CN202384016U - 用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，主要由筒体、以及贯穿于筒体的导体组件、以及分别连接于导体组件两端的储罐内低温电缆和储罐外低温电缆构成。实用新型具有可拆卸、可更换、检修方便、性能可靠、工艺简单成熟、造价较低、适合批量生产等特点，并能满足耐极低温、耐气压、耐冷热交变、耐火、气密以及抗震等特殊要求，完全符合电气贯穿装置的三大关键技术特性：压力边界的完整性、密封的可靠性及优良的电性能要求。

Description

用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置

技术领域

本实用新型属于一种电气贯穿装置，具体涉及一种能满足承压、耐低温、良好的密封性能以及电气性能，安装在液氮、液化天然气等极低温储存物质的储罐壳体上，用于电缆贯穿储罐壳体的专用电气设备。

背景技术

随着冷能技术的不断发展，冷能技术在发电、冷冻食品及仓库、低温干燥及粉碎、液化二氧化碳、分离空气等领域应用越来越广泛。同时超导磁装置中涉及到的液氮温度低至77K，冷能及液化天然气应用项目中涉及的液化天然气温度低至111K，在这些应用领域中通常需要给极低温的储罐内部设备供电，而储罐整体的密封性能又非常重要，因此给极低温储罐内部设备供电的电缆贯穿储罐壳体的密封问题一直是一个难题。

现有用于核电站反应堆安全壳上的电气贯穿件装置，其具有良好的密封性能、电气性能、耐辐照性能、耐压性能等优异特性。然而，上述装置存在以下问题不适用于极低温环境条件下的电缆贯穿储罐壳体情况。

（1）、在使用环境温度低于213K时，其部分有机材料会变硬变脆，使得设备的密封性能和电气性能急剧下降，在极低温（77K）条件下设备不能满足其使用要求。

（2）、结构尺寸大、重量重，不适合直接安装于极低温储罐壳体法兰上。

（3）、需要与储罐法兰焊接连接，不可拆卸，维护更换不方便。

现有一种通过过渡连接件的金属焊接方法将电流引线、陶瓷管及极低温储罐壳体连接成一体的技术，解决了电缆贯穿极低温储罐壳体的绝缘和密封问题。然而，该结构存在以下问题，使之在实际使用中受到限制。

（1）、过渡连接件处在单根大电流导体的不均匀磁场中，会产生较为严重的涡流效应，致使过渡连接件和导体引线及其间的焊接结构以及过渡连接件与储罐壳体的焊接处产生局部热应力，影响产品密封性能和电气性能。

（2）、采用真空离子注入技术，使陶瓷镀镍，并制作特定成分的过渡连接件，且需多次焊接，其制作工艺复杂、成本高，不利于批量生产和加工。

（3）、装置的密封性能不能得到实时有效的监控。

（4）、装置与极低温储罐壳体焊接连接，不可拆卸，维护困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是开发一种用于极低温环境条件下的电缆贯穿储罐壳体的新型电气装置。这种装置具有可拆卸、可更换、检修方便、性能可靠、工艺简单成熟、造价较低等特点，并能满足耐压、耐极低温、耐火、气密以及抗震等特殊要求。用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置采用可拆卸组件结构设计方法，结合极低温使用环境要求开发的一种新型电缆贯穿件装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，主要由筒体、以及贯穿于筒体的导体组件、以及分别连接于导体组件两端的储罐内低温电缆和储罐外低温电缆构成。

所述储罐内低温电缆和储罐外低温电缆均通过电缆连接套件分别与导体组件的铜导体连接。电缆连接套件为压接管件或接线鼻子和螺栓组件等电缆接续用连接件。

储罐内低温电缆通过电缆连接套件与导体组件连接后被放置在储罐内部。

电缆连接套件外表面套设有PTFE（聚四氟乙烯）热缩管或FEP（氟化乙丙烯）热缩管，并具备相应设备电压等级的耐压厚度。PTFE（聚四氟乙烯）热缩管和FEP（氟化乙丙烯）热缩管为抗极低温性能好的热缩管。

所述筒体还连接有压力监测组件。

所述导体组件主要由设置在筒体内部的保护套管、以及设置在保护套管内部的密封模块、以及贯穿设置在密封模块内部的绝缘包覆导体构成，所述绝缘包覆导体的两端分别与储罐内低温电缆和储罐外低温电缆连接。

保护套管为弱磁性的不锈钢材料制成的中间部位带微小充气孔的圆筒型直管件。

密封模块采用PAI（聚酰胺酰亚胺）或PTFE（聚四氟乙烯）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）的特种工程材料制成。

绝缘包覆导体全长度外表面包覆有绝缘材料层，绝缘材料层采用PAI（聚酰胺酰亚胺）或PTFE（聚四氟乙烯）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）的特种工程材料，并具备相应设备电压等级的耐压厚度。

