CN113640138A - 一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置及其安装方法，通过低温端与常温端的两处密封，保证密封性能，使传感器的安装方便快捷，密封性能良好，可开展超低温高压测试试验，同时可以可靠应用于超低温高压环境下传感器参数的测量，通过本发明装置传感器电缆可以可靠地从超低温高压环境下引出，避免发生密封失效泄漏现象。

Description

一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置及其安装 方法

技术领域

本发明涉及一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置及其安装方法，属于超低温技术领域。

背景技术

液体火箭发动机的研制需要进行大量的地面零组件试验，试验台性能的优良对评价产品有着至关重要的作用。液体火箭发动机采用低温液体燃料和氧化剂，考虑试验介质的安全性，通常采用液氮(沸点为-196℃)作为模拟介质进行试验。

为了准确测量试验产品的性能参数，在进行液体火箭发动机零组件地面试验过程中，在试验装置内部建立一个超低温高压环境，低温传感器(温度传感器、振动传感器等)安装在试验装置内产品上并工作在液氮温区中，其工作压力往往超过1MPa以上，由于被试产品工作在超低温环境下，为了更好的监测其工作状态和理化性质，必须将传感器安装在被试产品上，传感器的电缆从试验装置引出处的密封设计成为能否实现准确测量的关键，密封设计不合理将导致液氮泄漏，存在冻伤人员及损坏设备的风险，还会导致工作压力难以保持，影响试验质量。

传统的密封方式主要采用低温密封胶对传感器电缆与试验装置引出线处进行密封，但使用密封胶的方式存在以下缺点：

1、密封胶承压范围低，由于没有牢固措施，引线处无法承受高压，使用密封胶只能工作在0.3MPa以下的低压范围；

2、密封胶凝固时间长，常规使用的低温密封胶凝固时间往往大于24小时，一旦一次安装未成功，往往需要等待更长时间；

3、密封胶在低温下粘合力较弱，在试验过程中，存在因振动导致脱落的风险。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统低温密封胶密封方式存在诸多缺陷的问题，提出了一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置及其安装方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，包括延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头、密封体、橡胶垫、锁紧螺母，所述延长杆一端与密封体一端焊接，外部温度传感器电缆穿过延长杆内部并由密封体内引出，所述延长杆另一端插入低温试验装置内，并与低温试验装置的直通接头通过外套螺母连接，用于放置液氮泄露的聚四氟乙烯球头设置于外套螺母内，套装于延长杆上，于低温试验装置内进行延长杆的低温密封，金属垫片设置于外套螺母、聚四氟乙烯球头之间，外部传感器电缆于密封体内引出位置通过密封体进行常温密封，密封体外端通过锁紧螺母压紧橡胶垫进行紧固。

所述密封体包括常温端倒角、内螺纹孔、橡胶垫倒角、橡胶垫内孔，所述常温端倒角用于实现橡胶垫及密封体于高压环境下的密封性；所述密封体内螺纹孔用于为锁紧螺母提供旋入空间以保证橡胶垫的挤压变形力；所述橡胶垫倒角与常温端倒角形成角度差值以实现锁紧螺母旋紧、橡胶垫内变形后常温段外部传感器电缆于常温端的密封；所述橡胶垫内孔用于连接密封体与橡胶垫内孔。

所述锁紧螺母于旋入密封体时，挤压橡胶垫并控制橡胶垫的变形趋势。

所述延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头、密封体、橡胶垫、锁紧螺母组成的引出装置中，延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头部分与外部温度传感器共同安装于低温试验装置中，密封体、橡胶垫、锁紧螺母部分安装于低温试验装置外，外部温度传感器电缆由低温试验装置的直通接头穿出，并连接于外部采集器上。

所述延长杆与密封体焊接连接，所述延长杆外径为Φ6mm，内径为Φ3mm，长度为100mm。

所述外套螺母为内螺纹M16，金属垫片、聚四氟乙烯球头内径均为Φ6mm。

所述密封体的外部温度传感器电缆引出端安装有M12内螺纹。

所述橡胶垫内径为Φ6mm，橡胶垫厚度根据实际情况确定。

所述锁紧螺母上设置有与密封体内侧壁匹配的M12外螺纹，内径为Φ6mm。

根据一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，提出一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置安装方法，其特征在于：

(1)将外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头穿过延长管安装，并将外部温度传感器电缆由延长杆一端穿入，由密封体一端引出；

(2)外套螺母与低温试验装置的直通接头锁紧并进行低温端的密封；

(3)向密封体内注入热熔胶将外部温度传感器电缆密封，完成常温段密封；

(4)将橡胶垫装入密封体，旋入锁紧螺母，利用锁紧螺母、橡胶垫将导线进行固定，完成安装。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置及其安装方法，通过低温端与常温端的两处密封，低温端密封防止液氮由延长杆外壁泄漏，将电缆经延长杆适当延长，使超低温不会传导到导线引出处，常温端使用常温密封的方式便可将电缆出线端密封，通过锁紧螺母和橡胶垫可以有效加固电缆，保证密封性能，使传感器的安装方便快捷，密封性能良好，可开展超低温高压测试试验；

