静密封结构以及具有该静密封结构的压力容器的制作方法

本发明涉及一种静密封结构以及具有该静密封结构的压力容器，特别涉及一种超高压静密封结构，以及具有该结构的超高压压力容器。

背景技术：

工业上使用压力为100mpa以上的容器被称为超高压容器，目前其在石油化工、粉末冶金、金属成型、科研等领域使用广泛。

按照现行的我国压力容器的制造标准(gb150.1-150.4-2011)，其制造主要是通过焊接的方式来实现，这样制造出来的压力容器可能存在焊缝缺陷、脆断、应力集中的问题，安全性不高，使用压力最高为35mpa。另外还有一种使用整体滚压成型的工艺来制造压力容器，这种工艺无需焊接，使用压力最高为50mpa。压力容器端部为管螺纹或npt螺纹，这类螺纹既要连接压力管，又要实现高压密封。如果出现使用不当，出现了螺纹损伤，整个压力容器只能报废，无法进行修复。

现在国内的压力容器，结构粗犷，最大使用压力不高，整体安全性不高。随着我国超高压技术的发展，现有的产品难以满足未来发展的需求，所以亟待开发、设计更为合理的压力容器。

技术实现要素：

受到现有压力容器成型工艺的限制，生产出来的压力容器安全性不高，最高使用压力较低，功能分区不明晰，容器出现小的问题，整个压力容器就必须报废，无法维护，使用成本高。

鉴于现有技术中的上述问题，提出了本发明。本发明提供一种用于压力容器的静密封结构和具有该静密封结构的压力容器，所述压力容器包括容器壳体、由容器壳体内部的空腔形成的容器腔以及开口于容器壳体顶部并与容器腔贯通的凹槽结构，凹槽结构在水平方向的直径大于容器腔在水平方向的直径，在凹槽结构内装配所述静密封结构，其中，所述静密封结构包括密封端头和密封组件，所述密封端头包括头部和与头部连接的密封轴杆，所述密封组件包括彼此上下接触地外套于密封轴杆部的密封圈和密封挡圈，其中，在装配状态下，密封挡圈的上端面与密封端头的头部的下端面贴合，密封圈的下端面与凹槽结构的下端面贴合，密封圈的断面直径大于装配有密封挡圈处的凹槽结构的半径和密封轴杆半径之差，密封挡圈内外半径之差小于装配有密封挡圈处的凹槽结构半径和密封轴杆半径之差。

优选地，所述密封组件还包括装配于密封挡圈与密封圈之间的线密封圈。

优选地，所述线密封圈由铍青铜制成。

优选地，所述凹槽结构包括内径不同的且形成为一体的固紧槽和密封槽，固紧槽位于密封槽的上方。

优选地，所述线密封圈包括内圈与外圈，分别套设于密封轴杆的外径侧和密封槽内。

优选地，所述内圈为内三角密封圈，所述外圈为外三角密封圈，所述密封挡圈的底部为锥形，所述内三角密封圈设置在该锥形的锥面与密封轴杆之间的空隙中，所述外三角密封圈设置在该锥形的锥面与密封槽之间的空隙中，而所述密封挡圈下端的锥形的内外倾角具有与内三角密封圈和外三角密封圈的形状相匹配的倾角，并且在装配状态下，所述密封挡圈锥形的倾角端面与所述内三角密封圈和外三角密封圈的倾角端面贴合。

优选地，密封挡圈下端的锥形的倾角∠a和∠b为50°±1°，而内三角密封圈的倾角∠c和外三角密封圈的倾角∠d均为50°±1°。

优选地，内三角密封圈的宽度m和外三角密封圈的宽度n与密封挡圈内外半径之差t的关系为m＝n＝0.4t。

优选地，密封挡圈的内外倾角高度h与内三密封角圈的高度h1和外三角密封圈的高度h2之间的关系为h1＝h2＝h+0.02mm。

优选地，密封挡圈的内径d1、内三角密封圈的内径d3以及密封轴杆的直径x之间的关系为x+0.02mm≤d1＝d3≤x+0.04mm，而密封挡圈的外径d2、外三角密封圈的外径d4以及密封槽的直径y之间的关系为y-0.04mm≤d2＝d4≤y-0.02mm。

