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)

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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