核电设备及管口的快速机械密封装置论文和设计-袁骞

全文摘要

本实用新型提供一种管口的快速机械密封装置，前挡板和后挡板分别连接在支撑柱的前端和后端，前挡板的后侧面、后挡板的前侧面以及支撑柱的外周面共同限定密封气囊的安装空间，密封气囊在安装空间内环绕支撑柱的外周面设置；在该快速机械密封装置的工作状态下，密封气囊受充气而膨胀形成筒形形状，而筒形形状的内周面通过支撑柱的外周面进行支撑和限位，筒形形状的前端面和后端面分别通过前挡板和后挡板进行支撑和限位，筒形形状的外周面具有多个环向凸起，通过多个环向凸起挤压管口的内壁，以达到密封管口的效果。本实用新型还提供一种包括上述快速机械密封装置的核电设备。上述快速机械密封装置结构简单，拆装方便。

主设计要求

1.一种管口的快速机械密封装置，其特征在于，包括前挡板、支撑柱、后挡板以及密封气囊，所述前挡板和所述后挡板分别连接在所述支撑柱的前端和后端，所述前挡板的后侧面、所述后挡板的前侧面以及所述支撑柱的外周面共同限定所述密封气囊的安装空间，所述密封气囊在所述安装空间内环绕所述支撑柱的外周面设置；在该快速机械密封装置的工作状态下，所述密封气囊受充气而膨胀形成筒形形状，而所述筒形形状的内周面通过所述支撑柱的外周面进行支撑和限位，所述筒形形状的前端面和后端面分别通过所述前挡板和所述后挡板进行支撑和限位，所述筒形形状的外周面具有多个环向凸起，通过所述多个环向凸起挤压所述管口的内壁，以达到密封所述管口的效果。

设计方案

1.一种管口的快速机械密封装置，其特征在于，包括前挡板、支撑柱、后挡板以及密封气囊，所述前挡板和所述后挡板分别连接在所述支撑柱的前端和后端，所述前挡板的后侧面、所述后挡板的前侧面以及所述支撑柱的外周面共同限定所述密封气囊的安装空间，所述密封气囊在所述安装空间内环绕所述支撑柱的外周面设置；

在该快速机械密封装置的工作状态下，所述密封气囊受充气而膨胀形成筒形形状，而所述筒形形状的内周面通过所述支撑柱的外周面进行支撑和限位，所述筒形形状的前端面和后端面分别通过所述前挡板和所述后挡板进行支撑和限位，所述筒形形状的外周面具有多个环向凸起，通过所述多个环向凸起挤压所述管口的内壁，以达到密封所述管口的效果。

2.如权利要求1所述的快速机械密封装置，其特征在于，在所述密封气囊未装入管口且充气压力为一个大气压时，所述多个环向凸起的外周缘位于同一个圆锥面上，所述多个环向凸起的外周缘沿从前往后的方向半径依次减少。

3.如权利要求2所述的快速机械密封装置，其特征在于，所述圆锥面的锥角小于2度。

4.如权利要求1所述的快速机械密封装置，其特征在于，所述前挡板的后侧面或者所述后挡板的前侧面的外周边分别为圆角。

5.如权利要求1所述的快速机械密封装置，其特征在于，所述前挡板的后侧面或者所述后挡板的前侧面具有用于与所述密封气囊接触的环形凸纹。

6.如权利要求1所述的快速机械密封装置，其特征在于，所述前挡板的后侧面或者所述后挡板的前侧面的表面粗糙度不大于12.5。

7.如权利要求1所述的快速机械密封装置，其特征在于，所述密封气囊为不含卤族元素的橡胶材料。

8.如权利要求1所述的快速机械密封装置，其特征在于，所述前挡板设置有对应所述密封气囊的充气接口、放气接口或测压接口的通孔。

9.如权利要求1所述的快速机械密封装置，其特征在于，所述前挡板或所述后挡板具有带外螺纹的螺纹管，所述支撑柱带内螺纹，所述螺纹管与所述支撑柱螺纹连接。

10.一种核电设备，具有设备内腔以及与设备内腔相连的接管，所述设备内腔充氮并维持压力小于0.08MPa，所述接管的管口内直径大于150mm，所述管口通过密封装置密封，其特征在于，所述密封装置为如权利要求1至9中任一项所述的快速机械密封装置。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及核电设备，特别地，涉及可以用于核电设备的管口的快速机械密封装置。

背景技术

核电设备完工后，要求在贮存、运输阶段对设备内腔进行充氮，并维持低压（压力小于0.05MPa），以保护设备内腔零部件防止其锈蚀。而设备设计方往往不接受采用焊接闷盖的方式进行接管密封，这样对设备的中大口径管口就需考虑采用非焊接的机械式密封。

