一種可重複使用的密封連接結構的製作方法
2023-09-19 02:20:40 2
本發明涉及運載器管路系統的連接與密封領域，尤其涉及一種可重複使用的密封連接結構。
背景技術：
隨著我國宇航技術的發展，對運載器提出了重複使用的要求，這對輸送推進劑的管路及其他系統的密封技術提出了較大挑戰，其密封部位的技術難點主要包括密封漏率要求高、常低溫溫度交變、安裝力矩小、允許多次拆裝更換密封件及與介質有著良好相容性等。顯然，在我國各種飛行器中廣泛使用的球形接頭管路密封結構等結構型式很難滿足上述要求。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題是：相比於現有技術，提供了一種可重複使用的密封連接結構，提高了密封性，拆裝方便利於可重複使用。
本發明目的通過以下技術方案予以實現：一種可重複使用的密封連接結構，包括：凹臺階接頭、金屬碟形圈、橡膠O形圈、外套螺母和凸臺階接頭；其中，所述凹臺階接頭為中空的，一端用於與管路相連接；所述凸臺階接頭為中空的，一端用於與另一管路相連接；所述凸臺階接頭的另一端與所述凹臺階接頭的另一端相匹配，其中，相匹配的位置形成第一密封槽和第二密封槽；所述金屬碟形圈設置於所述第一密封槽；所述橡膠O形圈設置於所述第二密封槽；所述外套螺母套設於所述凸臺階接頭並與所述凹臺階接頭螺紋連接。
上述可重複使用的密封連接結構中，所述凹臺階接頭的第一端面與所述凸臺階接頭的第二端面相接觸。
上述可重複使用的密封連接結構中，還包括：保險絲；其中，所述外套螺母開設有第一孔，所述凹臺階接頭開設有與所述第一孔相對應的第二孔；所述保險絲穿設於所述第一孔和所述第二孔。
上述可重複使用的密封連接結構中，所述凹臺階接頭與所述外套螺母相連接的部位塗設有厭氧膠。
上述可重複使用的密封連接結構中，所述外套螺母的內表面塗設有厭氧膠。
上述可重複使用的密封連接結構中，所述金屬碟形圈的材料為0Cr18Ni9不鏽鋼，所述金屬碟形圈的密封面的塑性變形εp範圍為：[εp]min≤εp≤[εp]max，其中，[εp]min為0Cr18Ni9不鏽鋼材料延伸率的1/3，[εp]max為0Cr18Ni9不鏽鋼材料延伸率的1/1.5，所述金屬碟形圈的高度為1cm-2cm。
上述可重複使用的密封連接結構中，所述橡膠O形圈的壓縮率的範圍為10％～45％，所述橡膠O形圈的截面直徑為1cm-2cm。
上述可重複使用的密封連接結構中，所述橡膠O形圈的填充率的範圍為64％-90％。
上述可重複使用的密封連接結構中，所述凹臺階接頭的材料為0Cr18Ni9不鏽鋼。
上述可重複使用的密封連接結構中，所述凸臺階接頭的材料為0Cr18Ni9不鏽鋼。
本發明與現有技術相比具有如下有益效果：
(1)本發明採用金屬碟形圈和橡膠O形圈作為密封器件，使得密封漏率極低，而且可在常低溫工況下重複使用；
(2)本發明具有金屬碟形圈和橡膠O形圈雙道密封的結構，每道密封結構均可單獨實現密封要求，從而提高了密封的可靠性，具有漏率極低的特點，並且兩道密封結構互不影響、互為備份，不僅起到了密封冗餘的作用，而且進一步降低了密封漏率；
(3)本發明通過外套螺母與凹臺階接頭螺紋連接，使得結構簡單，拆卸方便，可重複使用；
(4)本發明通過保險絲把外套螺母與凹臺階接頭，防止了鬆動的問題，進一步提高了連接強度；
(5)本發明通過在凹臺階接頭或在外套螺母塗設有厭氧膠，使得外套螺母與凹臺階接頭能夠更加緊密的連接，起到了防松的效果。
附圖說明
