密封连接装置的制作方法

本实用新型涉及密封领域，尤其涉及用于高温高压、变温变压流体介质管道及设备的连接用密封连接装置。

背景技术：

气体或液体等流体介质的输送管路和储存容器经常需要通过连接器进行密封连接。可拆卸的法兰密封连接因为具有结构简单，便于操作的优点，被广泛地应用于化工、能源和机械领域的管路和容器的密封连接中。传统的法兰连接方式采用紧固螺栓将需要连接的两个端口用法兰连接起来。在法兰端口的密封面上放有密封元件。紧固螺栓将两个端面连在一起的同时，也将密封元件沿法兰轴向紧紧地压在密封面上。

上述法兰连接的主要问题是，管道和储存容器中流体介质压力的升高会使作用在密封元件上的压力减小，使密封元件松弛。这个现象在高压高温管道和容器的连接中尤为明显，造成法兰连接密封困难和流体介质泄漏。在安装时为了保证足够的密封预压力，需要使用足够大的紧固螺栓。大的螺栓需要法兰直径相应加大，而相同厚度的大直径法兰又存在刚性不够的问题，所以法兰在增大直径的同时还需要增加厚度，因此常规高压法兰连接器结构十分笨重。

为了解决高压介质引起密封紧力下降、密封件松弛的现象，工程技术人员设计了多种密封方式，利用介质压力增加作用在密封件上的力，即自紧式高压密封，如：非金属B型环密封、伍德密封、Bridgman密封及楔型环密封等。

然而，伍德密封、Bridgman密封及楔型环密封仅适用于端盖密封，无法用于管道和容器的连接；非金属B型环受限于弹性非金属材料的使用温度，无法满足高温高压密封连接的需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：针对当前高温高压流体介质管道及容器的密封连接装置由于内部介质压力升高或者温度变化引起密封紧力松弛，出现泄露的问题，提供一种密封性能可靠的密封连接装置。

一种密封连接装置，包括第一端口件、第二端口件、套筒、第一密封元件、第二密封元件、第一锁紧件及第二锁紧件；

所述第一端口件具有第一连接端，并在所述第一连接端设置有第一凸缘，所述第一凸缘具有在轴向上间隔设置的第一表面和第二表面；

所述第二端口件具有第二连接端，并在所述第二连接端设置有第二凸缘，所述第二凸缘具有在轴向上间隔设置的第三表面和第四表面；

在组装状态，所述第一连接端与所述第二连接端对接，使所述第一端口件与所述第二端口件内部连通，所述第一凸缘的所述第一表面与所述第二凸缘的所述第三表面相对设置，所述套筒沿轴向套设于所述第一凸缘与所述第二凸缘之外，所述第一锁紧件与所述套筒固定连接，将所述第一密封元件沿轴向压在所述第一凸缘的所述第二表面与所述第一锁紧件之间，并且使所述第一密封元件抵接在所述套筒的内环面，所述第二锁紧件与所述套筒固定连接，将所述第二密封元件沿轴向压在所述第二凸缘的所述第四表面与所述第二锁紧件之间，并且使所述第二密封元件抵接在所述套筒的内环面，从而使所述第一端口件与所述第二端口件通过所述密封元件与外界密封隔离。

可选择的，在组装状态，所述第一锁紧件与所述第一凸缘的所述第二表面之间的所述第一密封元件能够沿轴向被内部介质压力进一步压缩，和/或所述第二锁紧件与所述第二凸缘的所述第四表面之间的所述第二密封元件能够沿轴向被内部介质压力进一步压缩。

可选择的，所述第一锁紧件和/或所述第二锁紧件与所述套筒通过螺栓固定连接。

可选择的，所述第一锁紧件和/或所述第二锁紧件为锁紧螺母，与所述套筒通过螺纹连接。

可选择的，所述第一端口件的所述第一连接端包括相互连接的第一本体及所述第一凸缘，所述第二端口件的所述第二连接端包括相互连接的第二本体和所述第二凸缘，在所述组装状态，所述套筒围绕所述第一凸缘、所述第一本体、所述第二凸缘和所述第二本体设置，并与所述第一锁紧件和所述第二锁紧件固定连接，所述第一锁紧件具有远离所述第一凸缘的第一外侧部及靠近所述第一凸缘的第一内侧部，所述第一外侧部与所述套筒固定连接，所述第一内侧部插入所述第一本体与所述套筒之间，所述第二锁紧件具有远离所述第二凸缘的第二外侧部及靠近所述第二凸缘的第二内侧部，所述第二外侧部与所述套筒固定连接，所述第二内侧部插入所述第二本体与所述套筒之间。

