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摘 要 本文介绍了一种用于压力容器的快速密封接头。快速密封接头包括底座、5个叠加在一起的相同的O型密封垫和压丝。此技术方案通过利用螺纹的拉紧力形成的机械挤压使O型密封垫变形抱紧电缆线同时挤紧底座内腔，解决了电缆线通过压力容器壁的密封问题，实现了压力容器中测控线缆的可靠、快速连接，为压力容器的密封引线提供了一种可重复使用的快捷转接设备。经试验验证，此发明设计的密封接头具有较宽的耐压范围和良好的密封性、绝缘性、重复使用性和安装快捷性。
关键词 密封接头；压力容器；快速安装；绝缘
中图分类号 TH49 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0125-02
压力容器是工业生产中的一种常用设备，压力容器的密封引线问题一直是工程实践当中的技术难点之一。这是因为无论是静态还是动态，容器内外部总是存在一定的压力差，为了保持容器内压力，必须进行物理隔离，这就是要求容器具有良好的密封性；另一方面，容器内的测量仪器又经常需要与外部设备进行连接和通信，这就是对压力容器的连通性要求[1，4]。由此可以看出，对于压力容器，如何解决密封性和连通性的矛盾是问题的关键所在。对于压力容器的测压引流问题，只需要把测压管路与容器壁用普通密封接头在一起就可以，管路内部不存在密封问题，而且由于流体的特性，对管路的形状尺寸也没有严格的限制[2-3]。但是，如果要实现洞内测量仪器与外部的数字通信，就必须把通信电缆引入容器内部，同时还要保证连接部位的密封问题，也就是要解决通信电缆密封地穿越容器壁的问题。
考虑到容器压力的动态性、随机性、电缆线的材质、绝缘性、外形的不规则性以及线孔的通用性等问题，采用焊接的方式无法保证绝缘性；如果采用线管的方式，尽管线管与容器壁之间的密封问题可以解决，但线管内部存在线缆与线管内壁的密封问题[5-7]。已有的密封接头或密封走线方式适用于常规的压力容器，具有较好的密封性和耐压性，但在使用中存在以下问题。1）抗动压能力差。因为容器中的压力介质是流动的气体，且流速要作频繁的变化，容器内的压力表现出很强的动态特性，传统的密封接头在动态压力的作用下容易松动漏气，甚至失效[8-9]。2）安装拆卸困难。容器在使用中需要使用多种测试仪器，经常需要更换信号电缆或测试管路，而传统的密封接头多为永久式连接，不易拆卸，难以满足要求[10]。因此，设计具有较宽耐动压范围的快捷密封接头具有显著的工程实用价值。
1 密封接头的技术方案
本密封接头包括底座、5个相同的O型密封垫和压丝。其中，底座是由钢质材料制成的中间留有圆形通孔的圆柱体支撑底座。该底座由直径不同的两部分圆柱腔体组成，小头用来连接底座和压力容器，大头用来连接压丝，O型密封垫起到密封的吸振作用。底座小头外直径为d，长度为0.9d，大头外直径为1.5d，长度为2d。底座腔体由直径为1.2d的内螺纹孔和0.6d的光孔组成，两孔相连，其中内螺纹孔置于大头一侧，孔深1.5d；光孔置于小头一侧，孔深1.4d。底座总长为2.9d。O型密封垫是由高弹性和大韧性材料制成的5个相同的中心开有过线圆孔的圆形密封垫叠加而成，密封垫外径为底座小头外直径d的1.2倍，厚度为0.2d；密封垫上预切有3个直径分别为0.4d、0.5d、0.6d的同心圆槽，可根据电缆直径切出所需大小的过线圆孔，并通过其弹性和韧性特性解决接头内外部的密封和抵抗动态压力问题。压丝是由钢质材料制成的中间留有圆形通孔的圆柱体螺栓，压丝总长为底座小头外直径d的1.7倍，六方头外接圆直径为2.08d，厚度为0.5d，螺杆部分制有直径为1.2d的外螺纹，用来连接底座，螺纹长度1.25d；中轴线位置留有直径为0.6d的通孔，以使电缆线通过压丝。密封接头各部件之间的连接方式为：压丝与底座之间通过螺纹连接，O型密封垫置于压丝与底座内螺纹孔底部端面之间，并通过压丝与底座之间的螺纹拉紧力挤压定位。密封接头各部件及其连接方式如图1所示。
