CN109854857A - 管接头自紧式高压密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管接头自紧式高压密封装置，该高压密封装置包括外端盖(5)、与外端盖(5)连接的连接件(1)以及外端盖(5)和连接件(1)之间的弹性件(3)。该密封装置对管接头进行密封时，不需要施加较大的初始压力，在管内压力的作用下实现自紧式密封，本发明的自紧式高压密封装置为自紧式密封，密封性好，且该密封装置结构简单、操作方便、成本低廉，能够重复利用，应用于各种容器管接头的高压密封技术领域。

Description

管接头自紧式高压密封装置

技术领域

本发明涉及一种高压密封装置，特别涉及一种管接头自紧式高压密封装置。

背景技术

工业容器，特别是压力容器，经常会涉及到设置在这些压力容器上的非法兰管接头密封技术，例如压力容器在进行压力试验时，需要将容器上所有管接头进行密封，还有批量管子或换热管在进行压力试验时，需要对管子端部进行压力密封。

常规的密封技术手段是采用焊接技术在管子管口焊接密封盖，当压力试验测试合格后，再切割去除封盖，但该密封技术手段存在以下不足：1、需要预留接管切割余量，成本高；2、切割去除封盖后还需要对管口进行坡口处理等程序，操作复杂，成本高；3、重复利用率低，经济性差。

因此，亟需开发一种加工工序简单、操作方便、可重复利用且经济合理的管接头自紧式高压密封装置。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，开发了一种管接头自紧式高压密封装置，该装置包括外端盖，与外端盖连接的连接件以及外端盖和连接件之间的弹性件，通过缩短外端盖与连接件之间的距离，使得弹性件发生弹性形变，对管接头实现初始密封，在管内高压的作用下，该密封装置能够实现自紧式密封，密封性更强，本发明的密封装置不需施加较大的初始压力能够实现自紧式密封，且该密封装置结构简单，操作方便、成本低廉，能够重复利用，应用于各种容器管接头的高压密封技术领域，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供一种管接头自紧式高压密封装置，高压密封装置包括外端盖，与外端盖连接的连接件以及外端盖和连接件之间的弹性件。

