一種新型高壓信號(hào)引出裝置的可靠性設(shè)計(jì)
引言
壓力釜可廣泛應(yīng)用于石油化工、能源工業(yè)、科研和軍工等領(lǐng)域,而且可靠安全、性能穩(wěn)定的壓力釜受到市場(chǎng)的高度關(guān)注,這就對(duì)壓力釜每個(gè)部件的可靠性提出了很高的要求。高壓信號(hào)引出裝置是壓力釜中較為關(guān)鍵的部件,其作用是將釜體內(nèi)部壓力采集并傳輸至釜體外,以便及時(shí)檢測(cè)和控制壓力釜的內(nèi)部壓力。因此,高壓信號(hào)引出裝置的質(zhì)量可靠性直接決定著壓力釜的質(zhì)量可靠性?,F(xiàn)有的高壓信號(hào)引出裝置在設(shè)計(jì)方面存在問(wèn)題,使得其可靠性和成品率不高。從產(chǎn)品可靠性和經(jīng)濟(jì)效益等方面考慮,研發(fā)新型可靠的高壓信號(hào)引出裝置顯得尤為重要。
1高壓信號(hào)引出裝置現(xiàn)狀
1.1高壓信號(hào)引出裝置的工作環(huán)境
根據(jù)壓力釜的設(shè)計(jì)要求,高壓信號(hào)引出裝置直徑尺寸為巾40?巾80,外部工作環(huán)境壓力為210MPa,溫度為200°C,高壓信號(hào)引出裝置內(nèi)部元器件在220V電壓下工作。高壓信號(hào)引出裝置在高溫度、高壓強(qiáng)工況環(huán)境下實(shí)現(xiàn)連接和密封。
1.2高壓信號(hào)引出裝置的結(jié)構(gòu)
高壓信號(hào)引出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。它由接頭體、O型密封圈、芯柱、接線柱、導(dǎo)管等組成。其中,連接頭與芯柱采用氬弧焊焊接,接線柱與芯柱采用銀焊封接。高壓信號(hào)引出裝置左端通過(guò)螺紋和O型密封圈與壓力釜進(jìn)行密封連接。
圖1高壓信號(hào)引出裝置結(jié)構(gòu)示意圖
1.3存在的問(wèn)題
原來(lái)的高壓信號(hào)引出裝置往往存在如下問(wèn)題:
容易發(fā)生絕緣電線頭脫落和軋斷電線的現(xiàn)象。高壓信號(hào)引出裝置中有多個(gè)焊線柱,分別通過(guò)絕緣線與變壓器、絕緣骨架等相連。高壓信號(hào)引出裝置與壓力釜通過(guò)螺紋的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行連接,使得焊接在焊線柱上的絕緣線發(fā)生扭轉(zhuǎn),容易導(dǎo)致焊線頭扭斷脫落;絕緣線在連接前留有一定的富余量,在連接過(guò)程中,絕緣線容易被螺紋軋斷。
氬弧焊焊接部分密封可靠性不高。從生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看,氬弧焊密封焊接的成品率只有50%。
接線柱容易損壞,造成高壓信號(hào)引出裝置泄漏。接線柱是由薄壁陶瓷管與鉛絲通過(guò)高頻封接而成的,它與芯柱采用銀焊焊接實(shí)現(xiàn)密封。在儀器生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中,由于搬運(yùn)、振動(dòng)或人為因素容易造成陶瓷管破損或銀焊處的損壞,造成漏氣,導(dǎo)致整個(gè)高壓信號(hào)引出裝置報(bào)廢。
導(dǎo)管的密封性差。在高壓信號(hào)引出裝置調(diào)試過(guò)程中,導(dǎo)管反復(fù)受到高溫、高壓介質(zhì)的沖擊,造成密封圈變形,導(dǎo)致導(dǎo)管泄漏,使高壓信號(hào)引出裝置報(bào)廢。從生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看,導(dǎo)管的成品率約有40%。
高壓信號(hào)引出裝置成品率較低。由于高壓信號(hào)引出裝置的密封性差,部件可靠性低,嚴(yán)重影響了高壓信號(hào)引出裝置的成品率。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,成品率只有20%?30%。
單件高壓信號(hào)引出裝置的成本較高。一方面芯柱的焊接屬于銀焊外協(xié)加工件,加工周期長(zhǎng)、成本高;另一方面單個(gè)芯柱損壞后的不可修復(fù)性造成整個(gè)高壓信號(hào)引出裝置的整體報(bào)廢,加大了生產(chǎn)成本,延長(zhǎng)了加工周期。
2新型高壓信號(hào)引出裝置的設(shè)計(jì)
對(duì)現(xiàn)有高壓信號(hào)引出裝置存在的問(wèn)題進(jìn)行分析可以得出,其可靠性低的主要原因是高壓信號(hào)引出裝置的密封性較差和零部件互換性差。為此,在高壓信號(hào)引出裝置的設(shè)計(jì)中采用互換性較高的密封塞和導(dǎo)管。其主要設(shè)計(jì)思想:一是采用標(biāo)準(zhǔn)密封塞替代銀焊焊接的陶瓷接線柱;二是采用可分離式芯柱結(jié)構(gòu)解決芯柱和連接頭的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題;三是采用新型可靠的導(dǎo)管和壓套;同時(shí)也優(yōu)化設(shè)計(jì)了套管結(jié)構(gòu)。
通過(guò)以上方法,提高了密封接頭體的無(wú)故障性、耐久性和可維修性,從而確保高壓信號(hào)引出裝置的可靠性。
2.1密封塞的可靠,性實(shí)驗(yàn)
