壓力容器快速密封接頭的設計

李莎　李峰

摘 要 本文介紹了一種用于壓力容器的快速密封接頭?？焖倜芊饨宇^包括底座、5個疊加在一起的相同的O型密封墊和壓絲。此技術方案通過利用螺紋的拉緊力形成的機械擠壓使O型密封墊變形抱緊電纜線同時擠緊底座內腔，解決了電纜線通過壓力容器壁的密封問題，實現(xiàn)了壓力容器中測控線纜的可靠、快速連接，為壓力容器的密封引線提供了一種可重復使用的快捷轉接設備。經試驗驗證，此發(fā)明設計的密封接頭具有較寬的耐壓范圍和良好的密封性、絕緣性、重復使用性和安裝快捷性。

關鍵詞 密封接頭；壓力容器；快速安裝；絕緣

中圖分類號 TH49 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）11-0125-02

壓力容器是工業(yè)生產中的一種常用設備，壓力容器的密封引線問題一直是工程實踐當中的技術難點之一。這是因為無論是靜態(tài)還是動態(tài)，容器內外部總是存在一定的壓力差，為了保持容器內壓力，必須進行物理隔離，這就是要求容器具有良好的密封性；另一方面，容器內的測量儀器又經常需要與外部設備進行連接和通信，這就是對壓力容器的連通性要求[1，4]。由此可以看出，對于壓力容器，如何解決密封性和連通性的矛盾是問題的關鍵所在。對于壓力容器的測壓引流問題，只需要把測壓管路與容器壁用普通密封接頭在一起就可以，管路內部不存在密封問題，而且由于流體的特性，對管路的形狀尺寸也沒有嚴格的限制[2-3]。但是，如果要實現(xiàn)洞內測量儀器與外部的數(shù)字通信，就必須把通信電纜引入容器內部，同時還要保證連接部位的密封問題，也就是要解決通信電纜密封地穿越容器壁的問題。

考慮到容器壓力的動態(tài)性、隨機性、電纜線的材質、絕緣性、外形的不規(guī)則性以及線孔的通用性等問題，采用焊接的方式無法保證絕緣性；如果采用線管的方式，盡管線管與容器壁之間的密封問題可以解決，但線管內部存在線纜與線管內壁的密封問題[5-7]。已有的密封接頭或密封走線方式適用于常規(guī)的壓力容器，具有較好的密封性和耐壓性，但在使用中存在以下問題。1）抗動壓能力差。因為容器中的壓力介質是流動的氣體，且流速要作頻繁的變化，容器內的壓力表現(xiàn)出很強的動態(tài)特性，傳統(tǒng)的密封接頭在動態(tài)壓力的作用下容易松動漏氣，甚至失效[8-9]。2）安裝拆卸困難。容器在使用中需要使用多種測試儀器，經常需要更換信號電纜或測試管路，而傳統(tǒng)的密封接頭多為永久式連接，不易拆卸，難以滿足要求[10]。因此，設計具有較寬耐動壓范圍的快捷密封接頭具有顯著的工程實用價值。

1 密封接頭的技術方案

本密封接頭包括底座、5個相同的O型密封墊和壓絲。其中，底座是由鋼質材料制成的中間留有圓形通孔的圓柱體支撐底座。該底座由直徑不同的兩部分圓柱腔體組成，小頭用來連接底座和壓力容器，大頭用來連接壓絲，O型密封墊起到密封的吸振作用。底座小頭外直徑為d，長度為0.9d，大頭外直徑為1.5d，長度為2d。底座腔體由直徑為1.2d的內螺紋孔和0.6d的光孔組成，兩孔相連，其中內螺紋孔置于大頭一側，孔深1.5d；光孔置于小頭一側，孔深1.4d。底座總長為2.9d。O型密封墊是由高彈性和大韌性材料制成的5個相同的中心開有過線圓孔的圓形密封墊疊加而成，密封墊外徑為底座小頭外直徑d的1.2倍，厚度為0.2d；密封墊上預切有3個直徑分別為0.4d、0.5d、0.6d的同心圓槽，可根據電纜直徑切出所需大小的過線圓孔，并通過其彈性和韌性特性解決接頭內外部的密封和抵抗動態(tài)壓力問題。壓絲是由鋼質材料制成的中間留有圓形通孔的圓柱體螺栓，壓絲總長為底座小頭外直徑d的1.7倍，六方頭外接圓直徑為2.08d，厚度為0.5d，螺桿部分制有直徑為1.2d的外螺紋，用來連接底座，螺紋長度1.25d；中軸線位置留有直徑為0.6d的通孔，以使電纜線通過壓絲。密封接頭各部件之間的連接方式為：壓絲與底座之間通過螺紋連接，O型密封墊置于壓絲與底座內螺紋孔底部端面之間，并通過壓絲與底座之間的螺紋拉緊力擠壓定位。密封接頭各部件及其連接方式如圖1所示。

