SU1720097A1

SU1720097A1 - Sealed lead-in

Info

Publication number: SU1720097A1
Application number: SU904780536A
Authority: SU
Inventors: Василий Александрович Никеенко; Сергей Павлович Субботин
Original assignee: Институт ядерной энергетики АН БССР
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1992-03-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и касаетс устройств, передающих электроэнергию в пространство, ограниченное прочноплотной оболочкой. Цель изобретени - повышение надежности при термоциклических нагрузках. Дл этого между токопровод щей шпилькой 2 и упором 6 расположена цилиндрическа втулка из диэлектрического материала, например электротехнического фарфора, контактирующа торцами с токопровод щей шпилькой 2 и упором 6 через фторопластовые уплотни- тельные прокладки 4, 5, заключенные в замкнутом объеме, В радиальном направлении токопровод ща шпилька 2 отделена от корпуса 1 изолирующей фторопластовой втулкой 3, а от упора 6 и нажимного элемента 8 - фторопластовой втулкой 10. Упругий пакет , состо щий из тарельчатых пружин 11 и шайбы 12, сжимаетс гайкой 13 и отделен от нажимного элемента 8 изол тором 14. 2 з.п; ф-лы, 1 ил. со сFIELD OF THE INVENTION The invention relates to electrical engineering and relates to devices transmitting electrical energy into a space bounded by a solidly dense shell. The purpose of the invention is to increase reliability under thermal cyclic loads. For this, between the conductive pin 2 and the stop 6 there is a cylindrical sleeve made of a dielectric material, such as electrical porcelain, in contact with the ends of the conductive pin 2 and the stop 6 through the fluoroplastic sealing gaskets 4, 5 enclosed in a closed volume, in the radial direction the current conductor The stud 2 is separated from the casing 1 by an insulating fluoroplastic sleeve 3, and from the stop 6 and the pressure element 8 by a fluoroplastic sleeve 10. An elastic package consisting of cup springs 11 and a washer 12 is compressed is packed with a nut 13 and is separated from the pressure element 8 by an isolator 14. 2 hp; f-ly, 1 ill. with s

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям устройств, подводящих электроэнергию к электропотребителям, находящимся внутри прочноплотных корпусов в среде и под давлением теплоносителя, например к встроенным электродвигателям газодувных машин, обеспечивающих циркуляцию газообразного теплоносителя в технологических контурах.The invention relates to a sealing technique, in particular, to seals of devices supplying electricity to electric consumers located inside solid-density housings in a medium and under heat carrier pressure, for example, to built-in electric motors of gas-blowing machines that circulate a gaseous coolant in technological circuits.

Известен гермоввод центробежного насоса погружного типа на давление 320 бар и подводимое напряжение 10 кВ.Known hermetic input of a submersible centrifugal pump at a pressure of 320 bar and an input voltage of 10 kV.

Недостатком данного устройства является наличие длинной тонкостенной втулки сложной конфигурации из диэлектрика, что увеличивает габариты устройства. Кроме того, пять областей контакта с прокладками значительно усложняет технологию изготовления указанной втулки.The disadvantage of this device is the presence of a long thin-walled sleeve of complex configuration made of a dielectric, which increases the dimensions of the device. In addition, the five areas of contact with the gaskets significantly complicates the manufacturing technology of this sleeve.

Известен гермоввод, в котором токопроводящий стержень соединен с керамическим изолятором герметичной пайкой.A pressure seal is known in which a conductive rod is connected to a ceramic insulator by hermetic soldering.

Недостатком этого гермоввода является необходимость применения специальных материалов и технологии.The disadvantage of this pressure seal is the need to use special materials and technology.