优选地，密封圈断面的直径r与密封挡圈的内外半径之差t之间的关系为r＝t+1.2mm。

优选地，密封圈的内直径d5与密封轴杆的直径x之间的关系为d5＝x-1.2mm，密封圈的外直径d6与密封槽的直径y之间的关系为d6＝y+1.2mm。

优选地，密封圈的断面直径r、密封挡圈的高度z以及密封槽的高度l之间的关系为r+z≥l+5mm。

优选地，所述密封组件还包括聚四氟乙烯圈和中间密封圈，其中聚四氟乙烯圈位于密封挡圈和中间密封圈之间，中间密封圈位于聚四氟乙烯圈和密封圈之间。

优选地，所述中间密封圈和密封圈结构相同，均采用o形圈或者y形圈。

一种压力容器，所述压力容器包括容器壳体、由容器壳体内部的空腔形成的容器腔以及开口于容器壳体顶部并与容器腔贯通的凹槽结构，凹槽结构在水平方向的直径大于容器腔在水平方向的直径，其中，在凹槽结构内装配有根据权利要求1-15任一项所述的静密封结构。

综上所述，根据本发明的压力容器中加入了可靠的密封结构，实现了功能分区，功能区的工件如果出现问题，都可以使用新工件进行替换，而无需将整个压力容器报废，降低了使用成本。另外，根据本发明的压力容器的成型工艺安全可靠，压力容器可按照使用要求提供最高300mpa的超高压力需求。

附图说明

图1是示出具有根据本发明实施方式的压力容器的局部纵向剖面图。

图2是示出根据本发明的压力容器在装配有根据本发明第一实施方式的静密封结构的状态下的纵向剖面图。

图3是示出根据本发明的压力容器在装配有根据本发明第一实施方式的静密封结构的状态下的局部纵向剖面图，

图4是示出根据本发明第一实施方式的静密封结构的密封端头的纵向剖面图。

图5是示出根据本发明的第一实施方式的密封组件在部件分解状态下的纵向剖面图。

图6是示出根据本发明的压力容器在装配有根据本发明第二实施方式的静密封结构的状态下的纵向剖面图。

图7是示出根据本发明的压力容器在装配有根据本发明第二实施方式的静密封结构的状态下的局部纵向剖面图，

图8是示出根据本发明的第二实施方式的密封组件在部件分解状态下的纵向剖面图。

图9是示出根据根据本发明第二实施方式的静密封结构在部件分解状态下的纵向剖面图上的尺寸。

图10是示出根据本发明的压力容器在装配有根据本发明第三实施方式的静密封结构的状态下的局部纵向剖面图，

图11是示出根据本发明的第三实施方式的密封组件在部件分解状态下的纵向剖面图。

具体实施方式

接下来，参照附图详细描述本发明的具体实施方式。下面的实施方式不限制根据所附的权利要求书的本发明，并且并非在实施方式中描述的所有特征的组合都是解决本发明的问题的方法所必需的。

[根据本发明实施方式的压力容器]

以下，将参照图1，对根据本发明实施方式的压力容器的总体结构进行说明。

如图1所示，根据本发明的压力容器100包括：容器壳体50；容器壳体的内部空腔形成的容器腔60；开口于容器壳体的顶部的凹槽结构70，该凹槽结构与容器腔贯通。

以下参照图1，对根据本发明的压力容器100的凹槽结构的具体结构进行说明。图1是示出根据本发明实施方式压力容器的局部纵向剖面图。

如图1所示，凹槽结构被形成为具有不同内径的两段结构，作为示例，位于上部的固紧槽71的内表面形成为螺纹状，而位于下部的密封槽72的内表面形成为光滑面。并且，凹槽结构的密封槽在水平方向上的内径a大于容器腔在水平方向上的直径b。优选地，固紧槽在水平方向上的内径大于密封槽在水平方向上的内径。

优选地，固紧槽在与密封槽相接触的底部端面71f形成为平面状，而密封槽在与容器腔接合处的底部端面72f形成为圆角状。

优选地，如图2和图6所示，容器壳体在固紧槽与密封槽相接的高度处，沿水平方向开孔有与压力容器的外部贯通的检漏孔80。图2和图6还示出了，压力容器和静密封结构在装配状态下的剖面图。压力容器100通过气密方式装配静密封结构，使得容器腔能够实现高压状态。

参照图2给出具有根据本发明实施方式的静密封结构的压力容器在装配状态下的说明。压力容器可以根据材料力学厚壁圆筒的设计方法和容器的使用要求，得到容器腔体的外形尺寸。密封端头17设置压力介质的入口171和出口172，入口和出口的密封连接方式分为三种：1.采用卡套式，最大使用压力为40mpa。2.采用npt或管螺纹式，最大使用压力为70mpa。3.采用高压连接(锥面+螺纹)式，最大使用压力为1000mpa。

[根据本发明第一实施方式的用于压力容器的静密封结构]

