一种储能气囊接管密封装置及密封方法与流程

本发明涉及一种管接头的密封装置，特别涉及核岛压力容器钢管类管接头密封的装置。

背景技术：

在核电设备制造领域中，对设备内部的清洁度要求很高，设备制造完成后对设备内部进行最终清洁后，需要密封各接管，对设备内部进行抽真空后充氮气保护。利用惰性气体不易与金属发生反应来保护设备内部的干燥和清洁。

为了核电厂的可靠运行，核岛容器设备的接管与管道的接口为焊接连接，核岛容器设备的接管均为坡口敞口形式，目前市场有气囊密封装置，且气囊密封对接管精度和圆度要求低，即使接管内壁不圆，气囊都能很好的填充密封。但是在设备长途运输后，由于地域、温差的影响，气囊内的气体热胀冷缩，气体体积变小，导致气囊变小，气囊与接管之间产生间隙，使密封失效。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种储能气囊接管密封装置，其包括螺栓、螺母、弹簧和环形气囊，所述螺栓依次穿过环形气囊和弹簧，最后将螺母紧固在螺栓上，压缩弹簧，储存能量，从而完成本发明。本发明对接管的精度和圆度要求低，填充密封效果好，其可以随温度和环境的变化，通过弹簧自动实现密封，还具有结构简单、制造方便和适用范围广等优点。

具体来说，本发明一方面提供了一种储能气囊接管密封装置：

所述密封装置密封核电设备中的接管，所述接管为坡口敞口形式，一端与设备相连，密封装置装卡在坡口后端接管7的管口处，该密封装置包括螺栓1、螺母2、弹簧4和环形气囊6；

所述螺栓1依次穿过环形气囊6和弹簧4，弹簧4位于环形气囊6上方，最后将螺母2紧固在螺栓1上，压缩弹簧4，储存能量。

所述环形气囊6为扁圆环状，由可膨胀材质制成；

所述螺栓1为接近螺帽部分没有螺纹的商品级螺栓，螺栓1与环形气囊6接触部分没有螺纹，以免螺纹割破环形气囊；

在螺栓1的螺帽和环形气囊6之间设有下压板52，防止压缩弹簧4的过程中，环形气囊6从螺栓1上脱落；

所述螺栓1的螺帽与其接触的下压板52密封焊接，防止接管7内部的惰性气体从缝隙跑出；

所述下压板52的内圆直径大于螺栓1直径2～5mm，其内圆直径比弹簧4的内径至少小2mm，外圆直径小于接管7内径3～8mm。

所述下压板52的内圆直径大于螺栓1直径2～4mm，外圆直径小于接管7内径4～7mm；

在环形气囊6和弹簧4之间设有上压板51，上压板51和下压板52结构相同，所述弹簧4与其接触的上压板之间的固定连接方式为点焊连接，防止压缩弹簧4的过程中，弹簧4发生偏斜，同时，防止弹簧4扎破环形气囊6；

所述上压板51上设有小孔，该小孔位于气囊6的充气口所在位置，方便气囊6充气。

在弹簧4和螺母2之间设有压片3，压片3为圆环状，所述弹簧4与压片3之间的连接方式为点焊连接。

弹簧4内圆直径大于螺栓1直径3～5mm，弹簧4外径尺寸同时大于压片3中心孔直径和上压板51中心孔直径；

所述压片3中心孔的直径比螺栓1的外径大，比弹簧4的内径小，其外圆直径要同时大于弹簧4的外径和螺母2的对角线尺寸。

在所述压片3与弹簧4接触连接部位设有环形凹槽，以免压片3在压紧弹簧4的过程中产生偏斜。

弹簧4内圆直径大于螺栓1直径4mm；

所述压片3中心孔的直径比螺栓1的外径至少大1mm，其外圆直径比弹簧4的外径至少大5mm，压片3的外圆直径比螺母2的六角形对角线至少大5mm。

在所述螺栓1中心钻通孔8，通孔8直径4～6mm，该通孔8通过竹节式快速接头9与真空泵或气源连接，向接管内部抽真空或充入惰性气体。

所述通孔8通过转换接头或直接连接压力表10，压力表10显示内部惰性气体的压力，以免设备内部惰性气体压力下降。

本发明的第二方面在于提供了一种安装有本发明所述储能气囊接管密封装置的接管，其一端连接在核电设备上，另一端在接管7坡口后端的管口处安装有密封装置，密封接管7，保持核电设备的内部清洁，所述密封装置为本发明提供的储能气囊接管密封装置。

