本發(fā)明涉及超低溫流體的密封的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈。

背景技術(shù)：

超低溫密封圈主要用于超低溫流體，例如LNG、液氫、液氧和液氮等的密封，可以用于LNG汽車、輪船的超低溫儲罐和加注口的密封，火箭、航空飛機的液體燃料儲罐和燃料管路的密封，以及其他的需要用到超低溫密封的場合。

市場現(xiàn)有的超低溫密封圈，最常規(guī)的是O型密封圈，這種密封圈的缺點在于，密封效果好的材料，比如氟橡膠、丁腈橡膠或者硅膠材質(zhì)制成的密封圈，都無法耐超低溫，其在超低溫工況下的彈性和機械力學(xué)性能大幅衰變，極易損壞失效；而當前國際常用的耐低溫材料，主要是PTFE和PCTFE以及衍生的改性材料，這些材料在超低溫工況下力學(xué)性能穩(wěn)定，但是和橡膠以及硅膠相比，其彈性差、硬度高，在受力后不足以產(chǎn)生足夠的形變來實現(xiàn)密封。

為了克服上述問題，國外出現(xiàn)了一種半開口內(nèi)置金屬彈簧圈的超低溫密封圈，如圖1所示，包括材質(zhì)為PTFE或者PCTFE等耐低溫塑料的半開口的外圈101和金屬薄片纏繞而成的金屬彈簧內(nèi)圈102。這種結(jié)構(gòu)利用金屬彈簧內(nèi)圈102在超低溫工況下提供穩(wěn)定的支撐力，保護外圈101，防止外圈101被壓后發(fā)生破壞性的形變；同時利用較薄的外圈101相對柔軟、容易變形的特點，當開口側(cè)有高壓氣體或者液體進入時，利用壓差，把外圈101撐開，使外圈101緊緊的壓著在密封面上，大大提高了密封性能。

但是這種半開口內(nèi)置金屬彈簧圈的超低溫密封圈存在以下缺點：主要適用于靜態(tài)密封以及滑動密封，其不能應(yīng)用于動態(tài)密封。因為兩個密封端面相向分離時，開口腔內(nèi)壓力大于密封背面的壓力，外圈101的兩個唇103會被壓力緊緊的貼合在密封端面，隨著密封端面的相向分離，外圈101的兩個唇103被脹破、撕裂，致使密封圈失效。

上述的滑動密封是指兩個密封面相對做平行或類似平行移動的密封，一旦顆粒狀灰塵或其他異物進入密封配合面，會在滑動密封的過程中，對密封面造成永久刮傷，從而導(dǎo)致嚴重的泄漏失效，引起安全隱患；上述的動態(tài)密封是指兩個密封端面相向分離的密封，由于密封面之間沒有相對滑動，避免了異物對密封面的劃傷和磨損。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明的目的：本發(fā)明公開一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈，這種設(shè)計的密封圈能用相對柔性的耐低溫材料制成，既能用于超低溫工況下的靜態(tài)密封和滑動密封，又能用于超低溫工況下的動態(tài)密封；內(nèi)腔沒有流體壓力時，依靠內(nèi)部支撐件提供穩(wěn)定的支撐力支撐薄壁的管，防止管壓潰、失效；當高壓流體進入管內(nèi)腔產(chǎn)生壓差時，薄壁的管有足夠的形變能力，能與金屬表面緊密貼合，密封效果好；并且當兩個密封端面相對分離時，密封圈有足夠的強度獨自承受壓差，不會拉斷、脹破、失效。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明公開了一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈，包括設(shè)有中空腔體的管，以及設(shè)置在管上的一組進氣孔，所述管呈環(huán)形，并且其中空腔體內(nèi)設(shè)有支撐件。內(nèi)腔沒有流體壓力時，支撐件提供穩(wěn)定的支撐力，支撐薄壁的管，防止管壓潰、失效；當高壓流體進入管內(nèi)腔產(chǎn)生壓差時，薄壁的管較為柔軟，其有足夠的形變能力，能與金屬表面緊密的貼合，具有良好的密封效果；密封圈雖開有進氣孔，但其仍是一個整體的管，當高壓流體進入管產(chǎn)生壓差并且兩個密封端面相對分離時，整體管有足夠的強度獨自承受壓差，不會脹破、失效；這種設(shè)計的密封圈能用相對柔軟的耐低溫材料制成，保證密封效果的同時，既能用于超低溫工況下的靜態(tài)密封和滑動密封，又能用于超低溫工況下的動態(tài)密封。

進一步的，上述一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈，所述支撐件為耐低溫材料制成的環(huán)形棒或環(huán)形管，環(huán)形棒或環(huán)形管的材料直徑小于管的管內(nèi)徑。這種設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低；環(huán)形棒或環(huán)形管可以提供支撐力保護管，并且能與管平緩、全面的貼合，其支撐效果好；而且不影響管的柔軟度和密封性能。

進一步的，上述一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈，所述支撐件為金屬薄片螺旋纏繞而成的彈簧圈，或者為設(shè)有開口的金屬薄管，所述彈簧圈或金屬薄管呈環(huán)形。這種設(shè)計的支撐件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用壽命長，提供穩(wěn)定的支撐力保護管；高壓流體進入管后，能快速充滿管的中空腔體，密封速度快、效果好。

