CN115077784A - 压力变送器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种压力变送器，其包括引压部件(2)、传感器部件(3)和电子部件，引压部件用于引入过程压力，传感器部件能够感过程压力并将其转化为电信号，电子部件容纳于壳体部件(4)的内腔并且能够将传感器部件的电信号转化为标准信号用以传输和读取，其中，所述壳体部件具有用于安装调整装置(5)的第一接口，在该第一接口处，壳体部件与调整装置之间设置有冗余密封机构。本发明提出的压力变送器可以构造为适用于核辐射环境的核级压力变送器，特别是在核电站等应用场合，允许同时满足功能性和安全性要求，并确保测量的可靠性、准确性和稳定性。

Description

压力变送器

技术领域

本发明涉及测量仪表领域，具体涉及一种压力变送器，尤其是一种适用于核电站严重事故工况的核级压力变送器。

背景技术

随着科技进步和社会发展，核电站机组建设和应用得到了稳步发展，对于核电站的安全生产也提出了更高的要求，但在目前情况下，与安全生产相配套的检测设备，如变送器设备等等，还不够完善。例如，在严重核事故(超设计基准事故)发生后，可能仍需利用压力变送器来执行安全壳内的压力检测，然而，核辐射对暴露于其中的电路和其他部件会产生严重干扰和损害，导致压力变送器不再能够实现准确测量或者过早失效。在此方面，市场上现有的压力变送器往往无法满足使用要求。

特别是在2011年日本福岛核事故后，国家核安全局牵头组织编制《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》，提出了一系列改进技术要求。相应于此，对核级压力变送器的市场需求和优化改良更显迫切。

发明内容

因此，本发明的目的是，提出一种压力变送器，以便至少部分克服现有技术中存在的缺陷，特别是可以满足适用于核电站严重事故工况的核级压力变送器的技术要求。

本发明提供一种压力变送器，其包括引压部件、传感器部件和电子部件，引压部件用于引入过程压力，传感器部件能够感测所述过程压力并将其转化为电信号，电子部件容纳于壳体部件的内腔并且能够将传感器部件的所述电信号转化为标准信号用以传输和读取，其中，所述壳体部件具有用于安装调整装置的第一接口，在该第一接口处，所述壳体部件与所述调整装置之间设置有冗余密封机构，所述冗余密封机构包括径向密封件和轴向密封件。

压力变送器的调整装置主要用于在系统安装调试时从表壳外部实施操作，进行仪表调校或修正，例如执行零位及满量程校准。在常规的压力变送器设计中，密封等防护机构往往仅着重于那些直接参与测量的敏感元件(例如传感芯片、信号生成及传输器件等)，却忽略了针对调整装置安装部位的密封/屏蔽措施，而在某些特殊条件(如核辐射环境、重度污染或腐蚀环境等等)下，对此考虑不周，便会造成影响整机性能或寿命的短板。本发明则提出，在壳体部件用于安装调整装置的接口处，在壳体部件与调整装置之间设置冗余密封机构，并进一步规定：该冗余密封机构包括径向密封件和轴向密封件，从而以简单、经济的方式加强整机的薄弱环节，扩展了压力变送器特别是在苛刻环境条件下的适用性。现有技术中尚未有专门针对于变送器调整装置提供冗余密封设计以保证整机在特殊条件下正常工作的先例。

具体地，压力变送器的调整装置通常包括至少一个调整轴，所述第一接口具有构造于壳体部件壁体中的至少一个通孔，所述调整轴插置于所述通孔中并且伸入所述壳体部件的内腔；在此，所述径向密封件包括设置在所述调整轴外周与所述通孔内周之间的至少一个第一密封圈。有利的是，所述径向密封件可包括设置在所述调整轴外周与所述通孔内周之间的至少两个第一密封圈，所述至少两个第一密封圈沿通孔轴向方向间隔开布置。

根据本发明的一种实施例，所述调整装置可配有从外部封堵所述调整轴的堵塞，该堵塞构造为具有头部和杆部的螺钉状结构，所述通孔具有第一孔段和第二孔段，所述第一孔段连通至所述壳体部件的内腔，用于安置所述调整轴，所述第二孔段连通至所述壳体部件的外侧，用于安置所述堵塞的杆部；所述轴向密封件包括设置在所述堵塞头部底面与所述第二孔段外围端面之间的至少一个第二密封圈。有利的是，所述轴向密封件包括设置在所述堵塞头部底面与所述第二孔段外围端面之间的至少两个第二密封圈，所述至少两个第二密封圈沿通孔径向方向间隔开同心布置。

