CN102519548B - 一种无焊缝自密封电接点传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无焊缝自密封电接点传感装置，包括芯杆、绝缘管、中部设有凸台的根管、A石墨环、B石墨环、绝缘垫、弹簧垫、A螺母、普通瓷管、B螺母和接线螺母；绝缘管、根管、绝缘垫、弹簧垫依次套装在芯杆的圆杆上，且A石墨环置于芯杆的台阶环槽内，B石墨环套装在绝缘管右端的凸管上并置于根管左端的扩孔内，绝缘垫嵌在根管右端的扩孔里，并通过A螺母压紧弹簧垫；普通瓷管套装在芯杆上，并通过B螺母将其压紧在A螺母和B螺母之间。本发明提供的装置，其绝缘、连接及自紧迷宫式柔性密封可靠性高，使用寿命长，辅之以电接点与测量筒固定座间的自密封电极组件技术，可使传感可靠性接近或高于取样、电测两环节的可靠性。

Description

一种无焊缝自密封电接点传感装置

技术领域

本发明涉及热工测量技术，尤其涉及高压锅炉汽包的电接点水位计测量技术，具体涉及一种无焊缝自密封电接点传感装置。 

背景技术

电极式水位测量装置俗称电接点水位计，其水位传感装置原理结构是，以带有有专用接地点的测量筒体为接地极，以插入测量筒内部且与接地部件绝缘的芯杆头为传感极，构成电接点传感装置的固定触点，测量筒内部的水柱或汽柱则是接地式动触点。当汽柱、水柱分别触及芯杆，芯杆对地电阻分别为高阻值、低阻值，且差很大。在芯杆及其引线对地绝缘良好前提下，检测芯杆对地阻值便可以准确检测水位。如果绝缘部件损坏或电接点安装组件泄漏，则传感极被泄漏的汽水短路而失效。 

电接点水位计由取样、传感、电测三个环节串联而成。取样测量筒和电测仪表两环节经过数代技术更新，已经实现了高精度、高可靠性的取样和电测，可靠性余量都很大。而电接点传感装置的可靠性却远低于取样、电测两环节，主要原因是，绝缘管件及其与芯杆连接密封寿命短、易泄漏，电接点与测量筒上的固定座之间连接密封不可靠。 

电接点与测量筒上的固定座之间连接密封不可靠问题已经由20世纪90年代中期出现的柔性自密封电极组件技术彻底地解决了，大幅度提高了电接点水位计可靠性。因此，电力行业热工自动化标准化技术委员会于2004-10-20发布的《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》规定：“锅炉汽包至少应配置2套电极式水位测量装置”，以用于水位的监视、报警和停炉保护，由此而确定了电接点水位计的必配仪表地位。如若能彻底解决绝缘管件及其与芯杆连接密封不可靠得问题，那么电接点水位计在汽包水位监控保护系统中功能应用便能进一步扩展。 

国产电接点传感装置的绝缘管件及其连接密封寿命短、易泄露的主要原因在于： 

1、绝缘管材质为高纯氧化铝陶瓷，在高温高压汽、水中的抗腐蚀能力较差。氧化铝陶瓷抗腐蚀能力与陶瓷质量密切相关，而陶瓷质量与原料的纯度、添加剂与配方比例、制坯与烧结方法密切相关，因而不同批次的氧化铝陶瓷绝缘管实际寿命长短差别较大。质量好的氧化铝陶瓷绝缘管用于汽、水品质较好的取样环境，其使用寿命可达2-3年；质量差的氧化铝陶瓷绝缘管用于汽、水取样品质虽较差但仍属合格的取样环境，其抗腐蚀能力迅速下降，使用寿命可低至2-3个月，已成为不可用产品。 

2、氧化铝陶瓷绝缘管与接地极、传感极金属以钎焊方式相连接，工艺较复杂，焊缝薄弱。焊接需要在氧化铝陶瓷绝缘管两端制备金属化涂层作为焊缝基础。涂层边缘因 陶瓷被逐渐腐蚀而掏空，导致焊缝泄漏。钎焊需要以热膨胀系数与氧化铝陶瓷相近的可伐合金瓷封件作为焊接过度件，焊料缠绕于金属化涂层与瓷封件配合部位，在纯氢气炉中高温融化钎焊。如此焊接工艺限制了焊缝厚度与宽度而难于提高焊缝寿命，且易导致焊缝有气孔、表面光洁度差而加快腐蚀。尽管可伐合金与氧化铝陶瓷的热膨胀系数相近，但毕竟有差值，在工作温度剧烈变化时会产生较大的热应力，导致焊缝应力疲劳积累而损坏。 

