CN110005874A - 一种耐高温高压的穿壁密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增压燃烧加热装置技术领域，提供了一种耐高温高压的穿壁密封结构，包括：耐压壳、密封件、穿壁支撑座、管道穿壁通孔、高温管道及绝热部，所述耐压壳与所述穿壁支撑座的一端固定连接，将所述密封件夹持在所述耐压壳与所述穿壁支撑座之间，所述穿壁支撑座的另一端与增压燃烧装置相连；所述管道穿壁通孔贯穿所述耐压壳及所述穿壁支撑座，所述高温管道穿过所述管道穿壁通孔，所述高温管道与所述管道穿壁通孔之间的间隙形成绝热部，所述高温管道与所述耐压壳及所述穿壁支撑座固定连接。藉由前述构造，应用于高温管道贯穿压力壳处的穿壁位置，可以满足局部高压差和高温差工况下的绝热、密封和耐压要求。
Description
技术领域
本发明涉及增压燃烧加热装置技术领域，尤其是指提供了一种耐高温高压的穿壁密封结构。
背景技术
增压燃烧加热装置是一种燃料与氧化剂在高压下剧烈燃烧产生的高温高压烟气加热特定工质(如水、空气及二氧化碳等)的加热装置，如船用增压锅炉等。增压燃烧装置常用于尺寸、重量和机动性要求较高的船舶动力领域。与传统的常压燃烧加热装置相比，增压燃烧加热装置具有燃烧效率和传热效率较高、容积热负荷较大、变负荷性能好等特点，使其在尺寸、重量、功率密度和机动性等方面有较大的优势。然而，增压燃烧加热装置对耐压壳的结构要求很高，需要在高温下同时保证装置的绝热性能、密封性能和耐压性能。特别是高温工质进出管贯穿耐压壳处的穿壁位置，存在局部高压差和高温差的极端工况，使得此处的热应力较大，常规的穿壁结构难以满足高温下的结构强度和密封要求。因此，开发一种耐高温高压的穿壁密封结构势在必行。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供了一种耐高温高压的穿壁密封结构，应用于高温管道贯穿压力壳处的穿壁位置，可以满足局部高压差和高温差工况下的绝热、密封和耐压要求。
为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供了一种耐高温高压的穿壁密封结构，包括：
耐压壳、密封件、穿壁支撑座、管道穿壁通孔、高温管道及绝热部，所述耐压壳与所述穿壁支撑座的一端固定连接，将所述密封件夹持在所述耐压壳与所述穿壁支撑座之间，所述穿壁支撑座的另一端与增压燃烧装置相连；所述管道穿壁通孔贯穿所述耐压壳及所述穿壁支撑座，所述高温管道穿过所述管道穿壁通孔，所述高温管道与所述管道穿壁通孔之间的间隙形成绝热部，所述高温管道与所述耐压壳及所述穿壁支撑座固定连接。
在本技术方案中，增压燃烧加热装置对耐压壳的结构要求很高，需要在高温下同时保证装置的绝热性能、密封性能和耐压性能。特别是高温工质进出管贯穿耐压壳处的穿壁位置，存在局部高压差和高温差的极端工况，使得此处的热应力较大，我们将绝热部设在高温管道与耐压壳、高温管道与穿壁支撑座之间，可以有效的降低穿壁位置承受内部压力的耐压壳和穿壁支撑座的设计温度，有效提高耐压壳和穿壁支撑座的强度，减小设计难度，缩减制造成本。
在本实施例中优选，耐高温高压的穿壁密封结构还包括紧定螺钉，所述耐压壳设有螺钉孔，所述穿壁支撑座设有螺纹孔，所述紧定螺钉穿过所述螺钉孔拧接在所述螺纹孔上，将所述耐压壳、所述密封件及所述穿壁支撑座固定连接。
在本技术方案中，密封件和高温管道之间布置有绝热部、穿壁支撑座和紧定螺钉，使两者间的热阻较大，密封件温度较低，可以有效降低密封件的设计制造难度和生产成本。穿壁支撑座与耐压壳之间依靠紧定螺钉提供的载荷挤压密封件实现密封，具有良好的可拆卸性，有利于设备的维修与改造。
在本实施例中优选，所述螺纹孔位于所述穿壁支撑座上靠近所述耐压壳的一侧，所述紧定螺钉的螺纹头部位于所述穿壁支撑座内部。
在本技术方案中，将紧定螺钉的螺纹头部设于穿壁支撑座内部，可以有效提高紧定螺钉与穿壁支撑座接触处的密封性，可以进一步的降低穿壁位置承受内部压力的耐压壳和穿壁支撑座的设计温度，有效提高耐压壳和穿壁支撑座的强度。
在本实施例中优选，所述耐压壳设有密封槽，所述穿壁支撑座设有密封面，所述密封件放置在所述密封槽内，所述密封面与所述密封槽适配，将所述密封件紧密挤压。
在本技术方案中，通过将密封件放置在密封槽内，密封面与密封槽适配，将密封件紧密挤压，可以进一步的提高耐压壳与穿壁支撑座接触处的密封性。
