[发明专利]一种平面法兰用弹簧蓄能密封结构及配合安装方法

说明书

本发明公开了一种平面法兰用弹簧蓄能密封结构及配合安装方法，该平面法兰用弹簧蓄能密封结构包括装配在一起的第一法兰、第二法兰和密封件，第一法兰、第二法兰的端面设置第一装配面、第二装配面，第二装配面上开设有封闭轮廓的密封凹槽，密封件包括C形外壳和内芯弹簧，C形外壳整体为一封闭轮廓，C形外壳设有一周向的开口，其夹角α为40°～90°，开口朝向压力较高的一侧；装配时截面为：C形外壳的上侧、下侧分别与第一法兰、凹槽底保持接触并且分别形成第一密封面、第二密封面，内芯弹簧一端的外径逐渐减小并拧入另一端的内径内。本发明开口增强了密封性能，弹簧首尾相接的方式缩短了生产周期。

技术领域

本发明涉及金属密封领域，特别涉及一种弹簧蓄能平面法兰密封结构。

背景技术

在航空航天、核电能源等领域，其管道系统内部输送介质一般均具有易燃易爆、高温高压、强腐蚀性等特点，该类型介质一旦发生泄漏，非常容易造成火灾、爆炸或毒性物质扩散等严重后果，对机械设备安全运行和人员生命保证带来威胁，因此用于管道法兰连接面的密封件必须具有优良的耐高温高压以及耐腐蚀性能。目前多以金属密封作为有效的密封形式，根据其截面形状可以划分为金属垫片、O形密封环、C形密封环、W形密封环以及带有弹簧的蓄能C形密封环。将金属密封置入法兰面凹槽内，通过压紧法兰面从而实现法兰面的密封。

在实际应用中，由于弹簧蓄能C形密封环具有可回弹、能承压等特点，愈发广泛的应用于航空航天、核电能源等领域的法兰连接面，但随着这些领域科技的快速发展，其介质的压力更大、温度变化范围更广、腐蚀性能更强，对弹簧蓄能C形密封环的材料选择及具体结构性能提出了更高的要求。并且，随着相应产业的进步，对密封环的需求量也在增大，这也要求密封的机构应具有更易加工的特点。

发明内容

本发明为解决现有技术存在密封性能低、加工难度大的问题，提出了一种弹簧蓄能金属平面法兰密封结构。

本发明的技术解决方案是：一种弹簧蓄能金属密封结构，包括装配在一起的第一法兰、第二法兰和密封件，第一法兰的端面设置第一装配面，第二法兰的端面设置第二装配面；

第二装配面上开设有封闭轮廓的密封凹槽，凹槽与密封件相适配；

密封件包括C形外壳和设于C形外壳内部的内芯弹簧,C形外壳整体为一封闭轮廓，内芯弹簧为内衬，C形外壳紧密包裹于内芯弹簧外侧，C形外壳设有一周向的开口，开口的夹角α大小为40°～90°，开口朝向工作时介质压力较高的一侧；

第一法兰、第二法兰和密封件装配在一起时任意一处轴向截面的结构为：C形外壳的上侧与第一法兰保持接触且形成第一密封面，C形外壳的下侧与密封凹槽底面保持接触且形成第二密封面，C形外壳的左、右两侧分别与密封凹槽保持间隙；

所述内芯弹簧为首尾相接的弹簧，所述内芯弹簧一端的外径逐渐减小并拧入另一端的内径内。

进一步地，所述内芯弹簧由多段首尾相接的弹簧组成，且其中每一段弹簧的首端为变径部，变径部的外径逐渐减小，得以拧入相邻的弹簧的尾端。

进一步地，所述内芯弹簧的弹簧丝的直径r_s与所述C形外壳的壳壁厚度h_c相等，为0.2mm～0.6mm。

进一步地，C形外壳和内芯弹簧采用高温合金材料，具体的讲，C形外壳和内芯弹簧的材料根据介质温度相关：介质温度≤870℃，材料牌号选择为GH4141；介质温度≤730℃，材料牌号选择为GH4738；介质温度≤630℃，材料牌号选择为GH4169；介质温度≤450℃，材料牌号选择为GH4145。

进一步地，C形外壳的轴向截面的轮廓为圆形、轴向长轴椭圆形或径向长轴椭圆形。

进一步地，C形外壳外轮廓直径H为1.6mm～5mm。

进一步地，C形外壳的外表面设有耐高温层且粗糙度≤Ra0.8μm。