CN111952922B - 引线装置及具有该引线装置的压力容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供引线装置及具有该引线装置的压力容器。引线装置包括：引线针组件，其包括绝缘套管及套装于绝缘套管内的引线针，引线针包括第一端部、与第一端部相对的第二端部以及位于第一端部和第二端部之间的主体部；引线针配件，其具有与引线针组件相配合的槽孔，槽孔包括收容引线针的第一槽孔段、收容主体部的第二槽孔段和第三槽孔段；第一固定件，其在第一槽孔段固定第一端部；以及第二固定件，其固定于第三槽孔段；在第一槽孔段和第三槽孔段，分别通过第一绝缘垫片、第二绝缘垫片和绝缘套管使引线针与引线针配件绝缘，第二绝缘垫片、第二端部与第三槽孔段形成有填充至少两个绝缘密封件的密封空间，第二固定件用于保持绝缘密封件。

Description

引线装置及具有该引线装置的压力容器

技术领域

本发明涉及提供适用于超高压力环境的引线装置及具有该引线装置的压力容器，该引线装置保证了超高压力环境下引线装置与外界大气环境的密封及绝缘，并且容易装配。

背景技术

高温高压实验室系统是重要的实验平台。对于气压为300MPa，温度为500-1200℃的高温高压实验系统，持续稳定的加温是实验系统的基本要求。例如，在采用加热丝进行加温时，就要求我们提供一种能够在超高压力条件下使用的引线装置，这种引线装置必须要保证密封和绝缘的特性。压力容器的密封引线问题一直是压力容器设备的技术难点和要点。在现有技术中，对高压超高压的密封引线进行过研究，主要的方法是将引线穿过带孔密封槽，然后用环氧树脂将密封槽均匀填封，待环氧树脂完全凝固后，完成装配。例如，将引线紧密均布于中心锥杆，用环氧树脂浇注密封头和连接密封面，待环氧树脂凝固，完成装配。但是，因上述结构设计不当或环氧树脂浇注工艺会造成密封失效。另外，使用环氧树脂进行密封的工艺繁琐，对操作者要求高，存在一定的密封失效风险，并且这种密封引线的线径比较小，主要用于信号传输，并不适用于大电流的传输。上述超高压力密封引线对操作者的要求极高，在密封失效的情况下，清理密封槽内的环氧树脂费时费力，同时密封面在清理过程中也极易划伤密封面，造成工件无法使用。

因此，有必要提供适用于超高压力环境下具有密封绝缘性能的引线装置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种引线装置，所述引线装置包括：引线针组件，其包括绝缘套管及套装于绝缘套管内的引线针，引线针包括靠近大气环境一侧的第一端部、与第一端部相对的第二端部以及位于第一端部和第二端部之间的主体部；引线针配件，其具有与引线针组件相配合的槽孔，所述槽孔包括收容引线针的第一槽孔段、收容主体部的第二槽孔段和第三槽孔段；第一固定件，其在所述第一槽孔段固定所述第一端部；以及第二固定件，其固定于所述第三槽孔段；其中，在所述第一槽孔段和所述第三槽孔段，分别通过第一绝缘垫片、第二绝缘垫片和绝缘套管使引线针与引线针配件绝缘，所述第二绝缘垫片、所述第二端部与所述第三槽孔段形成有填充至少两个绝缘密封件的密封空间，所述第二固定件用于保持绝缘密封件。

优选地，所述第一槽孔段具有第一直径，所述第二槽孔段具有小于第一直径的第二直径，所述第三槽孔段包括具有第三直径的第一部分和具有比第三直径大的第二部分，其中第三直径大于第二直径。

优选地，所述第三直径与所述第一直径相等。

优选地，在第一绝缘垫片和第二绝缘垫片相同的情况下，绝缘套管的长度满足表达式：L1+L2<L<L1+L2*2，其中，L为所述绝缘套管的长度，L1为第二槽孔段的长度，L2为第一绝缘垫片的长度。