進一步的，上述一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈，所述管設(shè)有呈環(huán)狀的支座，所述支座與外部安裝環(huán)形管密封圈用的安裝面相連。這種設(shè)計密封圈的安裝穩(wěn)定、可靠，使密封圈不易傾斜、移位。

進一步的，上述一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈，所述一組進氣孔數(shù)量不少于2個，并且呈環(huán)形陣列狀分布。密封圈在安裝和使用時，進氣孔面朝高壓流體的那一側(cè)設(shè)置且均勻分布，使得進氣過程穩(wěn)定、快速、均勻，且進氣效果好。

上述的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的加工方法，采用3D打印技術(shù)一次成型，或者采用焊接技術(shù)將支撐件兩端對接、管兩端對接以實現(xiàn)焊接成型，或者采用粘結(jié)技術(shù)將支撐件兩端對接、管兩端對接以實現(xiàn)粘結(jié)成型。

進一步的，上述的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的加工方法，步驟如下：1）以擠出成型的方式得到管；2）在管上沖孔形成一組進氣孔；3）裁切，將管裁切成設(shè)定的長度；4）將裁切好的管移動并套設(shè)在支撐件上；5）將管連帶著支撐件一起放入密封圈對接模具的環(huán)形槽中，合模；6）使用焊接工藝或粘結(jié)工藝將支撐件兩端連接；7）使用焊接工藝或粘結(jié)工藝將管兩端連接。這種加工方法步驟簡單，降低了加工成本。

進一步的，上述的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的加工方法，所述管（2）兩端連接的焊接工藝為電磁融化焊接，或者激光融化焊接，或者紅外融化焊接。這種設(shè)計可以保證管焊接處的精度和強度，不影響管的密封性能。

進一步的，上述一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的加工方法，所述密封圈對接模具包括上模、下模和移動模，其中環(huán)形槽包括分別設(shè)置在上模和下模的半圓槽，以及設(shè)置在移動模內(nèi)部的管狀腔體，焊接裝置設(shè)置在移動模上；將管連帶著支撐件一起放入密封圈對接模具的具體步驟如下：1）將管連帶著支撐件一起彎曲并放入下模的半圓槽中，將上模和下模合模；2）將管和支撐件的兩端分別放入移動模的兩端；3）移動模移動，并與上模、下模的整體合模。這種設(shè)計可以將管和支撐件的兩端很好的對接到位，保證其對接精度。

上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明所述的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈，這種設(shè)計的密封圈既能用于超低溫工況下的靜態(tài)密封和滑動密封，又能用于超低溫工況下的動態(tài)密封；內(nèi)腔沒有流體壓力時，有穩(wěn)定的支撐力支撐薄壁管，防止管壓潰、失效；當高壓流體進入管內(nèi)腔產(chǎn)生壓差時，薄壁的管能與金屬表面緊密的貼合，具有良好的密封效果；當高壓流體進入管產(chǎn)生壓差并且兩個密封端面相對分離時，整體管有足夠的強度獨自承受壓差，不會拉斷、脹破、失效；其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用壽命長，密封速度快、效果好；加工方法步驟簡單，降低了加工成本，提高管焊接處的精度和強度。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種半開口內(nèi)置金屬彈簧圈的超低溫密封圈的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明所述的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈第一種實施方式的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為圖2中A-A的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖3中B部的詳細結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明所述的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈第二種實施方式的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖6為圖5中C部的詳細結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明所述的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈第三種實施方式的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖8為圖7中D部的詳細結(jié)構(gòu)圖；

圖9為本發(fā)明所述的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈第四種實施方式的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖10為圖9中E部的詳細結(jié)構(gòu)圖；

圖11為本發(fā)明所述的一種密封圈對接模具的結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1-中空腔體，2-管，3-進氣孔，4-支撐件，5-支座，6-密封圈對接模具，61-上模，62-下模，63-移動模，7-焊接裝置，101-外圈，102-金屬彈簧內(nèi)圈，103-唇。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明具體實施方式進行詳細的描述。

實施例1

本發(fā)明的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的第一種實施方式，如圖2至圖4所示，包括設(shè)有中空腔體1的管2，以及設(shè)置在管2上的一組進氣孔3，所述管2呈環(huán)形，并且其中空腔體1內(nèi)設(shè)有支撐件4；支撐件4為耐低溫材料制成的環(huán)形棒，環(huán)形棒的材料直徑小于管2的管內(nèi)徑；管2設(shè)有呈環(huán)狀的支座5，支座5與外部安裝環(huán)形管密封圈用的安裝面相連，支座5設(shè)置在管2的內(nèi)環(huán)面；一組進氣孔3數(shù)量不少于2個，并且呈環(huán)形陣列狀分布，其根據(jù)高壓流體的方向設(shè)置在管2的側(cè)端或外環(huán)面；管2使用PTFE或PCTFE或其衍生的改性材料制成。