可选择的，所述第一锁紧件包括从所述第一内侧部伸出的第一限位脚，所述第一内侧部与所述第一凸缘的所述第二表面之间具有间隔距离，所述第一限位脚用于限制该间隔距离的最小值。

可选择的，所述第二锁紧件包括从所述第二内侧部伸出的第二限位脚，所述第二内侧部与所述第二凸缘的所述第四表面之间具有间隔距离，所述第二限位脚用于限制该间隔距离的最小值。

可选择的，所述第一锁紧件的第一内侧部和/或所述第一凸缘的所述第二表面具有斜面，所述第一密封元件抵接在所述斜面上。

可选择的，所述第二锁紧件的第二内侧部和/或所述第二凸缘的所述第四表面具有斜面，所述第二密封元件抵接在所述斜面上。

可选择的，所述第一锁紧件的所述第一内侧部和/或所述第二锁紧件的所述第二内侧部具有连接机构，分别与所述第一密封元件和/或所述第二密封元件固定连接，使所述第一锁紧件与所述第一密封元件形成一个完整零件和/或使所述第二锁紧件与所述第二密封元件形成一个完整零件。

可选择的，所述第一锁紧件和/或所述第二锁紧件由多个可拆分的子组件拼接而成。

可选择的，所述第一密封元件和所述第二密封元件为软金属、石墨、聚合物或复合材料填料，或者为非金属O型密封圈、金属O型环密封圈或C型环密封圈。

与传统的法兰连接方式相比，本实用新型第一锁紧件、第二锁紧件与套筒之间的固定连接的主要作用不再是对第一密封元件和第二密封元件施加足够的压力，而是仅仅对抗管道或容器内部的介质压力，因此，固定连接需要的载荷大幅度降低，尺寸随之变小，使得整个连接器的总体尺寸减小，重量减轻。密封连接装置组件能够防止在高介质压力下密封紧力松弛，能够用于高温高压管道和/或容器的密封连接。

附图说明

为了清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本实用新型采用螺栓作固定件的密封连接装置的实施例的立体结构示意图；

图2是本实用新型采用螺栓作固定件的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图3是本实用新型具有螺纹连接的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图4是本实用新型具有限位脚的第一及第二锁紧件的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图5是本实用新型具有限位脚的第一或第二锁紧件的实施例的立体结构示意图；

图6是本实用新型具有斜面的第一及第二锁紧件的密封连接装置的实施例的剖视结构示意图；

图7是本实用新型具有斜面的第一或第二锁紧件的实施例的立体结构示意图；

图8是本实用新型具有斜面的第一端口件的密封连接装置的实施例的局部剖视结构示意图；

图9是本实用新型具有子组件的第一或第二锁紧件的实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

为了清楚的说明本申请的技术方案，以下将结合附图及实施例，对本申请技术方案进行详细说明。应当理解，具体实施例并不用于限定本申请。

请参阅图1及图2，本申请提供一种密封连接装置10，用于在需连接的设备之间，例如管路与管路之间、管路和容器之间，或容器与容器之间，实现外部密封连接及内部流体连通。密封连接装置10包括第一端口件100、第二端口件200、套筒600、第一密封元件400、第二密封元件410、第一锁紧件300及第二锁紧件340；第一端口件100具有第一连接端102，并在第一连接端102设置有第一凸缘110，第一凸缘110具有在轴向上间隔设置的第一表面112和第二表面114；第二端口件200具有第二连接端202，并在第二连接端202设置有第二凸缘210，所述第二凸缘210具有在轴向上间隔设置的第三表面212和第四表面214。第二连接端202用于与第一连接端102对接。

密封连接装置10为可拆卸结构，在组装状态，第一连接端102与第二连接端202对接，使第一端口件100与第二端口件200内部连通，第一凸缘110的第一表面112用于与第二凸缘210的第三表面212相对设置，套筒600沿轴向套设于第一凸缘110与第二凸缘210之外，第一锁紧件300与套筒600固定连接，将第一密封元件400沿轴向压在第一端口件100的第一凸缘110的第二表面114与第一锁紧件300之间，并且使第一密封元件400抵接在套筒600的内环面602，第二锁紧件340与套筒600固定连接，将第二密封元件410沿轴向压在第二端口件200的第二凸缘210的第四表面214与第二锁紧件340之间，并且使第二密封元件410抵接在套筒600的内环面602，从而使第一端口件100与第二端口件200通过密封元件400与外界密封隔离。