为了证明本设计的有益效果，进行密封接头的静态和动态压力试验，对本设计的密封性、绝缘性、重复使用性和安装快捷性检验。
本应用实例的底座是由Q235材料制成的中間留有圆形通孔的圆柱体支撑底座。该底座由直径不同的两部分圆柱体组成，总长为58mm，大头直径为30mm，长度为40mm，中轴线位置制有M24内螺纹，螺纹长度25mm；小头直径为20mm，长度为18mm，中轴线位置留有直径为12mm的通孔。压丝是由Q235材料制成的中间留有圆形通孔的圆柱体螺栓，压丝总长为35mm，六方头直径为41.6mm，厚度为10mm，螺杆部分制有M24外螺纹，螺纹长度25mm；中轴线位置留有直径为12mm的通孔。O型密封垫是由丁腈橡胶材料制成的5个叠加在一起的相同的圆环形密封垫，密封垫外径为24mm，厚度为4mm，密封垫上预切有3个直径分别为8mm、10mm、12mm的同心圆槽。
在本实施例中，首先，将底座焊接在球型压力容器侧壁上，然后，将电缆线从底座、O型密封垫和压丝的通孔穿过，底座和压丝通过螺纹连接，底座和压丝中间放置O型密封垫，并利用螺纹的拉紧力形成的机械挤压使O型密封垫变形抱紧电缆线同时挤紧底座内腔，见图2。
将此设计的密封接头在风洞洞壁进行安装后，按照要求进行静态和动态两种情况下的打压和保压试验。先将压力升至3个大气压，未发现异常或泄漏，继续以每级0.5个大气压逐级升压，并每级稳压3min，直至升至5.5个大气压压力，稳压10min，最后，以发泡剂和压力表检查整个试验系统，两种情况下均未发现可见泄漏，容器内压力没有明显下降，表现出良好的密封性和较宽的耐动压范围。
由于采用了橡胶密封，加之电缆线本身也有绝缘层保护，因此，此设计在试验中没有出现电流泄露现象，电缆先传输的信号没有衰减，表现出良好的电绝缘性。
本文设计的密封接头安装简单快捷，平均安装时间为10s，同时，由于橡胶为高韧性材料，拆卸后密封垫基本没有损坏，还可以重复使用，总体上表现出较好的重复性和快捷性。
3 结论
文章采用的技术方案，通过利用螺纹的拉紧力形成的机械挤压使O型密封垫变形抱紧电缆线同时挤紧底座内腔，解决了电缆线通过压力容器侧壁的密封问题。经试验验证，本文设计的密封接头具有较宽的耐动压范围和良好的密封性、绝缘性、重复使用性和安装快捷性，有效地解决了压力容器连通和密封的矛盾，为压力容器的密封引线提供了一种新的技术手段。
参考文献
[1]刘海静，王宏杰，柯琳，等.高压密封接头设计与应用[J].维修与改进，2009，36（6）：76-77.
[2]聂殿涛.爆炸性气体环境中仪表及密封接头的使用[J].石油化工自动化，2007（2）：83-84.
[3]段成红，钱才富.操作条件对胀接接头密封性能的影响[J].化工设备与管道，2007，44（2）：18-21.
[4]张振厚.超高真空中水冷密封接头的设计与实验[J].真空与低温，1996，2（1）：7-11.
[5]黄中华，刘少军.高压海水液压系统密封技术研究[J].中国机械工程师，2006（17）：43-45.
[6]祝绪斌.锅炉水压试验管接头密封的易拉结构[J].工业锅炉，1997（4）：40-41.