为了延长氧化铝陶瓷电接点的绝缘管及其密封焊缝寿命，人们已经采用等离子喷涂技术在氧化铝陶瓷绝缘管及其焊缝上制备一层0.1～0.4mm氧化锆涂层，可将绝缘管及其密封焊缝寿命延长到20个月以上。但20个月的密封寿命仍小于锅炉的3年大修周期，与取样、仪表两环节相比，寿命与可靠性仍然偏低过多。另外，喷涂技术设备一次性投资高，技术投资的性价比不高。 

氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷的抗腐蚀能力远强于高纯氧化铝陶瓷，且具有良好绝缘性能，机械性能又接近于钢材，是用于电接点水位计绝缘管的好材料，但问题是我国尚无这两种陶瓷与金属的直接钎焊技术，如采用瓷封件过度焊接需要研制所需的新型合金、钎焊钎料，研究试验新的钎焊工艺等。显然氧化锆或氮化硅电接点水位计价格将比氧化铝电接点昂贵得多。 

高级工程塑料，例如聚四氟乙烯等，其工作温度不能超过250℃，不能用于高温高压电接点的绝缘密封，只能用于高压低温电接点绝缘密封。 

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种无焊缝自密封电接点传感装置，旨在解决高温高压环境中使用的电接点传感装置的绝缘管及其封接不可靠、使用寿命短等问题，使电接点传感环节的可靠性接近或高于取样、电测环节。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 

一种无焊缝自密封电接点传感装置，包括芯杆、绝缘管、根管、A石墨环、B石墨环、绝缘垫、弹簧垫、A螺母、普通瓷管、B螺母和接线螺母；所述芯杆为左端设有柱头的圆杆，柱头右侧内部设有以圆杆为轴的环槽，圆杆的右段设有螺纹；所述的绝缘管两端设有凸管；所述根管的通孔两端设有扩孔，管外中部设有凸台；所述的绝缘管右端凸管的长度和根管左端扩孔的深度皆大于B石墨环的长度；所述的绝缘垫长度大于根管右端扩孔的深度； 

所述A石墨环位于芯杆的环槽内；绝缘管套装在芯杆的圆杆上，且其左端凸管、A石墨环和环槽构成函室密封结构；所述B石墨环套装于绝缘管右端凸管上贴靠凸管台肩部，且位于根管左端扩孔之内，B石墨环右侧贴靠扩孔底部；露出B石墨环的绝缘管右 端凸管头位于根管的通孔之内，则芯杆的圆杆与螺杆位于根管的通孔之内，与根管内壁的间隙为绝缘管右端凸管的壁厚；绝缘垫套装在芯杆上并嵌入根管右端扩孔；A螺母在芯杆螺纹段贴靠挤压绝缘垫，将芯杆、A石墨环、绝缘管、B石墨环、根管、绝缘垫连接紧固成一个传感绝缘承压密封组件；普通瓷管套装在A螺母与B螺母之间的螺杆上；接线螺母在芯杆螺纹的最右端。 

所述绝缘管左端凸管、A石墨环和环槽构成函室密封结构可以设计为：所述芯杆上的环槽为台阶环槽，该环槽由大口环槽衔接小口环槽而成，衔接段呈台阶形；所述绝缘管两端的凸管为外径、长度公称尺寸相等的凸管；所述A石墨环套装在绝缘管左端凸管上后再位于芯杆的大口环槽内；且A石墨环的长度与小口环槽的深度之和大于等于绝缘管左端凸管长度。 

所述绝缘管左端凸管、A石墨环和环槽构成函室密封结构还可以设计为：所述A石墨环与绝缘管左端的外径、内径的公称尺寸相等，且A石墨环的长度小于芯杆上的环槽的深度，A石墨环位于芯杆的环槽内，绝缘管左端至少部分位于芯杆的环槽内。 

优选的，所述A石墨环和B石墨环的径向截面积相等。 

该装置中采用的绝缘管、绝缘垫的材质为机械性能接近钢材，耐高温、耐腐蚀，韧性好，绝缘性能好的氧化物陶瓷或氮化物陶瓷，例如氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷等。 

