一种用于高温高压运动管道连接的旋转密封接头的制作方法

本发明涉及一种旋转密封接头，可用于两相对运动的高温高压管道之间的连接及高温下两管道之间的位移补偿，同时可保证管道内流体的严格密封。

背景技术：

相对运动的高温高压管道广范应用于槽式太阳能光热发电厂、化工、烟草、石油等行业。管道在相对运动的情况下需实现管内高温高压流体的可靠密封，同时各高温管道之间由于温差大引起的位移也要消除。目前各管道之间的连接均采用只可周向旋转的旋转接头作为实现相对运动的元件，采用金属软管或波纹管作为管道之间由于高温引起的位移补偿元件。

由于槽式太阳能光热发电厂、化工、烟草、石油等行业对管道的工作寿命要求高，采用金属软管或波纹管作为管道连接时，其疲劳寿命较低，难以保证管道之间的长时间可靠工作。

以槽式太阳能光热发电厂为例。槽式太阳能光热发电是一种利用集热管把太阳能聚集起来，将热交换工质加热到数百摄氏度的高温，通过热交换器产生高温高压的过热蒸汽，驱动汽轮机并带动发电机发电的技术。槽式太阳能热发电厂镜场布置中，太阳能集热器组合(Solar Collector Assemblies，简称SCA)包括反射镜、支架、真空集热管和跟踪器，其轴线常规采用南北方向布置，每4个SCA构成1个回路。SCA从早到晚、自东向西跟踪太阳，即正常运行情况下，聚光器始终处于有规律的运动状态，而其它设备和管道(如导热油母管等)都是相对固定布置，这就需要SCA与导热油母管连接处等位置必须安装连接件。另外，真空集热管从环境温度到工作温度或相反的温度变化过程中，各集热管之间的线性热胀冷缩也需要连接件实现位移补偿。

目前，槽式太阳能光热发电系统中的管道工作温度每天在30℃到400℃范围变化，工作压力在0.2MPa到2MPa范围变化，属于高低温交变、高低压交变的工作环境。且管道内的热交换工质属于有害物质，对眼睛、粘膜有刺激作用，遇明火及高热体时可燃，在整个工作过程中不允许有任何泄露，因而密封条件苛刻。除此之外，一般太阳能光热发电厂的寿命超过20年，要求管路及连接件能保证整个寿命周期，因此长寿命、高低温交变、高低压交变工况下的管路连接问题成为了制约槽式太阳能光热发电技术的主要关键技术之一。

技术实现要素：

为解决高温高压环境下两相对运动管道之间的连接问题，实现高温高压管道的相对运动及消除因高温引起的管道位移，同时保证管道内高温流体在高压下长时间工作时的严格密封性，本发明提出一种用于高温高压运动管道连接的旋转密封接头。

本发明的技术方案为：

所述一种用于高温高压运动管道连接的旋转密封接头，包括带有轴向通孔的球座和带有轴向通孔的球头；

其特征在于：

还包括密封环、挤压环、保持体、压紧螺钉和弹性挡圈；

若干道密封环装入球座内，并与球座之间初始为可拆卸的间隙配合；球头装入球座内，球头与密封环之间初始为间隙配合；挤压环装入球座内，并与球座间为间隙配合，挤压环能够轴向作用在密封环上以压紧密封环；保持体装入球座内，且保持体与球座之间为螺纹连接；压紧螺钉装入保持体，并轴向压紧挤压环，使得密封环发生弹塑性变形，紧贴密封面实现球头与球座密封；弹性挡圈装入球座内，限制保持体的轴向移动；

所述密封环采用耐高温柔性石墨材料，并浸渍耐高温合成润滑油处理；

所述保持体采用金属基体镶嵌浸锑石墨环结构；在保持体的金属基体与球头之间镶嵌有浸锑石墨环，浸锑石墨环与球头表面接触并承载。

进一步的优选方案，所述一种用于高温高压运动管道连接的旋转密封接头，其特征在于：在浸锑石墨环上开有若干润滑油槽，油槽内填充有高温不燃防护润滑脂。

进一步的优选方案，所述一种用于高温高压运动管道连接的旋转密封接头，其特征在于：润滑油槽与保持体端面的夹角为30°。

有益效果

本发明提出的旋转密封接头结构，能够满足高低温、高低压交变工况下的严格密封性，同时能实现高温高压管道的相对运动，解决了高温高压管道之间的运动连接问题。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：旋转密封接头功能示意图；

图2：旋转密封接头总体结构示意图；

图3：保持体组件示意图；

图4：图3的A-A剖视图；

图5：保持体组件储油槽示意图

其中：1.管道；2.旋转密封接头；3.球座；4.球头；5.密封环；6.挤压环；7.保持体；8.压紧螺钉；9.弹性挡圈；10.保持体；11.镶嵌石墨。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图2所示，件3为球座，起固定密封件、限制球头轴向位移并防止密封材料流失的作用。件4为球头，与件3球座形成相对，并可通过相对运动实现高温引起的管道的位移补偿。件5为密封环，选用填料密封作为主要密封形式，通过弹性变形，压紧密封面从而产生密封效果。件6是挤压环，作用是将螺钉的力均匀的传递到密封环上，促使密封环变形而实现密封。件7为保持体，起限制球头轴向运动、支撑压紧密封材料的螺钉的作用，同时也对球体的旋转角度起限位作用。件8为压紧螺钉，主要作用是为密封材料提供一定的预紧力使密封材料发生弹塑性变形。件9为弹性挡圈，作用在于限制保持体沿轴向运动。

将两道密封环5装入球座3，密封环5与球座3之间初始为可拆卸的间隙配合；球头4装入球座3，球头4与密封环5之间初始为间隙配合；挤压环6装入球座3，挤压环6与球座3之间为间隙配合，挤压环6作用在密封环5上以压紧密封环5；保持体8装入球座3，保持体8与球座3之间为螺纹连接，螺纹连接起粗定位及防止保持体8周向旋转的作用；压紧螺钉7装入保持体8，压紧挤压环6，依靠压紧力使得密封环5发生弹塑性变形，紧贴密封面实现密封；弹性挡圈9装入球座3，限制保持体8的轴向移动，并保证保持体8和球头4之间的间隙。

本发明的关键为：

1)采用球面结构实现相对运动，采用填料密封作为密封形式,采用压缩性和回弹性很高的耐高温柔性石墨材料作为件5密封件的主材料，保证在温度交变情况下的可靠密封，并对柔性石墨进行浸渍耐高温合成润滑油处理,改善件4球头表面粘接密封材料的现象，同时降低摩擦系数，降低旋转力矩。

2)采用金属基体镶嵌浸锑石墨环的方法，增加件4球头与件7保持体之间高温重载摩擦副表面的承载能力、降低摩擦系数、延长使用寿命；采用开设纵向润滑油槽的方法，增加接触面储油能力，使得保持环与球头的配合面得到很好的润滑，减小了摩擦力矩，提高了承载能力，并采用高温不燃防护润滑脂对密封面和受力支撑摩擦副进行润滑，降低了接触面磨损。如图3、图4所示。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。