Известен также герметичный электроввод, недостаток которого обусловлен герметизацией фторопластовой втулки сложной геометической формы, находящейся в незамкнутом объеме, что со времени приводит к перераспределению напряжений (релаксации) в зоне уплотнительных поверхностей при термоциклических нагрузках и влечет за собой снижение герметичности узла.A sealed electric input is also known, the disadvantage of which is due to the sealing of a fluoroplastic sleeve of complex geometric shape located in an open volume, which over time leads to a redistribution of stresses (relaxation) in the area of the sealing surfaces under thermocyclic loads and entails a decrease in the tightness of the assembly.

Общим недостатком всех указанных устройств является низкая ремонтопригодность, так как выход из строя одной из деталей уплотнения приводит к необходимости замены всего узла.A common disadvantage of all of these devices is low maintainability, since the failure of one of the seal parts necessitates the replacement of the entire assembly.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство гермоввода электронасоса реакторной установки ледокола Ленин.Closest to the proposed device is the pressure seal of the electric pump of the reactor installation of the icebreaker Lenin.

Однако известное устройство характеризуется наличием керамической втулки сложной формы. Контактирование медных уплотнительных прокладок с упомянутой втулкой по поверхности, значительно меньшей, чем весь торец втулки, приводит к росту концентраторов напряжений и возможности появления сколов в зоне контакта.However, the known device is characterized by the presence of a ceramic sleeve of complex shape. Contacting copper gaskets with said sleeve over a surface much smaller than the entire end face of the sleeve leads to an increase in stress concentrators and the possibility of chips in the contact zone.

Кроме того, герметизация медными прокладками, открытыми по цилиндрическим поверхностям, требует уточненного расчета и тарировки усилия в зоне контакта, так как появление недопустимых пластических деформаций в прокладке приводит к разгерметизации.In addition, sealing with copper gaskets open on cylindrical surfaces requires a more accurate calculation and calibration of the force in the contact zone, since the appearance of unacceptable plastic deformations in the gasket leads to depressurization.

Цель изобретения - повышение надежности работы токоввода при термоциклических нагрузках путем выравнивания градиентов напряжений в деталях гермети5 затора.The purpose of the invention is to increase the reliability of the current lead at thermocyclic loads by leveling the voltage gradients in the details of the sealant5 of the mash.

Поставленная цель достигается тем, что в герметичном то ков воде, содержащем токопроводящую шпильку и нажимной элемент, установленные в сквозном отверстии 10 корпуса, изолятор, расположенный между гайкой и нажимным элементом, и две фторопластовые втулки, концевой участок одной из которых охватывает концевой участок другой, заполняющие зазор между 15 токопроводящей шпилькой и корпусом, в указанном зазоре между токопроводящей шпилькой и нажимным фланцем расположена цилиндрическая втулка из диэлектрического материала, один торец которой через 20 уплотнительные элементы взаимодействует с упором, поджатым к корпусу нажимным элементом, а другой торец - со шпилькой.This goal is achieved by the fact that in sealed water containing a conductive pin and a pressure element installed in the through hole 10 of the housing, an insulator located between the nut and pressure element, and two fluoroplastic bushings, the end section of one of which covers the end section of the other, filling the gap between the conductive pin 15 and the housing, in the specified gap between the conductive pin and the pressure flange there is a cylindrical sleeve of dielectric material, one end of which is Through 20, the sealing elements interacts with a stop, a pressing element pressed against the body, and the other end with the pin.

Кроме того уплотнительная втулка выполнена из электротехнического фарфора, а 25 уплотнительные прокладки - из фторопласта.In addition, the sealing sleeve is made of electrical porcelain, and 25 sealing gaskets are made of fluoroplastic.

