CN103345949B - 金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件，包括贯穿件本体、测泄仪表和绝缘组合，贯穿件本体包括一个或多个陶瓷管、一个或多个导体、内承压法兰和外承压法兰，陶瓷管与导体分别一一对应地烧结密封成导体组件，再与内承压法兰和外承压法兰烧结密封成贯穿件本体。内、外承压法兰之间构有一个空腔，通过外承压法兰的内管和连接管、三通阀组及压力表组成测泄仪表。贯穿件本体两端通过压板、压紧盘和瓷瓶等构成绝缘组合。本发明的金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件设计合理，结构简单，金属陶瓷烧结保证高温下的高密封性，结构强度高，能承受高压，稳定性强，安全性高，寿命长。
Description
技术领域
本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件。
背景技术
电气贯穿件用于反应堆内、外设备的电气连接，其不仅要能够长期耐受辐照、腐蚀、高温和老化，保证正常运行条件下的密封及电气连续性，还需要在各种事故工况下满足上述要求。现有的电气贯穿件一般是压水堆核电厂安全壳的电气贯穿件，它包括筒体、筒体两端的端盖和筒体内的若干导线，其结构简单，易于制造，但是这种电气贯穿件却至少有以下缺点：由于其结构强度较差，筒体安装时容易变形；采用有机复合材料密封，耐辐照、腐蚀和高温高压能力差，容易老化，使用寿命短；密封性差，容易泄漏；在连续工作时稳定性较差。
高温气冷堆是安全性更高的第四代先进反应堆。高温气冷堆采用陶瓷包覆颗粒燃料元件，裂变产物不易漏出。高温气冷堆具有热效率高、燃耗低、转换比高等优点。高温气冷堆的另一种安全设计是将运动部件安装在一回路压力壳内，避开了穿轴动密封而采用电气贯穿件的静密封。高温气冷堆一回路用高压氦气作冷却剂，温度高、辐照强，对电气贯穿件提出了更高的要求。
为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案。例如有一项实用新型的高温气冷堆一回路电气贯穿件其结构较为复杂，而且采用了有机复合材料作密封材料，在高温、高压和高辐照的情况下电气贯穿件的密封性将变差，容易泄漏，会导致整个反应堆设备的工作稳定性变差，使用寿命较短。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、密封性好、安全可靠、使用寿命长的高温高压电气贯穿件。
为达到上述目的，根据本发明实施例的金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件，包括：贯穿件本体，所述贯穿件本体包括一个或多个陶瓷管（1）、一个或多个导体（2）、内承压法兰（3）和外承压法兰（4），其中所述陶瓷管（1）与所述导体（2）分别一一对应地烧结密封成导体组件，再与所述内承压法兰（3）及所述外承压法兰（4）烧结成贯穿件本体，所述内承压法兰（3）与外承压法兰（4）的接合面之间构成一个空腔，所述内承压法兰（3）与外承压法兰（4）的接合面间用两个金属密封环（5、6）和第一类螺钉（7）及第一类弹簧垫圈（8）压紧密封，所述内承压法兰（3）上开有两个同心环槽，以便与设备密封安装；测泄仪表，所述测泄仪表与所述贯穿件本体相连，所述测泄仪表包括连接管（10）、三通阀组（11）和压力表（12），通过封焊连接到外承压法兰（4）的内管出口上，通过内孔通到空腔；绝缘组合，所述绝缘组合与所述测泄仪表及所述贯穿件本体相连，所述绝缘组合包括压板（13）、瓷瓶（14）、压紧盘（15）、第二类螺钉（16）和第二类弹簧垫圈（17），其中压板（13）用聚醚醚酮制成，压紧盘（15）用不锈钢制成，瓷瓶（14）的外表面上釉。
在本发明的一个实施例中，所述陶瓷管（1）用95%三氧化二铝烧制成，对其内圆表面和外圆表面作了金属化处理，所述导体（2）用无氧铜制成。
在本发明的一个实施例中，外承压法兰（4）开有两个同心环槽，并在其环槽内安放两个金属密封环（5、6），用第一类螺钉（7）和第一类弹簧垫圈（8）将内承压法兰（3）和外承压法兰（4）压紧密封成法兰组件，法兰组件内构成一个空腔。