(2)本发明可以可靠应用于超低温高压环境下传感器参数的测量，通过本发明装置传感器电缆可以可靠地从超低温高压环境下引出，避免发生密封失效泄漏现象。

附图说明

图1为发明提供的引出传感器电缆装置结构示意图；

图2为发明提供的密封体结构示意图；

图3为发明提供的引出传感器电缆装置应用示意图；

具体实施方式

一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置及其安装方法，装置共两处密封，低温端密封防止液氮由延长杆外壁泄漏，常温段通过密封体及注入热熔胶进行密封，采用聚四氟乙烯球头与直通接头密封，密封性能可靠，工作压力可达2MPa以上。为保证传感器电缆出线处的密封，将电缆经延长杆适当延长，使超低温不会传导到导线引出处，使用常温密封的方式便可将电缆出线端密封，通过锁紧螺母和橡胶垫可以有效加固电缆，保证密封性能。

引出传感器电缆的装置主要包括延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头、密封体、橡胶垫、锁紧螺母，其中：

延长杆一端与密封体一端焊接，外部温度传感器电缆穿过延长杆内部并由密封体内引出，延长杆另一端插入低温试验装置内，并与低温试验装置的直通接头通过外套螺母连接，用于放置液氮泄露的聚四氟乙烯球头设置于外套螺母内，套装于延长杆上，于低温试验装置内进行延长杆的低温密封，金属垫片设置于外套螺母、聚四氟乙烯球头之间，外部传感器电缆于密封体内引出位置通过密封体进行常温密封，密封体外端通过锁紧螺母压紧橡胶垫进行紧固。

具体的，密封体包括常温端倒角、内螺纹孔、橡胶垫倒角、橡胶垫内孔，所述常温端倒角用于实现橡胶垫及密封体于高压环境下的密封性；密封体内螺纹孔用于为锁紧螺母提供旋入空间以保证橡胶垫的挤压变形力；橡胶垫倒角与常温端倒角形成角度差值以实现锁紧螺母旋紧、橡胶垫内变形后常温段外部传感器电缆于常温端的密封；橡胶垫内孔用于连接密封体与橡胶垫内孔。

锁紧螺母于旋入密封体时，挤压橡胶垫并控制橡胶垫的变形趋势；

延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头、密封体、橡胶垫、锁紧螺母组成的引出装置中，延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头部分与外部温度传感器共同安装于低温试验装置中，密封体、橡胶垫、锁紧螺母部分安装于低温试验装置外，外部温度传感器电缆由低温试验装置的直通接头穿出，并连接于外部采集器上；

延长杆与密封体焊接连接，所述延长杆外径为Φ6mm，内径为Φ3mm，长度为100mm；

外套螺母为内螺纹M16，金属垫片、聚四氟乙烯球头内径均为Φ6mm；

密封体的外部温度传感器电缆引出端安装有M12内螺纹；

橡胶垫内径为Φ6mm，橡胶垫厚度根据实际情况确定；

锁紧螺母上设置有与密封体内侧壁匹配的M12外螺纹，内径为Φ6mm。

根据上述装置，同时提出了一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置安装方法，步骤如下：

(1)将外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头穿过延长管安装，并将外部温度传感器电缆由延长杆一端穿入，由密封体一端引出；

(2)外套螺母与低温试验装置的直通接头锁紧并进行低温端的密封；

(3)向密封体内注入热熔胶将外部温度传感器电缆密封，完成常温段密封；

(4)将橡胶垫装入密封体，旋入锁紧螺母，利用锁紧螺母、橡胶垫将导线进行固定，完成安装。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，如图1所示，超低温高压环境下引出传感器电缆的装置由延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头、橡胶垫、锁紧螺母、密封体等组成，延长杆一端与密封体一端焊接，延长杆插入试验环境内，传感器电缆穿过延长杆、密封体内引出，共采取两处密封的措施，其中延长杆插入低温装置内，与低温装置通过外套螺母与直通接头进行连接，本密封位置在低温端，通过聚四氟乙烯球头实现低温密封性能，有效防止液氮泄漏；此外另一处密封为密封体内传感器电缆引出位置，密封位置在常温端，可通过常温密封措施；

