高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及高压容器的密封结构，公开了一种高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，包括筒体端部(1)、弹性密封架(2)和安装在筒体端部(1)的顶盖(3)，所述筒体端部(1)靠近顶盖(3)内侧的壁上设置有第一台阶(4)，所述的弹性密封件(2)布置在第一台阶(4)上并由顶盖(3)轴向限位及由筒体端部(1)内壁径向限位；所述的弹性密封架(2)对应筒体端部(1)内壁的表面设有第一凹槽，对应顶盖(3)的表面设有第二凹槽；所述的第一凹槽内设有径向密封圈(5)，第二凹槽内设有轴向密封圈(6)。本密封结构既能降低加工精度和安装难度，又能合理利用弹性密封架的变形，有效消除密封圈的密封间隙，实现压力下的自密封。
【专利说明】
高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及在陆地上模拟深海海洋工况用的高压容器，尤其涉及此种高压容器的密封结构。
【背景技术】
[0002]美国、日本、德国等发达国家在上个世纪中期就非常重视海洋资源的开采，其深海勘探技术的先进性、深海设备性能的稳定性与可靠性已远远超越我国，而发达国家对此类技术的保密性及专利的保护性远远强于我国，为了早日实现我国对海洋勘探，特别是深海勘探技术的自主性，就必须自给自足，依靠自身力量研发深海勘探技术。在陆地上能够使用的设备，是否在深海中亦能使用，其设备的安全性、可靠性都必须在陆地上验证之后才能投入深海中使用，发达国家在对深海进行勘探之前就研制出在陆地上模拟深海海洋工况的高压装置，以便模拟深海中的高压工况，将待验证设备放入高压容器内部，即待验证设备受外压作用，模拟其在深海中受到的液体静压力的作用，而高压容器则承受内压，即通常所说的压力容器承受内压作用。通常需要在此类高压容器内进行高压检测的设备的外形尺寸往往超过人孔的尺寸，无法直接通过人孔放入容器内部，需要有大口径开孔才能实现，而高压、大口径开孔的密封问题是整个高压容器的关键技术。是否实现密封是无法通过计算来判断的，必须通过可靠的工程实践经验和严谨的密封原理来判断。
[0003]在高压容器上，橡胶O型圈的密封失效主要因素是容器内部的压力与密封间隙之间的关系。当容器内部压力越高时，O型圈要想实现密封，其需要的密封间隙就越小，当密封间隙减小后，制造、加工安装难度就越高，当容器直径增大后，要想实现密封，其难度就更大。压力容器中是否能够实现密封是整台容器最主要的技术指标，而目前在高压、各类直径容器大多数采用强制式的螺栓连接结构为密封元件提供初始密封力，并且无法实现快速拆卸的功能。
[0004]专利号CN201420304013.3的一种用于液体介质大直径高压容器的托架密封装置，该专利存在如下弊端:弹性密封架无法实现弹性全程自消除间隙的功能，在弹性密封架的制造阶段就已经决定了它对O型密封圈的密封间隙，另外该弹性密封架的加工精度高、制造难度大，弹性密封架与筒体端部及顶盖的的装配要求较紧密，整个安装难度技术要求较高。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，既能降低加工精度和安装难度，又能合理利用弹性密封架的变形，有效消除密封圈的密封间隙，实现压力下的自密封。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，包括筒体端部、弹性密封架和安装在筒体端部的顶盖，所述筒体端部靠近顶盖内侧的壁上设置有第一台阶，所述的弹性密封件布置在在第一台阶上并由顶盖轴向限位及由筒体端部内壁径向限位;所述的弹性密封架对应筒体端部内壁的表面设有第一凹槽，对应顶盖的表面设有第二凹槽;所述的第一凹槽内设有径向密封圈，第二凹槽内设有轴向密封圈。
[0007]所述径向密封圈的初始密封力由弹性密封架与筒体端部相应处内壁的机加工间隙控制，并形成对径向密封圈的预压缩，轴向密封圈的初始密封力由顶盖的自重形成。
[0008]进一步的，所述弹性密封架的横截面为Γ形结构，Γ形结构是指对应顶盖的外端面和对应筒体端部内壁的外侧面宽度较宽，而相对的内端面和内侧面宽度较窄的截面形状，该结构较利于弹性密封架在压力的作用下，向筒体端部内壁和顶盖靠近。
[0009]进一步的，所述顶盖的外侧设有剪切环，剪切环用于压紧顶盖。
[0010]进一步的，所述筒体端部的内壁还设有用于放置顶盖的第二台阶，第二台阶的内径大于第一台阶的内径。
[0011]进一步的，所述弹性密封架对应于顶盖的外端面的外围设有坡面，在弹性密封架未受压时，所述的坡面在第二凹槽处沿径向方向向外的方向上，与顶盖之间的间隙逐渐加大。轴向处顶盖与弹性密封架的间隙是介质泄漏的通道之一，当内部压力升高时，弹性密封会上浮或轴向移动，顶紧顶盖。另外，顶盖在内压的作用下会发生变形，其中心的挠度变形最大，两侧的挠度逐渐趋于变小，考虑到顶盖的安装间隙，顶盖通常具有一定的活动性，当容器内部压力较高时，顶盖边缘的挠度会影响轴向密封圈的密封间隙，因此设置上述的坡面，能配合顶盖的变形以减小或消除轴向密封圈的密封间隙，从而保证其密封功能。所述的坡面可以为间隙沿径向方向向外逐渐加大的弧形面，倾斜平面等，但倾斜平面为最佳方案，倾斜平面的坡面最佳倾角需根据具体的弹性密封架及筒体端部尺寸等参数在数次试验后才可确定。径向处筒体端部内壁与弹性密封架的间隙是介质泄漏的另一通道，当内部压力升高时，弹性密封架径向膨胀，从而减小介质泄漏的通道，故径向密封圈会被压紧而不会被挤食，实现径向密封作用。
