CN112145824A - 管件接缝密封结构及接缝保护方法 - Google Patents

管件接缝密封结构及接缝保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及接缝密封领域，具体涉及一种管件接缝密封结构及接缝保护方法。其中，所述管件接缝密封结构包括彼此对接的第一管件和第二管件以及套设在所述第一管件和第二管件的对接处的密封套管，所述密封套管包括第一端部和第二端部，所述第一端部与所述第一管件的外周密封连接；所述第二管件的外周和所述第二端部与能够彼此卡接；所述密封套管与所述管件之间填充有密封填料。该管件接缝密封结构具有提高金属管件和无机非金属管件的接缝连接强度，延长其使用寿命，特别适用于针对不同膨胀系数的管道的接缝的密封。

Description

管件接缝密封结构及接缝保护方法
技术领域
本发明涉及接缝密封领域，具体涉及一种管件接缝密封结构及接缝保护方法。
背景技术
电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，其由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。单电池中的一个电极供给燃料气体，另一个电极供给氧化剂气体，通过发电反应进行发电。单电池层叠设置进行相连时，为确保单个电池的外部绝缘性，相邻单电池的送料管道需要彼此绝缘。因此，需要在两个输送物料的不锈钢管道之间焊接陶瓷管道。
目前，通常是采用可伐材料对不锈钢管道和陶瓷管道的连接端部进行焊接固定。但随着使用温度的提高，例如800℃或更高的温度，不锈钢金属容易产生蠕变现象，陶瓷的脆性增大，焊接处的强度也相应降低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的在高温条件下，金属管件和无机非金属管件的焊接位置容易氧化造成强度下降的问题，提供接缝密封件和管道连接结构及接缝保护方法和应用，该接缝密封件具有提高金属管件和无机非金属管件的接缝连接强度，延长其使用寿命，特别适用于针对不同膨胀系数的管道的接缝的密封。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种管件接缝密封结构，所述管件接缝密封结构包括彼此对接的第一管件和第二管件以及套设在所述第一管件和第二管件的对接处的密封套管，所述密封套管包括第一端部和第二端部，所述第一端部与所述第一管件的外周密封连接；所述第二管件的外周和所述第二端部与能够彼此卡接；所述密封套管与所述管件之间填充有密封填料。
本发明第二方面提供一种接缝保护方法，所述接缝为第一管件和第二管件的对接接缝，该保护方法包括如下步骤：
将密封套管套接在第一管件和第二管件对接处的外周，使所述密封套管的第一端部与第一管件外周侧壁接触以密封所述第一端部与所述第一管件外周侧壁；
从所述密封套管的第二端部的开口处向密封套管的内部填充密封填料；
将填充有所述密封填料的所述密封套管朝向所述第二管道所在的侧移动至所述第二端部与所述第二管件卡接。
通过上述技术方案，本发明的接缝密封件设置在管道外周，在所述密封套管内填充密封填料。一方面密封填料起到弹性体的作用，其依靠自身的形变量使得密封套管的第二端部与凸台卡接牢固，不容易移位；另一方面密封填料还能够对管道形成密封保护，避免其暴露在空气中，对管道具有较好的抗氧化效果。
尤其是针对不同热膨胀系数的管道的接缝，本发明的接缝密封件中依靠密封填料的体积变化预留形变余量，能够依据接缝的形变起到适应性地保护。
附图说明
图1是实施方式一中管件接缝密封结构的示意图；
图2是实施方式二中管件接缝密封结构的示意图。
附图标记说明
1、第一管件 2、第二管件 3、接缝
4、凸台 41、卡槽 5、密封套管
51、第一端部 52、第二端部 53、台阶部
54、卡扣部 6、支撑件 7、空腔
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