优选地，绝缘套管的长度满足表达式：L＝L1+L2*1.5，其中，L为所述绝缘套管的长度，L1为第二槽孔段的长度，L2为第一绝缘垫片的长度。

优选地，所述绝缘密封件为可伸缩的弹性体。

优选地，所述第二固定件为环状构件，其外环面形成有与所述第三槽孔段的内表面螺纹连接的螺纹。

优选地，所述第二固定件压紧最靠近超高压环境的绝缘密封件，并且所述第二固定件还具有与所述第三槽孔段的内壁面形成凹凸配合的台阶部。

优选地，所述第一绝缘垫片和所述第二绝缘垫片的与所述槽孔接合的端面均设有倒角面。

根据本发明的第二方面，提供了压力容器，其中，所述压力容器配设有根据本发明的第一方面的引线装置，引线针的第一端部连接导线，而所述引线针的第二端部连接加热线或者感温元件。

通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

有益效果

与现有技术相比，本发明的引线装置应用广泛，特别适用于300MPa压力容器，可实现500-1200℃的加温需求及测温需求。另外，引线装置能够实现超高压力下的引线密封，实现引线针和引线针配件之间的可靠的机械锁定，以保证引线针相对于引线针配件的位置不变；由于不需要使用环氧树脂作为粘合剂，因此不需要较长时间的凝固过程，本发明的引线装置将各部件装配完成就可以使用，大大提高了工作效率。本发明的引线装置结构设计简单、零部件少，结构可靠性高，密封结构易于维护、密封性能好、密封寿命长，还具有能重复使用、装卸方便、使用方便等优点。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图例示了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与文字说明一起用来解释本发明的原理。

图1是示出了本发明的引线装置的结构剖面示意图；

图2是示出了本发明的引线针配件的结构剖面示意图；

图3是示出了本发明的引线针组件的结构剖面示意图；

图4是示出了本发明的第二固定件的平面示意图；

图5是示出了本发明的第二固定件的结构剖面示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细说明本发明的实施例。应当理解，除非另外说明，下述实施例仅是示例性的，不以任何方式限制本发明。需要说明的是，以附图中纸面的左右方向为水平方向，以与水平方向垂直的方向(纸面的上下方向)为竖直方向。

实施例1

本发明提供一种引线装置，该引线装置特别适用于超高压力环境，在本发明中，超高压力是指大于或等于300MPa以上的压力。另外，在本发明中为了描述简便，而将该引线装置的靠近大气环境的一侧称为第一侧(即上侧)，而将与第一侧相对且靠近超高压力环境的一侧称为第二侧(即下侧)。

如图1所示，引线装置包括引线针组件2、具有与引线针组件2相配合的槽孔的引线针配件1、用于固定引线针组件2的第一固定件5、用于密封引线针配件1的至少两个绝缘密封件6、以及用于锁定绝缘密封件6的第二固定件7，其中，引线针组件2套装于第二槽孔段12且与引线针配件1绝缘。引线针组件2包括引线针20(后面将参照图3进行详细描述)和套装于引线针20外面的绝缘套管8。

在本实施例中，引线装置还包括第一绝缘垫片3和第二绝缘垫片4。进一步地，第一固定件5用于压紧引线针组件2和第一绝缘垫片3以及第二绝缘垫片4，并且第一固定件5位于比第一绝缘垫片3靠近大气环境的位置(参照图1，第一固定件5位于第一绝缘垫片3上方的位置)。

图2示出了引线针配件的结构剖面示意图。下面将参照图2描述引线针配件1的结构。如图2所示，引线针配件1包括用于收容引线针组件2的槽孔，该槽孔包括第一槽孔段11、第二槽孔段12和第三槽孔段13，其中，在第一槽孔段11和第三槽孔段13，分别通过第一绝缘垫片3、第二绝缘垫片4和绝缘套管8使引线针20与引线针配件1绝缘。