进一步地，本发明还针对于压力变送器其他与测量环境以及待测介质接触的部位或部件，统筹考虑，提出适宜的密封和防护措施，以保证整机的工作性能和使用寿命。

对此，根据本发明的一种实施例，所述传感器部件具有外壳，所述壳体部件具有用于安装所述传感器部件的第二接口，在该第二接口处，所述壳体部件与所述传感器部件的外壳通过焊接方式紧密连接。在此，可行的是，所述引压部件与所述传感器部件形成一个组合体，该组合体在所述第二接口处经由所述传感器部件的外壳连接于所述壳体部件。

有利的是，所述传感器部件与所述引压部件通过金属密封圈密封相接而形成所述组合体。所述金属密封圈优选为金属空心O型圈，其突出优势在于持续的耐高温、耐高压特性，从而在各种工况下确保密封部位的低泄漏率和持久可靠性。

根据本发明的一种实施例，所述壳体部件具有用于安装电缆连接器的第三接口，在该第三接口处，所述壳体部件与所述电缆连接器的底座通过焊接方式相连接。

按照本发明，所述压力变送器可以构造为适用于核辐射环境的核级压力变送器，其中，至少所述壳体部件与所述传感器部件共同形成耐辐照的密封腔体。对此适宜的是，所述壳体部件为由耐辐照材料构成的筒状件，例如，可以使用耐辐照的金属/合金材料或者塑料或复合材料，例如改性的耐辐照材料；所述径向密封件和轴向密封件为由耐辐照材料构成的O型密封圈，例如可以选择以苯基硅橡胶作为基胶并配合其他添加剂制成的耐辐射硅胶制品，亦或使用氟橡胶密封圈、丁苯橡胶密封圈、EPDM密封圈等。

对于核级压力变送器，电子部件通常采用模拟电子电路，从而在核辐射环境中使用时可达到较好的抗干扰性能。

值得一提的是，在本发明的核级压力变送器中，针对于调整装置及其密封机构，作了特别设计，使得压力变送器整体的稳健性得到改善。进一步地，本发明还针对于压力变送器其他与测量环境以及待测介质接触的部位或部件，统筹考虑，提出适宜的防护措施(例如，壳体部件与电缆连接器、传感器部件接合部位的密封设计；传感器部件与引压部件的密封设计；各组成部件和密封元件的材质设计等等)，由此，特别是在核电站等应用场合，允许同时满足功能性和安全性要求，确保测量的可靠性、准确性和稳定性。本发明的核级压力变送器不但能够在有辐照的环境条件中正常工作，而且可以在地震和事故工况下，例如在严重核事故(超设计基准事故)发生后，仍保持其功能与性能。

附图说明

在附图中示出了本发明的示例性实施例。本文所公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。另外值得注意的是，为了图示清楚起见，在附图中对于部分结构细节并不是按照实际比例绘制的。

图1是本发明压力变送器的示意图；

图2是本发明压力变送器的调整装置的设置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅涉及本发明的一部分实施形式，而非全部的实施形式。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在无需做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变换措辞，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备并不局限于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有具体列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本领域技术人员应理解的是，在本申请说明书和权利要求书的描述当中，某些术语所指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系而言的，其仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而非表示或暗示所指的装置、机构、结构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施形式中。在说明书中的各个位置出现该措辞并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

除非另有限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)，均具有与本领域普通技术人员通常理解相同的含义，并可依据它们在相关技术描述上下文中的语境作具体解释。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1示出了本发明压力变送器的示意图，该压力变送器包括引压部件2、传感器部件3和电子部件。引压部件2用于引入过程压力，传感器部件3能够感测所述过程压力并将其转化为电信号，电子部件容纳于壳体部件4的内腔并且能够将传感器部件的所述电信号转化为标准信号用以传输和读取。所述壳体部件4具有用于安装调整装置5的第一接口，在该第一接口处，所述壳体部件4与所述调整装置5之间设置有冗余密封机构，所述冗余密封机构包括径向密封件和轴向密封件，正如图2所示，对此还将在下文进行详细阐释。