在该传感装置中，芯杆(传感极)、绝缘管、根管(接地极)是抗压件。绝缘管与芯杆和根管接连采取压力自紧柔性迷宫式密封，密封件为A石墨环、B石墨环。在此迷宫式密封结构中，自抗压点至通大气压点之间的路径为折线，最短路径为石墨环的径向厚度加轴向长度，比普通密封最短路径(仅为石墨环径向厚度)长得多，故本发明传感装置的密封效果好于普通的简单密封。拧紧A螺母间接挤压A石墨环的力是机械预紧密封力，B螺母固定普通瓷管并挤压锁紧A螺母并可稳定机械预紧密封力；密封力除了机械预紧力之外，还有来自容器内部的压力自紧密封力，且自紧密封力随压力升高而增大，压力愈高，密封效果愈好。本发明采用的石墨密封材料具有抗压强度大，耐高温、耐酸碱及耐有机溶剂腐蚀，热膨胀系数小，润滑性、回弹性、可塑性与韧性好等优点。所述A石墨环和B石墨环的内径相等，外径也相等，在受同一个力挤压时内部压强相等，从而避免了由于受压截面差过大，一个石墨环出现过密封破坏回弹性而另一个石墨环出现欠密封的问题。上述几种因素的综合决定了该装置密封可靠，密封寿命长。 

为了保障芯杆的检测传感与输出功能，芯杆与根管之间有一定间隙和绝缘垫隔离，芯杆螺杆上套有普通瓷管。可靠的绝缘密封避免汽、水漏进绝缘间隙，可保证芯杆对地绝缘的可靠性。 

有益效果：本发明提供的无焊缝自密封电接点传感装置，其绝缘及其连接密封的可 靠性高、寿命长，辅之以电接点与测量筒上的固定座之间的自密封电极组件技术，可使电接点水位计的传感可靠性接近或高于取样、电测两环节的可靠性；以简单的压力自紧机械密封连接替代了技术难度大的绝缘陶瓷钎焊，并使电接点传感装置成为整体化的一个元器件，不仅便于制造而且能够实现尺寸的小型化，可直接用于众多已配套自密封固定座的测量筒，拆装方便，利于本发明的推广应用。 

附图说明

图1为现有技术中电接点传感装置的结构示意图； 

图2为本发明的第一实施例结结构示意图； 

图3为本发明的第二实施例结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。 

如图1所示为现有技术的电接点传感装置安装于自密封固定座中的结构示意图。电接点传感装置由芯线1、A瓷封件18、超纯氧化铝陶瓷绝缘管3、B瓷封件19、根管7、普通陶瓷穿线管23和绝缘塞22组成。芯线1依次穿过上述部件，芯线与A瓷封件由银铜合金钎料焊接相连。绝缘管两端带有金属化涂层21。A瓷封件、B瓷封件分别套在绝缘管两端金属化涂层管头上，并由银铜合金钎焊相连接。瓷封件19与根管7由氩弧焊焊接相连；芯线与B瓷封件之间有绝缘间隙；在根管7段内的芯线套有普通陶瓷穿线管23；绝缘塞22套过芯线，尾部塞进根管7。该电接点传感装置安装于自紧密封固定座内，头部插入测量筒内部。 

图2为本发明的结构示意图，并作为第一实施例。相比现有技术，没有采用作为钎焊过度件的A瓷封件18、B瓷封件19连接绝缘管3，而是对电接点传感装置相关部件及其连接做了改进设计，以芯杆为主轴贯穿本装置所有部件：A石墨环2、绝缘管、B石墨环4、根管7、绝缘垫10、弹簧垫11、A螺母12、B螺母15、接线螺母16，采用机械方式连接密封绝缘管3，并实现芯杆对地绝缘。 

本发明所述的芯杆1不仅仅是检测传感极与输出端，还是构成绝缘密封函室和整个装置装配的主件，芯杆1的台阶形环槽与插入环槽的绝缘管3凸管台构成了封闭的、填有A石墨环2的自紧迷宫式环形密封函室，其条件是，除了环槽、凸管台、A石墨环2的径向配合公称尺寸相等外，绝缘管3的凸管长度和芯杆1的大口环槽深度皆大于A石墨环2的长度，且在槽管中等配合公差的情况下，凸管插入小口环槽后的小口环槽深度的可靠余量约为1/2A石墨环2长度。本发明中的根管不单单是传感件的生根部件，还是构成绝缘密封函室的主要部件，其左端扩孔与绝缘管3右端凸管台构成了封闭的、填有B石墨环4的自紧迷宫式环形密封函室，其条件是，除了扩孔、凸管台、B石墨环4 的径向配合公称尺寸相等外，绝缘管3右端凸管长度和根管7左端扩孔的深度皆大于B石墨环4长度。 