本发明的第三方面提供了如上所述储能气囊接管密封装置的密封方法，该方法包括：

环形气囊6充气后，将该密封装置竖直插入需要密封的接管7管口处，然后再向环形气囊6充气，使环形气囊6贴紧接管7内壁和与其接触的螺栓1螺杆部分，形成对接管7的密封；

旋紧螺母2，压缩弹簧4，储存能量，遇周围环境温度降低，环形气囊6收缩，弹簧4储存的能量释放，压缩上压板51和下压板52之间的距离，挤压环形气囊6，其继续贴紧接管7内壁和接触的螺杆，维持环形气囊6对接管7的密封。

本发明公开的储能气囊接管密封装置，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的储能气囊接管密封装置，结构简单，制造方便；

(2)本发明提供的储能气囊接管密封装置，可根据接管的不同内径尺寸，选用不同规格的螺栓、螺母、弹簧和环形气囊，加工不同规格的压片和压板，适用范围广；

(3)本发明提供的储能气囊接管密封装置，对接管精度和圆度要求低，能很好的填充密封，且能实现自固定；

(4)本发明提供的储能气囊接管密封装置，由于弹簧的加入，整个装置可随环境温度的升高或降低自动进行调节，使气囊始终保持对接管的密封，整个密封装置受外部环境影响小。

(5)本发明提供的储能气囊接管密封装置具有多种功能，不但密封效果好，还可通过所述密封装置向接管内抽真空和充惰性气体，该装置还可连接压力表，实时观测接管内的压力变化，以便及时排查隐患。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式的储能气囊接管密封装置示意图；

图2示出本发明一种优选实施方式的储能气囊接管密封装置的压片3的主视和俯视图；

图3示出发明一种优选实施方式的储能气囊接管密封装置的上压板51的主视和俯视图；

图4示出本发明一种优选实施方式的储能气囊接管密封装置连接接管内部充气口的示意图；

图5示出本发明一种优选实施方式的储能气囊接管密封装置连接接管内部压力表的示意图；

图6示出本发明一种优选实施方式的储能气囊接管密封装置不在压片上开设凹槽，弹簧在压缩过程中与压片发生相对位移的示意图；

图7示出一种安装本发明储能气囊接管密封装置的接管的示意图。

附图标号说明：

1-螺栓；

2-螺母；

3-压片；

4-弹簧；

51-上压板；

52-下压板；

6-环形气囊；

7-接管；

8-通孔；

9-竹节式快速接头；

10-压力表。

具体实施方式

下面通过附图和实施方式对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在核电设备制造领域中，对设备内部的清洁度要求高，因此，在设备制造完成且对设备进行最终清洁后，需要密封各接管。目前，市场有气囊密封装置，其对接管精度和圆度要求低，即使接管内壁不圆，气囊都能很好的填充密封。但是设备在长途运输中，由于地域、温差的影响，气囊内的气体受温差的影响大，容易热胀冷缩，温度降低，气囊内的气体体积变小，导致气囊收缩，气囊与接管之间产生间隙，使密封失效。

本发明的第一方面提供了一种储能气囊接管密封装置，所述密封装置密封核电设备中的接管，如图7所示，所述接管一端与设备相连，另一端为坡口敞口形式，方便与其它装置相连，在核电设备运输过程中，由于其一端接口暴露在空气中，容易对清洁度要求较高的核电设备造成污染，因此需对暴露在空气中的接管进行密封，密封装置装卡在坡口后端接管7的管口处。