参见图2，所述调整装置5包括至少一个调整轴9，所述第一接口具有构造于壳体部件4壁体中的至少一个通孔，所述调整轴9插置于所述通孔中并且伸入所述壳体部件4的内腔；所述径向密封件包括设置在所述调整轴外周与所述通孔内周之间的至少一个第一密封圈8。优选地，所述径向密封件包括设置在所述调整轴外周与所述通孔内周之间的至少两个第一密封圈8，所述至少两个第一密封圈沿通孔轴向方向间隔开布置，由此可加强密封效果。适宜的是，调整轴的外周面构造有环槽，密封圈安置在相应的环槽中。

再次参见图2，所述调整装置5配有从外部封堵所述调整轴9的堵塞10，该堵塞构造为具有头部和杆部的螺钉状结构，所述通孔具有第一孔段和第二孔段，所述第一孔段连通至所述壳体部件4的内腔，用于安置所述调整轴，所述第二孔段连通至所述壳体部件4的外侧，用于安置所述堵塞的杆部；所述轴向密封件包括设置在所述堵塞头部底面与所述第二孔段外围端面之间的至少一个第二密封圈11。依据实际需要，所述轴向密封件可以包括设置在所述堵塞头部底面与所述第二孔段外围端面之间的至少两个第二密封圈11，所述至少两个第二密封圈沿通孔径向方向间隔开同心布置，由此可加强密封效果。适宜的是，堵塞10的杆部构造有外螺纹，通孔的第二孔段构造有内螺纹，二者相互匹配接合，依此，通过螺纹啮合的形式，一方面可以调节堵塞的压紧力以保证密封效果，另一方面可以防止在使用过程中由于外部环境震动、激烈碰撞等原因导致堵塞发生松动或掉落。

所述传感器部件3具有外壳，所述壳体部件4具有用于安装所述传感器部件的第二接口，在该第二接口处，所述壳体部件4与所述传感器部件3的外壳通过焊接方式紧密连接。对此，可以采用“密封焊”，也可采用“结构焊”，和/或，优选在焊接部位附加涂覆焊缝密封胶，尤其是耐辐照的密封胶。

通常，所述引压部件2可以与所述传感器部件3形成一个组合体，该组合体在所述第二接口处经由所述传感器部件3的外壳连接于所述壳体部件4。

优选地，所述传感器部件3与所述引压部件2通过金属密封圈1密封相接而形成所述组合体。金属密封圈利用压缩变形的弹性力来实现密封，其突出优势在于持续的耐高温、耐高压特性，从而在各种工况下确保密封部位的低泄漏率和持久可靠性。

所述金属密封圈可以设计为O形空心金属圈，其截面为圆形；附加地，其内侧可以设有一个或数个小孔。或者，所述金属密封圈设计为C形金属圈，其截面为C形，开口处位于内侧。O形空心金属圈或C形金属圈具备较高的回弹特性，且只需要较小的载荷，就可实现相当可观的密封效果。

所述壳体部件4还可具有用于安装电缆连接器的第三接口，在该第三接口处，所述壳体部件4与所述电缆连接器的底座6通过焊接方式相连接。对此，可以采用“密封焊”，也可采用“结构焊”，和/或，优选在焊接部位附加涂覆焊缝密封胶，尤其是耐辐照的密封胶。

按照本发明，所述压力变送器可以构造为适用于核辐射环境的核级压力变送器，其中，至少所述壳体部件4与所述传感器部件3共同形成耐辐照的密封腔体。

对此适宜的是，所述壳体部件4构造为筒状件，由耐辐照材料制成，例如，可以使用耐辐照的金属/合金材料或者塑料或复合材料，例如改性的耐辐照材料。

进一步有利的是，所述径向密封件和轴向密封件(具体可以为上述第一和第二密封圈)是由耐辐照材料构成的O型密封圈，例如可以选择以苯基硅橡胶作为基胶并配合其他添加剂制成的耐辐射硅胶制品，亦或使用氟橡胶密封圈、丁苯橡胶密封圈、EPDM密封圈等。

按照本发明的一种具体实施例，压力变送器包括一个传感器部件3、两个引压部件2和相应配备的两个金属密封圈1，以及具有一壳体部件4，该壳体部件上安装有一个电缆连接器(图1中仅表示出其底座6)和包含两个调整轴的调整装置5。在壳体部件4内安置有针对性设计的电子部件。电子部件可将传感器部件的信号转换为标准信号。通过选择使用耐辐射能力强的电子元器件及电路板材料，确保了压力变送器整机的电子部件在受到辐射照射时，仍能保持其稳定性及可靠性。