在本实施例中优选，所述螺钉孔置于所述管道穿壁通孔与所述密封槽之间。
在本实施例中优选，所述耐压壳设有凹槽，所述凹槽位于靠近所述穿壁支撑座的一端，所述凹槽将所述穿壁支撑座的前部包覆在凹槽内，所述密封槽位于所述凹槽的远离所述高温管道的一侧。
在本技术方案中，将穿壁支撑座的前部包覆在耐压壳的凹槽内，可以增加耐压壳与穿壁支撑座结合的密封性，同时，当穿壁支撑座放置在凹槽内时，螺钉孔与螺纹孔是处在同一轴线上的，方便了紧定螺钉的安装，增加了增压燃烧加热装置安装的便利性，节省了安装时间，提高了工作效率。
在本实施例中优选，所述紧定螺钉与所述耐压壳接触处设有弹簧垫圈，所述耐压壳与所述弹簧垫圈接触处设有垫圈槽，所述垫圈槽与所述弹簧垫圈适配，将所述弹簧垫圈包覆在内。
本技术方案中，通过在紧定螺钉与耐压壳接触处设弹簧垫圈，可以有效的降低使用过程中螺丝的松动，避免需要经常对螺丝的紧固，可以降低维护的工作量。
在本实施例中优选，所述绝热部设有绝热材料，所述绝热材料包覆在所述高温管道外部。所述耐压壳及所述穿壁支撑座外部环境为高压工况，所述高温管内部为高温工况。
在本技术方案中，绝热部通过放入绝热材料来隔热，可以有效的降低我们实现隔热目的的工作量，我们可以通过将隔热材料包覆在高温管道上，再将高温管道连同隔热材料一起插入管道穿壁通孔中，通过将高温管道的两端固定在耐压壳及穿壁支撑座上，可以轻易的实现绝热部的隔热效果。在外部高压工况，内部高温工况下，增压燃烧加热装置对耐压壳的结构要求很高，需要在高温下同时保证装置的绝热性能、密封性能和耐压性能。特别是高温工质进出管贯穿耐压壳处的穿壁位置，存在局部高压差和高温差的极端工况，使得此处的热应力较大，我们将绝热层设在高温管道与耐压壳、高温管道与穿壁支撑座之间，可以进一步的降低穿壁位置承受内部压力的耐压壳和穿壁支撑座的设计温度，有效提高耐压壳和穿壁支撑座的强度，减小设计难度，缩减制造成本。
在本实施例中优选，所述密封件为耐高温的石墨垫片、复合材料垫片、金属垫片或金属O形圈。
本发明提供一种耐高温高压的穿壁密封结构，能够带来以下至少一种有益效果：
1.本发明中，高温管道与耐压壳、高温管道与穿壁支撑座之间设置有绝热层，可以有效降低穿壁位置承受内部压力的耐压壳和穿壁支撑座的设计温度，有效提高耐压壳和穿壁支撑座的强度，减小设计难度，缩减制造成本。
2.本发明中，密封件和高温管道之间布置有绝热层、穿壁支撑座和紧定螺钉，使两者间的热阻较大，密封件温度较低，可以有效降低密封件的设计制造难度和生产成本。
3.本发明中，穿壁支撑座与耐压壳之间依靠紧定螺钉提供的载荷挤压密封件实现密封，具有良好的可拆卸性，有利于设备的维修与改造。
附图说明
图1是本实施例耐压壳与穿壁支撑座安装后的刨面示意图；
附图标号说明：
1.耐压壳，2.密封件，3.穿壁支撑座，4.高温管道，5.绝热部，6.紧定螺钉，7.弹簧垫圈，9.螺钉孔，10.螺纹孔，11.密封槽，12.密封面，13.垫圈槽。
具体实施方式
尽管本发明可以容易地表现为不同形式的实施例，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施例，同时可以理解的是本说明书应视为是本发明原理的示范性说明，而并非旨在将本发明限制到在此所说明的那样。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用以说明本发明的一个实施例的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施例必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其它的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用以解释本发明的各种组件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些组件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些组件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。
以下结合本说明书的附图，对本发明的较佳实施例予以进一步地详尽阐述。