本发明提供的装置随环境的变化可以始终保持对接管的密封，不会随环境的变化而导致密封失效。所述储能气囊接管密封装置包括螺栓1、螺母2、弹簧4和环形气囊6，所述螺栓1依次穿过环形气囊6和弹簧4，弹簧4位于环形气囊6上方，最后将螺母2紧固在螺栓1上，压缩弹簧4，储存能量。当环形气囊6随温度的降低体积收缩时，被压缩的弹簧4自动释能，压缩环形气囊6，使环形气囊6保持对接管7的密封。

在本发明中，所述螺栓1为接近螺帽部分没有螺纹的商品级钢制螺栓，螺栓1与气囊6接触部分没有螺纹，以免螺纹割破环形气囊，造成环形气囊泄露，影响密封效果。

在一种优选的实施方式中，所述环形气囊6为扁圆环状，使其充气后，可以支撑起整个装置，且其材质为可膨胀材质，优选为丁基橡胶和天然橡胶。可膨胀材质可保证气囊在受到压力后，容易产生形变继而继续贴紧接管7的内壁，从而保证本发明提供的密封装置的密封效果。

根据本发明一种优选的实施方式，如图1所示，在螺栓1的螺帽和环形气囊6之间设有下压板52，防止旋紧螺母2压缩弹簧4或弹簧4释能压缩环形气囊6的过程中，环形气囊6从螺栓1上脱落。

根据本发明一种优选的实施方式，所述螺栓1的螺帽与其接触的下压板52的连接方式为不可拆卸连接，不可拆卸连接具有连接整体性好和结构轻巧等优点。优选地，螺栓1的螺帽与其接触的下压板52的连接方式为粘结连接和焊接连接；更优选为焊接连接，特别是密封焊接。

由于本发明所述储能气囊接管密封装置，用于密封核电设备中的各接管，以保证设备内部的清洁度，因此，一般在接管处装好密封设备后，会对设备内部抽真空，然后充入惰性气体保护，利用惰性气体不易与金属发生反应来保护设备内部的干燥和清洁。因此，要将螺栓1的螺帽与其接触的下压板52进行密封焊接，防止设备内部的惰性气体从下压板52和螺帽之间的缝隙中跑出，进而影响密封效果和清洁度。

根据本发明一种优选的实施方式，在弹簧4和环形气囊6之间设有上压板51，上压板51和下压板52结构相同，所述弹簧4与其接触的上压板51之间的固定连接方式为点焊连接，防止压缩弹簧4的过程中，弹簧4发生偏斜，同时，防止弹簧4扎破环形气囊6；

上压板51和下压板52的材质应与螺栓1的材质相同，方便下压板52与螺栓1螺帽的焊接，因此，上压板51和下压板52的材质为钢材。

在环形气囊6上方和下方分别设置上压板51和下压板52，可使弹簧4释能过程中，通过下压上压板51，使上压板51和下压板52之间的距离减小，压缩环形气囊6，使环形气囊6各部分厚度在被压缩过程中始终保持一致，有效保证环形气囊6对接管7的密封，还可避免由于气囊厚度不一致导致的某一部分过于膨胀，容易破损漏气。

同时，上压板51和下压板52的加入还可使所述密封装置在接管内实现自固定。具体而言，在将密封装置放入接管7后，还需向环形气囊6内充气，充气后环形气囊6通过上压板51与接管7缝隙鼓出2～3mm为宜，极大的增加了环形气囊6与接管7之间的摩擦力，使整个密封装置不会在接管7内发生相对移动，实现密封装置的自固定。

在本发明中，所述上压板51和下压板52的内圆直径大于螺栓1螺杆直径2～5mm，使之能套入螺栓1上；其内圆直径比弹簧4的内径至少小2mm，使压缩弹簧4时，弹簧4不会从上压板51的内圆中挤出；其外圆直径小于接管7内径3～8mm，使之能深入接管7中。

优选地，所述上压板51和下压板52的内圆直径大于螺栓1螺杆直径2～4mm，外圆直径小于接管7内径4～7mm，更优选地，所述上压板51和下压板52的内圆直径大于螺栓1螺杆直径2mm，外圆直径小于接管7内径6mm。

在本发明一种优选的实施方式中，上压板51的外圆直径需大于弹簧4的外圆直径，下压板52的外圆直径大于螺栓1螺帽的直径，且下压板52的内圆直径还需小于螺栓1螺帽的直径。

