CN109973651B - 膜片式密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜片式密封装置，其包括用于存放流体介质的筒体、密封地设置在筒体的端壁上的密封膜片、设置在密封膜片的背离筒体的一侧上的压紧平盖以及用于将压紧平盖固定在筒体端部上的紧固组件。其中，密封膜片与压紧平盖在中心位置处固定地连接，压紧平盖为密封膜片提供支撑。根据本发明的膜片式密封装置可以用于大型快堆蒸汽发生器的蒸汽腔室的密封，其通过设置在密封膜片的一侧面上的压紧平盖为密封膜片提供支撑，以防密封膜片由于承受过大压力而发生变形甚至失效，提供一种能够在高温高压情况下实现流体介质密封的密封装置，大大延长密封膜片的使用寿命。

Description

膜片式密封装置

技术领域

本发明涉及流体密封的技术领域，更具体地涉及一种用于对高温高压蒸汽进行密封的密封装置。

背景技术

目前，大型快堆蒸汽发生器的上下两个密封腔室为高压密封，设计压力为17MPa，工作介质为高温高压过热水蒸气，运行的温度和压力较高，其中过热器汽腔室的工作温度为485℃，工作压力为14MPa。同时对密封腔室的泄漏率的要求比压水堆核电站的蒸汽发生器的要求还要高(假定压水堆核电站的蒸汽发生器为1个大气压下的100％氮气泄漏率)，目前核电设施上的重要设备的泄漏率要求参考如下：对于压水堆核电站，蒸汽发生器的单根管子与管板接头焊缝的氮检漏泄漏率要求为不大于1×10^-8Pa.m³/s，反应堆压力容器的顶盖法兰与筒身的密封面的泄漏率不大于1.3×10^-9Pa.m³/s。高温高压的蒸汽泄漏不仅会造成传热介质的损失，带来经济性的下降，而且还可能灼伤附近人员，造成人体伤害。因此，密封腔室的密封结构型式必须保证其良好的密封性能，从而提高设备和系统的安全性和可靠性。

现有技术中存在一些用于普通环境下的密封装置，其能够基本满足在一般环境下的密封要求，但是对于高温高压环境，特别是大型快堆蒸汽发生器的密封腔室的密封，能够满足一般环境下密封要求的密封装置通常不能满足相应的密封需求，无法实现高温高压介质的密封，无法确保设备的安全性，严重影响核电快堆蒸汽发生器的安全和整个系统及其他设备的安全稳定运行。因此，需要提供一种能够满足高温高压介质密封要求的用于对大型快堆蒸汽发生器的密封腔室进行密封的密封装置。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种膜片式密封装置，该膜片式密封装置包括用于存放流体介质的筒体、密封地设置在筒体的端壁上的密封膜片、设置在密封膜片的背离筒体的一侧上的压紧平盖以及用于将压紧平盖固定在筒体端部上的紧固组件。其中，密封膜片与压紧平盖在中心位置处固定地连接，压紧平盖为密封膜片提供支撑。

根据本发明的膜片式密封装置可以用于大型快堆蒸汽发生器的蒸汽腔室的密封，其通过密封膜片对筒体的端部进行密封，通过设置在密封膜片的一侧面上的压紧平盖为密封膜片提供支撑，以防密封膜片由于承受过大压力而发生变形甚至失效，通过在密封膜片的中心位置与压紧平盖的中心位置处固定连接，为密封膜片提供更加稳固的支撑，防止密封膜片由于所密封介质的升温或降温而导致膜片发生严重变形，从而提供一种能够在高温高压情况下实现流体介质密封的密封装置，并延长密封膜片的使用寿命。

根据本发明的膜片式密封装置的一个优选的实施例，在压紧平盖的中心设置有贯穿压紧平盖的通孔，在密封膜片的中心设置有螺纹孔，通过穿过压紧平盖的通孔的拉紧螺栓与螺纹孔配合将密封膜片固定至压紧平盖。

在根据本发明的膜片式密封装置的另一个优选的实施例中，密封膜片包括设置有螺纹孔的中心体和形成在中心体周围的环形膜片。

根据本发明的膜片式密封装置的再一个优选的实施例，在中心体的背离压紧平盖的一侧上形成凸起部，螺纹孔形成在凸起部内。

在根据本发明的膜片式密封装置的还一个优选的实施例中，在环形膜片的与压紧平盖相对的侧面上形成有环形凹槽，在环形凹槽内形成有环形垫圈。

根据本发明的膜片式密封装置的又一个优选的实施例，紧固组件包括与筒体螺纹连接的主螺栓以及与主螺栓配合以将压紧平盖紧固至筒体的主螺母。

在根据本发明的膜片式密封装置的另一个优选的实施例中，主螺栓包括与筒体螺纹连接的第一螺纹段、与主螺母螺纹连接的第二螺纹段以及与位于第一螺纹段与第二螺纹段之间的拉伸段。

