專利名稱：一種內(nèi)置彈簧的c形包覆密封環(huán)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重要場(chǎng)合下的壓力容器中的密封件，尤其是高溫、高壓壓力容器和穩(wěn)壓器中使用的包覆密封環(huán)。
背景技術(shù)：
在高溫、高壓工況條件如核電站下的密封，必須考慮到如下技術(shù)指標(biāo)1、要保證運(yùn)行期間在溫度與壓力交變的情況下泄漏率始終彡10_9Pa ·πι3/8，3、在事故中如急速冷卻中， 泄漏率彡10_6Pa*m3/s。壓力容器和穩(wěn)壓器中是熱電站設(shè)備中使用的重要部件，這些部件與外界相連時(shí)必須要有各種類型的靜密封以防止熱循環(huán)轉(zhuǎn)換工質(zhì)的泄漏。密封件具有各種不同的橫截面結(jié)構(gòu)以專門密封各種不同的部件，例如通常采用的純鎳實(shí)心環(huán)墊片，纏繞墊片，齒形墊片、透平墊片等。但是這些墊片均難以避免在溫度與壓力交變的情況下墊片會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力松弛進(jìn)而導(dǎo)致泄漏率達(dá)不到彡IO-9Pa · m3/s的要求。因此需要提供一種效果更好的密封件來(lái)保證壓力容器法蘭之間結(jié)合處的密封性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供實(shí)現(xiàn)塑性和彈性良好配合的C型密封環(huán)，其能夠利用兩種不同金屬材料與彈簧三者之間的相互作用實(shí)現(xiàn)塑性和彈性的良好配合，從而使該包覆密封環(huán)具有良好的密封性能。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種C型密封環(huán)，其能補(bǔ)償因溫度和壓力波動(dòng)引起的法蘭變形和密封圈松弛。這種C型包覆密封環(huán)，包括第一環(huán)，所述第一環(huán)位于密封環(huán)的最外側(cè)，其截面呈 C形，并帶有第一外密封面和第一內(nèi)密封面；第二環(huán)，所述第二環(huán)外側(cè)被所述第一環(huán)緊密包覆，其截面呈C形，且?guī)в械诙饷芊饷婧偷诙?nèi)密封面；還包括金屬?gòu)椈?，所述金屬?gòu)椈森h(huán)設(shè)于所述第二環(huán)的內(nèi)側(cè)并被所述第二環(huán)壓緊。這種環(huán)截面成C形，帶有徑向的外密封面和內(nèi)密封面。當(dāng)壓縮該密封圈時(shí)，螺旋形彈簧的每一圈對(duì)徑向內(nèi)層金屬外殼產(chǎn)生附加的反彈力，并使外層金屬材料發(fā)生塑性變形， 填實(shí)了法蘭密封表面的微小缺陷。這種彈性和塑性的配合，使該金屬密封圈具有很好的密封性能和補(bǔ)償因溫度和壓力波動(dòng)引起法蘭變形和密封圈松弛的能力。這種密封環(huán)，所述第一環(huán)為鉻鎳鐵合金(inCOnel)600，所述第二環(huán)為純度大于等于99%的銀，所述金屬?gòu)椈刹捎玫牟馁|(zhì)為不同于第一環(huán)的鉻鎳鐵合金(incOnel)750。在鉻鎳鐵合金(inCOnel)750中必須含有質(zhì)量百分比為13-20的鉻，加入鉻以后的彈簧材料的化學(xué)性質(zhì)在核電站壓力容器工況下非常穩(wěn)定，所形成的彈簧具有強(qiáng)抗腐蝕能力。上述三種材料的彈性和塑性的相互配合和相互的作用，使該金屬密封環(huán)具有很好的密封性能和補(bǔ)償因溫度和壓力波動(dòng)弓I起法蘭變形和密封環(huán)松弛的能力本發(fā)明還提供一種制造C型包覆密封環(huán)的方法，用三個(gè)不同部分相互包覆形成密封環(huán)，步驟如下1)繞制鉻鎳鐵合金(inCOnel)750金屬?gòu)椈扇?，并進(jìn)而采用高溫熔焊的方式進(jìn)行焊接，保證只有一個(gè)焊點(diǎn)；2)制作材料為鉻鎳鐵合金(inCOnel)600的第二環(huán)，首先采用滾壓成型的方式制成一段端面成C形的環(huán)，進(jìn)而采用高溫熔焊的方式進(jìn)行焊接，保證只有一個(gè)焊點(diǎn)；3)制作材料為銀含量99%以上的第一環(huán)，采用滾壓成型的方式制成一段端面成C形的環(huán)，進(jìn)而采用高溫熔焊的方式進(jìn)行焊接，保證只有一個(gè)焊點(diǎn)；4)將步驟1制成的彈簧圈緊密包覆在第二環(huán)內(nèi)；5)將步驟3制成的第一環(huán)緊密包覆在第二環(huán)上。鉻鎳鐵合金 750材質(zhì)中必須含有質(zhì)量百分比為14-17的鉻且鈷的質(zhì)量百分比含量要小于等于0. 2。本發(fā)明提供的密封環(huán)由于含有質(zhì)量百分比為13-20的鉻，由于鉻有能溶于鹽酸、 硫酸和高氯酸，遇硝酸后鈍化，不再與酸反應(yīng)的性質(zhì)，形成一個(gè)焊點(diǎn)時(shí)具有極佳的均質(zhì)性， 利于徑向密封和周向補(bǔ)償。在因科鎳750合金中通常含有鈷，鈷具有延伸性，但是本發(fā)明的密封環(huán)彈簧鈷的質(zhì)量百分比含量要小于等于0. 2，以防止高溫事故工況下發(fā)生強(qiáng)氧化反應(yīng)。有以上內(nèi)容組成的密封環(huán)，使泄漏率彡IO-9Pa · m3/s。