具体地，引线针配件1包括靠近大气环境的第一端面(图2中的上端面)及与第一端面相对的第二端面(图2中的下端面)；引线针配件1的第一端面上形成有自第一端面向第二端面凹陷的第一槽孔段11，第二端面上形成有自第二端面向第一端面凹陷的第三槽孔段13，从图1中可知，第一槽孔段11比第三槽孔段13靠近大气环境，第一槽孔段11和第三槽孔段13之间包括第二槽孔段(贯通孔)12，以使第一槽孔段11和第三槽孔段13连通，以用于例如电线引出；第一槽孔段11具有第一直径d1，第二槽孔段12具有小于第一直径d1的第二直径d2，第三槽孔段13具有第三直径d3，其中第三直径d3大于第二直径d2。在本实施例中，第一直径d1等于第三直径d3，但是本发明不限于此，第一直径d1可以小于第三直径d3，或者第一直径d1可以大于第三直径d3，可以根据实际结构需要来确定。需要说明的是，第一直径d1和第三直径d3的大小是由绝缘垫片的大小决定的，为了减少配件规格数量，优选使用同样规格的绝缘垫片。另外，在本发明中，第二直径d2必须小于第三直径d3，因为在高压环境下高压作用力是需要第二槽孔段12和第三槽孔段13形成的台阶面来承接的。

另外，第三槽孔段13包括具有第三直径d3的第一部分131和具有比第三直径d3大的第四直径d4的第二部分133，第二固定件7螺纹固定于第三槽孔段13的内壁面；第三槽孔段的内表面与引线针20的靠近超高压力环境的一端部(即，第二端部23)的外表面相对，其中，第三槽孔段13、第二绝缘垫片4、引线针20的靠近超高压力环境的部分之间形成用于密封的空间，绝缘密封件6填充在该空间中。

更具体地，第二槽孔段12用于收容绝缘套管8，第二槽孔段12的长度L1略小于绝缘套管8的长度L(在本实施例中，是指在竖直方向上的长度)，以使引线针20与引线针配件1不接触，以实现引线针20与引线针配件1绝缘。

接下来，将参照图3描述引线针20的结构。如图3所示，在本实施例中，引线针20包括靠近大气环境的第一端部21、与第一端部21相对且靠近超高压力环境的第二端部23以及位于第一端部21与第二端部23之间的主体部22，其中，主体部22可以为导杆，在导杆的外表面套装有绝缘套管8。在第一绝缘垫片3和第二绝缘垫片4相同(即，在竖直方向上的长度相等)的情况下，绝缘套管8的长度L略小于第二槽孔段12的长度L1(在本实施例中，是指在竖直方向上的长度)与两个第一绝缘垫片3的长度L2(在本实施例中，是指在竖直方向上的长度)的总和，并且略大于第二槽孔段12的长度L1(在本实施例中，是指在竖直方向上的长度)与第一绝缘垫片3的长度L2(在本实施例中，是指在竖直方向上的长度)的总和(即，L1+L2<L<L1+L2*2)，优选地，长度L＝L1+L2*1.5；第一端部21可以连接例如导线，第二端部23可连接例如加热线或者感温元件等。在第一绝缘垫片3和第二绝缘垫片4不相同(即，在竖直方向上的长度不相等)的情况下，绝缘套管8的长度L略小于第二槽孔段12的长度L1(即，在竖直方向上的长度)、第一绝缘垫片3的长度L2(即，在竖直方向上的长度)及第二绝缘垫片4的长度(即在竖直方向上的长度)的总和，并且略大于第二槽孔段12的长度L1(即，在竖直方向上的长度)和第一绝缘垫片3(或者第二绝缘垫片4)的长度L2(即，在竖直方向上的长度)的总和。在上述结构中，绝缘套管8的长度如此设定，可以保证引线针20的主体部22与第二槽孔段12的绝对隔离，没有导通的可能性。

