一种低温、高压液化气体环境下螺纹孔的密封结构

摘要

本发明公开了一种低温、高压液化气体环境下螺纹孔的密封结构，包括：螺杆、一个以上第二O型圈及一个以上垫片；所述螺杆由两个以上外径不同的螺纹杆段及相邻两个螺纹杆段之间的圆台段、圆柱段一体成型；令相邻两个螺纹杆段分别为一级螺纹杆段和二级螺纹杆段，圆台段的小径端与所述一级螺纹杆段交汇，且该交汇处设有第三台阶面；所述圆柱段与所述二级螺纹杆段的交汇处设有第四台阶面；所述螺杆的圆柱段上安装有一个以上第二O型圈；相邻两个螺纹杆段之间的台阶面均安装有垫片；本发明既能够适应低温、高压的液化气体环境，又能够方便拆卸和维护。

说明书

技术领域

本发明属于低温、高压装备研发应用技术领域，具体涉及一种低温、高压液化气体环境下螺纹孔的密封结构。

背景技术

所述低温、高压液化气体是指在120K以下温度且压力不小于1MPa气体。以液化气体形式存在的气体，包括液化天然气(LNG)、液氧、液氮、液氢、液氦等。

在低温、高压液化气体环境下螺纹孔的密封一直是业界的一大难题，密封元件失效是造成泄漏的主要原因。像LNG、液氢的生产、运输过程中螺纹孔密封失效不仅会带来能源的浪费，而且会产生巨大的安全隐患。

现有的螺纹密封方式主要有四种：

①使用细麻绳的缠绕或者铅油喷涂在螺纹上以起到密封作用，这是最传统的方式；②使用聚四氟乙烯生料带缠绕螺纹，这是现在最常用的方式之一；③使用密封胶(乐泰243、GD414等)涂抹在螺纹上，待密封胶晾干后起到密封作用；④焊接密封，待螺栓拧紧后，将螺栓与螺纹连接件直接焊死以起到密封作用。

但现有的螺纹密封方式在低温、高压液化气体环境下均有其缺点：

①使用细麻绳的缠绕或者铅油喷涂在螺纹上。这种方式的缺点是麻、厚漆在低温环境下容易脆化失效且不耐高压，寿命短。

②使用聚四氟乙烯生料带缠绕螺纹。这种方法的经济性很好，操作简单，施工方便，但是其耐压不超过10MPa，低温下密封效果差，且拆卸困难。

③使用密封胶(乐泰243、GD414等)涂抹在螺纹上进行密封。这种方法对密封胶要求极高，经济性差，寿命短、，拆卸困难。

④机械密封。这种方法可用于无需拆卸的情况下，但大多数情况不适用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低温、高压液化气体环境下螺纹孔的密封结构，既能够适应低温、高压的液化气体环境(温度20K以上，压力70MPa以下)，又能够方便拆卸和维护。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种低温、高压液化气体环境下螺纹孔的密封结构，所述螺纹孔由两个以上内径不同的螺纹孔段及相邻两个螺纹孔段之间的圆台孔、圆柱孔一体成型，令相邻两个螺纹孔段分别为一级螺纹孔和二级螺纹孔，所述一级螺纹孔的内径小于二级螺纹孔的内径，圆台孔的小径端与一级螺纹孔交汇，且该交汇处设有第一台阶面；所述圆柱孔与二级螺纹孔的交汇处设有第二台阶面；

所述密封结构包括：螺杆、一个以上第二O型圈及一个以上垫片；

所述螺杆由两个以上外径不同的螺纹杆段及相邻两个螺纹杆段之间的圆台段、圆柱段一体成型；且螺纹杆段的个数与所述螺纹孔段的个数相等；令相邻两个螺纹杆段分别为一级螺纹杆段和二级螺纹杆段，所述一级螺纹杆段的外径小于二级螺纹杆段的外径，圆台段的小径端与所述一级螺纹杆段交汇，且该交汇处设有第三台阶面；所述圆柱段与所述二级螺纹杆段的交汇处设有第四台阶面；

整体连接关系如下：以螺杆的相邻两个螺纹杆段与所述螺纹孔的相邻两个螺纹孔段之间的连接为例：

所述螺杆的圆柱段上安装有一个以上第二O型圈；相邻两个螺纹杆段之间的台阶面均安装有垫片，垫片的个数与所述螺纹杆段的个数相等；令相邻两个螺纹杆段之间的第三台阶面处的垫片为第一垫片，第四台阶面处的垫片为第二垫片；

当安装有第二O型圈及垫片的螺杆与所述螺纹孔配合时，所述螺杆的一级螺纹杆段与所述螺纹孔的一级螺纹孔螺纹配合，所述螺杆的二级螺纹杆段与所述螺纹孔的二级螺纹孔螺纹配合，所述螺杆的圆柱段与所述螺纹孔的圆柱孔配合；所述螺杆的圆台段与所述螺纹孔的圆台孔紧密贴合，形成锥面密封；且所述第一垫片压紧在螺纹孔的第一台阶面与螺杆的第三台阶面之间，所述第二垫片压紧在螺纹孔的第二台阶面与螺杆的第四台阶面之间，形成轴向密封；所述第二O型圈与所述螺纹孔的圆柱孔紧密贴合，形成径向密封。