以下，参照图2、图3、图4及图5，对根据本发明第一实施方式的静密封结构的具体结构进行说明。

如图2、图3及图4所示，用于压力容器的静密封结构如下：所述静密封结构包括密封端头17和密封组件10，所述密封端头包括头部173和与头部连接的密封轴杆174，所述头部和密封轴杆形成为一体。

所述密封组件包括彼此上下接触地外套于密封轴杆的密封挡圈13、聚四氟乙烯圈18、中间密封圈19和密封圈14。在装配状态下，密封挡圈的上端面与密封端头的头部的下端面贴合，密封圈的下端面与密封槽的下端面贴合。密封圈的断面直径大于装配有密封挡圈处的密封槽半径和密封轴杆半径之差，密封挡圈内外半径之差小于装配有密封挡圈处的密封槽半径和密封轴杆半径之差。使用该实施方式时，容器腔60内使用压力可达100mpa。

聚四氟乙烯圈位于密封挡圈和中间密封圈之间。聚四氟乙烯圈的作用是保护中间密封圈，由于密封挡圈与密封槽和密封轴杆之间均有间隙，如果没有聚四氟乙烯圈，中间密封圈会被挤入该间隙中，中间密封圈会被切割变形，其使用寿命会缩短，密封效果也会变差。为了延长中间密封圈的使用寿命并且提升密封稳定性，所以增加聚四氟乙烯圈。

在本实施方式中，同时使用中间密封圈和密封圈。中间密封圈位于聚四氟乙烯圈和密封圈之间。两个密封圈可以增加密封可靠性，当压力比较大的时候，密封效果更可靠。中间密封圈和密封圈均可以使用o形圈(横截面为o形)也可以使用y形圈(横截面为y形)，优选地使用o型圈。

密封挡圈将密封间隙分为两部分，分别是密封挡圈与密封槽之间的间隙和密封挡圈与密封轴杆之间的间隙。通过使用密封挡圈将密封间隙分为两部分，一旦出现损伤，可以使用较低的加工成本进行更换，降低了工件的加工难度，更换成本降低，并使得每一单个工件的结构更加简单，增加了每一单个工件的使用寿命。

参照图4的纵向剖视图，给出根据本发明实施方式的静密封结构的密封端头的结构说明。密封端头主要包括头部和密封轴杆，如图4所示，作为示例，头部的形状可以为螺纹端头，对应地将螺纹端头与压力容器筒体进行连接。此外，头部还可以为法兰端头，使用数个螺钉，将法兰端头与压力容器筒体进行连接。

[根据本发明第二实施方式的用于压力容器的静密封结构]

以下，参照图6、图7及图8，对根据本发明第二实施方式的用于压力容器的静密封结构的具体结构进行说明。根据本发明第二实施方式的静密封结构与根据本发明第一实施方式的静密封结构相似，区别仅在于，密封组件10’包括密封挡圈、内三角密封圈11、外三角密封圈12及密封圈。为了避免赘述，以下不对与第一实施方式相同的结构进行说明，仅对区别部分进行说明。

如图6、图7及图8所示，根据第二实施方式的静密封结构的密封组件还包括：在密封挡圈与密封圈之间还装配有线密封圈。具体地，线密封圈包括：内三角密封圈11(横截面为三角形的位于密封挡圈内密封面的线密封圈)和外三角密封圈12(横截面为三角形的位于密封挡圈外密封面的线密封圈)。内外三角密封圈可以由铍青铜或紫铜或青铜等制成，优选为具有很高硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性的铍青铜，铍青铜制成的内外三角密封圈在密封过程中只发生弹性变形，在反复变形过程中使用寿命长。在第二实施方式中，密封挡圈下端部形状可以形成为锥形。

密封圈的过盈可以保证气体或液体在充入压力容器过程中，低压和中压状态时的密封。随着高压气体或液体的充入，密封圈会将压力传导给内外三角密封圈，内外三角密封圈受到压力，就会沿着密封挡圈和内外三角密封圈的倾角端面发生变形，从而实现了密封挡圈与密封槽和密封轴杆的间隙的线密封。

除了如图7所示，通过内外三角密封圈的变形实现密封挡圈与密封槽和密封轴杆的间隙的线密封以外，还可以通过使用横截面为梯形的内圈和外圈替代内外三角密封圈的方式，或者设计一体化的结构来替代内外三角密封圈，实现密封挡圈与密封槽和密封轴杆的间隙的线密封。在使用一体化的结构时，会有更高的尺寸要求，并且当其中一侧出现损伤，就需要整体更换。