接下来，将描述引线针组件2与引线针配件1的槽孔之间的配合结构。

在本实施例中，第一绝缘垫片3、第二绝缘垫片4、第一固定件5及第二固定件7均为环状构件，第一绝缘垫片3收容于第一槽孔段11，主体部22的上端面，第一固定件5优选为固紧螺母，第一固定件5与引线针20的第一端部21螺纹连接以锁定第一绝缘垫片3和第二绝缘垫片4以及引线针20。

更具体地，第一绝缘垫片3包括位于内侧的第一环面、位于外侧的第二环面、靠近大气环境的第一表面(上表面)以及与第一表面相对的第二表面(下表面)，优选地，第二表面(即第一绝缘垫片3与第一槽孔段11相配合的表面)还包括倒角面，该倒角面可以为相对于水平方向倾斜的斜面，可以是圆弧面等；在本实施例中，由于第二绝缘垫片4的结构与第一绝缘垫片3相同，所以省略了对第二绝缘垫片4的描述。但是本发明不限于此，在其他实施方式中，第一绝缘垫片3和第二绝缘垫片4可以不同。

更进一步地，在引线针配件1的第三槽孔段13、第二绝缘垫片4与引线针20的第二端部23之间形成填充有至少两个绝缘密封件6的密封空间。在本实施例中，绝缘密封件6为可伸缩的弹性体，例如为O型圈，优选地，绝缘密封件6的截面在水平方向上的长度(例如截面直径)大于密封空间，以通过径向压缩，进一步在竖直方向上给绝缘密封件6预应力，由此获得足够大的低压密封弹性力，根据自紧式密封原理，能够实现超高压的密封要求。

另外，在本发明中，如图4和图5所示，第二固定件7为环状构件，优选地为带有外螺纹和中心孔的台阶型圆柱体。第二固定件7设有台阶部71，台阶部71包括靠近第一侧(即大气环境一侧)的第一平面711、自第一平面711向下沿竖直方向延伸的第一竖直面712、自第一竖直面712向外沿水平方向延伸的第二平面713以及与第二平面713相连且沿竖直方向延伸的第二竖直面714。在本实施例中，第二竖直面714为螺纹面；第二平面713上均匀分布有多个贯通孔，其中，贯通孔的数量优选为偶数，例如，为两个、四个、六个等，在本实施方式中为四个；第二固定件7还设有第三竖直面72(即第二固定件72的内环面)，第三竖直面72与引线针20的第二端部23的密封部分231和固定部分233为间隙配合，参照图4和图5。

优选地，第二固定件7与第三槽孔段13的连接方式例如通过螺纹连接。具体地，第二固定件7的外环面形成有螺纹，螺纹与第三槽孔段13的内表面螺纹连接，第二固定件7保持绝缘密封件6，具体地，第二固定件7压紧最靠近超高压力环境的绝缘密封件6，以便保持该绝缘密封件6的位置保持不变，由此防止了绝缘密封件6因受到向下的力(例如泄压过程受到向下的力)而引起的移位，由此保证了绝缘密封件6与引线针20和引线针配件1的相对位置不变，因此，可以在升压和泄压过程的超高压力环境中重复利用。上述螺纹连接方式为优选方式，但是不限于此，还可以通过其他连接方式连接。

实施例2

本发明提供一种压力容器，该压力容器配设有引线装置。

具体地，该引线装置配设在压力容器的内壁、盖部或者其他需要的位置处(例如下文提到的压力腔)，由于本实施例的引线装置与实施例1的引线装置相同，所以省略了其的描述。

在本实施例中，压力容器具有压力腔，在压力容器的压力腔内压力升高至300MPa以上的情况下，通过具有上述结构的引线装置，可将压力容器外的导线与超高压力下压力腔内的加热丝连接，并且在压力容器的压力腔保持超高压力的状态下，例如，引线针20的第一端部21连接导线，并且引线针20的第二端部23连接加热线，以实现超高压容器的内部加温。

