CN110265169B - 超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构，包括用于装入放射性物品的箱体、下沉式内箱盖、旋扣式外箱盖；本发明中下沉式内箱盖与内法兰结构的结构配合起到径向限位作用，可显著提高抵御冲击载荷的能力，确保箱体口部完整且无较大变形；旋扣式外箱盖起到对箱体口部的加固防护作用和对下沉式内箱盖的轴向限位作用，且旋扣扣紧结构可以保证任意方向撞击下旋扣式外箱盖始终包覆在箱体口部不脱离；本申请中下沉式内箱盖的下沉部分填补了口部空腔，增加密封结构的结构强度和刚度。
Description
技术领域
本发明属于放射性物品防护技术领域，具体涉及超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构。
背景技术
随着国家对环境保护的日益重视，放射性物品等危险品的运输要求越来越高，强制性GB 11806-2004《放射性物质安全运输规程》的发布使得放射性活度达到特定范围的放射性物品运输必须用专门设计的抗事故包装容器，抗事故包装容器通常由外包装容器、缓冲防护隔热层、内包装容器组成。事故场景下的冲击和高热环境载荷经外包装容器和缓冲防护隔热层的消耗缓解后仍有部分冲击载荷和热载荷传递到内包装箱容器上，放射性物品直接装填在内包装容器内，内包装容器密封结构需在上述载荷作用下可靠密封放射性物品。
热载荷防护较为容易，当前隔热层设计技术可确保常见事故场景下密封结构表面温度低于密封材料使用温度，但冲击载荷防护相对困难，例如运输机空远事故场景下的超高速撞击带来的冲击载荷非常大，受平台运载能力、容器质量体积、制造成本等因素限制，外包装容器和缓冲防护层不可能无限制放大来完全抵御冲击载荷，在目前的工程设计水平下外包装容器和缓冲防护层最多只能吸收约85％的冲击载荷，内包装容器需承受的剩余约15％的冲击载荷仍处于较高量值，而在此情形下内包装容器密封结构的密封指标需维持在较高水平，满足对放射性物品的高密封要求。
公知的内包装容器密封结构通常采用箱体和箱盖法兰连接设计，箱体法兰面内嵌O型密封圈的方式。这种密封结构在例如空运事故等超高速撞击下传递到内包装容器密封结构的冲击载荷较大，出现箱体和箱盖变形、连接螺栓剪断、法兰面错位等导致O型密封圈无法有效压缩变形密封的概率很高，难以保证对容器内放射性物品的有效可靠密封。
为了解决以上问题，研发一种新型的超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构就显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构，包括用于装入放射性物品的箱体，密封结构还包括：
下沉式内箱盖；箱体口部向内形成内法兰结构，下沉式内箱盖与内法兰结构形成箱体内部的第一层固定密封连接；
旋扣式外箱盖；箱体口部向外形成外法兰结构，旋扣式外箱盖盖在下沉式内箱盖外部且与外法兰结构扣紧后形成箱体内部的第二层固定密封连接。
下沉式内箱盖与内法兰结构的结构配合起到径向限位作用，可显著提高抵御冲击载荷的能力，确保箱体口部完整且无较大变形；旋扣式外箱盖起到对箱体口部的加固防护作用和对下沉式内箱盖的轴向限位作用，且旋扣扣紧结构可以保证任意方向撞击下旋扣式外箱盖始终包覆在箱体口部不脱离。
具体地，下沉式内箱盖的上边缘口形成为往上且往外凸出的边缘环状结构，对应地箱体口部内侧形成下凹的环形缺口，边缘环状结构匹配安装在环形缺口内；下沉式内箱盖的下沉部分置于箱体口部内。
