[发明专利]一种空心金属密封结构

说明书

本发明涉及一种空心金属密封结构，包括上法兰、下法兰和密封环，其中上法兰与下法兰连接形成法兰结构，下法兰与待密封部件连接，密封环设置在下法兰表面开设的凹槽内，用于上法兰与下法兰之间的密封，使得法兰结构与待密封部件形成密封结构，本发明针对现有技术中金属密封结构存在的缺陷，从结构、材料、性能等方面对密封结构，尤其是密封环进行创新设计，通过对密封环材料性能的要求，密封环焊缝要求以及密封环涂层等的要求，使得整体密封结构具有优异的密封性能和高可靠性，并且密封环可以在‑196℃～+227℃宽温域范围内使用，其中在‑196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用。

技术领域

本发明涉及一种空心金属密封结构，适用于在-196℃～+227℃的温域内，对大尺寸薄壁法兰进行密封，属于弹性金属密封元件技术领域。

背景技术

空心金属密封环作为一种弹性金属密封元件，在一些橡胶密封件无法使用的苛刻工况环境下得到广泛的应用。与密封领域大量使用的橡胶密封件相比，空心金属密封环的回弹能力是非常有限的，因此，需要密封法兰具有足够的刚度以保持法兰在密封压力作用下不产生变形。

然而，在某些特定情况下，由于受到装配空间条件约束以及减重要求的制约，无法设计大型的厚重密封结构，要求密封结构的法兰设计必须重量轻、厚度薄，该种密封结构法兰在-196℃～+227℃宽温域范围使用中会产生变形，尤其当密封结构开孔尺寸达到Φ400～Φ500mm时，传统空心金属密封环在薄壁口盖法兰中于-196℃～室温进行多次温度循环使用时，所测试到的氦质谱漏率为10^-2～10^-3Pa.m³/s，该种漏率水平无法满足某些部件密封可靠性要求高的使用需求，即氦质谱漏率需要达到1×10^-5Pa.m³/s量级的密封要求。

此外，目前常规的空心金属密封结构还主要存在以下问题：

第一、密封环的焊缝内部通孔尺寸较小，当空心金属密封环为了补偿较大变形而压缩至较大的预定压缩量值时，因其焊缝背面的较大余高造成密封结构的工作面局部突起，严重影响其低温状态下的密封效果，导致密封漏率超标。

第二、现有的不锈钢空心管材由于受到成形工艺水平的限制，虽然其拉伸强度、扯断伸长率等力学性能比较稳定，但是，当其达到预定压缩量值时，密封回弹补偿能力相差很大，导致同批次不锈钢空心管制备出的空心金属密封环的密封能力相差很大，可靠性低、稳定性差。

第三、空心金属密封环的表面涂层受限于相关涂层材料的涂覆工艺，要么涂层较薄(如采用聚全氟乙丙烯材料，当涂层厚度增大时，造成涂层附着力下降或者涂层表面不平整)，要么涂层较硬(如采用聚三氟氯乙烯材料)，均会造成空心金属密封环表面涂层的密封补偿能力下降，导致密封漏率无法满足设计要求。

因此，亟需研制一种在-196℃～+227℃宽温域范围内使用，尤其在-196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用而具有优异密封可靠性的大尺寸薄壁法兰金属密封结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种空心金属密封结构，该空心金属密封结构具有优异密封性能和可靠性，并可以在-196℃～+227℃宽温域范围内使用，其中在-196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种空心金属密封结构，包括上法兰、下法兰和密封环，其中上法兰与下法兰连接形成法兰结构，下法兰与待密封部件连接，密封环设置在下法兰表面开设的凹槽内，用于上法兰与下法兰之间的密封，使得所述法兰结构与待密封部件形成密封结构，所述密封环为空心金属管两端焊接形成的空心金属环结构，所述焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，密封环表面设有涂层，且密封环的单位长度压缩载荷不小于0.15KN/mm，密封环的压缩回弹值不小于0.25mm。