В предлагаемом герметичном токовводе от усилия, возникающего в радиальном направлении под воздействием давления 30 уплотняемой среды с наружной стороны цилиндрической втулки из диэлектрического материала,и от усилия со стороны уплотнительных прокладок на эту втулку, возникающего в осевом направлении, в 35 цилиндрической втулке из диэлектрического материала действуют только напряжения сжатия, что уменьшает вероятность сколов и разрушения этой втулки в случае применения хрупких материалов, например 40 электротехнического фарфора. Строгая цилиндрическая форма втулки исключает появление конструктивных концентраторов напряжений и выравнивает градиенты напряжений по сечению данной втулки, что 45 увеличивает ее надежность при цилиндрических нагрузках, а также позволяет обрабатывать уплотнительные поверхности с требуемой чистотой на универсальном оборудовании с последующей притиркой пло50 ских поверхностей.In the proposed sealed current lead from the force arising in the radial direction under the influence of pressure 30 of the medium being sealed from the outside of the cylindrical sleeve of dielectric material, and from the force from the side of the gaskets on this sleeve arising in the axial direction, the 35 cylindrical sleeve of dielectric material only compressive stresses, which reduces the likelihood of chips and destruction of this sleeve in the case of the use of brittle materials, such as 40 electrical porcelain. The strict cylindrical shape of the sleeve eliminates the appearance of structural stress concentrators and evens out stress gradients along the section of this sleeve, which 45 increases its reliability under cylindrical loads, and also allows treating sealing surfaces with the required cleanliness on universal equipment with subsequent grinding of flat surfaces.

Использование в качестве материала уплотнительных прокладок фторопласта позволяет применять предлагаемое устройство для уплотнения сред с повышенной 55 химической активностью.The use of fluoroplastic gaskets as a material allows the proposed device to be used for sealing media with increased 55 chemical activity.

Размещение фторопластовых уплотнительных прокладок в замкнутом кольцевом объеме, одной из поверхностей которого является торец цилиндрической втулки из диэлектрического материала, исключает разгерметизацию соединения за счет вытекания фторопласта при изменениях температуры и давления, причем любая другая форма контакта уплотнительных прокладок и втулки приведет к неблагоприятному перераспределению напряжений в этой втулке и снижает надежность как самой цилиндрической втулки из диэлектрического материала, так и соединения в целом.Placing fluoroplastic sealing gaskets in a closed annular volume, one of the surfaces of which is the end face of a cylindrical sleeve made of dielectric material, eliminates leakage of the connection due to leakage of fluoroplastic due to changes in temperature and pressure, and any other contact form of the sealing gaskets and sleeve will lead to an unfavorable redistribution of stresses in this sleeve and reduces the reliability of both the cylindrical sleeve of the dielectric material itself, and the connection as a whole m

Выполнение цилиндрической втулки из электротехнического фарфора упрощает технологию изготовления, так как возможно изготовление заготовок из мягкого полуфабриката с последующим обжигом при минимальных припусках на чистовую обработку.The implementation of a cylindrical sleeve made of electrotechnical porcelain simplifies the manufacturing technology, since it is possible to produce blanks from a soft semi-finished product with subsequent firing with minimal allowances for finishing.

На чертеже приведено предлагаемое устройство, общий вид.The drawing shows the proposed device, General view.

В отверстии прочноплотного корпуса 1 расположена токопроводящая шпилька 2, отделенная от корпуса изолирующей фторопластовой втулкой 3, одновременно перекрывающей зазор между шпилькой 2 и нажимным элементом 8 и охватывающей концевой участок втулки 10. В токопроводящей шпильке 2 имеется кольцевой прямоугольный паз, в котором размещена фторопластовая уплотнительная прокладка 4. С торцами указанной прокладки 4 и аналогичной прокладки 5, установленной в кольцевом прямоугольном пазу упора 6, контактирует торцами цилиндрическая втулка 7 из электротехнического фарфора. Цилиндрические поверхности втулки 7 сопрягаются с цилиндрическими поверхностями канавок токопроводящей шпильки 2 и упора 6 по посадке Н9/е9. Упор 6 поджимается к корпусу 1 нажимным элементом 8 в виде резьбовой втулки через фторопластовую прокладку 9.A conductive pin 2 is located in the hole of the solid-body case 1, separated from the case by an insulating fluoroplastic sleeve 3, at the same time covering the gap between the pin 2 and the pressure element 8 and covering the end portion of the sleeve 10. In the conductive pin 2 there is an annular rectangular groove in which the fluoroplastic sealing gasket is placed 4. With the ends of the specified gasket 4 and a similar gasket 5 installed in an annular rectangular groove of the stop 6, the cylindrical sleeve 7 made of electric otehnicheskogo porcelain. The cylindrical surface of the sleeve 7 mates with the cylindrical surfaces of the grooves of the conductive stud 2 and the stop 6 on the landing H9 / e9. The emphasis 6 is pressed against the housing 1 by a pressing element 8 in the form of a threaded sleeve through a fluoroplastic gasket 9.