在本发明的一个实施例中，陶瓷管（1）与导体（2）烧结成的导体组件和内承压法兰（3）、外承压法兰（4）、金属密封环（5、6）用第一类螺钉（7）及第一类弹簧垫圈（8）压紧密封成的法兰组合二次烧结成贯穿件本体。
在本发明的一个实施例中，在内承压法兰（3）和外承压法兰（4）的接合面间构成一个空腔，通过外承压法兰（4）里的内孔、连接管（10）、三通阀组（11）和压力表（12）通到空腔，用于对电气贯穿件监测气体泄漏率。
与已有技术相比，本发明的金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件的有益效果在于：
1.设计合理，结构简单；
2.陶瓷管将导体与承压法兰烧结而成，保证了高温下的高密封性；
3.法兰结构强度高，能承受高压；
4.金属和陶瓷的烧结确保了高稳定性、高安全性和高寿命。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明的目的是提供一种结构简单、密封性好、安全可靠、使用寿命60年以上的高温高压电气贯穿件。
图1是本发明的结构示意图。图中标号：1.陶瓷管，2.导体，3.内承压法兰，4.外承压法兰，5、6.金属密封环，7.第一类螺钉，8.第一类弹簧垫圈，9.接嘴，10.连接管，11.三通阀组，12.压力表，13.压板，14.瓷瓶，15.压紧盘，16.第二类螺钉，17.第二类弹簧垫圈。其中，内承压法兰3和外承压法兰4的“内”“外”以贯穿件贯穿的壁为参考，安装在反应堆内的法兰为内承压法兰，安装在反应堆外的法兰为外承压法兰。
如图1所示，本发明公开一种金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件，包括贯穿件本体、测泄仪器和绝缘组合三部分。
贯穿件本体包括陶瓷管1、导体2、内承压法兰3和外承压法兰4，一个或多个陶瓷管1分别与一根或多根导体2烧结密封，再与内承压法兰3及外承压法兰4烧结密封成贯穿件本体。贯穿件本体的内承压法兰3与外承压法兰4均开有一个或多个供贯穿件本体穿过的孔，内、外承压法兰3和4二者的接合面之间有一个空腔，外承压法兰4的接合面上开有两个同心环槽，每个环槽上装有一根金属密封环5和6，内承压法兰3和外承压法兰4用数枚第一类螺钉7和第一类弹簧垫圈8压紧密封，外承压法兰4的外圆上开一内孔直通两个同心环槽之间的接合面，内孔外端钻有接嘴9，内承压法兰3的安装面上开有两个同心环槽，通过内、外承压法兰3和4上的数个孔用螺栓、密封环与使用电气贯穿件的设备密封安装。
测泄仪表包括连接管10、三通阀组11和压力表12，内承压法兰3上开有一个内孔，其一端开在内、外承压法兰3和4构成的空腔上，另一端开在外承压法兰4的外圆上，再焊接连接管10、三通阀组11和压力表12。
绝缘组合包括压板13、瓷瓶14、压紧盘15、第二类螺钉16和第二类弹簧垫圈17，用聚醚醚酮制成的压板13上开有供导体2穿过的一个或多个孔，分别用第二类螺钉16和第二类弹簧垫圈17压紧在内承压法兰3和外承压法兰4上，每根导体2的两端均装有瓷瓶14，压紧盘15将导体2隔开并将压板2一起压紧在内承压法兰3和外承压法兰4上，压紧盘15用不锈钢制成，增加了聚醚醚酮压板12的强度。瓷瓶14的外表面上釉。
本发明的结构特点及其对应的有益效果主要在于以下几点：
1）贯穿件本体所用的一根或多根导体2均为整根导体，在贯穿件内部不做接插、焊接或其他连接方式，确保了导体的连续性和稳定性。
2）陶瓷管1由95%纯度的三氧化二铝制成，并对其内圆表面和外圆表面作金属化处理，与导体2及内承压法兰3和外承压法兰4整体烧结，工艺可行。
3）导体2与陶瓷管1、内承压法兰3、外承压法兰4烧结密封，构成的贯穿件本体不含有机复合材料，能承受高温。
4）内承压法兰3和外承压法兰4能承受设备的高压氦气，能承受内、外承压法兰3和4间空腔所充氦气的高压。
5）测泄仪表采用的连接管10，三通阀组11和压力表12通过焊接连接，确保了工作稳定性和无泄漏。
由上可知，与已有技术相比，金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件的优点在于：1.设计合理，结构简单；2.通过陶瓷管将导体与承压法兰烧结而成，保证了高温下的高密封性；3.法兰强度高，能承受高压；4.金属和陶瓷的烧结确保了高稳定性、高安全性和高寿命。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