第一锁紧件300和第二锁紧件340与套筒600之间的固定连接的主要作用不再是对第一密封元件400和第二密封元件410施加足够的压力，而是仅仅对抗管道或容器内部的介质压力，因此，第一锁紧件300和第二锁紧件340与套筒600之间的固定连接需要的载荷大幅度降低，尺寸随之变小，使得整个密封连接装置10的总体尺寸减小，重量减轻。从图2可以看出，当连接装置10内部介质压力增大时，增大的介质压力会通过第一端口件100及第一锁紧件300作用在第一密封元件400上，并通过第二端口件200及第二锁紧件340作用到第二密封元件410上，使作用在第一和第二密封元件400、410上的压力随着内部介质压力的增大而增大，因此，密封连接装置10能够防止在高介质压力下密封紧力松弛，能够用于高温高压管道和/或容器的密封连接。而常规法兰连接在内部介质压力增大时作用在密封元件的压力会减小。

在组装状态，第一和第二密封元件400、410受到沿轴向压力从而实现初始密封。第一锁紧件300与第一端口件100的第一凸缘110之间具有间隔区域，用于容纳第一密封元件400。第二锁紧件340与第二端口件200的第二凸缘210之间具有间隔区域，用于容纳第二密封元件410。在一些实施例中，例如图1及图2的实施例中，第一锁紧件300与第一凸缘110可完全间隔，第二锁紧件340与第二凸缘210可完全间隔，当连接的设备内的介质压力增加时，介质压力会通过第一端口件100的第一凸缘110的第二表面114作用到第一密封元件400上，并通过第二端口件200的第二凸缘210的第四表面214作用到第二密封元件410上，使第一密封元件400和第二密封元件410上的密封力随介质压力的增加而增加，使第一密封元件400和第二密封元件410沿轴向进一步压缩，从而防止高介质压力下第一密封元件400和第二密封元件410上的应力松弛，形成自紧密封方式。

具体的，第一端口件100具有第一安装端106，用于安装在需连接的设备上，例如管路或容器。第一端口件100可以为一体成型的管材或环状件，具有从第一安装端106延伸至第一连接端102的第一通孔104。第二端口件200具有第二安装端206，用于安装在另一需连接的设备上，例如管路或容器。第二端口件200可以为一体成型的管材或环状件，具有从第二安装端206延伸至第二连接端202的第二通孔204。在组装状态，第一通孔104与第二通孔204连通，使两个需连接的设备之间的流体介质实现连通。第一连接端102的第一表面112与第二连接端202的第三表面212之间具有间隙，该间隙与内部的第一通孔104和第二通孔204连通，需要密封以与外界隔离。

第一和第二密封元件400、410为环形件，被第一和第二锁紧件300、340分别压在第二表面114和第四表面214上并贴合内环面602，从而在第一端口件100与第二端口件200之间形成密封，使第一通孔104和第二通孔204与外界隔离。第一、第二密封元件400、410的材料可以根据具体工况选择，例如可以为软金属、石墨、聚合物或复合材料等。第一、第二密封元件400、410可以是非金属O型密封圈、金属O型环密封圈或金属C型环密封圈。

在第一端口件100中，优选的，第一连接端102包括相互连接的第一本体120及第一凸缘110。第一凸缘110为环形结构，第一凸缘110环绕第一本体120设置，并从第一本体120向第一端口件100的侧方凸出。

在第二端口件200中，优选的，第二连接端202包括相互连接的第二本体220及第二凸缘210。第二凸缘210为环形结构，第二凸缘210环绕第二本体220设置，并从第二本体220向第二端口件200的侧方凸出。

套筒600为环形结构，包括内环面602。在组装状态，套筒600沿轴向套设在第一凸缘110和第二凸缘120外，套筒600的内径与第一凸缘110和第二凸缘120的外径相配合，使第一凸缘110和第二凸缘120能够在轴向上运动。套筒600用于与第一锁紧件300和第二锁紧件340固定连接。相同的内环面602同时与第一和第二密封元件400、410接触。

套筒600还套设在部分第一本体120和第二本体220外，与第一本体120在径向(即垂直于第一通孔104的延伸方向)上间隔第一距离I设置，与第二本体220在径向(即垂直于第二通孔204的延伸方向)上间隔第一距离I设置。