根据本发明的膜片式密封装置的再一个优选的实施例，主螺栓具有基本贯穿其轴向长度的中空内腔，在中空内腔内设置有用于指示主螺栓的拉伸量的柱形芯杆，柱形芯杆的第一端部与主螺栓的端部相对固定，柱形芯杆的第二端部为自由端。

在根据本发明的膜片式密封装置的还一个优选的实施例中，紧固组件还包括设置在主螺母与压紧平盖之间的套筒。

根据本发明的膜片式密封装置的又一个优选的实施例，紧固组件还包括设置在主螺母与套筒之间的球面垫圈，球面垫圈包括邻近主螺母设置的凸球面垫圈和邻近套筒设置的凹球面垫圈，凸球面垫圈与凹球面垫圈配合。

与现有技术相比，本发明至少取得了以下有益效果：

1.根据本发明的膜片式密封装置将密封膜片的圆周边缘通过焊接固定在筒体的凹台上，压紧平盖与筒体通过螺栓螺母固定，并与密封膜片贴合，密封膜片与筒体、压紧顶盖一起形成密闭腔室，保证腔室的密封性能。腔室中的介质产生的压力由密封膜片传递到压紧平盖，高压密封装置的强度由压紧平盖来承担，密封膜片本身的强度能得到保证和提高。

2.根据本发明的膜片式密封装置的每个紧固组件均包括球面垫圈，其包括凸球面垫圈和凹球面垫圈，这种设计可以增大螺纹间的摩擦力，防止主螺母松弛。

3.根据本发明的膜片式密封装置的每个紧固组件均包括套筒，套筒能够延长主螺栓的长度，增加伸长量，还起到了增加螺栓刚度，保护主螺栓免受剧烈冲击的作用，同时套筒能够吸收螺栓与法兰在高温下的热膨胀差，防止因主螺栓松弛而导致的泄漏。

4.根据本发明的膜片式密封装置的每个紧固组件的主螺栓均包括柱形芯杆，通过测量柱形芯杆和主螺栓之间的高度差，可以获取主螺栓的预紧伸长量，防止主螺栓拉伸过量，而发生塑性变形。

5.根据本发明的膜片式密封装置在密封膜片上设置有环形凹槽，其作用类似于膨胀节，用来吸收密封膜片在高温下的膨胀，同时凹槽上设置环形垫圈，其作用是在承受高温情况下防止环形凹槽被压平，失去弹性作用。

6.根据本发明的膜片式密封装置在密封膜片的中心位置上设置有带螺孔或光孔的压紧平台，通过拉紧螺栓将密封膜片与压紧平盖紧紧贴合在一起，以减小密封膜片的变形，同时在检查维护以及装配对中时，螺孔或光孔还为工装工具提供定位和紧固作用。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为根据本发明的膜片式密封装置的局部剖视平面图。

图2为根据本发明的膜片式密封装置的密封膜片剖视图。

图3为根据本发明的膜片式密封装置的主螺栓的局部剖视主视图。

图4为根据本发明的膜片式密封装置的装配在一起的套筒、球面垫圈和主螺母的剖视图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种能够实现高温高压介质的密封的用于快堆蒸汽发生器的膜片式密封装置。如图1-图4所示，示意性地示出了根据本发明的应用于快堆蒸汽发生器的膜片式密封装置或其组成部件。

本发明公开了一种应用于快堆蒸汽发生器的膜片式密封装置10，如图1所示，示出根据本发明的膜片式密封装置10的局部剖视图。该膜片式密封装置10包括用于存放流体介质的筒体12、密封地设置在筒体12的端壁上的密封膜片14、设置在密封膜片14的背离筒体12的一侧上的压紧平盖16以及用于将压紧平盖16固定在筒体12的端部上的紧固组件18，其中，压紧平盖16为密封膜片14提供支撑，密封膜片14与压紧平盖16在中心位置处固定地连接。

筒体12的内部即为需要进行密封的高温高压蒸汽，其中的工作温度可达485℃，工作压力为14MPa。筒体12的截面形状一般为圆形，当然其也可以具有其他截面形状，比如可以为正多边形或其他的异形形状。密封膜片14用于为筒体12的端部提供密封，在此可以在筒体12的端面的内周缘上加工凹台，将密封膜片14固定地设置在凹台上，有利地，需要将密封膜片14密封地设置在凹台上。在此，可以将密封膜片14粘接或焊接在筒体12的凹台上，比如可以通过角焊接进行固定，以确保密封膜片14将筒体14的内腔进行密封。