其中，外端盖的一端为能够伸入管接头的小端，外端盖的小端与连接件连接。

其中，外端盖的小端为回转体状，回转面上设有凹槽，优选为半圆形凹槽，凹槽内设有与凹槽配合的密封圈，安装在凹槽内的密封圈的外径大于管接头的内径，

所述外端盖的另一端为不能伸入管接头内部的大端，优选外端盖的大端靠近小端的一面与小端的轴线垂直。

其中，连接件与外端盖的小端为螺纹连接，

其中，所述连接件上设有螺纹，连接件优选为一端机加螺纹的杆件。

其中，连接件的小端设有外螺纹，所述外端盖的小端设有内螺纹。

其中，连接件的大端为回转体状，回转面上设有凹槽，优选为半圆形凹槽，凹槽内设有与凹槽配合的密封圈，优选为橡胶密封圈，安装在凹槽内的密封圈的外径大于管接头的内径。

其中，弹性件套设在连接件上，所述弹性件位于连接件的大端靠近小端的端面和外端盖的小端远离大端的端面之间，弹性件的长度大于螺纹拧紧后两端面之间的距离。

弹性件优选为弹性管，更优选为橡胶管，所述弹性件的两端设有凸起，优选为圆台状凸起，圆台的母线与弹性件轴线的夹角α为0～90°，优选为15°～45°，

连接件的大端靠近弹性件的一面设有凹槽，与弹性件一端的凸起相配合，

外端盖的小端靠近弹性件的一面设有凹槽，与弹性件另一端的凸起配合。

连接件上套设有支撑环，优选为弹性支撑环，所述弹性支撑环位于弹性件内，所述支撑环的个数为多个，均匀分布套设在连接件的小端上。

其中，连接件上设有通气孔，通气孔的一个开口端位于连接件的大端远离小端的端面的中心，通气孔的另一个开口端位于连接件的小端且中心线与连接件的轴线垂直。

本发明提供的管接头自紧式高压密封装置能够取得以下有益效果：

(1)本发明的管接头自紧式高压密封装置通过密封圈与管内壁的紧密贴合，可实现对管接头的初始密封。

(2)本发明的密封装置通过施加力矩缩短外端盖与连接件之间的距离，使弹性管受挤压发生弹性形变，与管内壁紧密贴合，实现管接头的初始密封；

(3)本发明所提供的密封装置加压时，压力传递至连接件、弹性管和外端盖形成的密封腔中，使得弹性管内壁受到垂直压力，弹性管发生径向向外的弹性形变，贴紧管内壁，实现自紧式密封。

(4)本发明的密封装置能够对管接头实现自紧式密封，而不需施加较大的初始密封压力。

(5)本发明的密封装置结构简单、操作方便、成本低廉，能够重复使用，适用于各种容器管口高压密封技术领域。

附图说明

图1示出本发明一种实施方式的管接头自紧式高压密封装置与管接头的剖面图；

图2示出本发明一种实施方式的连接件的结构的剖面图；

图3示出本发明一种实施方式的弹性件的剖面图；

图4示出本发明一种实施方式的外端盖的剖面图；

图5a示出本发明一种实施方式的外端盖的左视图；

图5b示出本发明一种实施方式的外端盖的左视图

图5c示出本发明一种实施方式的外端盖的左视图。

附图标号说明：

1-连接件；

2-密封圈；

3-弹性件；

4-支撑环；

5-外端盖；

6-管接头。

具体实施方式

下面通过附图和优选实施方式对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

工业容器例如压力容器，在进行压力试验时，需要将压力容器上的管接头进行密封，压力试验为高压状态下对容器进行的实验，为保证压力试验的顺利进行，需要保证管接头在高压下的密封性。

根据本发明，提供一种管接头自紧式高压密封装置，该高压密封装置包括外端盖5与外端盖5连接的连接件1以及外端盖5和连接件1之间的弹性件3，如图1所示。

根据本发明，如图1和4所示，外端盖5一端为大端，另一端为小端，外端盖5的大端不能伸入管接头6，外端盖5的小端能够伸入管接头6。

根据本发明，外端盖5的小端与连接件1连接。

根据本发明，当外端盖5的小端伸入管接头6内部时，外端盖5的小端的轴线与管接头6的轴线重合。

根据本发明，外端盖5的大端靠近小端的端面与小端的轴线垂直。

根据本发明，为便于对外端盖5施力，外端盖5的大端的外形可设为方便利用扳手等工具对外端盖5施加力矩的型式，例如外端盖5大端的外形为六角头型式(如图5a所示)、不规则形状(如图5b所示)、矩形(如图5c所示)等。

根据本发明，外端盖5的小端为回转体状，优选为圆柱体状。

本发明发现，为保证外端盖5的小端能自由进出管接头6，外端盖5小端的外径需小于管接头6的内径，因此外端盖5的小端与管接头6之间会有间隙，从而不能保证管接头的密封性。

根据本发明，如图4所示，外端盖5的小端的回转面上设有第一凹槽，优选为半圆形凹槽，第一凹槽内设有与第一凹槽配合的密封圈2。

根据本发明，装入第一凹槽后密封圈2的外径大于管接头6的内径。

根据本发明，密封圈2采用软性或具有发泡性能的高分子材料制成，优选密封圈2的材料为橡胶材料制成，即密封圈2优选为橡胶密封圈，橡胶密封圈的材料构成不受特殊限制，优选为本领域常用的材料(例如丁腈橡胶、热塑性弹性体、三元乙丙橡胶、聚乙烯塑料等)构成的橡胶密封圈。