常见的中大口径管口的低压机械密封一般结构较为复杂，零件种类和数量均较多，安装过程也较麻烦。

如公开号为CN202674701U的实用新型专利就公开了此类管口密封结构，该管口密封结构包含密封盖、若干O形圈、若干压盖以及若干紧固件；密封盖设置在管口外端面，若干压盖按照从下至上顺序设置在密封盖上，密封盖与压盖之间的接触面上设置有密封槽，压盖与压盖之间的接触面上也设置有密封槽，每个密封槽内设置一个O形圈，若干紧固件穿过压盖，施加预紧力，使O形圈与接管内壁产生压力而达到密封，并以O形圈与接管内壁的静摩擦力平衡介质内压引起的轴向力。该管口密封结构在管口外端内侧装配密封盖、O形圈、压盖、紧固件等零件，施加螺栓预紧力，使O形圈与管口内侧壁产生压力而达到密封，并以密封圈与管口内侧壁的静摩擦力平衡介质内压引起的轴向力。其零件种类和数量均较多，安装过程也较麻烦。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单的管口机械密封装置，特别是提供一种与这种大口径管口设计对应的快速机械密封结构。

本实用新型提供一种管口的快速机械密封装置，包括前挡板、支撑柱、后挡板以及密封气囊，所述前挡板和所述后挡板分别连接在所述支撑柱的前端和后端，所述前挡板的后侧面、所述后挡板的前侧面以及所述支撑柱的外周面共同限定所述密封气囊的安装空间，所述密封气囊在所述安装空间内环绕所述支撑柱的外周面设置；在该快速机械密封装置的工作状态下，所述密封气囊受充气而膨胀形成筒形形状，而所述筒形形状的内周面通过所述支撑柱的外周面进行支撑和限位，所述筒形形状的前端面和后端面分别通过所述前挡板和所述后挡板进行支撑和限位，所述筒形形状的外周面具有多个环向凸起，通过所述多个环向凸起挤压所述管口的内壁，以达到密封所述管口的效果。

在一个实施方式中，在所述密封气囊未装入管口且充气压力为一个大气压时，所述多个环向凸起的外周缘位于同一个圆锥面上，所述多个环向凸起的外周缘沿从前往后的方向半径依次减少。

在一个实施方式中，所述圆锥面的锥角小于2度。

在一个实施方式中，所述前挡板的后侧面或者所述后挡板的前侧面的外周边分别为圆角。

在一个实施方式中，所述前挡板的后侧面或者所述后挡板的前侧面具有用于与所述密封气囊接触的环形凸环。

在一个实施方式中，所述前挡板的后侧面或者所述后挡板的前侧面的表面粗糙度不大于12.5。

在一个实施方式中，所述密封气囊为不含卤族元素的橡胶材料。

在一个实施方式中，所述前挡板设置有对应所述密封气囊的充气接口、放气接口或测压接口的通孔。

在一个实施方式中，所述前挡板或所述后挡板具有带外螺纹的螺纹管，所述支撑柱带内螺纹，所述螺纹管与所述支撑柱螺纹连接。

本实用新型还提供一种核电设备，具有设备内腔以及连接设备内腔的接管，所述设备内腔充氮并维持压力小于0.08MPa，所述接管的管口内直径大于150mm，所述管口通过密封装置密封，所述密封装置为上述的快速机械密封装置。

上述管口的机械密封装置结构简单，零件数量少。而且可以反复拆装，重复使用。而且密封效果理想，管口内径的增加对密封性能的影响不明显，结构通用性强。此外，上述管口的快速机械密封装置特别适用于大口径管口设计对应的快速机械密封结构。还有，上述管口的快速机械密封装置通用性强，可以根据接管内径、长度和保压压力大小，灵活确定密封气囊的长度、装置结构尺寸，提供足够的密封性能。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是快速机械密封装置设置于管口的结构示意图。

图2是密封气囊处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。

例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的示例中重复附图标记和\/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和\/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

图1和图2示例性地示出了快速机械密封装置10的结构。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。快速机械密封装置10设置于管口20。图示实施方式中，快速机械密封装置10是以图1中的中心轴线L0旋转对称的回转结构。但是，在另一实施方式中，快速机械密封装置10可以并非旋转对称的结构，例如，管口20可以是横截面为椭圆形或方形的管口，此时，快速机械密封装置10的横截面也相应地为椭圆形或方形。

快速机械密封装置10可以应用于核电设备中。例如，核电设备具有设备内腔，设备内腔充氮并维持压力小于0.08MPa，优选地，小于0.05MPa。充氮压力视项目或设备而定，在此仅为示例，不应对本专利保护构成限制。