本發(fā)明的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的加工方法，步驟如下：

1）以擠出成型的方式得到管2；

2）在管2上沖孔形成一組進氣孔3；

3）裁切，將管2裁切成設(shè)定的長度；

4）將裁切好的管2移動并套設(shè)在支撐件4上；

5）將管2連帶著支撐件4一起放入密封圈對接模具6的環(huán)形槽中；如圖11所示，所述密封圈對接模具6包括上模61、下模62和移動模63，其中環(huán)形槽包括分別設(shè)置在上模61和下模62的半圓槽，以及設(shè)置在移動模63內(nèi)部的管狀腔體，粘結(jié)裝置設(shè)置在移動模63上；將管2連帶著支撐件4一起放入密封圈對接模具6的具體步驟如下：

a）將管2連帶著支撐件4一起彎曲并放入下模62的半圓槽中，將上模61和下模62合模；

b）將管2和支撐件4的兩端分別放入移動模63的兩端；

c）移動模63移動，并與上模61、下模62的整體合模；

6）使用粘結(jié)工藝將支撐件4兩端連接；

7）使用粘結(jié)工藝將管2兩端連接。

實施例2

本發(fā)明的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的第二種實施方式，如圖5和圖6所示，包括設(shè)有中空腔體1的管2，以及設(shè)置在管2上的一組進氣孔3，所述管2呈環(huán)形，并且其中空腔體1內(nèi)設(shè)有支撐件4；支撐件4為耐低溫材料制成的環(huán)形支撐管，環(huán)形支撐管的材料直徑小于管2的管內(nèi)徑，所述管2為圓管，且材料直徑（圓管橫截面的外徑）為60mm，環(huán)形管密封圈的外徑為2m，環(huán)形支撐管與管2之間的單側(cè)間隙為5.5mm；管2設(shè)有呈環(huán)狀的支座5，所述支座5與外部安裝環(huán)形管密封圈用的安裝面相連，支座5設(shè)置在管2的側(cè)端；所述一組進氣孔3數(shù)量不少于2個，并且呈環(huán)形陣列狀分布，其根據(jù)高壓流體的方向設(shè)置在管2的另一側(cè)端或外環(huán)面或內(nèi)環(huán)面。

本發(fā)明的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的加工方法，采用3D打印技術(shù)一次成型。

實施例3

本發(fā)明的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的第三種實施方式，如圖7和圖8所示，包括設(shè)有中空腔體1的管2，以及設(shè)置在管2上的一組進氣孔3，所述管2呈環(huán)形，并且其中空腔體1內(nèi)設(shè)有支撐件4，支撐件4為金屬薄片螺旋纏繞而成的呈環(huán)形的彈簧圈；所述管2為圓管，且材料直徑（圓管橫截面的外徑）為4mm，環(huán)形管密封圈的外徑為6mm，彈簧圈與管2之間的單側(cè)間隙為0.05mm；管2設(shè)有呈環(huán)狀的支座5，所述支座5與外部安裝環(huán)形管密封圈用的安裝面相連，支座5設(shè)置在管2的外環(huán)面；所述一組進氣孔3數(shù)量不少于2個，并且呈環(huán)形陣列狀分布，其根據(jù)高壓流體的方向設(shè)置在管2的側(cè)端或內(nèi)環(huán)面。

本發(fā)明的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的加工方法，步驟如下：

1）以擠出成型的方式得到管2；

2）在管2上沖孔形成一組進氣孔3；

3）裁切，將管2裁切成設(shè)定的長度；

4）將裁切好的管2移動并套設(shè)在支撐件4上；

5）將管2連帶著支撐件4一起放入密封圈對接模具6的環(huán)形槽中；如圖11所示，所述密封圈對接模具6包括上模61、下模62和移動模63，其中環(huán)形槽包括分別設(shè)置在上模61和下模62的半圓槽，以及設(shè)置在移動模63內(nèi)部的管狀腔體，焊接裝置7設(shè)置在移動模63上；將管2連帶著支撐件4一起放入密封圈對接模具6的具體步驟如下：

a）將管2連帶著支撐件4一起彎曲并放入下模62的半圓槽中，將上模61和下模62合模；

b）將管2和支撐件4的兩端分別放入移動模63的兩端；

c）移動模63移動，并與上模61、下模62的整體合模；

6）使用焊接工藝將支撐件4兩端連接；

7）使用焊接工藝將管2兩端連接，其中焊接工藝為電磁融化焊接，或者激光融化焊接，或者紅外融化焊接。

實施例4

本發(fā)明的一種用于超低溫動態(tài)密封的環(huán)形管密封圈的第四種實施方式，如圖9和圖10所示，包括設(shè)有中空腔體1的管2，以及設(shè)置在管2上的一組進氣孔3，所述管2呈環(huán)形，并且其中空腔體1內(nèi)設(shè)有支撐件4；支撐件4為設(shè)有開口的呈環(huán)形的金屬薄管；所述一組進氣孔3數(shù)量不少于2個，并且呈環(huán)形陣列狀分布，其根據(jù)高壓流體的方向設(shè)置在管2的側(cè)端或內(nèi)環(huán)面或外環(huán)面。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。