密封塞的可靠性對(duì)高壓信號(hào)引出裝置,乃至整個(gè)壓力釜都具有重要作用。為了獲得高可靠性的密封塞,通過(guò)分析、比較現(xiàn)有市場(chǎng)上的密封塞產(chǎn)品,選取了一種技術(shù)資料數(shù)據(jù)適合壓力釜工況的密封塞,對(duì)該密封塞開(kāi)展可靠性實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)表1~表3)。表1~表3是隨機(jī)抽取的30個(gè)密封塞樣品,以5個(gè)密封塞為l組,進(jìn)行了6個(gè)批次的可靠性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分4個(gè)步驟:
在常溫常壓和200。。常壓條件下進(jìn)行電絕緣性能實(shí)驗(yàn);
在裝有密封塞的密閉容器中充入210MPa的高溫導(dǎo)熱油,在常溫和200保溫1h后分別用不同的檢測(cè)試劑進(jìn)行密封性檢測(cè);
觀察密封塞經(jīng)過(guò)高溫高壓后的外觀表象;
對(duì)經(jīng)過(guò)高溫高壓后的密封塞再進(jìn)行常溫常壓電絕緣性能實(shí)驗(yàn)。
表1到表3所列是其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
表1密封塞電絕緣性能實(shí)驗(yàn)
分組編號(hào) |
密封塞數(shù)量一 |
電絕緣常溫常壓 |
性能 20MC常壓 |
1 |
5 |
良好 |
良好 |
2 |
5 |
良好 |
良好 |
3 |
5 |
良好 |
良好 |
4 |
5 |
良好 |
良好 |
5 |
5 |
良好 |
良好 |
6 |
5 |
良好 |
良好 |
表2密封塞密封性能實(shí)驗(yàn) |
|||
分組編號(hào) |
密封塞 密封性能檢測(cè)(210M |
a,高溫導(dǎo)熱油) |
|
數(shù)量 |
常溫 |
200C保溫1h后 |
|
1 |
5 |
無(wú)泄漏 |
無(wú)泄漏 |
2 |
5 |
無(wú)泄漏 |
無(wú)泄漏 |
3 |
5 |
無(wú)泄漏 |
無(wú)泄漏 |
4 |
5 |
無(wú)泄漏 |
無(wú)泄漏 |
5 |
5 |
無(wú)泄漏 |
無(wú)泄漏 |
6 |
5 |
無(wú)泄漏 |
無(wú)泄漏 |
表3高溫高壓后密封塞電絕緣性能實(shí)驗(yàn) |
|||
分組編號(hào) |
密封塞數(shù)量 |
外觀檢查 |
電絕緣性能 |
常溫常壓 |
|||
1 |
5 |
^好 |
差 |
2 |
5 |
完好 |
差 |
3 |
5 |
完好 |
差 |
4 |
5 |
完好 |
良好 |
5 |
5 |
完好 |
良好 |
6 |
5 |
完好 |
良好 |
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以高溫導(dǎo)熱油為實(shí)驗(yàn)介質(zhì),在200。頃210MPa、保溫保壓1h后密封塞無(wú)泄漏;在常溫常壓、200°C常壓、高溫高壓實(shí)驗(yàn)后,密封塞的絕緣膠外觀完好,電絕緣性能良好,合格率為100%。由此可以得出結(jié)論:密封塞能夠較好滿足高壓信號(hào)引出裝置工況。
2.2新型高溫信號(hào)引出裝置的可靠性設(shè)計(jì)
本文所研制的新型高壓信號(hào)引出裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由套管、O型密封圈、密封引線插頭、插座、密封塞、壓套、導(dǎo)管和密封墊等組成。
圖2中,套管是新型高壓信號(hào)引出裝置的主要零件,需要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度核算;套管底部容易形成應(yīng)力集中,故在底部采用適當(dāng)?shù)膬?nèi)斜角結(jié)構(gòu),以減少應(yīng)力集中。
本設(shè)計(jì)采用分離式芯柱結(jié)構(gòu),以避免芯柱與套管在密封連接過(guò)程中的相對(duì)靜止,同時(shí)也解決了高壓信號(hào)引出裝置和壓力釜在裝配和拆卸過(guò)程中的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題,并可避免高壓信號(hào)引出裝置密封塞上的引線被扭斷脫落。O型圈密封方式也避免了原來(lái)的氬弧焊工藝,提高了整個(gè)裝置的可靠性,降低了工藝復(fù)雜性。
紫銅密封墊的使用保證了套管與壓力釜間密封的可靠性。
3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.1高壓密封性實(shí)驗(yàn)
將高壓信號(hào)引出裝置與壓力釜連接后,加熱至200。。并增壓至210MPa,進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:釜內(nèi)壓力變化為零,密封性良好;新型高壓信號(hào)引出裝置外觀沒(méi)有變形和裂紋等現(xiàn)象。
3.2電絕緣,性能實(shí)驗(yàn)
開(kāi)展密封塞的電絕緣性能實(shí)驗(yàn)。在200。。高溫條件下,以100個(gè)密封塞為樣件,進(jìn)行200V的電絕緣檢測(cè)篩選,合格99件,合格率達(dá)到95%以上,符合壓力釜元器件選用標(biāo)準(zhǔn)。
4結(jié)語(yǔ)
新型高壓信號(hào)引出裝置解決了密封性差的問(wèn)題,改善了連接過(guò)程中絕緣導(dǎo)線容易損壞的狀況,提高了產(chǎn)品的可靠性和成品率。而新材料、新產(chǎn)品的運(yùn)用,則簡(jiǎn)化了部件的加工工藝,縮短了生產(chǎn)周期,提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。
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