设备内腔具有接管，管口20即是该接管的管口，管口20的内直径大于150mm。管口20可以通过快速机械密封装置10来密封。下面会以核电设备作为背景进行描述，但是并不构成对快速机械密封装置10的应用环境的限制，只是作为示例，快速机械密封装置10可以用于任何可以应用的环境中。

参见图1，快速机械密封装置10包括前挡板1、支撑柱2、后挡板4以及密封气囊3。前挡板1、后挡板4中以及以下描述中使用的前、后是相对于设备内腔而言的，前指的是远离设备内腔（或者，靠近以OU示出的外侧）的一侧，后指的是靠近设备内腔（也即，靠近以IN示出的里侧）的一侧。

前挡板1和后挡板4分别连接在支撑柱2的前端和后端。前挡板1的后侧面、后挡板4的前侧面以及支撑柱2的外周面共同限定密封气囊3的安装空间S，密封气囊3在安装空间S内环绕支撑柱2的外周面设置。图示实施方式中，支撑柱2为中空圆筒形结构，在另一实施方式中，支撑柱2可以是实心圆柱体结构。而且，“外周面”的表述并不限制成支撑柱2的横截面必须是圆形的，支撑柱2的横截面可以并非圆形，而是椭圆形或者方形等等，此时，支撑柱2的外周面也即绕着支撑柱2的横截面的外轮廓的外表面。设置前挡板1和后挡板4，可以避免密封气囊3向对接管密封无用的轴向方向（也即，图1中的左右方向）膨胀。设置支撑柱2，可以为密封气囊3提供支撑、加强密封气囊3的结构稳定性，此外，还能较好提升密封气囊3的密封性能，并大幅减少密封气囊3需充气的空间，缩短密封气囊3的充气时间。

图1和图2皆示出的是快速机械密封装置10的工作状态。在快速机械密封装置10的该工作状态下，密封气囊3受充气而膨胀形成筒形形状，密封气囊3膨胀形成的筒形形状的内周面31通过支撑柱2的外周面进行支撑和限位。密封气囊3的筒形形状的前端面和后端面分别通过前挡板1和后挡板4进行支撑和限位。通常，前端面和后端面的大部分区域与前挡板1和后挡板4接触，即前端面和后端面的超过50%的区域，例如，优选地，超过80%且小于100%，更优选地，90%左右的区域。

密封气囊3的长度和外形可以根据管口20（或者接管）的结构、尺寸及核电设备的保压压力大小进行调整。而前挡板1、后挡板4和支撑柱2的结构尺寸，可以根据确定后的密封气囊3的尺寸相应地修改。快速机械密封装置10除了密封气囊3以外的其他结构件诸如前挡板1、后挡板4和支撑柱2等可以不与接管接触，可以避免对设备内腔的污染。

密封气囊3的筒形形状的外周面具有多个环向凸起33，通过多个环向凸起33挤压管口20的内壁201，以达到密封管口20的效果。通过充气，使密封气囊3没有限位的环向凸起33膨胀并挤压管口20的内壁201，密封气囊3的前端面和后端面分别挤压限位的前挡板1的后端面和后挡板4的前端面，以实现管口20的密封。设置多个环向凸起33，可以增强密封气囊3的摩擦面，增强密封气囊3的密封效果。

在密封气囊3未装入接管，且充气压力为一个大气压时，多个环向凸起33的外周缘位于同一个圆锥面L1上，圆锥面L1在图2中显示为虚线。多个环向凸起33的外周缘沿从前往后的方向半径依次减少。在快速机械密封装置10的工作状态下，对于等内直径的接管密封气囊3，密封气囊3的外周缘被压在同一个圆柱面L2上，圆柱面L2在图2中显示为实线，该实线与接管的内壁201重合。

图2示出的是快速机械密封装置10的工作状态。环向凸起33的外周缘在图2中示出为环向凸起33的最上侧的点，例如，第一点33a、第二点33b。图2中同时在圆锥面L1所在的虚线上示出了密封气囊3未装入接管且充气压力为一个大气压时的外周缘，例如，第三点330a、第四点330b，分别对应装入接管后的第一点33a、第二点33b。密封气囊3未装入接管且充气压力为一个大气压时，多个环向凸起33的外周缘沿从前往后的方向半径依次减少，也即，以第三点330a、第四点330b为例，位于较前侧的第三点330a距离中心轴线L0的第三半径Ra大于位于较后侧的第四点330b距离中心轴线L0的第四半径Rb。密封气囊3未装入接管且充气压力为一个大气压时的外周缘所在的圆锥面L1与中心轴线L0或者内壁201或者圆柱面L2之间的夹角为锥角θ，这样，以位于最后侧（也即最内侧）的环向凸起33的外周缘为基准，从后向前（也即，从内向外）依次逐级加重密封功能，密封效果更好。密封气囊3未装入接管且充气压力为一个大气压时，多个环向凸起33的外周缘所在的圆锥面的锥角θ可以小于2度，例如，1度左右。上述半径例如第三半径Ra、第四半径Rb和锥角θ等数值均为在密封气囊3未装入接管且密封气囊3内部充气压力为1个大气压的情况下测得的。