本发明第一方面提供一种管件接缝密封结构，如图1和图2所示，所述管件接缝密封结构包括彼此对接的第一管件1和第二管件2以及套设在所述第一管件1和第二管件2的对接处的密封套管5，所述密封套管5包括第一端部51和第二端部52，所述第一端部51与所述第一管件1的外周密封连接；所述第二管件2的外周能够与所述第二端部52连接；所述密封套管5与所述第一管件1和第二管件2之间形成有空腔7，于所述空腔7中填充有密封填料以密封所述第一管件1和第二管件2的对接处。
根据本发明，所述密封套管5的形状没有特别的限定，只要能够实现套设在管道外周即可。所述密封套管5内呈空腔7，其中所述的第一端部51和第二端部52分别为密封套管5开口的两端。所述密封套管5采用套接的方式套设在管件的外周，操作更加方便，且方便对空腔7中的密封填料进行更换。
所述第一端部51与管道外周的密封连接没有特别的限定，只要能够实现密封套管5的第一端部51与管道外周的侧壁之间留有滑动间隙，且使得填充在密封套管5内的密封填料不泄漏即可。
所述密封套管5的第二端部52与第二管件2进行连接的方式没有特别的限定，优选地，采用卡接的方式进行连接，根据本发明的一种优选实施方式，如图1所示，所述第二管件2设置有凸台4，所述第二端部52设置有与所述凸台4卡接的台阶部53，所述台阶部53朝向管道方向弯曲、并与凸台4卡接。按照这一优选实施方式，密封套管5套接在管道后，再根据所述第二端部52与凸台4的相对位置对第二端部52进行弯曲形成台阶部53。
根据本发明，密封套管5与第一管件1和第二管件2之间形成密闭的空腔7，空腔7内部没有流体流动，同时配合在空腔7内填充粉煤灰，使得第一管件1和第二管件2的接缝处于密封的环境中。当在高温环境(比如高于800℃)中使用时，空腔内的少量空气与第一管件1和第二管件2的接缝所用的材料发生氧化作用，空腔内的氧气被消耗后，氧气浓度大幅下降，降低接缝暴露在空气中的概率，而且管件接缝密封结构整体呈密闭状态，减少空气向密封套管5内流通，进而避免接缝处的材料被继续氧化。
根据本发明的另一种优选实施方式，如图2所示，所述第二管件2设置有凸台4，所述凸台4上开设有卡槽41，所述第二端部52设置有与所述卡槽41卡接的卡扣部54。所述卡扣部54背离管道方向弯曲、并与卡槽41卡接。按照这一优选实施方式，所述卡扣部54具有一定的弹性形变量，其能够与卡槽41进行卡接固定。
所述凸台4可以与第二管件2一体成型，也可以固定连接在第二管件2的外周。凸台4的形状和结构没有特别的限定，只要能够实现第二端部52与凸台4卡接进行临时固定即可。
根据本发明，填充有密封填料的密封套管5沿着第一管件1和第二管件2的长度方向向凸台4靠近，在该过程中，密封填料受到凸台4挤压发生压缩形变，密封套管5的第二端部52与凸台4卡接固定后，受挤压形变的密封填料有恢复形变趋势，进而和卡接部位配合实现密封套管5和管道的临时紧固。
为了进一步提高密封填料在密封套管5中的填充稳定性，优选地，所述密封套管5内靠近第一端部51处还设置有支撑件6。更优选地，所述支撑件6绕设在管道外周，并与密封套管5的内侧壁接触。
所述支撑件6对密封套管5的第一端部51形成稳定支撑，密封填料7在密封套管5内填充更稳定，使得密封套管5的侧壁不容易受到密封填料7的挤压发生较大形变。优选地，所述支撑件6由钢材制成，所述钢材的材质没有特别的限定，只要能够承受800℃及以上高温即可，例如可以是碳素钢、高碳钢和低合金钢中的至少一种。
根据本发明，所述密封填料优选具有一定流动性，且能够适应于密封套管5的内壁形状、具有一定形变量的材料。为了进一步提高密封套管5的密封性能，且使得管道能够适应于高温环境，例如800℃及以上高温。优选地，所述密封填料为粉末填料。所述粉末填料优选为能够耐受800℃及以上高温的高熔点粉状颗粒，例如粉煤灰。更优选地，所述粉煤灰的粒径为0.1-10μm，堆积密度为0.5-0.9g/cm3。
所述粉末填料填充在空腔7内，其与接缝3直接接触，既可以避免接缝3直接暴露在空气中，粉末填料还可以利用颗粒间隙形成预留形变区，为具有不同热膨胀系数的管道留有膨胀余量。
根据本发明的一个优选实施方式，所述管道连接结构包括第一管件1和第二管件2，所述第一管件1和第二管件2焊接相连。
根据本发明，所述第一管件1和第二管件2可以是同一材质的管道，也可以是不同材质的管道。优选地，所述第一管件1和第二管件2的热膨胀系数不同。例如第一管件1采用不锈钢材质，第二管件2采用陶瓷管件。所述第一管件1和第二管件2的连接方式优选采用焊接，为了保持焊接处的连接强度，在接缝3的外周设置密封套管5，接缝3被保护在密封套管5内，能够降低接缝3与空气的接触几率。