根据本发明，当将带有密封圈2的外端盖5的小端伸入到管接头6内部，密封圈2能够与管接头6的内壁紧密贴合，能够对管接头6进行二次密封。

根据本发明，连接件1与外端盖5的小端为螺纹连接，如图1所示。

连接件1上设有螺纹，连接件1分为大端和小端，螺纹位于连接件1的小端，优选连接件1的小端为细长杆状，优选连接件1为一端机加螺纹的杆件。

根据本发明，连接件1的小端设有外螺纹，外端盖5的小端设有内螺纹，内螺纹孔的中心线与外端盖的轴线重合，连接件1的小端与外端盖5的小端螺纹连接，使连接件1与外端盖5的距离可调。

根据本发明，如图2所示，连接件1的大端为回转体状，回转面上设有第二凹槽，优选为半圆形凹槽，第二凹槽内设有与第二凹槽配合的密封圈2，优选为橡胶密封圈。优选地，装入第二凹槽后密封圈2的外径大于管接头6的内径。

根据本发明，将连接件1伸入到管接头内部，连接件1的大端的密封圈2能够与管接头6的内壁紧密贴合，从而实现管接头6的密封。

根据本发明，如图1所示，弹性件3套设在连接件1上，弹性件3位于连接件1的大端靠近小端的端面和外端盖5的小端远离大端的端面之间。优选地，弹性件3的长度大于螺纹拧紧后两端面之间的距离，弹性件3的长度小于未进行螺纹连接时两端面之间的距离。

根据本发明，弹性件3优选为管状，弹性件3受到轴向挤压时，能够发生径向弹性形变，弹性件3的径向尺寸会发生变化，利于弹性件3受到压力发生弹性变形以对管接头6进行密封。

根据本发明，弹性件3采用软性或具有发泡性能的高分子材料制成，优选为本领域常用的材料如橡胶(例如丁腈橡胶、热塑性弹性体、三元乙丙橡胶)、塑料(例如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料等)或橡胶和塑料的复合构成的弹性管，例如橡胶弹性管，在受到压力时会发生弹性形变。

根据本发明，弹性件3的邵氏硬度为50～100，优选为65～85，更优选为75。弹性件3的硬度太大，难以发生弹性形变或需要很大压力才会发生形变，导致密封难度较大，弹性件3的硬度太小，当密封压力较大时则弹性件3与管接头6的内壁密封摩擦力也较大，弹性件3的强度不足，易导致其摩擦阻力不能满足轴向力的要求而产生滑移从而使密封失效。

根据本发明，弹性件3的一端与连接件1的大端接触，弹性件3的另一端与外端盖5的小端接触。

根据本发明，如图1-4所示，弹性件3的两端设有凸起，优选为圆台状凸起，连接件1的大端靠近弹性件3的一面设有第三凹槽，与弹性件3一端的凸起相配合，外端盖5的小端靠近弹性件3的一面设有第四凹槽，与弹性件3的另一端的凸起相配合。

本发明中，将弹性件3套设在连接件1上，连接件1与外端盖5连接，第三凹槽与第四凹槽分别与弹性件3两端的凸起配合，缩短连接件1与外端盖5的距离，连接件1、弹性件3和外端盖5形成密闭腔。

根据本发明，如图3所示，弹性件3两端的凸台的母线与弹性件3的轴线的夹角α为0～90°，优选为15°～45°，更优选为45°。

根据本发明，弹性件3套设在连接件1的小端上，连接件1的小端与外端盖5的小端通过螺纹连接，通过拧紧外端盖5，对弹性件3进行轴向挤压，从而使得弹性件3在径向上发生弹性形变，进而当将该高压密封装置放入管接头6时，发生弹性形变的弹性件3的外壁能够与管接头6的内壁紧密贴合，实现管接头6的密封。

