一种用于高压复合气瓶的密封结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于高压(35MPa)复合气瓶的密封结构，该密封结构(14)包括：气瓶封头(1)与接管嘴(2)连接螺纹(3)一侧的金属密封垫(10)轴向密封结构；气瓶封头(1)与接管嘴(2)连接螺纹(3)另一侧装配有档圈(11)和橡胶O形圈(9)径向密封结构。该密封结构(14)解决了宽温域(100～373K)工况下气瓶封头(1)和接管嘴(2)连接部位的可靠密封问题，所述的温度变化来自于气瓶在充气和放气过程中瓶口温度的快速变化，本实用新型提供的密封结构保证了气瓶充放气不低于100次的工况下，气瓶封头(1)和接管嘴(2)连接部位的漏率不大于1×10-5Pa.m3/s。
【专利说明】一种用于高压复合气瓶的密封结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于密封【技术领域】，主要涉及一种高压复合气瓶的密封技术，尤其涉及具有较高可靠性要求的宽温域工况条件下使用的复合气瓶密封结构及密封材料。
【背景技术】
[0002]随着金属加工成型技术的进步及复合材料工艺的发展，当前的铝合金内衬外缠绕浸胶的增强纤维的复合气瓶，由于具有重量轻，泄漏先于爆破等特点，已经在民用特别是军用领域广泛采用。
[0003]传统的高压气瓶(工业氦气瓶，氧气瓶等)通常采用一道强制性密封结构，即通过连接件与瓶口的直接接触实现密封。这种密封形式容易对瓶口密封面构成损伤，导致气瓶的使用和可维护性下降；另一方面由于只有一道密封，在冲击和振动环境，工作温度急剧变化条件下其密封失效的风险也较大。通过调研，目前无论国内或国外的复合气瓶均采用的是一道密封结构，有的采用金属垫片，有的采用橡胶垫圈。采用一道密封结构，如果密封失效则可能导致严重的泄漏。
[0004]在其它民用领域的高压气瓶也有采用两道O形橡胶密封圈的密封结构，如美国专利说明书US7971852B2中公开了一种高压气瓶密封结构，采用了两个O形橡胶密封圈串联，两个O形圈采用不同的橡胶材料，分别适应低温和高温环境的工况条件。但是，由于橡胶密封材料的材质原因，其耐低温性能不及金属密封材料，因此其低温使用性能也有所限制。
[0005]在特殊的使用要求下，复合气瓶需要经过多次的快速充放气，充气形成的极限高温达373K，放气形成极限低温达100K，极限温度工况均产生在气瓶封头处；由于内衬旋压成型工艺的原因，封头的结构尺寸有限，而封头又是气瓶密封的关键部位，因此需要在有限的空间内通过合理的密封结构设计以满足宽温域，高可靠性的使用要求。
【发明内容】
[0006]本实用新型要解决的技术问题在于提供一种可在较高可靠性要求的宽温域工况条件下使用的复合气瓶密封结构。该复合气瓶密封结构设计了金属密封垫轴向密封和橡胶O形圈径向密封双道密封结构；材料选择方面，橡胶材料及金属材料根据使用工况选用具有相应范围耐温性能的橡胶及软金属材料；结构设计方面，金属密封采用平垫结构，密封槽采用了阶梯槽形式，橡胶O形圈增加了防高压挤出的档圈。
[0007]本实用新型公开了一种用于宽温域条件下的高压复合气瓶密封结构。所述密封结构包括:封头，接管嘴，封头与接管嘴的连接螺纹，以及连接螺纹一侧的金属密封垫轴向密封结构，连接螺纹另一侧装配有档圈和橡胶O形圈的径向密封结构；其特征在于:所述气瓶封头的顶端开有一处阶梯槽，阶梯槽中置放有金属密封垫，接管嘴开有一处阶梯槽，与封头的阶梯槽组合后形成了封闭槽结构；所述封头和接管嘴的阶梯槽平面均开有一个小的三角槽，边长为0.3?0.5mm ;接管嘴通过螺纹与气瓶封头相连接，其螺纹的连接力矩为150?350N.m ;接管嘴与封头连接的螺纹下面向瓶体内延伸的一段开有一道环形槽，为装配档圈和橡胶O形圈的密封槽，该橡胶密封件的压缩量在15%?35%，底端堵帽通过螺纹与接管嘴连接，其螺纹的连接力矩为50?85N.m ;所述的封头外圆直径在Φ45ι?πι?60mm。
[0008]如上所述的高压复合气瓶密封结构，其所述的橡胶O形圈材料为硅橡胶或氯丁橡胶。
[0009]如上所述的高压复合气瓶密封结构，其所述的档圈材料为聚全氟乙丙稀或聚三氟氯乙烯。
[0010]如上所述的高压复合气瓶密封结构，其所述的金属密封垫材料为铜或软钢。
[0011]如上所述的高压复合气瓶密封结构，其所述的封头为铝合金材质，接管嘴为不锈钢材料。
[0012]本实用新型的有益效果在于:
[0013]本实用新型所述的高压复合气瓶密封结构，采用了螺纹连接形式的双道密封结构形式，封头外侧采用阶梯槽和软金属密封垫轴向密封，内侧采用橡胶O形圈径向密封，解决了宽温域(100?373K)工况条件下的气瓶的可靠密封问题，所述的温度变化来自于气瓶在充气和放气过程中瓶口温度的快速变化，其中充气时温度达到373K，放气时温度骤降至IOOK0
