[實用新型]一種用于高壓復合氣瓶的密封結構

有效

• 申請號: 201320551236.5
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN203517310U
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 田新;朱軍;凌銘博;吳福迪;陳江濤;趙建設;王立峰
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: F17C13/06
• 分類號: F17C13/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于密封技術領域，主要涉及一種高壓復合氣瓶的密封技術，尤其涉及具有較高可靠性要求的寬溫域工況條件下使用的復合氣瓶密封結構及密封材料。

背景技術

隨著金屬加工成型技術的進步及復合材料工藝的發展，當前的鋁合金內襯外纏繞浸膠的增強纖維的復合氣瓶，由于具有重量輕，泄漏先于爆破等特點，已經在民用特別是軍用領域廣泛采用。

傳統的高壓氣瓶(工業氦氣瓶，氧氣瓶等)通常采用一道強制性密封結構，即通過連接件與瓶口的直接接觸實現密封。這種密封形式容易對瓶口密封面構成損傷，導致氣瓶的使用和可維護性下降；另一方面由于只有一道密封，在沖擊和振動環境，工作溫度急劇變化條件下其密封失效的風險也較大。通過調研，目前無論國內或國外的復合氣瓶均采用的是一道密封結構，有的采用金屬墊片，有的采用橡膠墊圈。采用一道密封結構，如果密封失效則可能導致嚴重的泄漏。

在其它民用領域的高壓氣瓶也有采用兩道0形橡膠密封圈的密封結構，如美國專利說明書US7971852B2中公開了一種高壓氣瓶密封結構，采用了兩個O形橡膠密封圈串聯，兩個0形圈采用不同的橡膠材料，分別適應低溫和高溫環境的工況條件。但是，由于橡膠密封材料的材質原因，其耐低溫性能不及金屬密封材料，因此其低溫使用性能也有所限制。

在特殊的使用要求下，復合氣瓶需要經過多次的快速充放氣，充氣形成的極限高溫達373K，放氣形成極限低溫達100K，極限溫度工況均產生在氣瓶封頭處；由于內襯旋壓成型工藝的原因，封頭的結構尺寸有限，而封頭又是氣瓶密封的關鍵部位，因此需要在有限的空間內通過合理的密封結構設計以滿足寬溫域，高可靠性的使用要求。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題在于提供一種可在較高可靠性要求的寬溫域工況條件下使用的復合氣瓶密封結構。該復合氣瓶密封結構設計了金屬密封墊軸向密封和橡膠O形圈徑向密封雙道密封結構；材料選擇方面，橡膠材料及金屬材料根據使用工況選用具有相應范圍耐溫性能的橡膠及軟金屬材料；結構設計方面，金屬密封采用平墊結構，密封槽采用了階梯槽形式，橡膠O形圈增加了防高壓擠出的檔圈。

本實用新型公開了一種用于寬溫域條件下的高壓復合氣瓶密封結構。所述密封結構包括：封頭，接管嘴，封頭與接管嘴的連接螺紋，以及連接螺紋一側的金屬密封墊軸向密封結構，連接螺紋另一側裝配有檔圈和橡膠O形圈的徑向密封結構；其特征在于：所述氣瓶封頭的頂端開有一處階梯槽，階梯槽中置放有金屬密封墊，接管嘴開有一處階梯槽，與封頭的階梯槽組合后形成了封閉槽結構；所述封頭和接管嘴的階梯槽平面均開有一個小的三角槽，邊長為0.3～0.5mm；接管嘴通過螺紋與氣瓶封頭相連接，其螺紋的連接力矩為150～350N·m；接管嘴與封頭連接的螺紋下面向瓶體內延伸的一段開有一道環形槽，為裝配檔圈和橡膠O形圈的密封槽，該橡膠密封件的壓縮量在15％～35％，底端堵帽通過螺紋與接管嘴連接，其螺紋的連接力矩為50～85N·m；所述的封頭外圓直徑在φ45mm～60mm。

如上所述的高壓復合氣瓶密封結構，其所述的橡膠O形圈材料為硅橡膠或氯丁橡膠。

如上所述的高壓復合氣瓶密封結構，其所述的檔圈材料為聚全氟乙丙稀或聚三氟氯乙烯。

如上所述的高壓復合氣瓶密封結構，其所述的金屬密封墊材料為銅或軟鋼。

如上所述的高壓復合氣瓶密封結構，其所述的封頭為鋁合金材質，接管嘴為不銹鋼材料。

本實用新型的有益效果在于：

本實用新型所述的高壓復合氣瓶密封結構，采用了螺紋連接形式的雙道密封結構形式，封頭外側采用階梯槽和軟金屬密封墊軸向密封，內側采用橡膠O形圈徑向密封，解決了寬溫域(100～373K)工況條件下的氣瓶的可靠密封問題，所述的溫度變化來自于氣瓶在充氣和放氣過程中瓶口溫度的快速變化，其中充氣時溫度達到373K，放氣時溫度驟降至100K。

本實用新型進行了上述密封結構在-196～100℃的寬溫域，35MPa工作壓力條件下、由極限低溫-極限高溫反復循環100次的密封模擬考核試驗，試驗結果表明密封結構漏率不大于1×10-5Pa.m³/s(常溫氦氣)。

附圖說明

圖1為復合氣瓶雙道密封結構剖面圖；

圖2為雙道密封結構中金屬密封墊安裝結構的放大剖面圖；

圖3為雙道密封結構中檔圈和橡膠O形圈安裝結構的放大剖面圖；