根据本发明，所述凸台可以设置在第一管件1上，也可以设置在第二管件2上。
更优选地，安装在第二管件2上的凸台4与第二管件2采用同种材质，凸台4与第二管件2更优选采用一体成型的方式，进一步提高接缝密封件的稳定性。
本发明第二方面提供一种接缝保护方法，所述接缝为第一管件1和第二管件2的对接接缝，该保护方法包括如下步骤：
(1)将密封套管5套接在第一管件1和第二管件2对接处的外周，使所述密封套管5的第一端部51与第一管件1外周侧壁接触以密封所述第一端部51与所述第一管件1外周侧壁；
(2)所述密封套管5与所述第一管件1和第二管件2之间形成有空腔7；从所述密封套管5的第二端部52的开口处向所述空腔7填充密封填料；
(3)将所述密封套管5朝向所述第二管道所在的侧移动至所述第二端部52与所述第二管件2连接，优选地，采用卡接的方式进行连接。
优选地，所述第一管件1和第二管件2的材质不同；例如，第一管件1的材质为不锈钢材质，第二管件2的材质为陶瓷材质。
根据本发明，上述接缝保护方法特别适用于针对不同热膨胀系数的管件的接缝3进行密封。例如针对不锈钢管道和陶瓷管道的接缝3，该接缝3需要在800℃及以上的条件下长时间工作，此时管件接缝密封结构中的密封填料可以作为热膨胀缓冲区，为具有不同热膨胀系数的不锈钢管道和陶瓷管道留有膨胀余量，且接缝3受到接缝密封件的保护，与空气接触面积小，不容易被氧化。
优选地，根据本发明，第一管件1和第二管件2用于燃料电池动力系统的电堆时，相邻单电池的送料管道一般为金属管道，为确保单个电池的外部绝缘性，在相邻单电池的送料管道之间增加陶瓷管道。采用本发明的结构对送料管道和陶瓷管道的接缝进行密封保护，使得相邻单电池的送料管道在高温条件下(例如高于800℃)可以回避高温状态下出现的金属蠕变现象，并且可以防止相邻的两个金属管道接触，使相邻的两个送料管道在高温条件下仍能够实现彼此绝缘。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施方式中所用的粉煤灰的粒径为1μm，堆积密度为0.6g/cm3。
实施方式一
本发明提供一种管件接缝密封结构及接缝保护方法。如图1所示，所述管件接缝密封结构包括第一管件1和第二管件2，所述第一管件1为不锈钢管，所述第二管件2为陶瓷管，所述第一管件1和第二管件2采用可伐材料焊接固定，在第一管件1和第二管件2的焊接位置处形成接缝3。其中，所述第二管件2的外周固定凸台4，所述凸台4与第二管件2一体成型。
在第一管件1和第二管件2的对接处套设密封套管5，所述密封套管5包括第一端部51和第二端部52，所述第一端部51位于第一管件1处，所述第二端部52位于第二管件2处。所述第一端部51的开口内径与第一管件1的外径相同，二者之间留有滑动间隙。所述密封套管5内在靠近第一端部51的位置处设置支撑件6，所述支撑件6与第一管件1的外周和密封套管5的第一端部51的内侧壁紧贴，对所述第一端部51形成稳定的内部支撑。
所述密封套管5与第一管件1和第二管件2之间形成有空腔7，在所述空腔7内部填充密封填料，本实施方式中的密封填料采用粉煤灰。将密封套管5沿第一管件1向第二管件2方向移动，在移动至靠近凸台4时，使得凸台4对粉煤灰进行按压。所述第二端部52设置有台阶部53，所述台阶部53与凸台4卡接进行临时固定。该实施方式中，第一管件1和第二管件2即使在800℃及以上的高温条件下，接缝3在管件密封结构的保护下与空气接触面积较小，具有较好的抗氧化性。
采用实施方式一中的管件接缝密封结构对接缝进行保护时，所述接缝为第一管件1和第二管件2的对接接缝，具体可安装如下步骤进行：
(1)将密封套管5套接在第一管件1和第二管件2对接处的外周，使所述密封套管5的第一端部51与第一管件1外周侧壁接触以密封所述第一端部51与所述第一管件1外周侧壁；
(2)所述密封套管5与第一管件1和第二管件2之间形成有空腔7，从所述密封套管5的第二端部52的开口处向所述空腔7的内部填充密封填料；
(3)将填充有所述密封填料的所述密封套管5朝向所述第二管道所在的侧移动至所述第二端部52与所述第二管件2卡接。