在实施例一中，如图1所示，本实施例提供了一种耐高温高压的穿壁密封结构，包括：耐压壳1、密封件2、穿壁支撑座3、管道穿壁通孔(未标注)、高温管道4及绝热部5，耐压壳1与穿壁支撑座3固定连接，将密封件2夹持在耐压壳1与穿壁支撑座3之间，例如，可以用卡箍、螺栓或其他固定方式。穿壁支撑座3的另一端与加热装置内部相连；管道穿壁通孔贯穿耐压壳1及穿壁支撑座3，高温管道4穿过管道穿壁通孔，高温管道4与管道穿壁通孔之间的间隙形成绝热部5，高温管道4与耐压壳1及穿壁支撑座3固定连接。绝热部5用于隔绝高温管道内的高温传导给耐压壳及穿壁支撑座，我们可以将绝热部密封抽真空隔热，或者添加隔热材料进行隔热，又或者使用其他方式。实际应用中，增压燃烧加热装置是一种燃料与氧化剂在高压下剧烈燃烧产生的高温高压烟气加热特定工质(如水、空气及二氧化碳等)的加热装置，如船用增压锅炉等。增压燃烧装置常用于尺寸、重量和机动性要求较高的船舶动力领域。与传统的常压燃烧加热装置相比，增压燃烧加热装置具有燃烧效率和传热效率较高、容积热负荷较大、变负荷性能好等特点，使其在尺寸、重量、功率密度和机动性等方面有较大的优势。然而，增压燃烧加热装置对耐压壳的结构要求很高，需要在高温下同时保证装置的绝热性能、密封性能和耐压性能。特别是高温工质进出管贯穿耐压壳处的穿壁位置，存在局部高压差和高温差的极端工况，使得此处的热应力较大，常规的穿壁结构难以满足高温下的结构强度和密封要求。本实施例中，通过高温管道4与耐压壳1、高温管道4与穿壁支撑座3之间设置绝热部5，可以有效降低穿壁位置承受内部压力的耐压壳1和穿壁支撑座3的设计温度，有效提高耐压壳1和穿壁支撑座3的强度，减小设计难度，缩减制造成本。
在实施例二中，如图1所示，在实施例一的基础上，本实施例提供了一种耐高温高压的穿壁密封结构，包括：耐压壳1、密封件2、穿壁支撑座3、高温管道4、绝热部5及紧定螺钉6，耐压壳1能够承受加热设备内的高压烟气，耐压壳1设有密封槽11及螺钉孔9，优选地，螺钉孔9置于管道穿壁通孔与密封槽11之间，螺钉孔9沿着圆周方向均布在耐压壳1上，螺钉孔9为贯穿耐压壳1的通孔，密封槽11位于螺钉孔9的左侧；穿壁支撑座3的一端设有与耐压壳1上螺钉孔9对应的螺纹孔10，并在螺纹孔10的外侧布置有与耐压壳1上密封槽11相配的密封面12，另一端与增压燃烧加热装置内的其他零部件焊接相连，穿壁支撑座3作为耐压壳1和高温管道4的过渡结构，可以有效降低穿壁位置耐压壳1和密封件2的温度。密封件2放置在密封槽11内，与密封面12紧密相接，优选地，密封面12与密封槽11适配，用于将密封件2紧密挤压。密封件2可选用耐高温材料制成，如：石墨垫片、复合材料垫片、金属垫片，密封件2放置在耐压壳1的密封槽11内，受到耐压壳1上的密封槽11底面和穿壁支撑座3密封面12的紧密挤压产生变形，实现增压燃烧加热装置内的高压密封。高温管道4穿过管道穿壁通孔，管道穿壁通孔贯穿耐压壳1及穿壁支撑座3；优选地，高温管道4与管道穿壁通孔之间间隙形成的绝热部5，使用绝热材料绝热，绝热材料包覆在高温管道4外部，并致密填充耐压壳1、穿壁支撑座3和高温管道4之间的空隙，增大热流从高温管道4传递到耐压壳1和密封件2的热阻；紧定螺钉6穿过耐压壳1上的螺钉孔9与穿壁支撑座3上的螺纹孔10进行连接，通过拧紧紧定螺钉6产生满足密封件2所需的密封载荷。
在实施例三中，如图1所示，在实施例一、二的基础上，耐压壳1设有凹槽(未标注)，凹槽位于靠近穿壁支撑座3的一端，密封槽11位于凹槽上远离管道穿壁通孔的一侧。凹槽与穿壁支撑座3的靠近耐压壳1的一端连接，将穿壁支撑座3包覆在凹槽内。此结构可以增加耐压壳1与穿壁支撑座3结合的密封性，同时，当穿壁支撑座3放置在凹槽内时，螺钉孔9与螺纹孔10是处在同一轴线上的，方便了紧定螺钉6的安装。紧定螺钉6与耐压壳1接触处设有弹簧垫圈7，耐压壳1与弹簧垫圈7接触处设有垫圈槽13，垫圈槽13与弹簧垫圈7适配，将弹簧垫圈7包覆在内。具体的，耐压壳1能够承受加热设备内的高压烟气，设有管道穿壁通孔、螺钉孔9和环形的密封槽11，螺钉孔9贯穿耐压壳1并沿着圆周方向均布在管道穿壁通孔外侧，环形的密封槽11布置在螺钉孔9的外侧。密封件2可选用外侧开有平衡孔的金属O形圈，放置在耐压壳1的环形的密封槽11内，受到耐压壳1上的密封槽11底面和穿壁支撑座3密封面12的紧密挤压产生变形，实现增压燃烧加热装置内的高压密封。