[7]杜婷婷.快插接头在气制动系统中的应用[J].电子工业专用设备，2006（4）：59-61.
[8]喻国生，阮媛，董茜娟，等.某型飞机油箱电缆插座接头密封技术[J].洪都科技，2008（2）：41-47.
[9]唐建光，樊桂萍.一种新型高压、高速旋转接头结构的研究及分析[J].液压气动与密封，2008（3）：50-52.
[10]韦义纲，一种调节阀快速接头新型密封件的改进设计[J].装备制造技术，2009（9）：162-163.
关键词 密封接头；压力容器；快速安装；绝缘
中图分类号 TH49 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0125-02
压力容器是工业生产中的一种常用设备，压力容器的密封引线问题一直是工程实践当中的技术难点之一。这是因为无论是静态还是动态，容器内外部总是存在一定的压力差，为了保持容器内压力，必须进行物理隔离，这就是要求容器具有良好的密封性；另一方面，容器内的测量仪器又经常需要与外部设备进行连接和通信，这就是对压力容器的连通性要求[1，4]。由此可以看出，对于压力容器，如何解决密封性和连通性的矛盾是问题的关键所在。对于压力容器的测压引流问题，只需要把测压管路与容器壁用普通密封接头在一起就可以，管路内部不存在密封问题，而且由于流体的特性，对管路的形状尺寸也没有严格的限制[2-3]。但是，如果要实现洞内测量仪器与外部的数字通信，就必须把通信电缆引入容器内部，同时还要保证连接部位的密封问题，也就是要解决通信电缆密封地穿越容器壁的问题。
考虑到容器压力的动态性、随机性、电缆线的材质、绝缘性、外形的不规则性以及线孔的通用性等问题，采用焊接的方式无法保证绝缘性；如果采用线管的方式，尽管线管与容器壁之间的密封问题可以解决，但线管内部存在线缆与线管内壁的密封问题[5-7]。已有的密封接头或密封走线方式适用于常规的压力容器，具有较好的密封性和耐压性，但在使用中存在以下问题。1）抗动压能力差。因为容器中的压力介质是流动的气体，且流速要作频繁的变化，容器内的压力表现出很强的动态特性，传统的密封接头在动态压力的作用下容易松动漏气，甚至失效[8-9]。2）安装拆卸困难。容器在使用中需要使用多种测试仪器，经常需要更换信号电缆或测试管路，而传统的密封接头多为永久式连接，不易拆卸，难以满足要求[10]。因此，设计具有较宽耐动压范围的快捷密封接头具有显著的工程实用价值。
1 密封接头的技术方案
本密封接头包括底座、5个相同的O型密封垫和压丝。其中，底座是由钢质材料制成的中间留有圆形通孔的圆柱体支撑底座。该底座由直径不同的两部分圆柱腔体组成，小头用来连接底座和压力容器，大头用来连接压丝，O型密封垫起到密封的吸振作用。底座小头外直径为d，长度为0.9d，大头外直径为1.5d，长度为2d。底座腔体由直径为1.2d的内螺纹孔和0.6d的光孔组成，两孔相连，其中内螺纹孔置于大头一侧，孔深1.5d；光孔置于小头一侧，孔深1.4d。底座总长为2.9d。O型密封垫是由高弹性和大韧性材料制成的5个相同的中心开有过线圆孔的圆形密封垫叠加而成，密封垫外径为底座小头外直径d的1.2倍，厚度为0.2d；密封垫上预切有3个直径分别为0.4d、0.5d、0.6d的同心圆槽，可根据电缆直径切出所需大小的过线圆孔，并通过其弹性和韧性特性解决接头内外部的密封和抵抗动态压力问题。压丝是由钢质材料制成的中间留有圆形通孔的圆柱体螺栓，压丝总长为底座小头外直径d的1.7倍，六方头外接圆直径为2.08d，厚度为0.5d，螺杆部分制有直径为1.2d的外螺纹，用来连接底座，螺纹长度1.25d；中轴线位置留有直径为0.6d的通孔，以使电缆线通过压丝。密封接头各部件之间的连接方式为：压丝与底座之间通过螺纹连接，O型密封垫置于压丝与底座内螺纹孔底部端面之间，并通过压丝与底座之间的螺纹拉紧力挤压定位。密封接头各部件及其连接方式如图1所示。