为了防止高温高压蒸汽使密封膜片14发生变形，在密封膜片14的背离筒体12内的流体介质的一侧上设置压紧平盖16，压紧平盖16与密封膜片14紧贴地设置，从而为密封膜片14提供支撑，防止密封膜片14被高温高压蒸汽冲击变形或断裂。可以通过比如为螺栓的紧固件将压紧平盖16紧固到筒体12的端面上，即可以在筒体12的端面上设置螺纹孔，通过穿过压紧平盖16的螺栓将压紧平盖16紧固到筒体12的端面上。在此，采用能够对预紧力进行定量判断的紧固组件18，以便将压紧平盖16固定在筒体12的端部上。

为了给密封膜片14提供更高的连接强度，在压紧平盖16的中心位置处设置有贯穿压紧平盖16的通孔162，在密封膜片14的中心位置处设置有螺纹孔146，通过穿过压紧平盖16的通孔162的拉紧螺栓164与螺纹孔146的配合将密封膜片14连接至压紧平盖16。通孔162可以是具有内螺纹的螺纹孔，也可以是没有内螺纹的光孔。通过在密封膜片14的中心位置对密封膜片14和压紧平盖16进行固定连接，可以为密封膜片14的中心提供更大的支撑，以免在使用过程中密封膜片14收到压力冲击时与压紧平盖16的表面发生分离。

密封膜片14可以设计成一体式部件，也可以如本发明图2所示地设计，即密封膜片14可以设计成包括中心体142和形成在中心体142周围的环形膜片144，在中心体142中设置有上述螺纹孔146。在密封膜片14的制造过程中，可以通过铸造或机械加工的方式制造中心体142，并且在中心体142的面向压紧平盖16的一侧形成有螺纹孔146，进一步制造环形膜片144，可以通过粘接、焊接以及其他连接方式将环形膜片144连接至中心体142，从而完成密封膜片14的制造。

进一步地，在中心体142的背离压紧平盖16的一侧上形成凸起部148，螺纹孔146形成在凸起部148内。通过设置凸起部148并且将螺纹孔146形成在所述凸起部148内，可以提高拉紧螺栓164与密封膜片14的连接强度，同时也能够提高密封膜片14自身在中心位置处的强度。

进一步地，可以在环形膜片142的与压紧平盖16相对的侧面上形成有环形凹槽150，并且在环形凹槽150内形成有环形垫圈152。在环形膜片142上设置环形凹槽150，其类似于膨胀节，用于吸收密封膜片14在高温情况下产生的膨胀。比如，当筒体12内的高温高压蒸汽的温度发生变化时，温度变化所引起的密封膜片14的膨胀或收缩可以通过环形凹槽150来吸收。当筒体12内的蒸汽的温度升高时，密封膜片14发生膨胀，则环形凹槽150会变大，从而吸收密封膜片14因升温而产生的膨胀量。而当筒体12内的蒸汽的温度降低时，密封膜片14发生收缩，则环形凹槽150会变小，从而补偿密封膜片14因降温而产生的收缩量。由此，可以大大降低密封膜片14因膨胀或收缩而发生断裂或失效的风险。

进一步地，为了防止环形膜片142在环形凹槽150处因收缩过渡而被拉平而失去环形凹槽150原本所应有的作用，在环形凹槽150内设置有环形垫圈152。如果不在环形凹槽150内设置环形垫圈152，当筒体12内的高温高压蒸汽降温时，环形膜片142会发生收缩，当收缩到一定程度时，环形凹槽150可能被拉平，在这种情况下，如果筒体12的蒸汽再次升温，则环形膜片142会发生膨胀，由于环形凹槽150已被拉平，因此环形膜片142有可能在环形凹槽150之外的地方发生突起或凹陷，此时存在环形膜片142破裂或失效的风险。而当在环形凹槽150内设置环形垫圈152时，可以通过环形垫圈152防止环形凹槽150被拉平，从而在降温之后再次升温时，环形凹槽150能够继续背离压紧平盖16而突起，从而吸收环形膜片142因升温而发生的膨胀量。密封膜片14上的环形凹槽150及配合使用的环形垫圈152吸收密封膜片14在高温下的膨胀，防止环形凹槽150被压平，失去弹性作用。

