LNG 装车撬用低温旋转接头研究与设计

林 斌，邵雪锋，李延铭，李勇杰，杜柯江

（上海齐耀动力技术有限公司，上海 201210）

0 引 言

LNG 与煤炭、石油并称目前世界一次能源的三大支柱。近年来LNG 迅速发展，在未来的20～30 年间，LNG 将取代石油、煤炭等其他能源，广泛应用于各行各业。液化天然气清洁高效、安全可靠，必将迎来产业的蓬勃发展。据预测未来10 年我国每年进口LNG 将达到4 000 万t。目前我国沿海已运营LNG接收站7 座、在建LNG 接收站9 座，还有13 座接收站正在规划中，以每个接收站配备4 台LNG 船用装卸臂计算，未来10 年LNG 船用装卸臂需求量为80～100 台，而各接收站辅码头LNG 船用装卸臂数量更为庞大，市场前景广阔[1]。

低温旋转接头是一种360°旋转输送低温介质的密闭旋转连接器。在LNG 装车撬[2]中，低温旋转接头主要用于装卸臂上，让装卸臂可以伸缩移动，更好地与槽车对接，极大地方便了槽车充装口与装车臂前段的自由接驳[3]。低温旋转接头的质量直接决定了整台装卸臂的价值和使用寿命。目前，传统的低温旋转接头还存在诸多问题，如容易泄漏[4]、无检漏装置、滚道磨损严重、安装不方便等。针对这些问题，研制了一款不易泄漏、滚道不易磨损、安装简便的新型低温旋转接头。

1 低温旋转接头组成与功能

1.1 组成

如图1 所示，低温旋转接头主要由外壳、旋转轴、法兰、滚道盖、钢球、滚珠帽、密封圈挡环、密封圈、螺母、双头螺柱、O 形圈、螺钉组成。钢球位于旋转轴和滚道盖之间；滚道盖和外壳之间通过螺栓连接；外壳和法兰之间通过双头螺栓连接；检漏孔和氮气吹扫进口位于外壳上，氮气吹扫出口位于旋转轴上。

1.2 功能

低温旋转接头主要功能包括360°旋转、密封、泄漏检测、氮气吹扫、拆卸方便。主要功能的实现原理如下：

360°旋转：低温旋转接头中旋转部件（旋转轴）和固定部件（外壳、滚道盖）之间通过两排钢球连接，实现360°旋转功能[5]。

密封：低温旋转接头中旋转部件（旋转轴）和固定部件（外壳、滚道盖）的密封采用了泛塞封密封件，从而实现动态密封[6]；在外壳和法兰之间通过金属垫片密封，提高了密封性能[7]。

泄漏检测：在低温旋转接头上设置有检漏孔，当密封件泄漏后，LNG 气化后从检漏孔溢出，通过可燃气体检测装置即可检查是否泄漏。

氮气吹扫：氮气吹扫进口设置在外壳上、氮气吹扫出口设置在旋转轴上，通过氮气吹扫带走低温旋转接头内部的水分。

拆卸方便：滚道盖与外壳是分开的，维修时，无需拆除滚珠，即可更换所有密封圈。

2 低温旋转接头结构设计

2.1 总体结构设计

表1 自研和传统旋转接头设计对比

如表1 所示，通过自研产品与传统产品对比，充分展示了自研产品各方面性能的优越性。

2.2 滚珠帽优化设计

传统低温旋转接头中，滚珠帽底部为一个平面，导致滚道和滚珠帽之间存在凸起，如图4 所示。钢球在经过此处时容易产生卡滞，并可能导致钢球和滚道压溃，如图5 所示，最终导致低温旋转接头无法转动。

针对该问题，对滚珠帽进行了改进：采用和滚道相同的弧形结构，并合理设计配合公差[8]，使钢球和滚道贴合得更好，提升滚珠和滚道的使用寿命。

2.3 夹心密封结构设计

如图8 所示，液体密封采用密封圈挡环+密封圈+密封圈挡环的夹心密封结构设计，零件1 为密封圈，零件2 为密封圈挡环，有2 个密封圈挡环分布在密封圈两侧。密封圈挡环材质选用硬度比不锈钢低的铝合金。该结构的优点在于：密封圈挡环可以限制密封圈的轴向位移，减少其变形，同时，因为有密封圈挡环对密封圈进行隔离保护，可以减少密封圈的端面磨损，最终实现增强密封性能、提高密封圈使用寿命的目的。

2.4 双重防泄漏结构设计

传统低温旋转接头中，当法兰和旋转轴之间的主密封发生泄漏后，虽然可以通过检漏孔发现密封失效，但是LNG 已经通过法兰和旋转轴之间的缝隙泄漏出去。针对此问题，进行双重防泄漏结构设计，第一道液体密封依然采用密封圈密封，第二道液体密封作为备选，在法兰上新增刀口，与金属垫片组成刀口密封。当法兰和旋转轴之间的第一道液体密封发生泄漏后，金属密封仍可防止LNG 泄漏[9]。

2.5 装配导向结构设计

为了简化装配流程，防止装配过程中出现错误，低温旋转接头零件设计有专门的装配导向[10]结构，如图10、11 所示。

3 试验验证

根据标准HG/T 21608-2012 搭建低温旋转接头试验台，并进行了试验。循环运行180 000 次，液体密封零泄漏，密封性能明显优于传统接头。整个运行过程平稳顺滑，无卡滞、无异响。

4 结 语

依据国家标准，对低温旋转接头进行了研发设计，相比传统低温旋转接头有较大改进，装配更加简便，液体密封性能也有了显著提升，很好地满足了装车撬对低温旋转接头的功能需求。