根據(jù)下文的描述和附圖，可以很好地理解本發(fā)明，這些附圖顯示了本發(fā)明的非限制性的實(shí)施例。更特別地，在附圖中下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明圖1是壓力容器的軸向剖面圖，含有本發(fā)明的實(shí)施例位于壓力容器筒體法蘭與頂蓋法蘭之間接合處的密封。圖2是圖1中所示的本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)形密封環(huán)的截面圖。1第一環(huán)，2第二環(huán)，3金屬?gòu)椈桑?法蘭，5管嘴，6頂蓋，7壓力容器支承面，8環(huán)形段，9導(dǎo)向裝置，10容器筒體
具體實(shí)施例方式圖1所示是高溫、高壓冷卻劑的壓力容器，筒體10由一個(gè)帶螺栓螺紋孔的法蘭4 一個(gè)焊有冷卻劑進(jìn)出口管嘴5的環(huán)形段8一個(gè)過(guò)渡段和一個(gè)半圓形下封頭焊接而成，其中頂蓋6由鋼板熱壓成半圓形，在上法蘭4上周邊鉆有螺栓孔，其支承面上開有放置本發(fā)明的溝槽。高溫、高壓冷卻劑在壓力容器內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其中有一部分沿壓力容器的內(nèi)壁直接流向壓力容器出口接管，并伴隨溫度與壓力的變化，由于壓力容器頂蓋和筒體法蘭是兩個(gè)獨(dú)立制作的部件，在壓力容器中必須裝配在一起并且要保證高密封性，壓力容器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓力容器所在的環(huán)境壓力，為防止冷卻劑泄漏，在壓力容器筒體與頂蓋之間安裝一密封環(huán)。壓力容器筒體與頂蓋之間接合處要承受在工作過(guò)程中，熱冷卻劑產(chǎn)生的膨脹和收縮而引起的徑向和軸向的應(yīng)力變化，本發(fā)明是用一種簡(jiǎn)單而有效的設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)此位置較高的徑向和軸向的應(yīng)力變化，以取得最大的密封效果。通過(guò)圖2中所示截面圖，本發(fā)明得以更明確的描述。該環(huán)由三部分組成，包括軸向相對(duì)由不同材料組成的第一環(huán)1和第二環(huán)2，并且同時(shí)在內(nèi)側(cè)設(shè)置金屬?gòu)椈?，連接成一體的密封環(huán)中有一沿環(huán)外側(cè)的周向開口 ；所述的第一環(huán)截面呈C形，帶有徑向的密封面；所述的第二環(huán)截面呈C形，帶有徑向的密封面；所述的螺旋形彈簧被兩層金屬包覆在內(nèi)。第一層與第二層環(huán)阻止了密封環(huán)的周向伸展，從而防止產(chǎn)生不良的圓周應(yīng)力?？梢?，本發(fā)明較特別的是在傳統(tǒng)C形密封環(huán)中分別設(shè)置不同材質(zhì)的內(nèi)外層且在內(nèi)側(cè)設(shè)置了彈簧3。較佳的是，選擇兩環(huán)為不同材質(zhì)的金屬，如第一環(huán)為純度大于等于99%的銀，第二環(huán)為鉻鎳鐵合金(inCOnel)600，而金屬?gòu)椈刹捎玫牟馁|(zhì)為不同于第一環(huán)的鉻鎳鐵合金 (inconel)750,因科鎳750中必須含有質(zhì)量百分比為14-17的鉻且鈷的質(zhì)量百分比含量要小于等于0. 2。。在較佳實(shí)施例中，第一環(huán)和第二環(huán)軸向隔開，是各自獨(dú)立的兩個(gè)部分，兩個(gè)環(huán)所用金屬材質(zhì)不同。第一層金屬環(huán)比第二層金屬環(huán)硬度要小，主要用來(lái)起到良好的彌合作用，并用來(lái)填實(shí)法蘭密封表面的微小缺陷。由金屬材料組成的第一環(huán)和第二環(huán)均只有一個(gè)焊點(diǎn)。其被金屬環(huán)包裹在內(nèi)的螺旋形彈簧是一個(gè)整體彈簧，中間只有一個(gè)焊點(diǎn)，較佳的利于徑向密封和周向補(bǔ)償。工作中彈簧和第一層、第二層金屬環(huán)用來(lái)密封高溫高壓的冷卻劑在其間產(chǎn)生的各種不同的徑向的泄漏，使泄漏率在正常情況下始終彡· m3/s。，這種彈性和塑性的配合，使該金屬密封圈具有很好的密封性能和補(bǔ)償因溫度和壓力波動(dòng)引起法蘭變形和密封圈松弛的能力。