实施方式二
本发明提供一种管件接缝密封结构及接缝保护方法，如图2所示，其与实施方式一的区别在于管件接缝密封结构不同。
该实施方式中，所述第二管件2的外周固定凸台4，所述凸台4上开设卡槽41，所述卡槽41的开口方向与第一管件1相对。所述管件密封结构包括套设在第一管件1和第二管件2外周的密封套管5，所述密封套管5包括第一端部51和第二端部52，所述第一端部51位于第一管件1处，所述第二端部52位于第二管件2处。所述第一端部51的开口内径与第一管件1的外径相同，二者之间留有滑动间隙。所述密封套管5内在靠近第一端部51的位置处设置支撑件6，所述支撑件6与第一管件1的外周和密封套管5的第一端部51的内侧壁紧贴，对所述第一端部51形成稳定的内部支撑。
所述密封套管5与第一管件1和第二管件2之间形成有空腔7，在所述空腔7内部填充密封填料，本实施方式中的密封填料采用粉煤灰。将密封套管5沿第一管件1向第二管件2方向移动，在移动过程中凸台4对粉煤灰还起到按压作用。所述第二端部52上还固定有卡扣部54，所述卡扣部54背离第二管件2弯曲，所述卡扣部54具有一定的弹性形变，并且能够与卡槽41进行卡接临时固定。
该实施方式中，所述密封套管5的卡扣部54隐藏在凸台4内部，可避免卡扣部54受外力的影响，提高密封套管5与凸台4的连接稳固性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管件接缝密封结构，其特征在于，所述管件接缝密封结构包括彼此对接的第一管件(1)和第二管件(2)以及套设在所述第一管件(1)和第二管件(2)的对接处的密封套管(5)，所述密封套管(5)包括第一端部(51)和第二端部(52)，所述第一端部(51)与所述第一管件(1)连接；所述第二管件(2)的外周能够与所述第二端部(52)连接；所述密封套管(5)与所述第一管件(1)和第二管件(2)之间形成有空腔(7)，所述空腔(7)内填充有密封填料。
2.根据权利要求1所述的管件接缝密封结构，其中，所述密封套管(5)内靠近第一端部(51)处设置有支撑件(6)。
3.根据权利要求2所述的管件接缝密封结构，其中，所述支撑件(6)绕设在第一管件(1)的外周并与所述密封套管(5)的内侧壁接触。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的管件接缝密封结构，其中，所述密封填料为粉末填料；
优选地，所述粉末填料为粉煤灰。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的管件接缝密封结构，其中，所述第二管件(2)设置有凸台(4)，所述第二端部(52)设置有与所述凸台(4)卡接的台阶部(53)。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的管件接缝密封结构，其中，所述第二管件(2)设置有凸台(4)，所述凸台(4)上开设有卡槽(41)，所述第二端部(52)设置有与所述卡槽(41)卡接的卡扣部(54)。
7.根据权利要求1所述的管件接缝密封结构，其中，所述第一管件(1)和第二管件(2)的热膨胀系数不同。
8.一种接缝保护方法，所述接缝为第一管件(1)和第二管件(2)的对接接缝，其特征在于，该保护方法包括如下步骤：
将密封套管(5)套接在第一管件(1)和第二管件(2)对接处的外周，使所述密封套管(5)的第一端部(51)与第一管件(1)外周侧壁接触以密封所述第一端部(51)与所述第一管件(1)外周侧壁，所述密封套管(5)与所述第一管件(1)和第二管件(2)之间形成有空腔(7)；
从所述密封套管(5)的第二端部(52)的开口处向所述空腔(7)填充密封填料；
将填充有所述密封填料的所述密封套管(5)朝向所述第二管道所在的侧移动至所述第二端部(52)与所述第二管件(2)卡接。
9.根据权利要求8所述的接缝保护方法，其中，所述第一管件(1)和第二管件(2)的材质不同。
10.根据权利要求8所述的接缝保护方法，其中，所述第一管件(1)为金属管件，所述第二管件(2)为陶瓷管件，所述密封填料(7)为粉煤灰。
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