下沉式内箱盖的下沉部分填补了口部空腔，增加密封结构的结构强度和刚度。
具体地，在环形缺口上设置有多个螺孔，对应地下沉式内箱盖上设置有多个通孔，多个第一螺栓穿过下沉式内箱盖上的通孔后再旋入环形缺口上的螺孔用于箱体和下沉式内箱盖的固定。
具体地，密封结构还包括：
平面O型密封圈槽；在环形缺口的顶部设置有平面O型密封圈槽，平面O型密封圈安装在平面O型密封圈槽内；
柱面O型密封圈；在下沉式内箱盖的下沉部分外壁上设置有柱面O型密封圈槽，柱面O型密封圈安装在柱面O型密封圈槽内。
平面O型密封圈槽和柱面O型密封圈形成的平面密封和柱面密封组合增加了密封结构的密封性。
优选地，平面O型密封圈和柱面O型密封圈均采用EPDM橡胶和石墨制成。
优选地，在下沉式内箱盖上还开设有多个用于完全置于第一螺栓头部的开口。
此结构使得第一螺栓不能突出下沉式内箱盖顶平面，使旋扣式外箱盖底侧平面能与下沉式内箱盖顶平面贴合。
具体地，外法兰结构形成为花瓣法兰，旋扣式外箱盖下端设置有多个旋扣，旋扣式外箱盖盖在箱体上时，多个旋扣均穿过花瓣法兰的间隙，再旋转旋扣式外箱盖，多个旋扣对应扣入花瓣法兰下部；
在花瓣法兰的每个花瓣上均设置有螺孔，对应地旋扣式外箱盖上设置有多个多个通孔，多个第二螺栓穿过旋扣式外箱盖上的通孔后再旋入花瓣上的螺孔用于箱体和旋扣式外箱盖的固定。
优选地，箱体、下沉式内箱盖和旋扣式外箱盖均采用05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢制成。
本发明的有益效果在于：
本发明的超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构；
1、下沉式内箱盖与内法兰结构的结构配合起到径向限位作用，可显著提高抵御冲击载荷的能力，确保箱体口部完整且无较大变形；旋扣式外箱盖起到对箱体口部的加固防护作用和对下沉式内箱盖的轴向限位作用，且旋扣扣紧结构可以保证任意方向撞击下旋扣式外箱盖始终包覆在箱体口部不脱离。
2、本申请中下沉式内箱盖的下沉部分填补了口部空腔，增加密封结构的结构强度和刚度。
附图说明
图1是本发明的整体立体图一；
图2是本发明的整体立体图二；
图3是本发明的整体分解立体图；
图4是本发明的安装过程立体图；
图5是本发明的局部剖视图。
图中：1.箱体，11.花瓣法兰，2.下沉式内箱盖，3.旋扣式外箱盖，31.旋扣，4.平面O型密封圈，5.柱面O型密封圈，6.第一螺栓，7.第二螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1，如图1、图2所示；
超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构，包括用于装入放射性物品的箱体1，密封结构还包括：
下沉式内箱盖2；箱体1口部向内形成内法兰结构，下沉式内箱盖2与内法兰结构形成箱体1内部的第一层固定密封连接；
旋扣式外箱盖3；箱体1口部向外形成外法兰结构，旋扣式外箱盖3盖在下沉式内箱盖2外部且与外法兰结构扣紧后形成箱体1内部的第二层固定密封连接。
下沉式内箱盖2与内法兰结构的结构配合起到径向限位作用，可显著提高抵御冲击载荷的能力，确保箱体1口部完整且无较大变形；旋扣式外箱盖3起到对箱体1口部的加固防护作用和对下沉式内箱盖2的轴向限位作用，且旋扣31扣紧结构可以保证任意方向撞击下旋扣式外箱盖3始终包覆在箱体1口部不脱离。
本实施例中，只要是在箱体1的口部内侧设置第一层密封结构，然后再有第二层密封结构包覆住第一层密封结构，且采用的是与箱体1扣接，以避免其沿轴向方向的脱离的均落入本实施例的保护范围。