本发明人发现，当拧紧外端盖5时，由于外端盖5与连接件1之间距离的减小，弹性件3受到轴向挤压时，弹性件3在径向上发生弹性形变，可能为径向向外的弹性形变，也可能为径向向内的弹性形变，若弹性件3发生径向向内的弹性形变，使用该高压密封装置对管接头6进行密封时，若发生径向向内的弹性形变，则弹性件3不能与管接头6内壁紧密贴合，造成失稳、塌陷，从而无法保证管接头6的密封性，无法使得容器进行压力试验。

根据本发明，如图1所示，在连接件1上套设有支撑环4，优选为弹性支撑环，支撑环4位于弹性件3内，即装配时，首先将支撑环4套设在连接件1上，然后再将弹性件3套设在连接件1上，支撑环4在弹性件3内。

根据本发明，如图2所示，连接件1大端的第三凹槽与连接件1的小端之间设有限位结构，如图4所示，外端盖5小端的第四凹槽与内螺孔之间也设有限位结构，支撑环4位于两个限位结构之间，用于对支撑环4进行限位。限位结构为梯台状，圆周面可与弹性件3内壁无缝接触，即圆周面为第三凹槽和第四凹槽的内回转面重合。

根据本发明，支撑环4的个数为多个，均匀分布套设在连接件1的小端上，即均匀分布于两个限位结构之间，以保证弹性件3的轴线与管接头6的轴线重合，以及与连接件1的轴线重合。

根据本发明，支撑环4的内径不大于连接件1小端的最小直径，以保证支撑环4能够紧紧缠绕在连接件1的小端上，以保证套设弹性件3时，支撑环4不会窜动，从而保证弹性件3的内壁与连接件1小端外壁的距离相等，进而弹性件3受到压力时不会失稳或塌陷，保证密封性。

当拧紧外端盖5时，由于外端盖5与连接件1之间距离的减小，使得弹性件3受到轴向挤压发生径向弹性形变，由于管内支撑环4的存在，阻止弹性件3发生向内的径向形变，从而弹性件3只能发生向外的径向形变，使得弹性件3的外壁与管接头6的内壁紧密贴合，实现管接头6的初始密封。由于加压前对管接头6进行了初始密封，可确保压力传递至连接件1、外端盖5和弹性件3组成的压力腔时，该密封装置不会发生移动。

本发明人发现，将该高压密封装置装入管接头6中进行压力试验时，管内会产生高压，为使得在高压时保证管接头6的密封性，需要在高压时，使得弹性件3更加紧密的与管的内壁贴合，从而保证高压下管接头6密封性好，以完成压力试验。

根据本发明，连接件1设上通气孔，通气孔的一个开口端位于连接件1的大端远离小端的端面的中心，通气孔的另一个开口端位于连接件1的小端且中心线与连接件1轴线垂直。

本发明人发现，在连接件1上设置通气孔，能够使得管内的气体通过通气孔的一个开口端到另一个开口端，从而进入连接件1、弹性件3和外端盖5形成的密闭腔内，密闭腔内气体的压力增大，弹性件3与支撑环4间产生间隙，使得气体通过间隙传递到弹性件3的各个部位，弹性件3受到径向向外的压力，发生径向向外的弹性形变，使得弹性件3的外壁与管接头6的管内壁紧密贴合，且压力越大，贴合越紧密，密封性越好，形成自紧式密封，从而可顺利完成容器的压力试验。

根据本发明，利用上述装置可以对管接头进行高压自紧式密封，例如，可以按照包括以下步骤的方法进行密封：

步骤1、准备或安装管接头自紧式高压密封装置；

根据本发明，步骤1中，管接头自紧式高压密封装置的安装方法包括以下子步骤：

步骤1)、将支撑环4套设在连接件1的小端上，然后将弹性件3套设在支撑环4上。

根据本发明，步骤1)中，支撑环4的内径不大于连接件1小端的最小直径，以保证支撑环4能够紧紧缠绕在连接件1的小端上，以保证套设弹性件3时，支撑环4不会窜动，从而保证弹性件3内壁与连接件1小端外壁的距离相等，进而弹性件3受到压力时不会失稳或塌陷，保证密封性。