前挡板1的后侧面的外周边或者后挡板4的前侧面的外周边可以分别为圆角，例如图2中示出的前倒圆11a、后倒圆41a。这样可以防止密封气囊3膨胀时前挡板1或者后挡板4对密封气囊3的剐蹭。

前挡板1的后侧面或者后挡板4的前侧面可以具有用于与密封气囊3接触的环形凸纹（图中未示出）。例如，前挡板1的后侧面可以通过机加工的方式设置多圈环形凸纹，这样可以在密封气囊3膨胀时更好地对密封气囊3进行限位和密封。前挡板1的后侧面或者后挡板4的前侧面的表面粗糙度可以不大于12.5，保证与密封气囊3的良好接触。

密封气囊3可以是不含卤族元素的橡胶材料，这样可以极大地降低密封装置对核电设备的接管材料污染的可能性。密封气囊3还可以选用延展性和耐磨性好的橡胶材料，以利于气囊膨胀，并且增加使用寿命。前挡板1、后挡板4和支撑柱2可以采用轻质金属材料诸如铝合金材料，以减轻整个密封装置的重量。

参见图1，前挡板1可以设置有对应密封气囊3的充气接口、放气接口或测压接口的通孔。例如，图1中，前挡板1的第一通孔12可以对应密封气囊3的充气接口、测压接口，从而可以从外侧对密封气囊3进行充气或者测压，而前挡板1的第二通孔13可以对应密封气囊3的放气接口，从而从密封气囊3中放气。

前挡板1或后挡板4可以分别具有带外螺纹的螺纹管，分别是前螺纹管14、后螺纹管44，而支撑柱2带内螺纹，螺纹管可以与支撑柱2螺纹连接。例如，前挡板1或后挡板4的螺纹管可以分别通过间断焊而与前挡板1或后挡板4的板体焊接成一体。前挡板1或后挡板4的外螺纹以及支撑柱2的内螺纹可以选取粗牙螺纹，从而增强前挡板1或后挡板4与支撑柱2的连接处承受拉力的能力以及便于安装、拆卸。前挡板1的前侧或者后挡板4的后侧还可以分别设置有把手，例如，前把手15、后把手45。

快速机械密封装置10可以如下地安装使用：

1、完成接管内外的油污去除等清洁工作，做好接管密封安装的准备。

2、将前挡板1与支撑柱2通过前螺纹管14旋紧、连接好；安装密封气囊3，并使密封气囊3的测压、放气接口和充气接口与前挡板1上的相应通孔如第一通孔12、第二通孔13对应放置；握住后把手45拧紧后挡板4，此时前挡板1、后挡板4不能压到密封气囊3的前端面和后端面，应留有少量的间隙。

3、将安装好密封气囊3（未充气）的快速机械密封装置10放置在管口20的内径的合适位置处，前挡板1、后挡板4均不超出接管密封区域的前后端面。

4、给密封气囊3充气，密封气囊3内外的压力差使密封气囊3膨胀，而密封气囊3的内周壁及前后两侧的大部分区域均已通过支撑柱2、前后挡板结构进行了支撑和限位，密封气囊3的环向凸起33向管口20的内壁方向膨胀，挤压管口20的内壁，达到密封接管的效果，在充气过程中观察和确保前挡板1未支撑的区域膨胀凸出的气囊长度未超出限定尺寸，又或者观察密封气囊3上连接的压力测量表，直至达到预定压力后停止充气，最后观察和确认装置的密封效果。

5、当核电设备恢复常压后，如需从接管中取出快速机械密封装置10，则在打开气囊放气阀前拉好前挡板1的前把手15，防止快速机械密封装置10在放气时被释放出的气体推入核电设备内部。密封气囊3放气至常压后，取出快速机械密封装置10。

采用上述快速机械密封装置10，可以根据接管的结构（尤其是接管的内直径尺寸、可放置气囊区域的长度）和保压压力大小，灵活选用合适的气囊长度、密封结构尺寸，以提供足够的接管密封性。

上述快速机械密封装置10结构简单，零件数量特别少；易拆装，无需拆装工具，安装时间也非常短；密封效果好，尤其对于保压压力小于0.05MPa，内直径大于Φ150的等内直径接管的密封。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

设计图

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