参照图9的纵向剖视图，给出根据本发明第二实施方式的静密封结构的密封组件的尺寸说明。

其中，密封挡圈的倾角∠a、∠b、内三角密封圈的倾角∠c、外三角密封圈的倾角∠d均等于50°±1°；内三角密封圈的宽度m、外三角密封圈的宽度n、密封挡圈的内外半径之差t之间的关系满足m＝n＝0.4t；密封挡圈的内外倾角高度h与内外三角密封圈的高度h1、h2之间关系为h1＝h2＝h+0.02mm；其中密封挡圈内径d1＝内三角密封圈内径d3＝密封轴杆的直径加上0.02毫米至0.04毫米，密封挡圈外径d2＝外三角密封圈外径d4＝密封槽直径减去0.02毫米至0.04毫米；密封圈断面直径r＝密封挡圈内外半径之差t+1.2毫米，其中密封圈内直径d5等于密封轴杆直径减去1.2毫米，密封圈外直径d6＝密封槽直径加上1.2毫米。密封圈与密封槽、密封轴杆的过盈量，同高压密封腔(高压密封腔为密封轴杆和密封槽所形成的空间)的径向尺寸相关，径向尺寸越大，密封圈过盈量要稍大；径向尺寸越小，密封圈过盈量要稍小。密封圈的断面直径与密封挡圈的高度的和，应该大于或等于密封槽的高度约5毫米。

[根据本发明第三实施方式的用于压力容器的静密封结构]

参照图10和图11，对根据本发明第三实施方式的用于压力容器的静密封结构的具体结构进行说明。根据本发明第三实施方式的静密封结构与根据本发明第一实施方式的静密封结构相似，区别仅在于，密封组件由彼此上下接触地外套于密封轴杆部的密封挡圈13和密封圈14组成。

在装配状态下，密封挡圈的上端面与密封端头的头部的下端面贴合，密封圈的下端面与密封槽的下端面贴合，密封圈的断面直径大于装配有密封挡圈处的密封槽的半径和密封轴杆的半径之差，密封挡圈内外半径之差小于装配有密封挡圈处的密封槽半径和密封轴杆半径之差。密封圈可以使用o形圈(横截面为o形)也可以使用y形圈(横截面为y形)，优选地使用o型圈。

最后，以第二实施方式的静密封结构为例，给出根据本发明实施方式的静密封结构的装配方法：

1.将密封槽、密封轴杆、密封圈挡圈、内外三角密封圈、密封圈使用脱脂棉蘸酒精，进行擦拭，保证各部件光洁无杂质。

2.将密封挡圈套入密封端头的密封轴杆，使密封挡圈的上端面与密封端头的头部的下端面贴合。

3.将内三角密封圈(倾角端面向密封挡圈)套入密封端头的密封轴杆，使内三角密封圈的倾角端面与密封挡圈的倾角端面贴合，备用。

4.将密封圈装入密封槽，使密封圈与密封槽下端面贴合。

5.将外三角密封圈(倾角端面向密封槽外)装入密封槽，使外三角密封圈端面与密封圈贴合。

6.将带有密封挡圈和内三角密封圈的密封端头，通过螺纹，旋入容器本体，旋入过程中，密封轴杆会穿过密封圈的内孔，当密封挡圈、内三角密封圈顶到密封圈的上端面时，就可以停止旋进，并且安装完成。

虽然参照实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

附图标记说明：

10：根据第一实施方式的静密封结构；

10’:根据第二实施方式的静密封结构；

11：内三角密封圈；

12：外三角密封圈；

13：密封挡圈；

14：密封圈；

17：密封端头；

100：压力容器；

50：容器壳体；

60：容器腔；

70：凹槽结构；

71：固紧槽；

72：密封槽；

71f:底部端面；

72f:底部端面；

80：检漏孔；

171：入口；

172：出口；

173：头部；

174：密封轴杆；

t:密封挡圈内外半径之差；

h:密封挡圈的内外倾角高度；m:内三角密封圈的宽度；

n:外三角密封圈的宽度；

h1:内三角密封圈的高度；

h2:外三角密封圈的高度；

d1:密封挡圈的内径；

d2:密封挡圈的外径；

d3:内三角密封圈的内径；

d4:外三角密封圈的外径；

d5:密封圈的内直径；

d6:密封圈的外直径；

a:密封槽在水平方向上的内径；b:容器腔在水平方向上的直径；∠a:密封挡圈的倾角；

∠b:密封挡圈的倾角；

∠c:内三角密封圈的倾角；

∠d:外三角密封圈的倾角；

r:密封圈断面的直径。