如图1所示，在壳体部件4顶部，亦即在上述第三接口处，预留有一个通孔，其作用是预留电缆连接器底座6的安装位置。在壳体部件4与电缆连接器底座6之间的连接处，施以焊接，所述焊接的作用是起到连接、密封的效果。

如图1所示，在壳体部件4底部，亦即在上述第二接口处，存在着一个通孔，其作用是预留传感器部件3的插入位置。在壳体部件4与传感器部件3之间的连接处，施以焊接，所述焊接的作用是起到连接、密封的效果。

进一步参见图1所示实例，传感器部件3通过金属密封圈1与引压部件2实现密封。金属密封圈1与引压部件2的个数相同且一一对应。金属密封圈1使用适当的金属材质，可提升变送器整机的耐辐照密封寿命。在此，传感器部件3(特别是其外壳)通过焊接的方式与壳体部件4紧密连接，以形成密封的腔体，从而使各电子部件之间的连接处在密封环境下，增强了整个电子线路及电子元器件的安全性。在此，引压部件2的引压口位于部件两侧，在实际安装使用过程中，这样的设计可有效降低单个压力变送器所占用的空间。引压部件2两侧的引压口前后贯通，增加了配件多样化的选项。引压部件2中心位置与传感器部件3相接，通过金属密封圈1实现密封。引压部件2中心位置形成较大腔体，在骤然引入大压力时，能够有效地起到缓冲压力的作用，从而增强了与之接触的传感器部件3的稳定性，提升变送器整机使用寿命。在此，针对图中所示引压部件2，需要说明的是，本发明所述的引压部件适用于多种需求，引压口所安装的配件可以根据实际使用场景选择最为适宜的优选方案。在一些需要两侧引压的场景下，传感器部件3左右两侧的引压部件2皆可用于压力的引入；在一些需要单边引压的场景下，则只需在其中一个(需要执行引压的)引压侧的引压部件2上加装引压配件即可。

如图1所示，壳体部件4的凸台处，亦即在上述第一接口处，制有两个通孔，其作用是装入变送器的调整装置5，调整装置5安装后外侧与凸台基本齐平，在此，通过为调整装置5所配置的耐辐照材料密封圈来实现密闭效果。

如图2所示，按照本发明的一种具体实施例，压力变送器需要使用两个调整装置5。这两个调整装置5分别具有一个调整轴9，与壳体部件4凸台处的通孔一一对应。

如图2所示，每一调整装置5配有一个调整轴9、一个轴用钢丝挡圈7、两个调整轴密封圈(亦即上述第一密封圈8)、一个调整轴堵塞(10)、一个堵塞密封圈(亦即上述第二密封圈11)。调整轴9伸入壳体部件4的内腔，其安装有轴用钢丝挡圈7的一端与壳体部件4中所安置的电子部件的配合作用部连接，以便能够从表壳外部实施操作，进行仪表调校或修正。在此，通过耐辐照材料制成的调整轴密封圈(亦即上述第一密封圈8)来实现调整轴9与壳体部件4的密封。调整轴堵塞10连同所述堵塞密封圈(亦即上述第二密封圈11)对调整装置实施附加密封，于是便形成一种冗余密封机构，从而能够可靠地保护调整轴在实际使用过程中不被意外碰触，并增强了整个调整装置、乃至压力变送器总体的密封性能。进一步地，壳体部件(特别是其通孔)与调整装置相应构件(特别是外侧的堵塞10)间的连接副优选采用螺纹啮合形式，以使得密封效果更好，连接配合更牢固，防止在使用过程中由于外部环境震动、激烈碰撞等原因而出现构件松动、掉落之情形。

于是，本发明特别是可以实现这样一种核电站用压力变送器(如SA类压力变送器)，其包括上述引压部件2、传感器部件3、电子部件等功能组件，并具有相应配置的壳体部件4、电缆连接器(例如为经过鉴定试验的K1类电缆连接器)。引压部件2包括至少一个引压孔，用于引入过程压力。传感器部件3用于将过程压力转化为电信号。传感器部件3与引压部件2通过金属密封圈1形成密封腔体。电子部件部件将传感器信号转化为标准信号。壳体部件4上布置有变送器的调整装置5。该调整装置5安装于壳体部件4的第一接口处，在调整装置与壳体部件之间，在调整轴9与壳体部件通孔的接合部位采用耐辐照密封圈进行径向密封，在外侧的堵塞处增设有轴向密封(或者说端面密封)，从而形成一种冗余密封机构。壳体部件4与传感器部件3及电缆连接器底座6焊接，共同构成密封腔体，具体来说，传感器部件3与引压部件2通过金属密封圈密封相接而形成组合体，壳体部件4在第二接口处与传感器部件3(特别是其外壳)焊接连接、在第三接口处与电缆连接器的底座6焊接连接，由此，整体上便形成了密封的腔体。同时，优选的是，至少壳体部件4，传感器部件3(特别是其外壳)、电缆连接器组件等暴露于核辐射环境的部分由耐辐照材料构成。