绝缘包覆导体、密封模块、保护套管三者之间的间隙采用缩径工艺使之既保持一定的弹性挤压力，又具有良好的密封效果。密封模块采用模压注塑或机加工艺实现抗极低温材料的成型；绝缘材料层采用PAI（聚酰胺酰亚胺）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）材料的挤塑工艺或上述材料的管状件实现绝缘包覆导体的绝缘包覆，绝缘材料层也可采用PTFE（聚四氟乙烯）材料的助推工艺或绕包工艺实现绝缘包覆导体的绝缘包覆。

所述筒体两端分别设置有贯穿装置端板和贯穿装置端板法兰；导体组件均采用卡套密封组件与贯穿装置端板和贯穿装置端板法兰进行固定并密封。

导体组件的数目为3个，贯穿装置端板和贯穿装置端板法兰均分别以各自中心点为圆心呈环形阵列设置有3个孔道，3个导体组件分别贯穿设置在孔道内部。每个导体组件包括一根中压或大电流绝缘包覆导体，或每个导体组件包括多根低压小电流绝缘包覆导体。每根绝缘包覆导体均靠自身的绝缘材料层及绝缘热缩管实现其全长度及接续处的电气绝缘；筒体内部充有低于储罐内部压力而高于储罐外部压力的干燥惰性气体，通过设置于筒体上的压力监测组件监测筒体内部压力值；通过螺栓组件压接软金属垫片或金属“C”圈或金属“O”圈实现该贯穿装置端板法兰与储罐壳体法兰的连接和密封。

按照上述导体组件的排布方式，绝缘包覆导体全长度及接续处的绝缘设计，使3个导体组件内的3根中压或大电流绝缘包覆导体构成三相导体，三相导体之间的间距大幅缩小，整个贯穿装置结构紧凑、质量轻；三相导体在圆周上的均匀布置及导体组件保护套管采用弱磁性的不锈钢材料有效减弱了电涡流效应的影响。

基于上述内容，本实用新型具备如下优点：

a、整个贯穿装置结构紧凑、质量轻；

b、采用抗极低温性能优异的特种工程材料，并结合缩径工艺，使导体组件达到足够的预弹性变形挤压力，使之在极低温条件下仍具有良好的电气性能和密封性能；

c、导体组件通过卡套密封方式与贯穿装置端板和贯穿装置端板法兰实现连接和密封，贯穿装置整体通过螺栓压紧软金属垫片或金属“C”圈或金属“O”圈实现与储罐壳体法兰的连接和密封，上述均采用可拆卸式连接方式，便于安装、维护和更换；

d、本实用新型的关键部件导体组件的制造采用通用的缩径设备完成成型，工艺简单、成本低、适合批量生产；

e、贯穿装置筒体设置有压力监测组件，能有效监测该装置的密封性能。

附图说明

图1是用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置结构示意图。

图2是导体组件及其与外部电缆接续的结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1、储罐内低温电缆，2、导体组件，3、储罐壳体法兰，4、贯穿装置端板法兰，5、筒体，6、压力监测组件，7、储罐外低温电缆， 8、贯穿装置端板，9、螺栓组件，10、卡套密封组件，11、电缆连接套件，12、绝缘包覆导体，13、密封模块，14、保护套管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

实施例：

如图1、2所示，本实用新型为设计一款用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，主要由筒体5、以及贯穿于筒体5的导体组件2、以及分别连接于导体组件2两端的储罐内低温电缆1和储罐外低温电缆7构成。

筒体5两端分别设置有贯穿装置端板8和贯穿装置端板法兰4；导体组件2均采用卡套密封组件10与贯穿装置端板8和贯穿装置端板法兰4进行固定并密封。

导体组件2主要由设置在筒体5内部的保护套管14、以及设置在保护套管14内部的密封模块13、以及贯穿设置在密封模块13内部的绝缘包覆导体12构成，绝缘包覆导体12的两端分别与储罐内低温电缆1和储罐外低温电缆7连接。贯穿装置端板8和贯穿装置端板法兰4均分别以各自中心点为圆心呈环形阵列设置有3个孔道，3个导体组件2分别贯穿设置在孔道内部。每个导体组件2包括一根中压或大电流绝缘包覆导体12，或每个导体组件2包括多根低压小电流绝缘包覆导体12。

以此导体组件2的排布方式，绝缘包覆导体12全长度及接续处的绝缘设计，使3个中压或大电流绝缘包覆导体12构成三相导体，三相导体之间的间距大幅缩小，整个贯穿装置结构紧凑、质量轻；三相导体在圆周上的均匀布置以及导体组件2保护套管14采用弱磁性的不锈钢材料有效减弱了电涡流效应的影响。