另外，当引线装置连接热电偶时，可以实现超高压容器的内部的温度测量。

接下来，对引线装置连接感温元件(以R型热偶为例)的结构进行说明。具体地，在对超高压力下的压力腔内进行测温的情况下，需要两组引线装置，其中，一组引线装置的引线针20的第二端部23的引出端连接铂铑丝，另一组引线装置的引线针20的第二端部23的引出端连接铂丝，将适当长度的铂铑丝和铂丝进行焊接，并将铂铑丝和铂丝的焊接点牢固的放置于测温点，使用热偶补偿线分别由两个引线针20的第一端部21引出，并与测温表连接，实现超高压容器的压力腔内测温。

接下来，将描述本发明的引线装置的工作原理。如果压力容器的升压介质为气体，在升压过程中气体介质的体积被极力压缩，被压缩的气体会进入绝缘密封件6的间隙，那么在泄压过程中，两绝缘密封件6的间隙的气体体积就会膨胀，就会将绝缘密封件6和引线针20向压力容器的高压一侧推动。第一固定件5与引线针20的第一端部21螺纹连接，有效的固定了第一绝缘垫片3、第二绝缘垫片4和引线针20的位置，防止泄压过程中引线针20的发生移位；当推力大于绝缘密封件6与第三槽孔段13和引线针20的密封部分的摩擦力时，绝缘密封件6就会发生移位，那么第二固定件7会给绝缘密封件6一个与泄压推力反方向的支撑力，从而防止绝缘密封件6移位。保证绝缘密封件6和引线针20相对于引线针配件1的位置不变，因此，可以重复使用该引线装置。

接下来，将描述本发明的引线装置的装配过程。截取合适长度的绝缘套管8，应注意绝缘套管8两端的边缘整齐无毛边。将绝缘套管8由引线针20的第一端部21套入，推送至引线针20的导杆(即，主体部22)和第二端部(23)的端面。将第一绝缘垫片3放入第一槽孔段11，其中，第一绝缘垫片3的具有倒钝面的下端面与第一槽孔段11的槽孔底面完全接触，引线针20的第一端部21依次从第三槽孔段13、第二绝缘垫片4的中心孔、第二槽孔段12、第一绝缘垫片3的中心孔、第一槽孔段11穿过，直到引线针20的第二端部23的密封部分与第二绝缘垫片4完全接触。将两个绝缘密封件6推送至由第三槽孔段13的密封部分、绝缘垫片、引线针20的第二端部23形成的用于密封的空间内，并保证绝缘密封件6被推送至该空间的底部，第一个绝缘密封件6与绝缘垫片4完全接触并贴合，第二个绝缘密封件6与第一个绝缘密封件6完全接触并贴合。第二固定件7与引线针配件1为螺纹连接，将第二固定件7旋入密封槽孔下方的内螺纹孔，第二固定件7的台阶部顶住第二个绝缘密封件6，并通过进一步旋进，施加一定的预应力。将另一片绝缘垫片，放入固紧槽孔，引线针20的第一端部21穿过绝缘垫片的中心孔，并且保证绝缘垫片的倒钝平面与第一槽孔段的底面完好接触。第一固定件(固紧螺母)5与引线针例如为螺纹连接，将固紧螺母旋入引线针20的第一端部21，使固紧螺母与绝缘垫片的端面完全接触，并通过进一步旋进，施加一定的预应力。引线针20的第一端部21连接导线，第二端部23连接加热丝后，装配完成。

与现有技术相比，本发明的引线装置应用广泛，特别适用于300MPa压力容器，可实现500℃-1200℃的加温需求及测温需求。另外，引线装置能够实现超高压力下的引线密封，实现引线针和引线针配件之间的可靠的机械锁定，以保证引线针相对于引线针配件的位置不变；由于不需要使用环氧树脂作为粘合剂，因此不需要较长时间的凝固过程，本发明的引线装置将各部件装配完成就可以使用，大大提高了工作效率。本发明的引线装置结构设计简单、零部件少，结构可靠性高，密封结构易于维护、密封性能好、密封寿命长，还具有能重复使用、装卸方便、使用方便等优点。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (8)