在此，通过上述各个功能组件、密封机构以及相应零部件材质的组合设计措施，本发明的压力变送器整机可优选构造为：能够耐受1100kGy(γ)的累积辐照剂量；和/或，能够耐受最高0.65MPa(a)的短时饱和蒸汽环境压力；和/或，能够耐受120℃持续7天的饱和蒸汽环境，以满足核电站执行安全功能、安全分析、事故管理导则中对该类型仪表的特殊要求，乃至于满足适用于核电站严重事故(超设计基准事故)工况的核级压力变送器的各项技术要求。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种压力变送器，其特征在于，所述压力变送器包括引压部件(2)、传感器部件(3)和电子部件，引压部件用于引入过程压力，传感器部件能够感测所述过程压力并将其转化为电信号，电子部件容纳于壳体部件(4)的内腔并且能够将传感器部件的所述电信号转化为标准信号用以传输和读取，其中，所述壳体部件具有用于安装调整装置(5)的第一接口，在该第一接口处，所述壳体部件与所述调整装置之间设置有冗余密封机构，所述冗余密封机构包括径向密封件和轴向密封件。

2.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述调整装置(5)包括至少一个调整轴(9)，所述第一接口具有构造于壳体部件(4)壁体中的至少一个通孔，所述调整轴(9)插置于所述通孔中并且伸入所述壳体部件(4)的内腔；所述径向密封件包括设置在所述调整轴外周与所述通孔内周之间的至少一个第一密封圈(8)。

3.根据权利要求2所述的压力变送器，其特征在于，所述径向密封件包括设置在所述调整轴外周与所述通孔内周之间的至少两个第一密封圈(8)，所述至少两个第一密封圈沿通孔轴向方向间隔开布置。

4.根据权利要求2所述的压力变送器，其特征在于，所述调整装置(5)配有从外部封堵所述调整轴(9)的堵塞(10)，该堵塞构造为具有头部和杆部的螺钉状结构，所述通孔具有第一孔段和第二孔段，所述第一孔段连通至所述壳体部件(4)的内腔，用于安置所述调整轴，所述第二孔段连通至所述壳体部件(4)的外侧，用于安置所述堵塞的杆部；所述轴向密封件包括设置在所述堵塞头部底面与所述第二孔段外围端面之间的至少一个第二密封圈(11)。

5.根据权利要求4所述的压力变送器，其特征在于，所述轴向密封件包括设置在所述堵塞头部底面与所述第二孔段外围端面之间的至少两个第二密封圈(11)，所述至少两个第二密封圈沿通孔径向方向间隔开同心布置。

6.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述传感器部件(3)具有外壳，所述壳体部件(4)具有用于安装所述传感器部件的第二接口，在该第二接口处，所述壳体部件(4)与所述传感器部件(3)的外壳通过焊接方式紧密连接。

7.根据权利要求6所述的压力变送器，其特征在于，所述引压部件(2)与所述传感器部件(3)形成一个组合体，该组合体在所述第二接口处经由所述传感器部件(3)的外壳连接于所述壳体部件(4)。

8.根据权利要求7所述的压力变送器，其特征在于，所述传感器部件(3)与所述引压部件(2)通过金属密封圈(1)密封相接而形成所述组合体。

9.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述壳体部件(4)具有用于安装电缆连接器的第三接口，在该第三接口处，所述壳体部件(4)与所述电缆连接器的底座(6)通过焊接方式相连接。

10.根据权利要求1至9之任一项所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器构造为适用于核辐射环境的核级压力变送器，其中，至少所述壳体部件(4)与所述传感器部件(3)共同形成耐辐照的密封腔体。

11.根据权利要求10所述的压力变送器，其特征在于，所述壳体部件(4)为由耐辐照材料构成的筒状件。

12.根据权利要求10所述的压力变送器，其特征在于，所述径向密封件和所述轴向密封件为由耐辐照材料构成的O型密封圈。

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