为了证明本设计的有益效果，进行密封接头的静态和动态压力试验，对本设计的密封性、绝缘性、重复使用性和安装快捷性检验。
本应用实例的底座是由Q235材料制成的中間留有圆形通孔的圆柱体支撑底座。该底座由直径不同的两部分圆柱体组成，总长为58mm，大头直径为30mm，长度为40mm，中轴线位置制有M24内螺纹，螺纹长度25mm；小头直径为20mm，长度为18mm，中轴线位置留有直径为12mm的通孔。压丝是由Q235材料制成的中间留有圆形通孔的圆柱体螺栓，压丝总长为35mm，六方头直径为41.6mm，厚度为10mm，螺杆部分制有M24外螺纹，螺纹长度25mm；中轴线位置留有直径为12mm的通孔。O型密封垫是由丁腈橡胶材料制成的5个叠加在一起的相同的圆环形密封垫，密封垫外径为24mm，厚度为4mm，密封垫上预切有3个直径分别为8mm、10mm、12mm的同心圆槽。
在本实施例中，首先，将底座焊接在球型压力容器侧壁上，然后，将电缆线从底座、O型密封垫和压丝的通孔穿过，底座和压丝通过螺纹连接，底座和压丝中间放置O型密封垫，并利用螺纹的拉紧力形成的机械挤压使O型密封垫变形抱紧电缆线同时挤紧底座内腔，见图2。
将此设计的密封接头在风洞洞壁进行安装后，按照要求进行静态和动态两种情况下的打压和保压试验。先将压力升至3个大气压，未发现异常或泄漏，继续以每级0.5个大气压逐级升压，并每级稳压3min，直至升至5.5个大气压压力，稳压10min，最后，以发泡剂和压力表检查整个试验系统，两种情况下均未发现可见泄漏，容器内压力没有明显下降，表现出良好的密封性和较宽的耐动压范围。
由于采用了橡胶密封，加之电缆线本身也有绝缘层保护，因此，此设计在试验中没有出现电流泄露现象，电缆先传输的信号没有衰减，表现出良好的电绝缘性。
本文设计的密封接头安装简单快捷，平均安装时间为10s，同时，由于橡胶为高韧性材料，拆卸后密封垫基本没有损坏，还可以重复使用，总体上表现出较好的重复性和快捷性。
3 结论
文章采用的技术方案，通过利用螺纹的拉紧力形成的机械挤压使O型密封垫变形抱紧电缆线同时挤紧底座内腔，解决了电缆线通过压力容器侧壁的密封问题。经试验验证，本文设计的密封接头具有较宽的耐动压范围和良好的密封性、绝缘性、重复使用性和安装快捷性，有效地解决了压力容器连通和密封的矛盾，为压力容器的密封引线提供了一种新的技术手段。
参考文献
[1]刘海静，王宏杰，柯琳，等.高压密封接头设计与应用[J].维修与改进，2009，36（6）：76-77.
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[6]祝绪斌.锅炉水压试验管接头密封的易拉结构[J].工业锅炉，1997（4）：40-41.
[7]杜婷婷.快插接头在气制动系统中的应用[J].电子工业专用设备，2006（4）：59-61.
[8]喻国生，阮媛，董茜娟，等.某型飞机油箱电缆插座接头密封技术[J].洪都科技，2008（2）：41-47.
[9]唐建光，樊桂萍.一种新型高压、高速旋转接头结构的研究及分析[J].液压气动与密封，2008（3）：50-52.
[10]韦义纲，一种调节阀快速接头新型密封件的改进设计[J].装备制造技术，2009（9）：162-163.