本实施例中，旋扣式外箱盖3的旋扣31扣紧结构能确保即使旋扣式外箱盖3与箱体1的固定连接部分受冲击载荷作用失效时，旋扣式外箱盖3也不会与箱体1口部脱离，保证轴向超高速撞击下下沉式内箱盖2难以轴向脱离箱体1，确保双重密封面不会同时失效，密封能力始终满足规定要求。考虑到其它方向的撞击不会比侧向和轴向更加严苛，密封结构只要满足侧向90m/s和轴向90m/s撞击刚性靶面后密封能力满足10-7Pa·m3/s漏率要求，就可包络任意方向的超高速撞击场景，即满足GB 11806-2004中C型货包要求。
实施例2，如图3、图4所示；
本实施例与实施例1的区别在于：下沉式内箱盖2的上边缘口形成为往上且往外凸出的边缘环状结构，对应地箱体1口部内侧形成下凹的环形缺口，边缘环状结构匹配安装在环形缺口内；下沉式内箱盖2的下沉部分置于箱体1口部内。
下沉式内箱盖2的下沉部分填补了口部空腔，增加密封结构的结构强度和刚度。
实施例3，如图3、图4所示；
本实施例与实施例2的区别在于：在环形缺口上设置有多个螺孔，对应地下沉式内箱盖2上设置有多个通孔，多个第一螺栓6穿过下沉式内箱盖2上的通孔后再旋入环形缺口上的螺孔用于箱体1和下沉式内箱盖2的固定。
在环形缺口上设置有24个M10×30螺孔；下沉式内箱盖2上开有24个φ11mm通孔，24个M10六角法兰面螺栓对应此处的螺孔和通孔，用于箱体1和下沉式内箱盖2的固定。
实施例4，如图3、图5所示；
本实施例与实施例2的区别在于：密封结构还包括：
平面O型密封圈4槽；在环形缺口的顶部设置有平面O型密封圈4槽，平面O型密封圈4安装在平面O型密封圈4槽内；
柱面O型密封圈5；在下沉式内箱盖2的下沉部分外壁上设置有柱面O型密封圈5槽，柱面O型密封圈5安装在柱面O型密封圈5槽内。
平面O型密封圈4槽和柱面O型密封圈5形成的平面密封和柱面密封组合增加了密封结构的密封性，密封裕量为100％，撞击下两个密封面同时失效才影响密封结构的密封性能。
平面O型密封圈4装入箱体1环形缺口上的平面O型密封圈4槽，柱面O型密封圈5涂上真空硅脂后装入下沉式内箱盖2柱面上的密封槽，将下沉式内箱盖2安装进箱体1口部结构的过程中柱面O型密封圈5受挤压变形填满整个泄露通道形成柱面密封，下沉式内箱盖2放入箱体1后，使上面的24个φ11mm通孔与24个M10螺纹孔对齐，通过24个M10六角法兰螺栓面螺栓将两者紧固，拧紧过程中注意对称拧紧，使下沉式箱盖平稳下降，直至下沉式内箱盖2底部与箱体1环形缺口完全贴合，平面O型密封圈4受挤压变形填满整个泄露通道形成平面密封。
实施例5；
本实施例与实施例4的区别在于：平面O型密封圈4和柱面O型密封圈5均采用EPDM橡胶和石墨制成。
平面O型密封圈4和柱面O型密封圈5采用插层复合型EPDM橡胶制造，其具有优良的抗老化、耐腐蚀性能，密封性能与丁基橡胶相当，适合用于密封放射性物品。两个密封圈分别安装在箱体1口部环形缺口和下沉式内箱盖2下层柱面上，下沉式内箱盖2安装到位后受压变形分别填满平面O型密封圈4槽和柱面O型密封圈5槽，分别实现平面和柱面密封。
密封结构的平面O型密封圈4和柱面O型密封圈5采用中国工程物理研究院利用EPDM橡胶和石墨为主原料，借助插层复合技术制备的高性能插层复合型EPDM橡胶材料(主要性能指标：邵氏硬度60-90、透气系数(0.4～0.9)×10-17(m2/s·Pa)、压缩永久变形5％～10％(105℃×96h)、密度1.0～1.2g/cm3、拉伸强度10～18MPa、扯断伸长率250％～470％、撕裂强度27kN/m～45kN/m)制造。
