、低溫-20°C以及高溫345°C (試驗時間12分鐘，試驗壓力0. 95MPa ；對法蘭施加軸向力14500N、側(cè)向力5500N、法蘭彎矩550N. m ；施加振動載荷24. 8g)密封試驗，試驗結(jié)果表明在上述試驗過程中均沒有發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查， 測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 75mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到1. 72mm，試驗工裝的腔體內(nèi)沒有多余物。作為對比，針對不包括裝配聚四氟乙烯墊片榫槽的單道密封結(jié)構(gòu)(其它條件同上所述)，分別進行了相應試驗，試驗結(jié)果表明-60°C密封試驗過程發(fā)生泄漏、介質(zhì)接觸過程以及介質(zhì)接觸后的常溫、低溫密封試驗過程沒有發(fā)生泄漏、高溫345°C密封試驗過程發(fā)生泄漏。試驗工裝冷卻至常溫后，經(jīng)過分解檢查，測試法蘭內(nèi)部開縫達到2. 75mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫達到1. 71mm，試驗工裝腔體內(nèi)有黑色漆狀物。
權(quán)利要求
1.一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其中上法蘭(1)和下法蘭 (2)對接，并且通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件(5)穿過上法蘭(1)和下法蘭(2)實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接，其特征在于在與上法蘭(1)接觸的下法蘭(2)端面上開設(shè)兩道環(huán)槽；外側(cè)的一道環(huán)槽為裝配橡膠密封件的密封槽(4)，內(nèi)側(cè)的一道環(huán)槽為裝配墊片的榫槽(3)；在對應裝配墊片的榫槽(3)位置處的上法蘭(1)端面上延伸出一個凸臺，該凸臺嵌入裝配墊片的榫槽(3)內(nèi)，凸臺的高度值與裝配墊片的榫槽(3)的深度相等并且大于法蘭內(nèi)部開縫值；在裝配橡膠密封件的密封槽(4)內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件的壓縮量在25 40%;在裝配墊片的榫槽(3)內(nèi)放置與其形狀相配合的墊片，該墊片的高度以裝配施加法蘭預緊力的部件(5)后上法蘭(1)和下法蘭(2)端面之間外側(cè)開縫小于等于 0. 2mm為基準。
2.一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其中下法蘭(2)嵌入上法蘭(1)內(nèi)，再通過活套環(huán)(6)卡住下法蘭(2)，同時通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件(5)穿過活套環(huán)(6)和上法蘭(1)實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接，其特征在于在與上法蘭(1)接觸的下法蘭(2)頂端外側(cè)面上開設(shè)一道環(huán)槽，為裝配橡膠密封件的密封槽(4)；在與上法蘭(1)接觸的下法蘭(2)端面上還開設(shè)一道環(huán)槽，為裝配墊片的榫槽(3)，在對應裝配墊片的榫槽(3)位置處的上法蘭(1)端面上延伸出一個凸臺，該凸臺嵌入裝配墊片的榫槽(3)內(nèi)，凸臺的高度值與裝配墊片的榫槽(3)的深度相等并且大于法蘭內(nèi)部開縫值；在裝配橡膠密封件的密封槽(4)內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件的壓縮量在25 40% ；在裝配墊片的榫槽(3)內(nèi)放置與其形狀相配合的墊片，該墊片的高度以裝配施加法蘭預緊力的部件(5)后上法蘭(1)和下法蘭(2)端面之間外側(cè)開縫小于等于0. 2mm為基準。