圖1示出了本發明的實施例提供的可重複使用的密封連接結構的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明：
圖1示出了本發明的實施例提供的可重複使用的密封連接結構的結構示意圖。如圖1所示，該連接結構包括凹臺階接頭1、金屬碟形圈2、橡膠O形圈3、外套螺母4和凸臺階接頭5。其中，
凹臺階接頭1為中空的，一端用於與管路相連接。具體實施時，凹臺階接頭1的一端(圖1中為左端)與管路焊接，凹臺階接頭1的中空結構與管路一起能夠輸送推進劑。
凸臺階接頭5為中空的，一端用於與另一管路相連接。具體實施時，凸臺階接頭5的一端(圖1中為右端)與管路焊接，凸臺階接頭5的中空結構與管路一起能夠輸送推進劑。
凸臺階接頭5的另一端(圖1中為左端)與凹臺階接頭1的另一端(圖1中為右端)相匹配，咬合其中，相匹配的位置形成第一密封槽6和第二密封槽7；咬合的位置設置金屬碟形圈2和橡膠O形圈3。具體的，凸臺階接頭5的左端與凹臺階接頭1的右端咬合，由於凸臺階接頭5的左端端面與凹臺階接頭1的右端端面不會完全的相一致，會存在一定的間隙，從而在咬合的位置處形成第一密封槽6和第二密封槽7，凸臺階接頭5的另一端焊接在運載器的相應管路上，凹臺階接頭1的另一端也焊接在運載器的相應管路上。
金屬碟形圈2設置於第一密封槽6。具體的，金屬碟形圈2的材料與凸臺階接頭5的材料、凹臺階接頭1的材料相匹配，凸臺階接頭5的材料和凹臺階接頭1的材料一般選擇為0Cr18Ni9不鏽鋼，則金屬碟形圈2的材料也選擇為0Cr18Ni9不鏽鋼。通過將金屬碟形圈2設置於第一密封槽6，從而起到了很好的密封作用。並且金屬碟形圈2為軸向變形、徑向受載，所需軸向緊固載荷小，該重複使用低密封力矩連接結構較其它類似管路密封連接結構安裝力矩大大降低。
橡膠O形圈3設置於第二密封槽7。具體的，由於第二密封槽7的形狀為圓環狀，橡膠O形圈3填充於第二密封槽7，再次起到了很好的密封效果。
外套螺母4套設於凸臺階接頭5並與凹臺階接頭1螺紋連接。具體的，凸臺階接頭5的右端穿過外套螺母4的開孔，外套螺母4與凸臺階接頭5的接頭端緊密接觸，通過外套螺母4與凹臺階接頭1螺紋連接。
工作時，通過對外套螺母4施加擰緊力矩，凸臺階接頭5的結合端面與凹臺階接頭1的結合端面逐漸靠近並最終貼合，由於壓縮作用使得金屬碟形圈2和橡膠O形圈3均產生了一定的軸向壓縮和徑向壓縮，並產生較大回彈力，金屬碟形圈2和橡膠O形圈3的塑性流動填充了凸臺階接頭5的結合端面與凹臺階接頭1的結合端面上微觀的凹凸不平，從而填充了第一間隙6和第二間隙7消除了洩漏通道，實現了密封要求。
本實施例採用金屬碟形圈和橡膠O形圈作為密封器件，使得密封漏率極低，而且可在常低溫工況下重複使用；並且具有金屬碟形圈和橡膠O形圈雙道密封的結構，每道密封結構均可單獨實現密封要求，從而提高了密封的可靠性，具有漏率極低的特點，並且兩道密封結構互不影響、互為備份，不僅起到了密封冗餘的作用，而且進一步降低了密封漏率；並且通過外套螺母與凹臺階接頭螺紋連接，使得結構簡單，拆卸方便，可重複使用。
上述實施例中，凹臺階接頭1的第一端面12與凸臺階接頭5的第二端面51相接觸。具體的，凹臺階接頭1的第一端面12與凸臺階接頭5的第二端面51緊緊的接觸在一起，起到限位作用。
上述實施例中，該連接結構還包括保險絲，具體實施時，保險絲的材料在考慮剛性的條件下可以選擇為鋼。其中，