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)置彈簧的C形包覆密封環(huán)，其包括第一環(huán)，所述第一環(huán)位于密封環(huán)的最外測(cè)，其截面呈C形，并帶有第一外密封面和第一內(nèi)密封面；第二環(huán)，所述第二環(huán)外側(cè)被所述第一環(huán)緊密包覆，其截面呈C形，且?guī)в械诙饷芊饷婧偷诙?nèi)密封面；上述兩環(huán)連接成一體且沿環(huán)周向外側(cè)有一周向開口；還包括金屬?gòu)椈桑鼋饘購(gòu)椈森h(huán)設(shè)于所述第二環(huán)的內(nèi)側(cè)并被所述第二環(huán)壓緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封環(huán)，其特征在于所述第一環(huán)為純度大于99%的銀，所述第二環(huán)為鉻鎳鐵合金600，所述金屬?gòu)椈刹捎玫牟馁|(zhì)為不同于第二環(huán)的鉻鎳鐵合金750。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封環(huán)，其特征在于這三種材料的結(jié)合形成了穩(wěn)定的密封結(jié)構(gòu)，第一環(huán)與第二環(huán)之間與彈簧相互施壓有利于補(bǔ)償并填實(shí)密封表面的微小缺陷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封環(huán)，其特征在于第二環(huán)內(nèi)包覆的金屬?gòu)椈刹捎玫你t鎳鐵合金750材質(zhì)中必須含有質(zhì)量百分比為14-17的鉻且鈷的質(zhì)量百分比含量要小于等于 0. 2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一個(gè)所述的密封環(huán)，其特征在于所述金屬?gòu)椈蔀檎w彈簧，中間只有一個(gè)焊點(diǎn)，和/或，所述第一環(huán)只有一個(gè)焊點(diǎn)，和/或，所述第二環(huán)只有一個(gè)焊點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一個(gè)所述的密封環(huán)，其特征在于所述第一環(huán)的周向開口位置與第二環(huán)的周向開口位置完全對(duì)應(yīng)，整體呈C形。
7.本發(fā)明還提供一種制造C型包覆密封環(huán)的方法，用三個(gè)不同部分相互包覆形成密封環(huán)，步驟如下1)繞制因科鎳750金屬?gòu)椈扇?，并進(jìn)而采用高溫熔焊的方式進(jìn)行焊接，保證只有一個(gè)焊點(diǎn)；2)制作材料為因科鎳600的第二環(huán)，首先采用滾壓成型的方式制成一段端面成C形的環(huán)，進(jìn)而采用高溫熔焊的方式進(jìn)行焊接，保證只有一個(gè)焊點(diǎn)；3)制作材料為銀含量99%以上的第一環(huán)，采用滾壓成型的方式制成一段端面成C形的環(huán)，進(jìn)而采用高溫熔焊的方式進(jìn)行焊接，保證只有一個(gè)焊點(diǎn)；4)將步驟1制成的彈簧圈緊密包覆在第二環(huán)內(nèi)；5) 將步驟3制成的第一環(huán)緊密包覆在第二環(huán)上。鉻鎳鐵合金750材質(zhì)中必須含有質(zhì)量百分比為14-17的鉻且鈷的質(zhì)量百分比含量要小于等于0. 2。其特征在于在上述相互包覆的第一環(huán)和第二環(huán)的內(nèi)側(cè)再設(shè)置金屬?gòu)椈?，并使該金屬?gòu)椈蓧壕o所述第二環(huán)。
全文摘要
一種內(nèi)置彈簧的C形包覆密封環(huán)及其制造方法，由三部分組成包括由高純度銀組成的第一環(huán)和鉻鎳鐵合金600組成的第二環(huán)，以及被鉻鎳鐵合金600外殼包裹在內(nèi)的鉻鎳鐵合金750繞成的螺旋形彈簧組成，在如此連接成一體的密封環(huán)外側(cè)沿周向有開口。這種環(huán)截面成C形，帶有徑向的外密封面和內(nèi)密封面。當(dāng)壓縮該密封圈時(shí)，螺旋形彈簧的每一圈對(duì)徑向鎳鉻合金600環(huán)產(chǎn)生附加的反彈力，并使高純度的銀環(huán)發(fā)生塑性變形，填實(shí)了法蘭密封表面的微小缺陷。這種彈性和塑性的配合，使該金屬密封圈具有很好的密封性能和補(bǔ)償因溫度和壓力波動(dòng)引起法蘭變形和密封圈松弛的能力。
文檔編號(hào)B23K31/02GK102168757SQ20111003434
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者勵(lì)行根, 宋煒 申請(qǐng)人:寧波天生密封件有限公司