筒体5内部充有低于储罐内部的压力而高于储罐外部压力的干燥惰性气体，通过设置于筒体5上的压力监测组件6监测筒体5内部压力值；通过螺栓组件9压紧软金属垫片或金属“C”圈或金属“O”圈实现该贯穿装置端板法兰4与储罐壳体法兰3进行连接和密封。以此按照该设置，通过电缆连接套件11使得与导体组件2连接的储罐内低温电缆1设置在储罐内部，即设置在储罐壳体法兰3远离储罐外低温电缆7的一端。储罐内低温电缆1和储罐外低温电缆7均通过电缆连接套件11分别与导体组件2的绝缘包覆导体12的铜导线连接。电缆连接套件11为压接管件或接线鼻子和螺栓组件等电缆接续用连接件。

电缆连接套件11外表面套设有抗极低温性能好的PTFE（聚四氟乙烯）热缩管或FEP（氟化乙丙烯）热缩管，并具备相应设备电压等级的耐压厚度。

为了抵抗低温，密封模块13采用PAI（聚酰胺酰亚胺）或PTFE（聚四氟乙烯）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）的特种工程材料制成。绝缘包覆导体12全长度外表面包覆有绝缘材料层，绝缘材料层采用PAI（聚酰胺酰亚胺）或PTFE（聚四氟乙烯）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）的特种工程材料，并具备相应设备电压等级的耐压厚度。

导体组件2包括绝缘包覆导体12、密封模块13、保护套管14。绝缘包覆导体12采用PAI（聚酰胺酰亚胺）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）材料的挤塑工艺或上述材料的管状件实现绝缘包覆导体12的绝缘包覆，也可采用PTFE（聚四氟乙烯）材料的助推或绕包工艺实现绝缘包覆导体12的绝缘包覆，绝缘包覆厚度根据设备电压等级设计为耐压强度足够的绝缘层厚度；密封模块13采用模压注塑工艺或机加工艺实现PAI（聚酰胺酰亚胺）或PTFE（聚四氟乙烯）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）或其他低温性能优异的特种工程材料的成型。

本实用新型用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置具有可拆卸、可更换、检修方便、性能可靠、工艺简单成熟、造价较低、适合批量生产等特点，并能满足耐极低温、耐气压、耐冷热交变、耐火、气密以及抗震等特殊要求，完全符合电气贯穿装置的三大关键技术特性：压力边界的完整性、密封的可靠性及优良的电性能要求。

Claims (10)

1.用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：主要由筒体（5）、以及贯穿于筒体（5）的导体组件（2）、以及分别连接于导体组件（2）两端的储罐内低温电缆（1）和储罐外低温电缆（7）构成。

2.根据权利要求1所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：所述储罐内低温电缆（1）和储罐外低温电缆（7）均通过电缆连接套件（11）分别与导体组件（2）的铜导体连接。

3.根据权利要求2所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：电缆连接套件（11）外表面套设有PTFE（聚四氟乙烯）热缩管或FEP（氟化乙丙烯）热缩管，并具备相应设备电压等级的耐压厚度。

4.根据权利要求1所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：所述筒体（5）还连接有压力监测组件（6）。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：所述导体组件（2）主要由设置在筒体（5）内部的保护套管（14）、以及设置在保护套管（14）内部的密封模块（13）、以及贯穿设置在密封模块（13）内部的绝缘包覆导体（12）构成，所述绝缘包覆导体（12）的两端分别与储罐内低温电缆（1）和储罐外低温电缆（7）连接。

6.根据权利要求5所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：每个导体组件（2）包括一根中压或大电流绝缘包覆导体（12），或每个导体组件（2）包括多根低压小电流绝缘包覆导体（12）。

7.根据权利要求5所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：保护套管（14）为弱磁性的不锈钢材料制成的中间部位带微小充气孔的圆筒型直管件。

8.根据权利要求5所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：密封模块（13）采用PAI（聚酰胺酰亚胺）或PTFE（聚四氟乙烯）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）的特种工程材料制成；绝缘包覆导体（12）全长度外表面包覆有绝缘材料层，绝缘材料层采用PAI（聚酰胺酰亚胺）或PTFE（聚四氟乙烯）或PFA（全氟烷氧基聚合物）或FEP（氟化乙丙烯）的特种工程材料，并具备相应设备电压等级的耐压厚度。

9.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：所述筒体（5）两端分别设置有贯穿装置端板（8）和贯穿装置端板法兰（4）；导体组件（2）均采用卡套密封组件（10）与贯穿装置端板（8）和贯穿装置端板法兰（4）进行固定并密封。

10.根据权利要求9所述的用于极低温环境条件下的电缆贯穿装置，其特征在于：导体组件（2）的数目为3个，贯穿装置端板（8）和贯穿装置端板法兰（4）均分别以各自中心点为圆心呈环形阵列设置有3个孔道，3个导体组件（2）分别贯穿设置在孔道内部。

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