外套螺母4開設有第一孔41，凹臺階接頭1開設有與第一孔41相對應的第二孔11。具體的實施時，第一孔41的數量可以為多個，相對應的，第二孔11的數量也可以為多個。如圖1所示，在外套螺母4的上端和下端各開設有第一孔41，相對應的，在凹臺階接頭1的上端和下端各開設有第二孔11。
保險絲穿設於第一孔41和第二孔11。具體的，保險絲穿過第一孔41和第二孔11後將保險絲擰緊，從而通過保險絲將外套螺母4與凹臺階接頭1緊緊連接在一起，防止了外套螺母4與凹臺階接頭1鬆動的問題。
上述實施例中，凹臺階接頭1與外套螺母4相連接的部位塗設有厭氧膠。通過在與外套螺母4相連接的凹臺階接頭1的部位處塗設有厭氧膠，使得外套螺母4與凹臺階接頭1能夠更加緊密的連接，起到了防松的效果。
上述實施例中，外套螺母4的內表面塗設有厭氧膠。使得外套螺母4與凹臺階接頭1能夠更加緊密的連接，起到了防松的效果。
上述實施例中，金屬碟形圈2具有塑性變形的特性，所謂塑性變形是指固體在一定外力作用下產生形變，當施加的外力撤除或消失後該物體不能恢復原狀的一種物理現象。金屬碟形圈2的塑性變形範圍保證了對密封起到了一定的效果，通過選擇塑性變形範圍，提高了密封的可靠性，達到漏率極低的特點，塑性變形範圍也與金屬碟形圈所選擇的材料有關係，例如，金屬碟形圈2的材料為0Cr18Ni9不鏽鋼，金屬碟形圈2的密封面的塑性變形εp範圍為：[εp]min≤εp≤[εp]max，其中，[εp]min為0Cr18Ni9不鏽鋼材料延伸率的1/3，[εp]max為0Cr18Ni9不鏽鋼材料延伸率的1/1.5。由於0Cr18Ni9不鏽鋼材料的延伸率為40％，從而由0Cr18Ni9不鏽鋼材料製成的金屬碟形圈2的密封面的塑性變形εp範圍為：13.3％≤εp≤26.7％。同時，金屬碟形密封圈2工作狀態下的沿其軸向彈性變形量應在所允許的極限值範圍內，並且最大等效應力以小於其材料的屈服強度為宜，可允許部分進入塑性區，但不允許有貫穿其厚度方向的連續塑性區帶。金屬碟形圈2的高度為1cm-2cm，從而能夠很好的起到密封的效果。
上述實施例中，橡膠O形圈的壓縮率和填充率保證了對密封起到了一定的效果，通過選擇橡膠O形圈範圍，提高了密封的可靠性，達到漏率極低的特點。本實施例中的橡膠O形圈的壓縮率應為10％～45％，橡膠O形圈的填充率64％-90％。如圖1所示，橡膠O形圈的壓縮率由以下公式求解得出：
其中，b1和b2為圖1中標出的長度，橡膠O形圈截面直徑為垂直軸線的截面直徑。
橡膠O形圈的填充率由以下公式求解得出：
其中，b1、b2、d1和d2為圖1中標出的長度，橡膠O形圈截面直徑為垂直軸線的截面直徑。橡膠O形圈3的截面直徑為1cm-2cm，從而能夠很好的起到密封的效果。
本發明採用金屬碟形圈和橡膠O形圈作為密封器件，使得密封漏率極低，而且可在常低溫工況下重複使用；並且具有金屬碟形圈和橡膠O形圈雙道密封的結構，每道密封結構均可單獨實現密封要求，從而提高了密封的可靠性，具有漏率極低的特點，並且兩道密封結構互不影響、互為備份，不僅起到了密封冗餘的作用，而且進一步降低了密封漏率；並且通過外套螺母與凹臺階接頭螺紋連接，使得結構簡單，拆卸方便，可重複使用；通過保險絲把外套螺母與凹臺階接頭，防止了鬆動的問題，進一步提高了連接強度；通過在凹臺階接頭或在外套螺母塗設有厭氧膠，使得外套螺母與凹臺階接頭能夠更加緊密的連接，起到了防松的效果。
以上所述的實施例只是本發明較優選的具體實施方式，本領域的技術人員在本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。