步骤2)、将连接件1的小端与外端盖5的小端螺纹连接。

根据本发明，步骤2)中，在连接件1的小端上先后套设支撑环4和弹性件3后，将连接件1的小端与外端盖5的小端的进行连接，优选螺纹连接，从而弹性件3的两端的凸起分别与连接件1上的第三凹槽和外端盖5大端上的第四凹槽配合，连接后，优选弹性件3未发生明显弹性形变，以保证该高压密封装置能够顺利伸入管接头6内。

步骤3)、在连接件1的大端的第二凹槽和外端盖5的小端的第一凹槽上分别套设密封圈2，形成管接头自紧式高压密封装置的初始密封。

根据本发明，步骤3)，当该高压密封装置伸入管接头6后，密封圈2能够达到初始密封效果，弥补初始压力时弹性件3未充分贴紧管接头6的内壁而未达到克服轴向力所需的摩擦阻力时整个密封装置的密封性。

步骤2、将该密封装置伸入到管接头6内，使外端盖5的大端靠近小端的端面与管接头6的端面紧密接触。

根据本发明，步骤2中，将步骤1的高压密封装置的连接件1伸入到管接头6内，使外端盖5的大端靠近小端的端面与管接头6的端面紧密接触或在两端面之间设置环形隔离垫，两端面与环形隔离垫紧密接触，其中环形隔离垫可为环形橡胶垫或其他非金属材料环形垫，以避免金属面直接接触损伤管接头6的端部，连接件1的大端和外端盖5的小端的密封圈2与管接头6的管内壁紧密贴合。

步骤3、拧紧外端盖5，对管接头6初步密封。

根据本发明，步骤3中，拧紧外端盖5，增大连接件1的小端与外端盖5的小端的连接长度，优选为螺纹连接长度，即缩小连接件1的大端与外端盖5的大端的距离，弹性件3的凸起与连接件1上的第三凹槽和外端盖5上的第四凹槽配合，弹性件3受到轴向挤压作用，弹性件3发生径向弹性形变，又由于支撑环4的支撑作用，使得弹性件3只能发生径向向外的弹性形变，由于管接头6内径的限制，弹性件3的外壁与管接头6的内壁紧密贴合，从而对管接头6实现了初步密封。

根据本发明，步骤3后，对管接头6进行初步密封后，对容器进行压力试验，管内加压后，压力通过连接件1大端的通气孔的一个开口端到另一个开口端进入到连接件1、外端盖5和弹性件3形成的密闭腔中，弹性件3受到垂直压力发生径向向外的弹性形变，弹性件3的外壁贴紧管内壁，即增大了弹性件3与管壁之间的静摩擦力，从而实现管接头6的高压密封，且随着压力的增大，弹性件3外壁与管接头6内壁的压力越大，静摩擦力越大，则密封性越好，即实现了管接头高压密封装置的自紧式密封。

根据本发明，将密封装置从管接头上拆卸的方法：施加力矩放松外端盖5与连接件1的螺纹连接，同时弹性件3会因失去轴向挤压而径向收缩，从而卸除了弹性件3与管内壁的压力，即卸除了弹性件3与管内壁的摩擦力，从而可整体将该密封装置从管接头6内取出，完成拆卸，该密封装置可重复利用。

在容器进行压力试验过程中，应对密封结构进行泄漏检测，可采用的方法为：1、液压试验：密封边界应无渗漏，无可见变形及异常声响，压力试验保压过程中压力应保持不变；2、气压试验：无可见变形及异常声响，密封边界可涂肥皂液或其他检漏液检测，压力试验保压过程中压力应保持不变。

本发明的管接头自紧式高压密封装置能够实现自紧式密封，可实现密封压力范围0.1～100MPa。该密封装置操作时，不需要施加很大的初始密封压力，采用该装置进行密封，避免了现有技术中采用的焊接管口封盖的方法，也避免了后期切割封盖并加工管口的步骤，减少了加工工序，且本发明的密封装置结构简单、操作方便，能够重复利用，成本低廉，适用于多种管接头的密封。

