[发明专利]一种超低温超高压静密封阀体连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种超低温超高压静密封阀体连接结构，适用于大推力超高压液氢液氧火箭发动机阀门。

背景技术

一般阀门阀体连接使用法兰加螺栓方式，通常在低压常温环境中应用，密封采用非金属或金属垫片，此种连接密封方式结构空间大，密封压力不高，不适用于大推力超高压液氢液氧火箭发动机壳体结构。

国外由于对相关技术的封锁，无法查到相关技术方案。目前研制的大推力超高压液氢液氧火箭发动机阀门最高压力约50MPa，液氢温度最低约20K，通径最大240mm，壳体连接处介质轴向载荷最大约140吨。在此种严酷环境中，需要一种新的结构设计，既能满足连接强度和密封需要，又能降低结构尺寸和重量。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种超低温超高压静密封阀体连接结构，既能满足连接强度和密封需要，又能降低结构尺寸和重量。

本发明的技术解决方案是：

一种超低温超高压静密封阀体连接结构，包括壳体和阀盖，壳体内压力20-50MPa，壳体内介质温度为20-90K；

壳体和阀盖之间通过内外螺纹固定连接，壳体和阀盖外壁的贴合面处设置有径向的两个外径一致的凸台，两个凸台之间焊接密封；

螺纹连接处阀盖最小厚度与介质工作压力及阀盖的内径成正比；

螺纹长度与介质工作压力及螺纹公称直径成正比；

确定螺纹连接处阀盖最小厚度S的方法为：

螺纹连接处的阀盖强度式中：P为介质工作压力，D为阀盖的内径，为焊缝系数，S为阀盖的厚度；阀盖厚度的安全系数[σ]为阀盖的许用应力，n₁不小于2.5；

确定螺纹长度和螺距的方法为：

式中，τ为螺纹根部剪切应力，P_z为壳体和阀盖连接处的最大轴向载荷，A_j为单牙螺纹受剪面积，K_z为螺纹不均匀系数，t为螺纹螺距，d为螺纹公称直径，z为螺纹旋合圈数，H为螺纹长度；

螺纹根部剪切安全系数[τ]为阀盖及壳体材料的许用剪切应力，n₂不小于2.5；

σ_ZY为螺纹表面挤压应力，Ay为单牙螺纹受挤压面积；

螺纹表面挤压安全系数[σ]为阀盖及壳体材料的许用应力，n₃不小于2.5；

σ_W＝P_z·X_L/(K_z·z·w)，σ_W为螺纹根部弯曲应力，X_L为螺纹弯曲力臂，w为单牙螺纹根部截面系数；

螺纹根部弯曲安全系数[σ]为阀盖及壳体材料的许用应力，n4不小于2.5。

两个凸台之间焊接厚度为0.4-0.6mm。

两个凸台的高度不低于焊接厚度的5倍。

壳体和阀盖材料一致，为可耐20K低温的金属材料。

外螺纹的螺纹长度大于内螺纹的螺纹长度。

焊接密封处的氦漏率不大于1x10-⁷Pa·m³/s。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明壳体和阀盖之间通过内外螺纹固定连接，通过对螺纹连接处阀盖厚度及螺纹长度的确定，可实现对压力20-50MPa，温度为20K-90K的低温介质在壳体内的可靠存储密封；

(2)本发明采用螺纹连接，相比法兰加螺栓连接结构，整体结构尺寸变小，重量减轻；使用焊接密封结构，相比垫片密封结构，可以实现低温介质的零泄漏。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面参见附图对本发明进行详细描述。

本发明应用于处于超低温超高压环境中的阀体静密封连接结构。壳体和阀盖之间使用螺纹连接，根据阀体内介质压力产生的轴向载荷反算螺纹强度，根据计算结果设计合理的螺纹长度和螺距。壳体和阀盖连接处密封使用电子束焊接工艺，焊接深度一般0.5mm左右，为满足壳体多次分解的需求，壳体和阀盖上留有焊接凸台，分解前车掉焊缝，重装时重新焊接保证密封，详细设计如下：

如图1所示，一种超低温超高压静密封阀体连接结构，包括壳体1和阀盖2，壳体1内压力20-50MPa，介质温度为20K-90K；

壳体1和阀盖2之间通过内外螺纹固定连接，壳体4和阀盖2外壁的贴合面处设置有径向的两个外径一致的凸台，两个凸台之间焊接密封；