实施例6，如图4、图5所示；
本实施例与实施例4或实施例5的区别在于：在下沉式内箱盖2上还开设有多个用于完全置于第一螺栓6头部的开口。
此结构使得第一螺栓6不能突出下沉式内箱盖2顶平面，使旋扣式外箱盖3底侧平面能与下沉式内箱盖2顶平面贴合。开口尺寸约为25mm×25mm×10mm(长×宽×高)，能让M10六角法兰螺栓面螺栓安装到位后不会突出下沉式内箱盖2顶平面。
实施例7，如图2、图3、图4所示；
本实施例与实施例1-5任一项的区别在于：外法兰结构形成为花瓣法兰11，旋扣式外箱盖3下端设置有多个旋扣31，旋扣式外箱盖3盖在箱体1上时，多个旋扣31均穿过花瓣法兰11的间隙，再旋转旋扣式外箱盖3，多个旋扣31对应扣入花瓣法兰11下部；
在花瓣法兰11的每个花瓣上均设置有螺孔，对应地旋扣式外箱盖3上设置有多个多个通孔，多个第二螺栓7穿过旋扣式外箱盖3上的通孔后再旋入花瓣上的螺孔用于箱体1和旋扣式外箱盖3的固定。
本实施例中，旋扣式外箱盖3的旋扣31扣紧结构能确保即使连接螺栓受冲击载荷作用失效时，外箱盖也不会与箱体1口部脱离，保证轴向超高速撞击下内箱盖难以轴向脱离箱体1，确保双重密封面不会同时失效，密封能力始终满足规定要求。考虑到其它方向的撞击不会比侧向和轴向更加严苛，密封结构只要满足侧向90m/s和轴向90m/s撞击刚性靶面后密封能力满足10-7Pa·m3/s漏率要求，就可包络任意方向的超高速撞击场景，即满足GB11806-2004中C型货包要求。
本实施例中，旋扣式外箱盖3一共有12个旋扣31，相邻旋扣31相差30°(相邻旋扣31的中心点与旋扣式外箱盖3的轴心线的连线相差30°)，箱体1口部结构外法兰为花瓣法兰11，有12个花瓣，相邻花瓣相差30°(相邻花瓣的中心点与箱体1的轴心线的连线相差30°)，将旋扣式外箱盖3的旋扣31与箱体1口部结构的外花瓣法兰11一一对齐后整体将旋扣式外箱盖3旋转15°，使每个旋扣31对准花瓣法兰11的空隙，将旋扣式外箱盖3沉到箱体1口部结构外法兰上，整体旋转旋扣式外箱盖315°，使每个花瓣都完全嵌进旋扣31里，旋扣式外箱盖3上12个φ9mm通孔与花瓣法兰11上12个M8螺纹孔对齐，通过12个M8六角法兰螺栓面螺栓将两者紧固，拧紧过程中注意对称拧紧，旋扣式外箱盖3与花瓣法兰11的连接相当于在箱体1口部上包覆了一层加固防护结构，能提高箱体1口部抵御冲击载荷的能力，花瓣法兰11嵌进旋扣31的形式可以保证撞击下外箱盖不会与箱体1口部分离，不仅对箱体1口部的防护功能始终发挥作用，还对下沉式内箱盖2起到保护和轴向限位作用。
实施例8；
本实施例与实施例7的区别在于：箱体1、下沉式内箱盖2和旋扣式外箱盖3均采用05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢制成。
箱体1整体和口部均采用05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢制造，其具有极高的强度(抗拉强度约1300MPa)、良好的塑性和可焊接性，用其加工的箱体1结构整体强度和刚度较高，抵御冲击载荷的能力较强，在超高速撞击下箱体1不易出现大变形和破裂现象。
本申请中固定下沉式内箱盖2和旋扣式外箱盖3的紧固件均采用六角法兰面螺栓，这种螺栓除具有自锁功能外，使用时不需要安装常用的弹垫、平垫，减少了配套紧固零件种类和数量，避免了撞击下因垫圈受损导致螺纹紧固能力下降或失效的风险，提高了螺纹紧固的可靠性。