芯杆1左端的柱头作为插入测量筒内部的传感极外部，可以是圆柱头部，也可以是六方头结构。作为传感极的芯杆1对地绝缘措施，除了以绝缘管3直接与接地的根管7隔离之外，其它具体措绝缘施有：以绝缘管3、B石墨环4、绝缘垫10支撑定位使芯杆1圆杆与根管7管壁之间有可靠绝缘间隙；以套装在芯杆1圆杆上的绝缘垫10隔离。在本发明装置应用安装在固定座组中，芯杆1螺纹段在空心六角螺钉内部，具体措绝缘施是：螺纹段套装普通瓷管13隔离；在该组件设计中，使A螺母2、弹簧垫11、B螺母4与空心六角螺钉之间有可靠的绝缘间隙。 

图3为本发明技术方案的第二实施例结构示意图。与第一实施例区别在于传感装置头部结构：芯杆1柱头内部的以圆杆为轴的形环槽不是台阶环槽，而是直环槽；绝缘管3左端没有凸管而是直管，管壁头内部设有半圆槽；芯杆1柱头直环槽、A石墨环2与绝缘管3的外径、内径的公称尺寸相等；A石墨环2长度与管壁头半圆槽半径之和小于直环槽的深度；A石墨环2与绝缘管3左端及其半圆槽位于芯杆1直环槽内部。本实施例的A石墨环2壁厚虽然大于B石墨环4壁厚，在同一个力挤压时相较B石墨环4而言会出现欠密封的问题，但由于绝缘管3壁头带有半圆槽，具有迷宫式密封的优点，密封效果仍好于普通密封面。 

所述绝缘管3的材质为氧化锆陶瓷或氮化硅陶瓷，绝缘管按抗压强度计算设计，由陶瓷加工专业厂家批量制造。A石墨环2、B石墨环4由专业厂家批量制造；芯杆1材质为耐腐蚀的不锈钢。芯杆与绝缘管、绝缘垫，根管与绝缘管、绝缘垫的配合公差不能太大，以保证使得芯杆与根管通孔中心的重合精度，继而保证传感极与接地极绝缘可靠性。 

本发明的传感装置的装配如下。首先装配传感绝缘密封组件：先将A石墨环2嵌入芯杆1环槽之内，绝缘管3套在芯杆1上并嵌入芯杆1环槽之内；对于第一实施例，绝缘管3凸管相继嵌入A石墨环2内与小口环槽之内，凸管肩部嵌入大口环槽之内；B石墨环4套装于绝缘管3右端凸管上并贴靠凸管台肩部；根管7套在芯杆1圆杆上，且使根管7左端扩孔套在B石墨环4与绝缘管3右端的凸管台肩部上，并使根管7通孔套在凸管上；缘垫套3装在芯杆1上并嵌入根管7右端扩孔；在绝缘垫10右侧套上弹簧垫11和A螺母12，再在芯杆1的螺杆上拧上一对用于拧紧A螺母12的工艺锁紧螺母，以安全扭矩拧A螺母，将芯杆1、A石墨环2、绝缘管3、B石墨环4、根管7、绝缘垫10、弹簧垫11连接为一体，并同时对A石墨环2、石墨环4进行挤压密封，成为传感绝缘承压密封组件。如果芯杆柱头端部是六方头结构，则拧A螺母12就不必在芯杆1 的螺杆上拧一对工艺锁紧螺母。 

挤压密封所需要的可靠而不损坏螺纹的安全扭矩由试验确定，也就是将装配成一体的电接点装置安装在带有自密封固定座的水压试验容器内，试验求取绝缘密封不泄漏的安全扭矩。 

由附图2所示，电接点传感极位于容器内部，感应极位移的相对死点是根管7，当容器内压力升高使芯杆1圆柱头受到的推力增加，便挤压A石墨环2、B石墨环4而自动加强密封，压力愈高，自密封力愈大，所以对A石墨环2、B石墨环4有一定预紧密封就可以了。 