实施例

将本发明的管接头自紧式高压密封装置应用于核电蒸汽发生器设备传热管进行气压试验时传热管管接头的密封，传热管规格对该密封装置的密封性(或气密性)进行检测，

对采用本发明的密封装置对核电蒸汽发生器设备传热管的密封性进行检测，发现密封处无可见变形及异常声响，在密封边界涂肥皂液检测无漏气，压力试验保压过程中压力不变，密封性好。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，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”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合优选实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本发明的阐述性解释，并不对本发明的保护范围构成任何限制。在不超出本发明精神和保护范围的情况下，可以对本发明技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种管接头自紧式高压密封装置，其特征在于，所述高压密封装置包括外端盖(5)，与外端盖(5)连接的连接件(1)以及外端盖(5)和连接件(1)之间的弹性件(3)。

2.根据权利要求1所述的高压密封装置，其特征在于，所述外端盖(5)的一端为能够伸入管接头(6)的小端，所述外端盖(5)的小端与连接件(1)连接。

3.根据权利要求1所述的高压密封装置，其特征在于，

所述外端盖(5)的小端为回转体状，回转面上设有第一凹槽，优选为半圆形凹槽，第一凹槽内设有与第一凹槽配合的密封圈(2)，装入第一凹槽后密封圈(2)的外径大于管接头(6)的内径，

所述外端盖(5)的另一端为不能伸入管接头(6)内部的大端，优选外端盖(5)的大端靠近小端的一面与小端的轴线垂直。

4.根据权利要求1至3之一所述的高压密封装置，其特征在于，所述连接件(1)与外端盖(5)的小端为螺纹连接，

所述连接件(1)上设有螺纹，连接件(1)优选为一端机加螺纹的杆件。

5.根据权利要求1至4之一所述的高压密封装置，其特征在于，所述连接件(1)的小端设有外螺纹，所述外端盖(5)的小端设有内螺纹。

6.根据权利要求1至5之一所述的高压密封装置，其特征在于，所述连接件(1)的大端为回转体状，回转面上设有第二凹槽，优选为半圆形凹槽，第二凹槽内设有与第二凹槽配合的密封圈(2)，优选为橡胶密封圈，装入第二凹槽后密封圈(2)的外径大于管接头(6)的内径。

7.根据权利要求1至6之一所述的高压密封装置，其特征在于，所述弹性件(3)套设在连接件(1)上，所述弹性件(3)位于连接件(1)的大端靠近小端的端面和外端盖(5)的小端远离大端的端面之间，弹性件(3)的长度大于螺纹拧紧后两端面之间的距离。

8.根据权利要求1至7之一所述的高压密封装置，其特征在于，所述弹性件(3)优选为弹性管，更优选为橡胶管，所述弹性件(3)的两端设有凸起，优选为圆台状凸起，圆台的母线与弹性件(3)轴线的夹角α为0～90°，优选为15°～45°，

所述连接件(1)的大端靠近弹性件(3)的一面设有第三凹槽，与弹性件(3)一端的凸起相配合，

所述外端盖(5)的小端靠近弹性件(3)的一面设有第四凹槽，与弹性件(3)另一端的凸起相配合。

9.根据权利要求1至8之一所述的高压密封装置，其特征在于，所述连接件(1)上套设有支撑环(4)，优选为弹性支撑环，所述支撑环(4)位于弹性件(3)内，所述支撑环(4)的个数为多个，均匀分布套设在连接件(1)的小端上。

10.根据权利要求1至9之一所述的高压密封装置，其特征在于，所述连接件(1)上设有通气孔，通气孔的一个开口端位于连接件(1)的大端远离小端的端面的中心，通气孔的另一个开口端位于连接件(1)的小端且中心线与连接件(1)的轴线垂直。