本申请中箱体1(包含箱体1口部结构、下沉式内箱盖2、旋扣式外箱盖3均采用05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢(主要性能指标：屈服强度σ0.2＞1000MPa、抗拉强度σb＞1300MPa、冲击韧性、)制造，采用上述密封结构的内包装容器装在外包装容器和缓冲防护隔热层内分别进行了90m/s撞击速度的正向、侧向、角向撞击刚性靶火箭撬试验，试验后内箱体1结构完整，整体检漏漏率达到10-7Pa·m3/s，满足对放射性物品的密封要求，也符合GB 11806-2004中最严苛的C型货包相关要求。如果对密封装置一次使用时间没有特别长的要求，橡胶密封块材料可用市场上能买到的丁基橡胶、硅橡胶替代。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。
Claims (5)
1.超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构，包括用于装入放射性物品的箱体，其特征在于，密封结构还包括：
下沉式内箱盖；箱体口部向内形成内法兰结构，下沉式内箱盖与内法兰结构形成箱体内部的第一层固定密封连接；
旋扣式外箱盖；箱体口部向外形成外法兰结构，旋扣式外箱盖盖在下沉式内箱盖外部且与外法兰结构扣紧后形成箱体内部的第二层固定密封连接；
下沉式内箱盖的上边缘口形成为往上且往外凸出的边缘环状结构，对应地箱体口部内侧形成下凹的环形缺口，边缘环状结构匹配安装在环形缺口内；下沉式内箱盖的下沉部分置于箱体口部内；
在环形缺口上设置有多个螺孔，对应地下沉式内箱盖上设置有多个通孔，多个第一螺栓穿过下沉式内箱盖上的通孔后再旋入环形缺口上的螺孔用于箱体和下沉式内箱盖的固定；
密封结构还包括：
平面O型密封圈槽；在环形缺口的顶部设置有平面O型密封圈槽，平面O型密封圈安装在平面O型密封圈槽内；
柱面O型密封圈；在下沉式内箱盖的下沉部分外壁上设置有柱面O型密封圈槽，柱面O型密封圈安装在柱面O型密封圈槽内。
2.根据权利要求1所述的超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构，其特征在于：平面O型密封圈和柱面O型密封圈均采用EPDM橡胶和石墨制成。
3.根据权利要求1或2所述的超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构，其特征在于：在下沉式内箱盖上还开设有多个用于完全置于第一螺栓头部的开口。
4.根据权利要求1或2所述的超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构，其特征在于：外法兰结构形成为花瓣法兰，旋扣式外箱盖下端设置有多个旋扣，旋扣式外箱盖盖在箱体上时，多个旋扣均穿过花瓣法兰的间隙，再旋转旋扣式外箱盖，多个旋扣对应扣入花瓣法兰下部；
在花瓣法兰的每个花瓣上均设置有螺孔，对应地旋扣式外箱盖上设置有多个多个通孔，多个第二螺栓穿过旋扣式外箱盖上的通孔后再旋入花瓣上的螺孔用于箱体和旋扣式外箱盖的固定。
5.根据权利要求4所述的超高速撞击下放射性物品内包装容器密封结构，其特征在于：箱体、下沉式内箱盖和旋扣式外箱盖均采用05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢制成。
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