用于将压紧平盖16紧固至筒体12的紧固组件18包括与筒体12螺纹连接的主螺栓182以及与主螺栓182配合以将压紧平盖16紧固至筒体12的主螺母184。如图3所示，示出根据本发明的用于将压紧平盖16紧固至筒体12的主螺栓182的主视图，其中端部进行了剖视。该主螺栓182包括与筒体12螺纹连接的第一螺纹段1822、与主螺母184螺纹连接的第二螺纹段1824以及与位于第一螺纹段1822与第二螺纹段1824之间的拉伸段1826。当然，根据本发明的主螺栓182可以不包括第一螺纹段1822，主螺栓182直接固定在筒体12上，而非通过螺纹进行连接，比如可以焊接、过盈配合连接等等。通过将主螺母184旋拧在第二螺纹段1824上而将压紧平盖16固定在筒体12上。

在此，为了对主螺母184的拧紧程度进行判断，以防主螺栓182发生塑性变形，在主螺栓182的内部设置能够判断主螺栓182的拉伸变形量的机构。主螺栓182具有基本贯穿其轴向长度的中空内腔1828，在中空内腔1828内设置有用于指示主螺栓182的拉伸量的柱形芯杆1830，柱形芯杆1830的第一端部1832与主螺栓182的端部相对固定，柱形芯杆的第二端部1834为自由端。当主螺母184旋拧在主螺栓182的第二螺纹段1822上时，主螺母184的旋拧程度越大，则主螺母184施加到压紧平盖16上的压力越大，同时主螺栓182承受的拉伸力越大，即主螺栓182会发生一定的拉伸变形。而位于主螺栓182的中空内腔1828内的柱形芯杆1830由于具有自由端，因此其不会发生拉伸变形，通过测量柱形芯杆1830的自由端部相对于中空内腔1828的高度差来判断主螺母184对压紧平盖16所施加的预紧力的大小，从而得到设计的预紧力，防止预紧力过大而使主螺栓182发生塑性变形，或预紧力不足导致主螺母184松动脱落。

进一步地，根据本发明的膜片式密封装置10的紧固组件18还包括设置在主螺母184与压紧平盖16之间的套筒186。可以围绕筒体12的周缘均匀地设置多个紧固组件185，每个紧固组件185均可包括各自的主螺栓182、主螺母184、套筒186以及相应的配套使用的零件。由于在主螺母184与压紧平盖16之间设置了套筒186，因此安装在空间允许的条件下可以采用更大长度的主螺栓182，从而能够在采用相同抗拉强度的主螺栓182的情况下，使主螺栓182提供更大的拉伸量，由此能够提高主螺栓182的刚度，确保主螺栓182在收到冲击作用时，套筒186能够吸收主螺栓182与压紧平盖16在升温情况下的热膨胀差，从而防止主螺栓182由于预紧力过大而发生塑性变形，导致密封失效。

根据本发明的膜片式密封装置10的紧固组件18还包括设置在主螺母184与套筒186之间的球面垫圈188，球面垫圈188包括邻近主螺母184设置的凸球面垫圈1882和邻近套筒186设置的凹球面垫圈1884，凸球面垫圈1882与凹球面垫圈1884相互配合，如图4所示。在安装球面垫圈188时，需要保证凸球面垫圈1882与凹球面垫圈1884之间的同轴度，避免存在安装误差。安装就位的凸球面垫圈1882与凹球面垫圈1884能够增大主螺母184与主螺栓182之间的摩擦力，从而防止主螺母184松动，增强主螺母184与主螺栓182之间的连接力。

在根据本发明的用于快堆蒸汽发生器的膜片式密封装置10的制造过程中，可以对中心体142和环形膜片144进行焊接固定，焊接时保证两者的平面度和同轴度。可以将密封膜片14通过角焊接固定在筒体12的凹台上，密封膜片14的环形凹槽150内的环形垫圈152可以在将密封膜片14焊接至筒体12后再进行设置。然后将压紧平盖16居中地设置在密封膜片14上方，并通过拉紧螺栓164使压紧平盖16与密封膜片14进一步对中并相对固定地连接，使得密封膜片14的上表面与压紧平盖16下表面紧密地贴合。拉紧螺栓164穿过压紧平盖16与中心体142进行可拆卸固定连接，给予拉紧螺栓164一定的预紧力，使中心体142贴紧压紧平盖16，从而使密封膜片14和环形垫圈152紧贴压紧平盖16的下表面。