传感器电缆从密封体引出后，向密封体内注入热熔胶，外端通过锁紧螺母压紧橡胶垫进行紧固，防止外力拉拽破坏密封。

密封体设计如图2所示，特殊设计的密封体51常稳端内倒角设计，有效保证橡胶垫与密封体的密封性，保证在高压下不泄露。

特殊设计的密封体内螺纹孔52，保证锁紧螺母有足够的旋入空间，使橡胶垫有足够的挤压变形力。

特殊设计的橡胶垫倒角61，与密封体内倒角角度形成一定差值，保证锁紧螺母旋紧后，橡胶垫向内变形，进一步保证传感器电缆常温端稳定的密封。

特殊设计的橡胶垫内孔62，内孔尺寸与略大于传感器电缆直径，经过实践验证，内孔直径为1.5倍传感器电缆直径。

特殊设计的锁紧螺母71，在旋入密封体，挤压橡胶垫过程中，控制橡胶垫向有利于紧固、密封导线的趋势变形。

本实例中，进行低温高压试验的试验装置工作压力1MPa，温度-196℃，低温Pt100温度传感器安装在试验装置内，试验装置上端安装M16直通接头，传感器电缆从试验装置上直通接头引出，最终连接到采集器，其应用如图3所示。

延长杆与密封体焊接处理，延长杆外径Φ6mm，内径Φ3mm，长度100mm。

外套螺母采用内螺纹M16，金属垫片、聚四氟乙烯球头的内径为Φ6mm，外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头均穿过延长管，通过外套螺母与金属垫片夹紧聚四氟乙烯球头和直通接头，达到密封紧固效果。

密封体一端与延长杆焊接，另一端引出导线，并安装M12内螺纹。

橡胶垫内径Φ6mm，厚度根据实际情况选择，本实例选择3mm厚橡胶垫。

锁紧螺母外螺纹为M12，内径Φ6mm，与密封体进行螺纹连接，传感器电缆由密封体内径穿过引出，锁紧螺母可以通过压紧橡胶垫可实现锁紧传感器电缆的作用。

本实例安装过程为，首先依次将外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头穿过延长管，将传感器电缆由延长杆端穿入，从密封体引出试验装置外，然后将外套螺母与直通接头锁紧进行低温端的密封，向密封体内注入热熔胶将传感器电缆密封住，完成常温端的密封，最后将橡胶垫装入密封体，旋入锁紧螺母，利用锁紧螺母和橡胶垫将导线固定，完成安装。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

包括延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头、密封体、橡胶垫、锁紧螺母，所述延长杆一端与密封体一端焊接，外部温度传感器电缆穿过延长杆内部并由密封体内引出，所述延长杆另一端插入低温试验装置内，并与低温试验装置的直通接头通过外套螺母连接，用于放置液氮泄露的聚四氟乙烯球头设置于外套螺母内，套装于延长杆上，于低温试验装置内进行延长杆的低温密封，金属垫片设置于外套螺母、聚四氟乙烯球头之间，外部传感器电缆于密封体内引出位置通过密封体进行常温密封，密封体外端通过锁紧螺母压紧橡胶垫进行紧固。

2.根据权利要求1所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

所述密封体包括常温端倒角、内螺纹孔、橡胶垫倒角、橡胶垫内孔，所述常温端倒角用于实现橡胶垫及密封体于高压环境下的密封性；所述密封体内螺纹孔用于为锁紧螺母提供旋入空间以保证橡胶垫的挤压变形力；所述橡胶垫倒角与常温端倒角形成角度差值以实现锁紧螺母旋紧、橡胶垫内变形后常温段外部传感器电缆于常温端的密封；所述橡胶垫内孔用于连接密封体与橡胶垫内孔。

3.根据权利要求2所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

所述锁紧螺母于旋入密封体时，挤压橡胶垫并控制橡胶垫的变形趋势。

4.根据权利要求2所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

所述延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头、密封体、橡胶垫、锁紧螺母组成的引出装置中，延长杆、外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头部分与外部温度传感器共同安装于低温试验装置中，密封体、橡胶垫、锁紧螺母部分安装于低温试验装置外，外部温度传感器电缆由低温试验装置的直通接头穿出，并连接于外部采集器上。

5.根据权利要求4所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

所述延长杆与密封体焊接连接，所述延长杆外径为Φ6mm，内径为Φ3mm，长度为100mm。

6.根据权利要求4所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

所述外套螺母为内螺纹M16，金属垫片、聚四氟乙烯球头内径均为Φ6mm。

7.根据权利要求4所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

所述密封体的外部温度传感器电缆引出端安装有M12内螺纹。

8.根据权利要求4所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

所述橡胶垫内径为Φ6mm，橡胶垫厚度根据实际情况确定。

9.根据权利要求4所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，其特征在于：

所述锁紧螺母上设置有与密封体内侧壁匹配的M12外螺纹，内径为Φ6mm。

10.根据权利要求1所述的一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置，提出一种于超低温高压环境下引出传感器电缆的装置安装方法，其特征在于：

(1)将外套螺母、金属垫片、聚四氟乙烯球头穿过延长管安装，并将外部温度传感器电缆由延长杆一端穿入，由密封体一端引出；

(2)外套螺母与低温试验装置的直通接头锁紧并进行低温端的密封；

(3)向密封体内注入热熔胶将外部温度传感器电缆密封，完成常温段密封；

(4)将橡胶垫装入密封体，旋入锁紧螺母，利用锁紧螺母、橡胶垫将导线进行固定，完成安装。

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