首先对工作对象进行设计、计算，电气贯穿件的密封介质为氦气，具体工作参数：压力7.0MPa，温度150℃；电气参数：三相电压6kV，电流600A；工作寿命：60年。设计参数：压力：8.1MPa，温度：240℃，电压：8.9kV，短时过载电流：50kA。
贯穿件本体实施步骤：
a.按照设计图纸烧制成95%纯度的三氧化二铝陶瓷管1，对其内圆表面和外圆表面作金属化处理；
b.将无氧铜的导体2穿过陶瓷管1并达到指定尺寸；
c.所有导体2和陶瓷管1均已到位后进行烧结；
d.用氦检漏仪对烧结过的每根导体组合进行密封检查，达到要求后进入下一工序；
e.在外承压法兰4的同心环槽内放置两个金属密封环5、6；
f.用不锈钢或合金钢加工成的内承压法兰3与外承压法兰4用第一类螺钉7和第一类弹簧垫片8压紧成法兰组合；
g.用氦检漏仪通过外承压法兰4上的接嘴9对内承压法兰3和外承压法兰4的密封进行检查，达到要求后进入下一工序；
h.将每根导体1与陶瓷管2烧结成的导体组合插入内承压法兰3与外承压法兰4的组合体，并达到指定尺寸；
i.整体再次烧结。
测泄仪表实施步骤：
a.将不锈钢连接管10封焊在与内承压法兰3和外承压法兰4构成的空腔相通的外承压法兰4外圆的内孔出口上；
b.将三通阀组11封焊在连接管10上；
c.将压力表12封焊在三通阀组11上；
d.用压缩气体通过测泄仪表对贯穿件本体作压力试验，达到要求后进行下一工序；
e.用氦检漏仪通过测泄仪表对贯穿件本体作泄漏试验，达到要求后进行下一工序。
绝缘组合实施步骤：
a.将每个压板13穿过各自导体2安装到内承压法兰3和外承压法兰4上；
b.每根导体2的两端各装一个瓷瓶14；
c.装上压紧盘15；
d.用第二类螺钉16和第二类弹簧垫圈17将绝缘组合压紧；
e.对电气贯穿件的每根导体2进行介电强度、绝缘电阻等一系列试验。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (4)
1.一种金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件，其特征在于，包括：
贯穿件本体，所述贯穿件本体包括一个或多个陶瓷管(1)、一个或多个导体(2)、内承压法兰(3)和外承压法兰(4)，其中所述陶瓷管(1)与所述导体(2)分别一一对应地烧结密封成导体组件，再与所述内承压法兰(3)及所述外承压法兰(4)烧结成贯穿件本体，所述内承压法兰(3)与外承压法兰(4)的接合面之间构成一个空腔，所述内承压法兰(3)与外承压法兰(4)的接合面间用两个金属密封环(5、6)和第一类螺钉(7)及第一类弹簧垫圈(8)压紧密封，所述外承压法兰(4)的接合面上开有两个同心环槽，以便与设备密封安装；
测泄仪表，所述测泄仪表与所述贯穿件本体相连，所述测泄仪表包括连接管(10)、三通阀组(11)和压力表(12)，通过封焊连接到外承压法兰(4)的内管出口上，通过内孔通到空腔；
绝缘组合，所述绝缘组合与所述测泄仪表及所述贯穿件本体相连，所述绝缘组合包括压板(13)、瓷瓶(14)、压紧盘(15)、第二类螺钉(16)和第二类弹簧垫圈(17)，其中压板(13)用聚醚醚酮制成，压紧盘(15)用不锈钢制成，瓷瓶(14)的外表面上釉。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件，其特征在于，所述陶瓷管(1)用95％三氧化二铝烧制成，对其内圆表面和外圆表面作了金属化处理，所述导体(2)用无氧铜制成。
3.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件，其特征在于，陶瓷管(1)与导体(2)烧结成的导体组件和内承压法兰(3)、外承压法兰(4)、金属密封环(5、6)用第一类螺钉(7)及第一类弹簧垫圈(8)压紧密封成的法兰组合二次烧结成贯穿件本体。
4.根据权利要求3所述的金属陶瓷烧结高温高压电气贯穿件，其特征在于，在内承压法兰(3)和外承压法兰(4)的接合面间构成一个空腔，通过外承压法兰(4)的内孔、连接管(10)、三通阀组(11)和压力表(12)通到空腔，用于监测电气贯穿件气体泄漏率。
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