Токопроводящая шпилька 2 в радиальном направлении отделена от упора 6 и нажимного элемента 8 фторопластовой втулкой 10, которая перекрывает зазор и одновременно охватывается концевым участком втулки 3. Упругий пакет, состоящий из двух тарельчатых пружин 11 и шайбы 12, поджимается гайкой 13 к нажимному элементу 8 через изолятор 14. Между гайками 13 и 15установлен клеммный наконечник 16 подводящего кабеля 17. Токопроводящая шпилька 2 соединена с потребителем электроэнергии кабелем 18, конец которого припаян к этой шпильке.The conductive pin 2 in the radial direction is separated from the stop 6 and the pressure element 8 by a fluoroplastic sleeve 10, which covers the gap and at the same time is covered by the end portion of the sleeve 3. An elastic package consisting of two disk springs 11 and a washer 12 is pressed by a nut 13 to the pressure element 8 through insulator 14. Between the nuts 13 and 15, a terminal tip 16 of the supply cable 17 is installed. The conductive pin 2 is connected to the consumer of electricity by cable 18, the end of which is soldered to this pin.

Токоввод работает следующим образом.The current lead operates as follows.

Герметизация по наружной поверхности отверстия корпуса 1 обеспечивается фторопластовой прокладкой 9. Усилие уплотнения прокладки обеспечивает резьбовая втулка 8 через упор 6 при первоначальной затяжке указанной резьбовой втулки. Герметизацию по поверхности токопроводящей шпильки 2 обеспечивают фторопластовые уплотнительные прокладки 4 и 5 при взаимодействии торцовых поверхностей кольцевых прямоугольных пазов токопроводящей шпильки 2 и упора 6 и втулки 7, Первоначальное усилие затяжки соединения создают посредством гайки 13 при поджатии токопроводящей шпильки 2 к упору 6 через фторопластовые уплотнительные прокладки 4 и 5 и втулку 7. Тарировку первоначального усилия затяжки определяют по деформации тарельчатых пружин 11. Соединительный кабель 18 не препятствует перемещению токопроводящей шпильки 2 вдоль оси герметизатора, так как усилие деформации кабеля пренебрежимо мало по сравнению с усилием затяжки при относительно малых перемещениях токопроводящей шпильки 2 вдоль оси. Исходя из этого при появлении избыточного давления Ризб внутри корпуса происходит дополнительное самоуплотнение соединения по уплотнительным прокладкам 4 и 5, так как возникает неуравновешенное усилие, пропорциональное этому давлению, вследствие разности площадей торцов токопроводящей шпильки 2, на которые воздействует давление, т.е. эта шпилька работает аналогично поршню.Sealing on the outer surface of the opening of the housing 1 is provided by a fluoroplastic gasket 9. The sealing force of the gasket is provided by the threaded sleeve 8 through the stop 6 during the initial tightening of the specified threaded sleeve. Sealing on the surface of the conductive stud 2 is provided by fluoroplastic gaskets 4 and 5 during the interaction of the end surfaces of the annular rectangular grooves of the conductive stud 2 and the stop 6 and the sleeve 7. 4 and 5 and the sleeve 7. The calibration of the initial tightening force is determined by the deformation of the disk springs 11. The connecting cable 18 does not interfere with the room of the conductive stud 2 along the axis of the sealant, since the strain on the cable is negligible compared to the tightening force for relatively small movements of the conductive stud 2 along the axis. Proceeding from this, when overpressure Riesb appears inside the housing, additional self-sealing of the joint occurs along the gaskets 4 and 5, since an unbalanced force arises proportional to this pressure, due to the difference in the areas of the ends of the conductive stud 2, which are affected by pressure, i.e. this pin works similar to a piston.