[0014]本实用新型进行了上述密封结构在-196?100°C的宽温域，35MPa工作压力条件下、由极限低温-极限高温反复循环100次的密封模拟考核试验，试验结果表明密封结构漏率不大于I X 10-5Pa.m3/s (常温氦气)。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为复合气瓶双道密封结构剖面图；
[0016]图2为双道密封结构中金属密封垫安装结构的放大剖面图；
[0017]图3为双道密封结构中档圈和橡胶O形圈安装结构的放大剖面图；
[0018]如图1至2所示:1_气瓶封头，2-接管嘴，3-连接螺纹，4-封头一侧阶梯槽，5-接管嘴一侧阶梯槽，6、7_三角槽，8-密封槽，9-堵帽，10-金属密封垫，11-档圈，12-橡胶O形圈，13-连接螺纹。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0020]实施例1:
[0021]如图1所示，一种用于宽温域条件下使用的高压复合气瓶密封结构，其中接管嘴2通过连接螺纹3与气瓶封头I连接。气瓶封头的材质为5A06，封头的外圆直径为Φ52_ ；接管嘴的材质为0Crl8Ni9，连接螺纹的规格为M30X 1.5。
[0022]如图2所示，在气瓶封头I的顶端开有一处阶梯形的密封槽，向瓶体内延伸的一段为与接管嘴相连接的螺纹，接管嘴2也同样开有一处阶梯形槽，与封头的阶梯形槽组合后形成了封闭槽结构，阶梯形槽的宽度为3.5_，为装配金属密封垫的密封槽，在其中放置与其形状相配合的铜密封垫4。所述封头和接管嘴的阶梯槽平面均开有一个小的三角槽，边长为 0.35mm。
[0023]如图3所示，接管嘴2与封头的连接螺纹下面向瓶体内延伸的一段开有一道环形槽，槽的深度为2.1mm，为装配档圈11和橡胶O形圈12的密封槽，在其中放置聚全氟乙丙稀档圈和Φ 2.65硅橡胶O形圈，该橡胶O形圈的压缩量为20%。
[0024]上述用于宽温域条件下使用的高压复合气瓶密封结构的装配过程如下:将铜密封垫(上下端面均匀涂敷少量的润滑脂)安装于封头的阶梯形槽中，将聚全氟乙丙稀档圈和硅橡胶O形圈(橡胶O形圈的表面均匀涂敷少量润滑脂)依次安装于接管嘴的密封槽8中，将堵帽9与接管嘴2通过螺纹13连接，以65N -m的力矩拧紧堵帽9。最后将接管嘴2通过螺纹3与封头连接，以250N.m的力矩拧紧接管嘴2。
[0025]针对上述装配的双道密封结构，在35MPa工作压力条件下、由-196 °C极限低温-100°C极限高温经过循环100次的密封模拟考核试验，试验结果表明密封结构漏率不大于 I X 10-5Pa.m3/s (常温氦气)。
[0026]实施例2:
[0027]如图1所示，一种用于宽温域条件下使用的高压复合气瓶密封结构，其中接管嘴2通过连接螺纹与气瓶封头I连接。气瓶封头的材质为5A06，封头的外圆直径为Φ45πιπι ;接管嘴的材质为0Crl8Ni9，连接螺纹的规格为M27X 1.5。
[0028]如图2所示，在气瓶封头I的顶端开有一处阶梯形的密封槽，向瓶体内延伸的一段为与接管嘴相连接的螺纹，接管嘴2也同样开有一处阶梯形槽，与封头的阶梯形槽组合后形成了封闭槽结构，阶梯形槽的宽度为3mm,为装配金属密封垫的密封槽,在其中放置与其形状相配合的铜密封垫4。所述封头和接管嘴的阶梯槽平面均开有一个小的三角槽，边长为
0.3mmο
[0029]如图3所示，接管嘴2与封头的连接螺纹下面向瓶体内延伸的一段开有一道环形槽，槽的深度为1.65mm,为装配档圈11和橡胶O形圈12的密封槽,在其中放置聚三氟氯乙烯档圈和Φ 2.2氯丁橡胶O形圈，该橡胶O形圈的压缩量为25%。
[0030]上述用于宽温域条件下使用的高压复合气瓶密封结构的装配过程如下:将铜密封垫(上下端面均匀涂敷少量的润滑脂)安装于封头的阶梯形槽中，将聚三氟氯乙烯档圈和氯丁橡胶O形圈(橡胶O形圈的表面均匀涂敷少量润滑脂)依次安装于接管嘴的密封槽8中，将堵帽9与接管嘴2通过螺纹13连接，以50N.m的力矩拧紧堵帽9。最后将接管嘴2通过连接螺纹3与封头连接，以230N.m的力矩拧紧接管嘴2。
[0031]针对上述装配的双道密封结构，在35MPa工作压力条件下、由-196 °C极限低温-100°C极限高温经过循环100次的密封模拟考核试验，试验结果表明密封结构漏率不大于 I X 10-5Pa.m3/s (常温氦气)。
[0032]实施例3:
[0033]如图1所示，一种用于宽温域条件下使用的高压复合气瓶密封结构，其中接管嘴2通过连接螺纹与气瓶封头I连接。气瓶封头的材质为5A06，封头的外圆直径为Φ50πιπι ;接管嘴的材质为0Crl8Ni9，连接螺纹的规格为M30X 1.5。
[0034]如图2所示，在气瓶封头I的顶端开有一处阶梯形的密封槽，向瓶体内延伸的一段为与接管嘴相连接的螺纹，接管嘴2也同样开有一处阶梯形槽，与封头的阶梯形槽组合后形成了封闭槽结构，阶梯形槽的宽度为3.5_，为装配金属密封垫的密封槽，在其中放置与其形状相配合的软钢密封垫4。所述封头和接管嘴的阶梯槽平面均开有一个小的三角槽，边长为0.5mm。[0035]如图3所示，接管嘴2与封头的连接螺纹下面向瓶体内延伸的一段开有一道环形槽，槽的深度为2.1mm，为装配档圈11和橡胶O形圈12的密封槽，在其中放置聚全氟乙丙稀档圈和Φ 2.65硅橡胶O形圈，该橡胶O形圈的压缩量为20%。
[0036]上述用于宽温域条件下使用的高压复合气瓶密封结构的装配过程如下:将软钢密封垫(上下端面均匀涂敷少量的润滑脂)安装于封头的阶梯形槽中，将聚全氟乙丙稀档圈和硅橡胶O形圈(橡胶O形圈的表面均匀涂敷少量润滑脂)依次安装于接管嘴的密封槽8中，将堵帽9与接管嘴2通过螺纹13连接，以65N.m的力矩拧紧堵帽9。最后将接管嘴2通过螺纹3与封头连接，以350N.m的力矩拧紧接管嘴2。
[0037]针对上述装配的双道密封结构，在35MPa工作压力条件下、由-196 °C极限低温-100°C极限高温经过循环100次的密封模拟考核试验，试验结果表明密封结构漏率不大于 I X 10-5Pa.m3/s (常温氦气)。
[0038]上面结合附图和实施例对本发明进行了详细描述，本发明并不限于上述各个实施例，经过多次试验，采用不同材质的软金属密封垫及不同的橡胶O型圈材料，在相应的使用温度范围内效果类似，其变化形式和其他实施例都应在权利要求的保护范围内，其效果也是本领域技术人员预见的。尽管在本文中采用了特定术语，但它们只是一般性和描述性的说明，并不是进行限制。
【权利要求】
1.一种用于高压复合气瓶的密封结构(14)，包括:封头(1)，接管嘴(2)，封头(I)与接管嘴(2)的连接螺纹(3)，以及连接螺纹(3) —侧的金属密封垫(10)轴向密封结构，连接螺纹⑶另一侧装配有档圈(11)和橡胶O形圈(12)的径向密封结构； 其特征在于: 封头(I)的顶端开有一处阶梯槽(4)，其平面上开有一个三角槽(6)，阶梯槽(4)中置放有金属密封垫(10)，接管嘴(2)也同样开有一处阶梯槽(5)，其平面上也开有一个三角槽(7)，阶梯槽(5)与封头(I)的阶梯槽(4)组合后形成封闭槽结构； 连接螺纹(3)下面向瓶体内延伸的一段开有一道底边开放的用于装配档圈(11)和橡胶O形圈(12)的密封槽(8)，接管嘴(2)与堵帽(9)在底端通过连接螺纹(13)连接。
2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于:所述的封头(I)为铝合金材质。
3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于:所述的封头(I)的外圆直径为45mm ~60mmo
4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封结构，其特征在于:所述的接管嘴(2)为不锈钢。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的密封结构，其特征在于:所述的金属密封垫(10)材料为铜或软钢。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的密封结构，其特征在于:所述的档圈(11)材料为聚全氟乙丙稀或聚三氟氯乙烯。`
7.根据权利要求1至3中任一项所述的密封结构，其特征在于:所述的橡胶O形圈(12)材料为硅橡胶或氯丁橡胶。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的密封结构，其特征在于:所述的橡胶O形圈(12)的压缩量为15%~35%。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的密封结构，其特征在于:所述的三角槽(6、7)的边长为0.3~0.5mm。
【文档编号】F17C13/06GK203517310SQ201320551236
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】田新, 朱军, 凌铭博, 吴福迪, 陈江涛, 赵建设, 王立峰 申请人:航天材料及工艺研究所, 中国运载火箭技术研究院