进一步的，还包括第一O型圈，所述第一O型圈安装在螺杆的圆台段的大径端的外圆周面上，且第一O型圈与所述螺纹孔的圆台孔紧密贴合，形成径向密封。

进一步的，所述圆台孔的母线与其轴线的夹角为b；且b的取值范围为30°～60°；

所述圆台段的母线与其轴线的夹角为a，a的取值范围为30°～60°，且a和b相差不超过1°。

进一步的，所述第一O型圈和第二O型圈均采用氟橡胶。

进一步的，所述垫片的厚度为2～3mm，且厚度误差不超过0.1mm。

进一步的，所述垫片采用聚四氟乙烯。

有益效果：本发明为五级逐级密封结构，能够适应低温、高压的液化气体环境(温度20K以上，压力70MPa以下)，且方便拆卸和维护；同时提高了密封效果、设备的使用寿命及低温、高压设备的安全性；制造难度适中，制造成本可控，具有应用前景。

附图说明

图1为本实施例1的结构组成图；

图2为本实施例2的结构组成图；

其中，1-第一O型圈，2-第二O型圈，3-第一垫片，4-第二垫片，5-螺杆，6-一级螺纹杆段，7-二级螺纹杆段，8-圆台段，9-圆台孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种低温、高压液化气体环境下螺纹孔的密封结构，参见附图1，本实施例的螺纹孔为两级螺纹孔，所述两级螺纹孔由顺序的一级螺纹孔、圆台孔9、圆柱孔及二级螺纹孔一体成型，所述一级螺纹孔的内径小于二级螺纹孔的内径，圆台孔9的小径端与一级螺纹孔交汇，且该交汇处设有第一台阶面；所述圆柱孔与二级螺纹孔的交汇处设有第二台阶面；所述圆台孔9的母线与其轴线的夹角为b；且b的取值范围为30°～60°；

所述密封结构包括：第一O型圈1、第二O型圈2、第一垫片3、第二垫片4及螺杆5；

所述螺杆5为两级螺纹螺栓，由顺序的一级螺纹杆段6、圆台段8、圆柱段及二级螺纹杆段7一体成型，所述一级螺纹杆段6的外径小于二级螺纹杆段7的外径，圆台段8的小径端与所述一级螺纹杆段6交汇，且该交汇处设有第三台阶面；所述圆柱段与所述二级螺纹杆段7的交汇处设有第四台阶面；所述圆台段8的大径端的外圆周面设有第一环形凹槽，所述圆柱段的外圆周面设有第二环形凹槽；所述圆台段8的母线与其轴线的夹角为a，a的取值范围为30°～60°，且a和b相差不超过1°；且一级螺纹杆段6和二级螺纹杆段7的螺距误差均控制在0.1mm以内；

所述第一O型圈1和第二O型圈2均采用氟橡胶；

所述第一垫片3和第二垫片4的厚度均为厚度为2～3mm，且厚度误差不超过0.1mm；材料均采用相同材质的聚四氟乙烯；

整体连接关系如下：所述第一O型圈1安装在螺杆5的第一环形凹槽内，所述第二O型圈2安装在螺杆5的第二环形凹槽内；所述第一垫片3套装在螺杆5的第三台阶面处，所述第二垫片4套装在螺杆5的第四台阶面处；

当安装有第一O型圈1、第二O型圈2、第一垫片3及第二垫片4的螺杆5与所述螺纹孔配合时，所述螺杆5的一级螺纹杆段6与所述螺纹孔的一级螺纹孔螺纹配合，所述螺杆的二级螺纹杆段7与所述螺纹孔的二级螺纹孔螺纹配合，所述螺杆5的圆柱段与所述螺纹孔的圆柱孔配合；所述螺杆5的圆台段8与所述螺纹孔的圆台孔9紧密贴合，形成锥面密封；且所述第一垫片3压紧在螺纹孔的第一台阶面与螺杆5的第三台阶面之间，所述第二垫片4压紧在螺纹孔的第二台阶面与螺杆5的第四台阶面之间，形成两处轴向密封；所述第一O型圈1与所述螺纹孔的圆台孔9紧密贴合，所述第二O型圈2与所述螺纹孔的圆柱孔紧密贴合，形成两处径向密封；因此，本实施例的螺栓密封结构为双螺纹孔的五级密封结构。

工作原理：当在低温、高压液化气体环境中时，第一垫片3处的轴向密封首先起主要密封作用，当第一垫片3损坏后，则螺杆5的圆台段8与螺纹孔的圆台孔9的锥面密封开始起主要密封作用，当所述锥面密封损坏后，则第一O型圈1处的径向密封开始起主要密封作用，当第一O型圈1损坏后，第二O型圈2处的轴向密封开始起主要密封作用，当第二O型圈2损坏后，第二垫片4处的轴向密封开始起主要密封作用，直到第二垫片4被破坏后，即五级密封均被破坏后才会出现漏气的情况。

本实施例的螺纹孔不限于两级螺纹孔，对应的螺杆5不限于两级螺纹螺栓，通过增加螺杆5的螺纹杆段，可适用于两级以上的螺纹孔；

本实施例的第二O型圈2的个数不限于一个，可根据所述螺纹孔的圆柱孔的长度增加，且第一O型圈1和第二O型圈2的材质不限于氟橡胶，可根据工况可选用其它材质；

本实施例的第一垫片3和第二垫片4的个数均不限于一个，可根据所述螺纹孔的级数增加，且第一垫片3和第二垫片4的个数的材质不限于聚四氟乙烯，可根据工况可选用其它材质。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，参见附图2，删去圆台段8的大径端的外圆周面设有的第一环形凹槽及第一O型圈1，形成螺纹孔的四级密封结构；本实施例的加工制造难度和制造成本都会低，但是减少了一级密封结构，安全系数降低，对于低压、温度较高的设备可以采用这种结构。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。