為了證明本設計的有益效果，進行密封接頭的靜態(tài)和動態(tài)壓力試驗，對本設計的密封性、絕緣性、重復使用性和安裝快捷性檢驗。

本應用實例的底座是由Q235材料制成的中間留有圓形通孔的圓柱體支撐底座。該底座由直徑不同的兩部分圓柱體組成，總長為58mm，大頭直徑為30mm，長度為40mm，中軸線位置制有M24內螺紋，螺紋長度25mm；小頭直徑為20mm，長度為18mm，中軸線位置留有直徑為12mm的通孔。壓絲是由Q235材料制成的中間留有圓形通孔的圓柱體螺栓，壓絲總長為35mm，六方頭直徑為41.6mm，厚度為10mm，螺桿部分制有M24外螺紋，螺紋長度25mm；中軸線位置留有直徑為12mm的通孔。O型密封墊是由丁腈橡膠材料制成的5個疊加在一起的相同的圓環(huán)形密封墊，密封墊外徑為24mm，厚度為4mm，密封墊上預切有3個直徑分別為8mm、10mm、12mm的同心圓槽。

在本實施例中，首先，將底座焊接在球型壓力容器側壁上，然后，將電纜線從底座、O型密封墊和壓絲的通孔穿過，底座和壓絲通過螺紋連接，底座和壓絲中間放置O型密封墊，并利用螺紋的拉緊力形成的機械擠壓使O型密封墊變形抱緊電纜線同時擠緊底座內腔，見圖2。

將此設計的密封接頭在風洞洞壁進行安裝后，按照要求進行靜態(tài)和動態(tài)兩種情況下的打壓和保壓試驗。先將壓力升至3個大氣壓，未發(fā)現(xiàn)異?；蛐孤?，繼續(xù)以每級0.5個大氣壓逐級升壓，并每級穩(wěn)壓3min，直至升至5.5個大氣壓壓力，穩(wěn)壓10min，最后，以發(fā)泡劑和壓力表檢查整個試驗系統(tǒng)，兩種情況下均未發(fā)現(xiàn)可見泄漏，容器內壓力沒有明顯下降，表現(xiàn)出良好的密封性和較寬的耐動壓范圍。

由于采用了橡膠密封，加之電纜線本身也有絕緣層保護，因此，此設計在試驗中沒有出現(xiàn)電流泄露現(xiàn)象，電纜先傳輸?shù)男盘枦]有衰減，表現(xiàn)出良好的電絕緣性。

本文設計的密封接頭安裝簡單快捷，平均安裝時間為10s，同時，由于橡膠為高韌性材料，拆卸后密封墊基本沒有損壞，還可以重復使用，總體上表現(xiàn)出較好的重復性和快捷性。

3 結論

文章采用的技術方案，通過利用螺紋的拉緊力形成的機械擠壓使O型密封墊變形抱緊電纜線同時擠緊底座內腔，解決了電纜線通過壓力容器側壁的密封問題。經試驗驗證，本文設計的密封接頭具有較寬的耐動壓范圍和良好的密封性、絕緣性、重復使用性和安裝快捷性，有效地解決了壓力容器連通和密封的矛盾，為壓力容器的密封引線提供了一種新的技術手段。

參考文獻

[1]劉海靜，王宏杰，柯琳，等.高壓密封接頭設計與應用[J].維修與改進，2009，36（6）：76-77.

[2]聶殿濤.爆炸性氣體環(huán)境中儀表及密封接頭的使用[J].石油化工自動化，2007（2）：83-84.

[3]段成紅，錢才富.操作條件對脹接接頭密封性能的影響[J].化工設備與管道，2007，44（2）：18-21.

[4]張振厚.超高真空中水冷密封接頭的設計與實驗[J].真空與低溫，1996，2（1）：7-11.

[5]黃中華，劉少軍.高壓海水液壓系統(tǒng)密封技術研究[J].中國機械工程師，2006（17）：43-45.

[6]祝緒斌.鍋爐水壓試驗管接頭密封的易拉結構[J].工業(yè)鍋爐，1997（4）：40-41.

[7]杜婷婷.快插接頭在氣制動系統(tǒng)中的應用[J].電子工業(yè)專用設備，2006（4）：59-61.

[8]喻國生，阮媛，董茜娟，等.某型飛機油箱電纜插座接頭密封技術[J].洪都科技，2008（2）：41-47.

[9]唐建光，樊桂萍.一種新型高壓、高速旋轉接頭結構的研究及分析[J].液壓氣動與密封，2008（3）：50-52.

[10]韋義綱，一種調節(jié)閥快速接頭新型密封件的改進設計[J].裝備制造技術，2009（9）：162-163.