[发明专利]高压密封装置O形橡胶圈及挡圈蠕动装配法

说明书

技术领域

本发明涉及某武器系统小型高压气瓶的充气组件装配，其要求在42MPa内压上，贮存气体10年以上不能泄漏。

背景技术

某小型高压气瓶贮存的气体是为某武器系统在发射准备阶段提供制冷源，制冷剂气体在气瓶中呈高压状态，启动后经毛细管节流后，在其前端扩散产生冷流。该小型高压气瓶贮存气体压力为42MPa，为满足高可靠性和长期贮存的需要，要求其在10年以上贮存期内泄漏量不能超过一定值。为保证漏率指标，该气瓶的高压密封装置的装配是关键环节之一。

在航天领域，对于高压静密封装置常用的密封方式有金属环垫、“O”形橡胶密封圈加挡圈等密封方式。如采用金属环垫密封方式,则要施加比较大的拧紧力矩，以使金属密封垫产生足够的密封比压。由于该气瓶体积较小，充气组件直径小，且要装入深孔中，难以施加大拧紧力矩，故而选择“O”形橡胶密封圈加挡圈的密封结构。

为了保证密封，设计师在设计时，将充气组件上的“O”形橡胶圈的压缩量控制在上限。按此要求进行了相应的装配、测试和氦检，结果所装7件产品氦检数据全部超差。分解充气组件后发现，产品上的挡圈没有正常进入密封槽，挡圈22°切口尖角在挤压作用下变形或被“切”，承受高压后无挡圈支承的“O”形橡胶圈从密封槽中挤出，从而丧失密封能力。两者失效示意图如图1所示。

发明内容

通常，“O”形圈装配时需在“O”形圈表面涂一薄层润滑脂，减少“O”形圈装配时与金属件的摩擦力，防止橡胶件扭曲变形。但是，该气瓶的制冷剂直接对光学元件制冷，工艺规定不得使用润滑脂以防止污染。

橡胶件作为一种超弹体，形状可以有较大改变而体积不能改变。由于“O”形圈未涂润滑脂导致摩擦力增大，且压缩量较大，当“O”形圈旋入充气组件时，在较大的压缩量和摩擦力增加的作用下，“O”形圈必然产生比正常状态下更大的变形。为保证挡圈能装入密封槽内，挡圈开了一个22°斜切口，由于切口存在，挡圈不再是一个整体环形结构，在不大的挤压力作用下，挡圈就开始向外翻转直至突出。由于不能使用润滑脂，“O”形圈在装配时必然对挡圈产生相当大的挤压作用，而聚四氟乙烯材料与金属表面的摩擦力极小，从而导致挡圈切口部分更易向外滑移突出，使得挡圈没有正常进入与之配合的孔内，这就解释了为何产品挡圈没有正常进入密封槽的现象。挡圈受挤失效示意图如图2所示。

根据分析可知，要提高装配质量，采取相应的措施使挡圈正常装入密封槽是解决问题的关键。

如能采取措施使斜切口重新连接起来，使得挡圈成为一个整体结构，则能极大提高抗挤压的能力。挡圈为聚四氟乙烯材料，非金属连接可以采用胶接的连接方法。采用的粘结剂为502胶水，该胶水连接强度满足要求，施工简便，固化时间极短。随即对新一批产品进行了装配工艺试验，再次装配充气组件并进行测试，氦检合格率有所提高。分解后结果表明，氦检不合格的主要原因有两个，一个是胶水不足，导致挡圈切口处没有连接上，致使挡圈失效；另一个是胶水太多，挡圈切口完全连接上，但多余的胶水淌入密封槽内，胶接了“O”形圈，使得“O”形圈硬化丧失了弹性变形能力，从而无法起到密封作用。

胶接的工艺方法，虽能有不错密封效果，但胶水的量难以控制，且涂胶的部位不易掌握。多余胶水易形成碎末，成为多余物，且一致性差，对批量生产而言不是一个合理的工艺方法。

虽然第一次装配方法改进效果有限，但证明了降低挡圈变形，减少“O”形圈对挡圈的挤压作用的工艺改进方向是正确的。分析原来的装配过程，“O”形圈是一次旋入，挡圈持续承受到挤压作用。改变一下思路，如果在装配过程中，能不断地释放一些挡圈承受的挤压力，在“O”形圈及挡圈全部装配就位时，挡圈没有被挤出就可以达到装配要求。

根据本发明的一个方面，提供一种高压密封装置O形橡胶圈及挡圈蠕动装配法，螺旋进给量控止在前进≯30°角，然后逆向后退15°角左右，以蠕动的方法来向前伸展释放O形橡胶圈径向压缩变形及橡胶摩擦阻尼而产生向后的挤压力，使O形橡胶圈和挡圈顺利通过与之配合的孔端面。这样较小的端面挤压力不会使聚四氟乙稀挡圈切口部分突出。

优选地，O形橡胶圈和挡圈顺利通过与之配合的孔端面后，直接拧入O形橡胶圈和挡圈到止动点。

进一步地，通过分析研究，本发明的创新过程及详细方案具体如下。