[发明专利]一种用于超低温动态密封的环形管密封圈及其加工方法

说明书

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。