第一锁紧件300和第二锁紧件340可分别为一体的环形件，在组装状态，第一锁紧件300套设在第一端口件100外部，通过第一锁紧件300与套筒600固定连接，使第一端口件100在径向上限位。第二锁紧件340套设在第二端口件200外部，通过第二锁紧件340与套筒600固定连接，使第二端口件200在径向上限位。在优选的实施例中，第一锁紧件300能够插入第一本体120与套筒600之间，第二锁紧件340能够插入第二本体220与套筒600之间。更优选是第一锁紧件300和第二锁紧件340插入部分在径向分别具与第一距离I基本相等的尺寸。在本实施例中，在轴向(即第一通孔104和第二通孔204的延伸方向)上第一锁紧件300与第一端口件100能够相对运动，以使第一端口件100在内部压力升高时对第一密封元件400施加的压力增大，第二锁紧件340与第二端口件200能够相对运动，以使第二端口件200在内部压力升高时对第二密封元件410施加的压力增大。在优选的实施例中，第一锁紧件300具有远离第一连接端102的第一外侧部302及靠近第一连接端102的第一内侧部304，第二锁紧件340具有远离第二连接端202的第二外侧部342及靠近第二连接端202的第二内侧部344。第一外侧部302和第二外侧部342分别与套筒600两端固定连接，第一内侧部304插入第一本体120与套筒600之间，第二内侧部344插入第二本体220和套筒600之间。第一内侧部304优选具有与第一本体120与套筒600之间配合的尺寸。第二内侧部344优选具有与第二本体220与套筒600之间配合的尺寸。在组装状态，第一锁紧件300与第一凸缘110在轴向上间隔第二距离II，第二锁紧件340与第二凸缘210在轴向上间隔第二距离II。优选的，第二距离II分别小于第一、第二密封元件400、410未压缩时的尺寸，使的第一、第二密封元件400、410处于压缩状态。第一、第二锁紧件300、340与套筒600可分别通过第一固定件500和第二固定件510连接，例如通过螺钉或螺栓连接。相应的，第一锁紧件300的第一外侧部302和第二锁紧件340的第二外侧部342具有用于螺栓穿过的通孔，套筒600具有用于与螺栓连接的螺孔。

具体的，一个通径45毫米，介质压力为42MPa的常规法兰连接器尺寸为，法兰直径205毫米，总厚度120毫米，紧固螺栓M30X4，总重量约18公斤；采用本实用新型实施例，最大直径115毫米，总厚度80毫米，紧固螺栓M8X8，总重量4.5公斤。本实用新型实施例与常规方案相比，尺寸减小约一半，重量减到只有1/4。

请参阅图3，在一实施例中，为减小尺寸与重量，对于小通径(内径≤26毫米)的密封连接装置10，第一锁紧件300和/或第二锁紧件340与套筒600可以通过螺纹310连接。优选的，第一锁紧件300的第一内侧部304和/或第二锁紧件340的第二内侧部344与套筒600相互接触的表面具有配合的螺纹310，例如，第一锁紧件300和/或第二锁紧件340可以为锁紧螺母。通过螺纹310连接的第一锁紧件300和/或第二锁紧件340与套筒600无需再通过固定件500连接，从而使密封连接装置10具有较小的尺寸和重量。

请参阅图4及图5，在一实施例中，管道和/或容器内的介质的温度和/或压力可能不稳定而经常变化。第一锁紧件300和/或第二锁紧件340可以分别包括限位脚320，第一锁紧件300的限位脚320从第一内侧部304伸出，第二锁紧件340的限位脚320从第二内侧部344伸出。在组装后的初始密封状态下，第一密封元件400被第一锁紧件300压缩了一个初始变形，形成初始密封。限位脚320可以与第一凸缘110抵靠设置或者间隔设置，根据实际使用工况决定。在组装后的初始密封状态中限位脚320与第一凸缘110留有间隔时，当内部介质压力增高时，介质压力通过第一凸缘110作用到第一密封元件400上，使第一密封元件400上的压力增加，同时使限位脚320与第一凸缘110的第二表面114之间的间隙变小，直至为零。这时，即使介质压力继续增加，第一密封元件400的变形也基本保持不变。由于限位脚320的存在，第一密封元件400的最大变形量保持基本固定，避免了过量变形。当限位脚320与第一凸缘110的第二表面114之间达到抵靠之后，第一密封元件400所受的力基本不变，避免了由内部压力升高或经常剧烈变化而出现的第一密封元件400的过度变形而松弛的现象。由于第一密封元件400仍然受到第一锁紧件300的压缩，即使因第一端口件100与第二端口件200之间的间隙变化而作轴向微移动，也不会影响密封效果。相比于传统的法兰连接，减低了对第一固定件500及整个连接装置10在高压、超高压条件下的抗变形刚度的要求。因此整个连接装置的尺寸较小，重量减轻。对于第二密封元件410，第二锁紧件340的限位脚320也有相同的设置方式和作用，不再赘述。第一锁紧件300的限位脚320限制了第一锁紧件300的第一内侧部304与第一凸缘110的第二表面114之间的间隔距离的最小值，第二锁紧件340的限位脚320限制了第二锁紧件340的第二内侧部344与第二凸缘210的第四表面214之间的间隔距离的最小值。