[0012]若容器内部加压的过程用连续的字母表示，如初始状态用O表示，最终状态用z表示，加压的过程为0广_、8、13、-_44、‘-、2(10^)，压力是不断增大的，在各个压力状态下对应的弹性密封架与相应处壁面的间隙为S，初始状态用So表示，最终状态用Sz表示，间隙变化过程So、…、Sa、Sb、…、Sf、Sg、…、Sz (mm)，间隙是逐渐减小。在a MPa压力时，对应间隙为Sa mm，在对应压力与对应间隙下，不考虑其它外在因素的影响下，密封圈在具有足够压缩变形量的情况下是不会被挤食失效。当压力由a MPa上升过渡到b MPa时，间隙由Sa mm减小为Sb mm,即弹性密封架的弹性变形量增大，压力升到b MPa时，如果弹性密封架与壁面的间隙还是保持在Sa mm，则密封圈将有可能被挤食，失去密封作用。但当压力升到b MPa时，间隙已经减小为Sb mm，在压力b MPa对应的间隙Sb mm下，密封圈是不会被挤食变形的，即密封圈的抗挤食能力在不断地变化。在对应压力升高时，密封圈将要被挤食变形之前，减小密封圈被挤食因素之一的间隙，从而到达新的压力、间隙使密封圈起到密封作用，直到临界压力f MPa时，间隙Sf mm为零。在高压容器内部压力还未达到使弹性密封架与壁面的间隙为零间隙的临界压力时，其密封圈的密封能力与压力、间隙之间的关系为动态关联的关系，简述为压力升高，密封间隙减小的过程要先于密封圈失效的过程。当内部工作压力超过临界压力后，间隙为零时，密封圈没有严重内部缺陷时，可实现自紧密封，以上密封过程机理称为“动态”弹性密封机理。
[0013]本实用新型的有益效果是:(I)本密封结构合理利用弹性密封架的变形，有效地消除了密封间隙，实现了全程压力下的自密封；(2)本密封结构不仅能实现全程自密封，还能降低筒体端部的机加工精度，只需要较小的预紧力就能实现初始密封，使用本密封结构无需高强度螺栓预紧，故能实现低劳动强度的快速启闭功能，另外，弹性密封架安装在设备内部，安装方便快捷，无需专用工具；(3)更好的适应各类直径的高压容器，解决了高压大直径容器的快开和密封问题。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的结构不意图；
[0015]图2是图1的A处放大图；
[0016]图中标记为:1-筒体端部，2-弹性密封架，3-顶盖，4-第一台阶，5-径向密封圈，6-轴向密封圈，7-剪切环8-第二台阶，9-坡面，10-筒体，S-弹性密封架与相应处壁面的间隙。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细介绍，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0018]如图1和图2所示，本实用新型高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，包括筒体端部1、弹性密封架2和安装在筒体端部I的顶盖3。
[0019]所述的筒体端部I密封连接在高压容器的筒体10上。所述筒体端部I靠近顶盖3内侧的壁上设置有第一台阶4，所述的弹性密封件2布置在在第一台阶4上并由顶盖3轴向限位及由筒体端部I内壁径向限位。所述筒体端部I的内壁还设有用于放置顶盖3的第二台阶8。所述的弹性密封架2对应筒体端部I内壁的表面设有第一凹槽，对应顶盖3的表面设有第二凹槽;所述的第一凹槽内设有径向密封圈5，第二凹槽内设有轴向密封圈6。所述弹性密封架2的横截面为Γ形结构，弹性密封架2对应于顶盖3的外端面的外围设有坡面9，坡面9为倾斜平面，其与顶盖3的夹角为0°。另外，所述顶盖3的外侧还设有用于压紧顶盖3剪切环7。
【主权项】
1.高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，包括筒体端部(I)、弹性密封架(2)和安装在筒体端部(I)的顶盖(3)，其特征在于:所述筒体端部(I)靠近顶盖(3)内侧的壁上设置有第一台阶(4)，所述的弹性密封架(2)布置在第一台阶(4)上并由顶盖(3)轴向限位及由筒体端部(I)内壁径向限位;所述的弹性密封架(2)对应筒体端部(I)内壁的表面设有第一凹槽，对应顶盖(3)的表面设有第二凹槽;所述的第一凹槽内设有径向密封圈(5 )，第二凹槽内设有轴向密封圈(6)。2.根据权利要求1所述的高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，其特征在于:所述弹性密封架(2)的横截面为Γ形结构。3.根据权利要求1所述的高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，其特征在于:所述顶盖(3)的外侧设有剪切环(7)。4.根据权利要求1所述的高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，其特征在于:所述筒体端部(I)的内壁还设有用于放置顶盖(3)的第二台阶(8)，第二台阶(8)的内径大于第一台阶(4)的内径。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的高压容器的弹性全程自消除间隙式密封结构，其特征在于:所述弹性密封架(2)对应于顶盖(3)的外端面的外围设有坡面(9);在弹性密封架(2)未受压时，所述的坡面(9)在第二凹槽处沿径向方向向外的方向上，与顶盖(3)之间的间隙逐渐加大。
【文档编号】F16J13/02GK205534195SQ201620270585
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】郭良, 黄国昌, 郭仲, 唐晓宁
【申请人】东方电气集团东方锅炉股份有限公司