根据本发明一种优选的实施方式，上压板51上设有小孔，如图3所示，该小孔位于环形气囊6的充气口所在位置，使环形气囊6的充气口从该小孔露出，当后续需要给环形气囊6充气时，只需通过上压板51上的小孔给环形气囊6充气，避免了将整个装置拆卸后再进行充气，简化了充气过程。

在本发明一种优选的实施方式中，所述弹簧4与其接触的上压板51之间的固定连接方式为不可拆卸连接，优选为粘结连接和焊接，更优选为点焊。

在本发明中，弹簧4内圆直径大于螺栓1螺杆直径3～5mm，优选为4mm，使弹簧4能套入螺栓1上。

弹簧4外径尺寸需同时大于压片3中心孔直径和上压板51中心孔直径；使旋紧螺母2，压缩弹簧4时，弹簧4不会从压片3和上压板51的中心孔挤出，影响弹簧4储能，继而影响本发明的密封效果。

在本发明一种优选的实施方式中，弹簧4的材料应与上压板51的材料性能接近，便于上压板51与弹簧4焊接，因此，弹簧4优选为钢制弹簧。

在拧紧螺母2，压缩弹簧4的过程中，弹簧4和螺母2之间很容易发生相对位移，甚至导致弹簧4从螺母2中脱出，使弹簧4无法被压紧，影响弹簧4储能，使环形气囊6无法保持对接管7的密封。

因此，根据本发明一种优选的实施方式，在弹簧4和螺母2之间设有压片3，压片3为圆环状，所述弹簧4与压片3之间的连接方式为点焊连接。压片3的材料应与弹簧4的材料性能接近，便于压片3和弹簧4的焊接，因此，压片3的材料优选为钢板。

所述压片3中心孔的直径比螺栓1的外径大，比弹簧4的内径小，其外圆直径要同时大于弹簧4的外径和螺母2的对角线尺寸。

根据本发明一种优选的实施方式，所述压片3中心孔的直径比螺栓1的外径至少大1～2mm，优选为1mm，使压片3能套入螺栓1上；其外圆直径比弹簧4的外径至少大4～8mm，优选为5mm，使螺母2可以通过压片3压缩弹簧；压片3的外圆直径比螺母2的六角形对角线至少大4～7mm，优选为5mm。

在压缩弹簧4的过程中，由于压片3与弹簧4为点焊连接，旋紧螺母2时，压片3与弹簧4之间可能会发生偏斜，如图6所示，图6中左上侧圆圈内为弹簧4与压片3发生偏斜的放大图，放大图中最左侧虚线为弹簧原轴线，其右边虚线为弹簧偏斜后的轴线，可以看出，偏斜后的弹簧可能会卡在压片3的中心圆孔内，使弹簧4无法被压紧，从而影响在环境变化时，弹簧4释能压缩环形气囊6，进而降低环形气囊6对接管7的密封效果。

优选地，在所述压片3与弹簧4接触连接部位设有环形凹槽，如图2所示，所述环形凹槽的截面为矩形，在压片3上开设一周，与压片3接触的弹簧4先置于环形凹槽内，再与压片3进行点焊连接，如图1所示，该环形凹槽截面宽度应使弹簧4能置于其中，深度应大于弹簧4弹簧丝圆形截面的半径，这样置于凹槽内的弹簧4在被压缩过程中就会在凹槽内移动，不会与压片3发生相对位移，保证了旋紧螺母2时，弹簧4能够被压紧储能，从而有效保证环形气囊6始终保持对接管7的密封效果。

本发明提供的储能气囊接管密封装置应用于核电设备制造领域，对设备内部的清洁度要求较高，将制造完成的设备进行最终清洁后，需先密封各接管，再对设备内部进行抽真空，最后向设备内部充入惰性气体，利用惰性气体不易与金属发生反应来保护设备内部的干燥和清洁。