绝缘管密封组件装配完成后，需拆下芯杆螺纹上的一对工艺性锁母。在芯杆1的螺纹部套上普通瓷管13，以B螺母15将普通瓷管13与传感绝缘承压密封组件连为一体；接线螺母16为连接芯杆1远传引线而设置，拧在芯杆1螺纹的最右端后则完成了本发明装置的装配。 

由于本发明的传感及其密封装置的结构已达到最简单化，能够实现尺寸的小型化，故可直接用于众多已配套自密封固定座6的测量筒5。由附图2所示，本发明的电接点传感装置使用安装与拆卸简单方便。将C石墨环8、衬垫9套装置的本置根管7上，置入固定座6底部，使芯杆1的传感头位于测量筒5内部空间，以防止电接点传感头“挂水”而误检测传感；将空心六角螺钉拧入固定座中，以安全扭矩拧螺钉挤压C石墨环8，实现完成使用安装紧固密封。从固定座6中拆卸出电接点装置很方便，拧出六角头螺钉14，拆下接线螺母16、B螺母15、绝缘穿线管13后，将带孔拆卸挡板套上芯杆1尾部螺纹靠上固定座6端口，拧上B螺母15，可以很轻松地将整个电接点装置拔出固定座。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。 

Claims (5)

1.一种无焊缝自密封电接点传感装置，其特征在于：包括芯杆（1）、绝缘管（3）、根管（7）、A石墨环（2）、B石墨环（4）、绝缘垫（10）、弹簧垫（11）、A螺母（12）、普通瓷管（13）、B螺母(15）和接线螺母（16）；所述芯杆（1）为左端设有柱头的圆杆，柱头右侧内部设有以圆杆为轴的环槽，圆杆的右段设有螺纹；所述的绝缘管（3）两端设有凸管；所述根管（7）的通孔两端设有扩孔，管外中部设有凸台；所述的绝缘管（3）右端凸管的长度和根管（7）左端扩孔的深度皆大于B石墨环（4）的长度；所述的绝缘垫（10）长度大于根管右端扩孔的深度；

所述A石墨环（2）位于芯杆（1）的环槽内；绝缘管（3）套装在芯杆（1）的圆杆上，且其左端凸管、A石墨环（2）和环槽构成函室密封结构；所述B石墨环（4）套装于绝缘管（3）右端凸管上贴靠凸管台肩部，且位于根管（7）左端扩孔之内，B石墨环（4）右侧贴靠扩孔底部；露出B石墨环（4）的绝缘管（3）右端凸管头位于根管（7）的通孔之内，芯杆（1）的圆杆与螺杆位于根管（7）的通孔之内，与根管（7）内壁的间隙为绝缘管（3）右端凸管的壁厚；绝缘垫（10）套装在芯杆（1）上并嵌入根管（7）右端扩孔；A螺母（12）在芯杆（1）螺纹段贴靠挤压绝缘垫（10），将芯杆（1）、A石墨环（12）、绝缘管（3）、B石墨环（4）、根管（7）、绝缘垫（10）连接紧固成一个传感绝缘承压密封组件；普通瓷管（13）套装在A螺母（12）与B螺母（15）之间的螺杆上；接线螺母（16）在芯杆（1）螺纹的最右端。

2.根据权利要求1所述的无焊缝自密封电接点传感装置，其特征在于：所述芯杆（1）上的环槽为台阶环槽，该环槽由大口环槽衔接小口环槽而成，衔接段呈台阶形；所述绝缘管（3）两端的凸管为外径的公称尺寸和长度的公称尺寸分别相等的凸管；所述A石墨环（2）套装在绝缘管（3）左端凸管上并位于芯杆（1）的大口环槽内；且A石墨环（2）的长度与小口环槽的深度之和大于等于绝缘管（3）左端凸管长度。

3.根据权利要求1所述的无焊缝自密封电接点传感装置，其特征在于：所述A石墨环（2）与绝缘管（3）左端凸管的外径的公称尺寸和内径的公称尺寸分别相等，且A石墨环（2）的长度小于芯杆（1）上的环槽的深度，A石墨环（2）位于芯杆（1）的环槽内，绝缘管（3）左端凸管至少部分位于芯杆（1）的环槽内。

4.根据权利要求1所述的无焊缝自密封电接点传感装置，其特征在于：所述A石墨环（2）和B石墨环（4）的径向截面积相等。

5.根据权利要求1所述的无焊缝自密封电接点传感装置，其特征在于：所述绝缘管（3）为氧化物陶瓷或氮化物陶瓷。

Images