穿壁支撑座3设有一个贯穿两端的管道穿壁通孔，一端设有与耐压壳1上螺钉孔对应的螺纹孔10，并在螺纹孔10外侧布置有与耐压壳1上密封槽11相配的密封面12，另一端与增压燃烧加热装置内的其他部件(如增压燃烧加热装置的外壳)焊接相连，使耐高温高压的穿壁密封结构与增压燃烧加热装置固定连接。穿壁支撑座3作为耐压壳1和高温管道4的过渡结构，可以有效降低穿壁位置耐压壳1和密封件2的温度。高温管道4穿过耐压壳1和穿壁支撑座3上的管道穿壁通孔。绝热部5包覆在高温管道4的外侧，并致密填充耐压壳1、穿壁支撑座3和高温管道4之间的空隙，增大热流从高温管道4传递到耐压壳1和密封件2的热阻。紧定螺钉6依次穿过弹簧垫圈7和耐压壳1后与穿壁支撑座3上的螺纹孔10进行连接，通过拧紧紧定螺钉6产生满足密封件2所需的密封载荷。穿壁支撑座3与耐压壳1之间依靠紧定螺钉6提供的载荷挤压密封件2实现密封，具有良好的可拆卸性，有利于设备的维修与改造。本实施例提供一种耐高温高压的穿壁密封结构，应用于高温管道贯穿压力壳处的穿壁位置，可以满足局部高压差和高温差工况下的绝热、密封和耐压要求。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于，包括：
耐压壳、密封件、穿壁支撑座、管道穿壁通孔、高温管道及绝热部，所述耐压壳与所述穿壁支撑座的一端固定连接，将所述密封件夹持在所述耐压壳与所述穿壁支撑座之间，所述穿壁支撑座的另一端与增压燃烧装置相连；所述管道穿壁通孔贯穿所述耐压壳及所述穿壁支撑座，所述高温管道穿过所述管道穿壁通孔，所述高温管道与所述管道穿壁通孔之间的间隙形成绝热部，所述高温管道与所述耐压壳及所述穿壁支撑座固定连接。
2.根据权利要求1所述的耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于：
还包括紧定螺钉，所述耐压壳设有螺钉孔，所述穿壁支撑座设有螺纹孔，所述紧定螺钉穿过所述螺钉孔拧接在所述螺纹孔上，将所述耐压壳、所述密封件及所述穿壁支撑座固定连接。
3.根据权利要求2所述的耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于：
所述螺纹孔位于所述穿壁支撑座上靠近所述耐压壳的一侧，所述紧定螺钉的螺纹头部位于所述穿壁支撑座内部。
4.根据权利要求3所述的耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于：
所述耐压壳设有密封槽，所述穿壁支撑座设有密封面，所述密封件放置在所述密封槽内，所述密封面与所述密封槽适配，将所述密封件紧密挤压。
5.根据权利要求4所述的耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于：
所述螺钉孔置于所述管道穿壁通孔与所述密封槽之间。
6.根据权利要求5所述的耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于：
所述耐压壳设有凹槽，所述凹槽位于靠近所述穿壁支撑座的一端，所述凹槽将所述穿壁支撑座的前部包覆在凹槽内，所述密封槽位于所述凹槽的远离所述高温管道的一侧。
7.根据权利要求6所述的耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于：
所述紧定螺钉与所述耐压壳接触处设有弹簧垫圈，所述耐压壳与所述弹簧垫圈接触处设有垫圈槽，所述垫圈槽与所述弹簧垫圈适配，将所述弹簧垫圈包覆在内。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于：
所述绝热部设有绝热材料，所述绝热材料包覆在所述高温管道外部。所述耐压壳及所述穿壁支撑座外部环境为高压工况，所述高温管内部为高温工况。
9.根据权利要求8所述的耐高温高压的穿壁密封结构，其特征在于：
所述密封件为耐高温的石墨垫片、复合材料垫片、金属垫片或金属O形圈。
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2019
- 2019-04-20 CN CN201910320759.0A patent/CN110005874A/zh active Pending
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