3.一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其中下法蘭(2)與上法蘭 (1)對接，下法蘭(2)的外徑小于上法蘭(1)的外徑，再通過活套環(huán)(6)卡住下法蘭(2)，同時通過周向設(shè)置的若干個施加法蘭預緊力的部件(5)穿過活套環(huán)(6)和上法蘭(1)實現(xiàn)上下法蘭的緊固連接，其特征在于在與上法蘭(1)接觸的下法蘭(2)端面上開設(shè)兩道環(huán)槽， 外側(cè)的一道環(huán)槽為裝配橡膠密封件的密封槽(4)，內(nèi)側(cè)的一道環(huán)槽為裝配墊片的榫槽(3)； 在對應裝配墊片的榫槽(3)位置處的上法蘭(1)端面上延伸出一個凸臺，該凸臺嵌入裝配墊片的榫槽(3)內(nèi)，凸臺的高度值與裝配墊片的榫槽(3)的深度相等并且大于法蘭內(nèi)部開縫值；在裝配橡膠密封件的密封槽(4)內(nèi)放置橡膠密封件，該橡膠密封件的壓縮量在25 40%;在裝配墊片的榫槽(3)內(nèi)放置與其形狀相配合的墊片，該墊片的高度以裝配施加法蘭預緊力的部件(5)后上法蘭(1)和下法蘭(2)端面之間外側(cè)開縫小于等于0. 2_為基準。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的開設(shè)在下法蘭(2)端面上的裝配墊片的榫槽(3)底部開設(shè)一個或多個三角槽，與其對應的在上法蘭(1)端面上延伸出的凸臺底端開設(shè)相配合的一個或多個三角凸起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的開設(shè)在下法蘭(2)端面上的裝配墊片的榫槽(3)中榫和槽側(cè)壁的配合間隙為0.05 0. 6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述放置在裝配墊片的榫槽(3)內(nèi)的墊片材料選用聚四氟乙烯或軟鋁材料；所述墊片的內(nèi)徑和外徑尺寸以與榫槽⑶的內(nèi)徑和外徑尺寸達到緊密配合為準。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的放置在裝配橡膠密封件的密封槽(4)內(nèi)的橡膠密封件材料選用氟橡膠或氟醚橡膠或乙丙橡膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種用于復雜工況條件下的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的上法蘭(1)和下法蘭(2)選用鋼或鋁材料；所述的上法蘭(1)或下法蘭(2)的端面厚度在8mm IOmm;所述的施加法蘭預緊力的部件(5)為螺栓和螺母。
9.一種權(quán)利要求1或2或3所述的用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的應用，其特征在于該法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)應用于-60°C至橡膠密封件極限高溫的寬溫域密封使用；使用過程中法蘭產(chǎn)生變形條件下、并且橡膠密封件與強腐蝕性介質(zhì)接觸后在其極限高溫使用而不產(chǎn)生多余物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)的應用，其特征在于所述的法蘭變形來自于常溫裝配產(chǎn)生的變形以及高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形，常溫裝配產(chǎn)生的變形使上下法蘭面外側(cè)開縫最大達到0. 2mm ；高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形使得法蘭內(nèi)部開縫最大達到3mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫最大達至Ij 2mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于復雜工況條件的薄壁法蘭榫槽雙道密封結(jié)構(gòu)及應用，其采用法蘭雙道密封結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)側(cè)密封采用榫槽和墊片，外側(cè)密封采用橡膠密封件，解決了強腐蝕介質(zhì)環(huán)境下密封結(jié)構(gòu)在變形條件下的密封問題，所述變形來自于常溫裝配產(chǎn)生的變形以及高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形，其中常溫裝配產(chǎn)生的變形使上下法蘭面外側(cè)開縫最大達到0.2mm；高溫密封使用過程中產(chǎn)生的變形使得法蘭內(nèi)部開縫最大達到3mm，放置橡膠密封件處的密封面開縫最大達到2mm。
文檔編號F16J15/10GK102367871SQ20111028417
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者修建生, 司徒斌, 吳福迪, 張智, 李京平, 牛寶林, 王幫武, 王明哲, 王立峰, 田新, 白湘云, 皂偉濤, 謝小兵, 趙建設(shè), 高健 申請人:中國運載火箭技術(shù)研究院, 航天材料及工藝研究所