При работе во втулке 7 возникают только напряжения сжатия как в радиальном, так и в осевом направлениях, так как рабочее давление воздействует на наружную цилиндрическую поверхность указанной втулки и сжимает ее, а сжатие вдоль оси обеспечивается конструктивно. Отсутствие растягивающих напряжений значительно снижает возможность сколов и разрушения втулки 7, что по сравнению с известным токовводом позволяет повысить надежность работы гермоввода при термоциклических нагрузках.When working in the sleeve 7, only compression stresses arise both in the radial and axial directions, since the working pressure acts on the outer cylindrical surface of the specified sleeve and compresses it, and compression along the axis is ensured constructively. The absence of tensile stresses significantly reduces the possibility of chips and destruction of the sleeve 7, which, compared with the known current lead, can improve the reliability of the pressure seal at thermocyclic loads.

Для исследования предлагаемой конструкции был изготовлен испытательный участок 831Э.039.000, полностью соответствующий конструкции. Размеры втулки 7 в участке 026x020x16. Испытания проводили в два этапа. На первом этапе внутреннюю полость корпуса 10 раз нагружали давлением 25 МПа с выдержкой после каждого нагружения в течение 10 мин. Последующий контроль гелиевым течеискателем подтвердил соответствие II классу герметичности по ОСТ 5.0170-81. На втором этапе провели десятикратное нагружение до 25 МПа с выдержкой 20 мин при Т=100°С. После указанного цикла герметичность гер7 моввода соответствовала II классу по ОСТ 5.0170-81. Электроизоляция токопроводящей шпильки относительно корпуса составила 1000 МОм при напряжении 2,5 кВ, что соответствует нормам для электропотребителей от источника напряжения 380 В.To study the proposed design, a test site 831E.039.000 was made that was fully consistent with the design. The dimensions of the sleeve 7 in the section 026x020x16. The tests were carried out in two stages. At the first stage, the internal cavity of the body was loaded 10 times with a pressure of 25 MPa with holding after each loading for 10 min. Subsequent monitoring with a helium leak detector confirmed compliance with class II tightness according to OST 5.0170-81. At the second stage, a ten-fold loading was carried out to 25 MPa with a shutter speed of 20 min at T = 100 ° C. After the indicated cycle, the tightness of the herm7 of the water supply corresponded to class II according to OST 5.0170-81. The electrical insulation of the conductive stud relative to the housing was 1000 MΩ at a voltage of 2.5 kV, which corresponds to standards for electric consumers from a voltage source of 380 V.

Изобретение позволяет повысить надежность предлагаемого герметичного токоввода при циклических изменениях температуры и давления по сравнению с известными устройствами.The invention improves the reliability of the proposed sealed current lead during cyclic changes in temperature and pressure in comparison with known devices.

Claims

Claim

1. A sealed current lead containing a housing, in the through hole of which there is a pressure element, a conductive pin installed in it through fasteners, an insulator located between the fastening and fixing elements, sealing elements and two dielectric bushings, the end section of one of which covers the end section of the other with a gap, characterized in that, with 5 goals of increasing the reliability of the current lead at thermocyclic loads, it is equipped with a housing and interact them with the pressing member and the abutment situated in said additional dielectric Within a 10-dawn sleeve, one end through which sealing elements interact with the abutment face of the other - with a pin.

2. Current lead pop. 1, characterized in that the additional sleeve is made of electrical porcelain.

3. Current lead pop 1 and 2, characterized in that the sealing elements are made of fluoroplastic.

th