接着，将主螺栓182螺纹连接到筒体12，并在主螺栓182上依次套设套筒186、凹球面垫圈1884以及凸球面垫圈1882，最后将主螺母184旋拧到主螺栓182上，并通过观察主螺栓182的中空内腔1828内的柱形芯杆1830的位置，来确保主螺栓182达到预设的预紧力。在此，密封膜片14与筒体12、压紧平盖16一起形成密闭腔室，保证腔室的密封性能，腔室中的介质产生的压力由密封膜片14传递到压紧平盖16，高压密封装置的强度由压紧平盖16和环形垫圈152来承担，密封膜片14本身的强度得以保证。

密封膜片14包含中心体142和环形膜片144，环形膜片144具有用于缓冲作用的环形凹槽150，用来吸收密封膜片14在高温下产生的膨胀量，减少密封膜片14的变形量。环形垫圈152位于环形凹槽150与压紧平盖16之间，防止环形凹槽150被高压介质压平后紧贴压紧平盖16的表面，失去弹性作用。

压紧平盖16中的通孔与筒体12的端面上的开孔对齐，数个主螺栓182分别旋拧固定在筒体12的多个螺纹孔内，主螺栓182从下到上依此穿过压紧平盖16、套筒186、凹球面垫圈1884、凸球面垫圈1882以及主螺母184，通过螺栓拉伸专用工具拉伸主螺栓182，向下旋拧主螺母184，同时检查柱形芯杆1830与主螺栓182的高度差，获取主螺栓182的预紧力大小，防止主螺栓182被拉伸过量或不足，导致主螺栓182发生塑性变形或主螺母184松动，最后固定主螺母184，达到相应的螺栓预紧力。套筒186为数个，与筒体1为可拆卸固定连接，套筒186具有可压缩和延展性，其能够延长主螺栓182的长度，增加主螺栓182的伸长量，还起到增加螺栓刚度、在收到冲击时保护螺栓的作用，同时套筒186能吸收螺栓与法兰在高温下的热膨胀差，防止由于螺栓松弛而导致的泄漏。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种膜片式密封装置，包括：

用于存放流体介质的筒体；

密封地设置在所述筒体的端壁上的密封膜片；

设置在所述密封膜片的背离所述筒体的一侧上的压紧平盖，所述压紧平盖为所述密封膜片提供支撑；以及

用于将所述压紧平盖固定在所述筒体端部上的紧固组件；

其特征在于，所述密封膜片与所述压紧平盖在中心位置处固定地连接；

在所述压紧平盖的中心设置有贯穿所述压紧平盖的通孔，在所述密封膜片的中心设置有螺纹孔，通过穿过所述压紧平盖的通孔的拉紧螺栓与所述螺纹孔配合将所述密封膜片固定至所述压紧平盖。

2.根据权利要求1所述的膜片式密封装置，其特征在于，所述密封膜片包括设置有所述螺纹孔的中心体和形成在所述中心体周围的环形膜片。

3.根据权利要求2所述的膜片式密封装置，其特征在于，在所述中心体的背离所述压紧平盖的一侧上形成凸起部，所述螺纹孔形成在所述凸起部内。

4.根据权利要求2所述的膜片式密封装置，其特征在于，在所述环形膜片的与所述压紧平盖相对的侧面上形成有环形凹槽，在所述环形凹槽内形成有环形垫圈。

5.根据权利要求1所述的膜片式密封装置，其特征在于，所述紧固组件包括与所述筒体螺纹连接的主螺栓以及与所述主螺栓配合以将所述压紧平盖紧固至所述筒体的主螺母。

6.根据权利要求5所述的膜片式密封装置，其特征在于，所述主螺栓包括与所述筒体螺纹连接的第一螺纹段、与所述主螺母螺纹连接的第二螺纹段以及位于所述第一螺纹段与所述第二螺纹段之间的拉伸段。

7.根据权利要求6所述的膜片式密封装置，其特征在于，所述主螺栓具有基本贯穿其轴向长度的中空内腔，在所述中空内腔内设置有用于指示所述主螺栓的拉伸量的柱形芯杆，所述柱形芯杆的第一端部与所述主螺栓的端部相对固定，所述柱形芯杆的第二端部为自由端。

8.根据权利要求5所述的膜片式密封装置，其特征在于，所述紧固组件还包括设置在所述主螺母与所述压紧平盖之间的套筒。

9.根据权利要求8所述的膜片式密封装置，其特征在于，所述紧固组件还包括设置在所述主螺母与所述套筒之间的球面垫圈，所述球面垫圈包括邻近所述主螺母设置的凸球面垫圈和邻近所述套筒设置的凹球面垫圈，所述凸球面垫圈与所述凹球面垫圈配合。

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