请参阅图6及图7，在一实施例中，第一锁紧件300的第一内侧部304具有斜面306和平面308。斜面306与第一凸缘110之间的间隔中设置第一密封元件400，例如是非金属O型密封圈、金属C型环密封圈或金属O型环密封圈。当平面308与第一凸缘110间隔时，介质压力会通过第一端口件100的第一凸缘110的第二表面114作用到第一密封元件400上，使第一密封元件400上的密封力随介质压力的增加而增加，使第一密封元件400沿轴向进一步压缩，从而防止高介质压力下第一密封元件400上的应力松弛，形成自紧密封方式。当平面308与第一凸缘110在初始的组装状态就相互抵靠时，第一密封元件400在此后所受压力基本不变，能够避免由内部介质压力升高或经常剧烈变化而使第一密封元件400上的受力发生变化，从而避免密封元件400出现松弛现象。相同的，第二锁紧件340的第二内侧部344也可具有斜面346和平面348，第二密封元件抵接在斜面346上，不再赘述。

请参阅图8，在一实施例中，第一凸缘110的第二表面114具有斜面1142和平面1144，平面1144与第一锁紧件300的第一内侧部304可以相互间隔或抵靠。斜面1142与第一锁紧件300的第一内侧部304之间的间隔中设置第一密封元件400，例如是非金属O型密封圈、金属C型环密封圈或金属O型环密封圈。相同的，第二凸缘210的第四表面214也可具有斜面和平面，斜面与第二锁紧件340的第二内侧部344之间的间隔中设置第二密封元件410，不再赘述。

上述实施例可以减低零件的加工精度和装配难度，第一、第二密封元件400、410与带斜面的第一凸缘110、第二凸缘210、第一内侧部304或第二内侧部344配合使用，可以获得简单有效可靠的密封。

在一实施例中，第一锁紧件300与第一密封元件400固定连接，形成一个整体零件，使第一密封元件400与第一锁紧件300可以同时拆装，增加组装便利性。第一锁紧件300的第一内侧部304可以具有连接机构，如安装槽330，使第一密封元件400卡在安装槽330中，从而与第一内侧部304固定连接。相同的，第二锁紧件340与第二密封元件410也可以通过相同的方式固定连接，形成一个整体零件，不再赘述。

在一实施例中，第一凸缘110对应具有斜面1142，在组装状态，第一锁紧件300的第一内侧部304与第一凸缘110的平面1144可以相互间隔或抵靠，与第一锁紧件300的第一内侧部304连接的第一密封元件400被第一凸缘110的斜面1142撑开，第一密封元件400压在套筒600的内环面602。相同的，第二凸缘210也可以对应的具有斜面，不再赘述。

请参阅图9，为增加密封连接装置10的装拆便利性，在一实施例中，第一锁紧件300和/或第二锁紧件340为分块结构，包括多个子组件360，该多个子组件360可拼接成其他实施例中的完整的环状结构的第一、第二锁紧件300、340。

与传统的法兰连接方式相比，本实用新型实施例由于第一、第二密封元件400、410上的压力在高压下主要来自内部介质压力本身，或者是一个固定值，不随介质压力变化而变化，所以第一、第二锁紧件300、340与套筒600之间的第一、第二连接件500、510固定连接的主要作用不再是对第一、第二密封元件400、410施加足够的压力，而是仅仅对抗管道或容器内部的介质压力，因此，第一、第二连接件500、510上的载荷大幅度降低，尺寸随之变小，使得整个连接器10的总体尺寸减小，重量减轻。由于铝合金的弹性模量只有钢的约1/3，对于采用铝质的连接装置，其体积缩小、重量减轻的效果将尤其显著。本实用新型实施例彻底解决了传统的法兰连接由于内部介质压力高引起的密封元件应力松弛的问题，可实现高压、超高压下的可靠密封连接。采用第一、第二锁紧件300、340的第一内侧部304、第二内侧部344与第一、第二凸缘110、210之间的第二距离具有最小值的连接方式，能够有效解决温度、压力变化引起第一、第二密封元件400、410过度压缩后出现的介质泄露问题。

这种密封连接装置10特别适用于高压、高温介质，变温、变压介质管道及容器之间的密封连接领域，例如航天和深海领域。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。