1.一种引线装置，所述引线装置包括：

引线针组件(2)，其包括绝缘套管(8)及套装于绝缘套管(8)内的引线针(20)，引线针(20)是一体的并且包括靠近大气环境一侧的第一端部(21)、与第一端部(21)相对的第二端部(23)以及位于第一端部(21)和第二端部(23)之间的主体部(22)，第一端部(21)的直径小于主体部(22)的直径，第二端部(23)的直径大于主体部(22)的直径；

引线针配件(1)，其具有与引线针组件相配合的槽孔，所述槽孔包括第一槽孔段(11)、第二槽孔段(12)和第三槽孔段(13)，所述第一槽孔段(11)收容引线针(20)的第一端部(21)和主体部(22)的靠近第一端部(21)侧的一部分，所述第二槽孔段(12)收容主体部(22)；

第一固定件(5)，其在所述第一槽孔段(11)固定所述第一端部(21)；以及

第二固定件(7)，其固定于所述第三槽孔段(13)；

其中，在所述第一槽孔段(11)通过第一绝缘垫片(3)和绝缘套管(8)，和在所述第三槽孔段(13)通过第二绝缘垫片(4)和绝缘套管(8)，使引线针(20)与引线针配件(1)绝缘，

所述第二绝缘垫片(4)、所述第二端部(23)与所述第三槽孔段(13)的内壁面形成有填充至少两个绝缘密封件(6)的密封空间，所述第二固定件(7)用于保持绝缘密封件(6)，

其中，所述第一槽孔段的直径是恒定的第一直径，所述第二槽孔段的直径是小于第一直径的恒定的第二直径，所述第三槽孔段包括直径是恒定的第三直径的第一部分和直径是比第三直径大的恒定的直径的第二部分，其中第三直径大于第二直径，所述第三槽孔段(13)的第一部分收容第二端部(23)的一部分、主体部(22)的靠近第二端部(23)侧的一部分、所述第二绝缘垫片(4)以及绝缘密封件(6)，所述第三槽孔段(13)的第二部分收容第二端部(23)的一部分，第二固定件(7)固定于所述第三槽孔段(13)的第二部分，

其中，在第一绝缘垫片(3)和第二绝缘垫片(4)相同的情况下，绝缘套管(8)的长度满足表达式：L1+L2<L<L1+L2*2，其中，L为所述绝缘套管(8)的长度，L1为第二槽孔段(12)的长度，L2为第一绝缘垫片(3)的长度。

2.根据权利要求1所述的引线装置，其中，所述第三直径与所述第一直径相等。

3.根据权利要求1所述的引线装置，其中，绝缘套管(8)的长度满足表达式：L＝L1+L2*1.5，其中，L为所述绝缘套管(8)的长度，L1为第二槽孔段(12)的长度，L2为第一绝缘垫片(3)的长度。

4.根据权利要求1所述的引线装置，其中，所述绝缘密封件(6)为可伸缩的弹性体。

5.根据权利要求1所述的引线装置，其中，所述第二固定件(7)为环状构件，其外环面形成有与所述第三槽孔段(13)的内表面螺纹连接的螺纹。

6.根据权利要求5所述的引线装置，其中，所述第二固定件(7)压紧最靠近超高压环境的绝缘密封件(6)，并且所述第二固定件(7)还具有与所述第三槽孔段的内壁面形成凹凸配合的台阶部。

7.根据权利要求1所述的引线装置，其中，所述第一绝缘垫片(3)和所述第二绝缘垫片(4)的与所述槽孔接合的端面均设有倒角面。

8.一种压力容器，其中，所述压力容器配设有根据权利要求1所述的引线装置，引线针(20)的第一端部连接导线，而所述引线针(20)的第二端部连接加热线或者感温元件。

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