鉴于以上，本发明人提供了一种进一步优选的实施方式，可以实现在密封好各接管后，通过所述密封装置向设备内部抽真空和充入惰性气体。在螺栓1中心钻通孔8，通孔直径为4～6mm，如图4所示，该通孔可以连接给设备内部抽真空的真空泵和给内部充气的气源。此通孔8可以通过机械连接转换接头或焊接连接竹节式快速接头与真空泵或气源连接，给接管内部抽真空或充入惰性气体，优选为通过焊接连接竹节式快速接头9与真空泵或气源连接。

竹节式快速接头9与螺栓1端部的连接方式为焊接，优选为密封焊接，防止接管内部惰性气体从螺栓1与竹节式快速接头9之间的缝隙溢出。

根据本发明更进一步优选的实施方式，该密封装置可以通过转换接头或直接将压力表10拧在螺栓1上，利用压力表10显示设备内部惰性气体的压力，如果接管内部惰性气体压力下降，则表示密封装置漏气，可以及时排查漏气部位和充装惰性气体，保证设备内部的清洁度和内部惰性气体的压力。

根据本发明第二方面，提供一种装有密封装置的接管，如图7所示，所述接管7一端与核电设备焊接在一起，连通设备内部腔室，另一端在接管7坡口后端的管口处安装有密封装置，密封接管7，保持核电设备的内部清洁，所述密封装置为本发明提供的储能气囊接管密封装置。

所述储能气囊接管密封装置在接管7中的安装过程为：

步骤(1)将接管内壁与密封装置接触的部位进行清洁；

将制造完成的设备进行最终清洁后，将接管内壁有可能与密封装置接触的部位表面擦拭干净，与接管内壁可能接触部位需打磨，不得有毛刺、焊瘤等，以免扎破环形气囊，造成泄漏。

步骤(2)安装本发明提供的储能气囊接管密封装置；

先给环形气囊6充一部分气，使环形气囊6能支撑起整个装置，且充气后的环形气囊6外径小于接管内径，密封装置组装后插入到接管内壁。

将装入接管7内的密封装置再次充气，充气后环形气囊6通过上压板51与接管7缝隙鼓出2～3mm为宜，有利于增大环形气囊6和接管7内壁之间的摩擦力，使整个密封装置可以固定在所在位置，不发生相对移动。最后拧紧螺母2压紧弹簧4，实现后续使用过程中的储能密封。如周围环境温度降低，弹簧4储存的能量会释放，压缩上压板51和下压板52之间的距离，使两压板之间的距离减小，保证气囊继续贴紧接管7内部，不会造成泄漏。

根据本发明第三方面，提供所述储能气囊接管密封装置的密封方法，根据本发明一种优选的实施方式，如图1～7所示，所述储能气囊接管密封装置的密封方法为：

环形气囊6充气后，将该密封装置竖直插入需要密封的接管7管口处，然后再向环形气囊6充气，使环形气囊6贴紧接管7内壁和与其接触的螺栓1螺杆部分，如图1所示，形成对接管7的密封；

旋紧螺母2，压缩弹簧4，旋紧螺母2是为了压缩弹簧4，使弹簧4储存能量，如果设备在长途运输过程中遇到气温下降，则气囊内的气体由于热胀冷缩会体积变小，导致气囊收缩，而此时弹簧4储存的能量就会释放，弹簧4弹开，从而挤压两个压板，缩小上压板51和下压板52之间的距离，继而挤压环形气囊6，使环形气囊6始终保持与接管7内壁贴紧，维持环形气囊6对接管7的密封性。

所述储能气囊接管密封装置不但可以密封接管7，还可以实现向接管7内部抽真空和充氮气，如图4所示，将密封好的接管用真空泵连接竹节式快速接头9，进行抽真空，将抽真空后的接管通过竹节式快速连接接头9与气源连接，通入惰性气体。

本发明所述的储能气囊接管密封装置，在惰性气体充好后，将该密封装置通过转换接头或直接将压力表10拧在螺栓1上，如图5所示，压力表10显示设备内部惰性气体的压力，接管内部压力比外部压力大，压力表10的接入便于实时监控接管内的压力，如压力下降，工作人员可以及时排查泄漏部位，从而有效保证接管的密封效果和清洁度。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。