一种耐高温高压的多芯一体式信号引出装置的制作方法

本发明涉及信号传输，尤其是涉及一种耐高温高压的多芯一体式信号引出装置。

背景技术：

1、热等静压设备等高温高压容器在工作过程中通常需要将容器内部的温度、压力、应变或状态监测信号引出至外部控制系统。现有信号引出结构中，较常见的是分体式导线密封方案，该方案通常由杯座、锥塞、绝缘垫、测温引线或其他信号线、拉杆以及安装工装等构成。安装时需要将导线穿过杯座与锥塞之间的配合间隙，再通过液压、压装或螺纹预紧等方式迫使导线或密封件发生变形，以在金属壳体与导线之间形成密封界面。

2、上述分体式导线密封方案在常温或中低压条件下能够实现基本密封，但在高温高压耦合工况下容易出现多个问题。首先，导线密封效果依赖现场安装人员对压紧量和变形量的控制，变形不足会造成泄漏，变形过度则可能损伤导线截面或绝缘层。其次，在多芯弱信号场景中，不同导线受压变形程度不同，会导致各通道的有效长度、截面积、接触状态和绝缘边界不一致，从而引入难以统一补偿的误差源。再次，高温条件下主体金属、绝缘件和导体的热膨胀失配会使原有密封界面产生间隙变化，高压条件下软质密封件若缺少刚性支撑还可能发生挤出失效。

3、现有通用电气贯穿件以及部分高温高压信号连接装置虽然能够实现多路信号过渡或压力容器穿壁连接，但其结构往往侧重通用电连接、实验装置连接或多零件串接式过渡，对热等静压设备的存量接口继承、多芯测温一致性、现场快速替换以及外部多级密封协同考虑不足。因此，需要提供一种既能兼容既有高温高压容器接口，又能在制造阶段完成多芯信号通道内密封，并在高温高压运行阶段形成稳定外密封的多芯一体式信号引出装置。

技术实现思路

1、本技术要解决的技术问题是提供一种耐高温高压的多芯一体式信号引出装置，以降低传统分体式导线密封对现场压装经验的依赖，提高多芯弱信号通道的一致性，并进一步使外部高压密封结构与内部绝缘封接界面形成受力协同，从而提升高温高压长期运行条件下的气密性、绝缘性和可维护性。

2、根据本技术的第一方面，提供了一种耐高温高压的多芯一体式信号引出装置，该装置包括主体、多个插针公头、绝缘套、第一密封件、第二密封件和第三密封件。主体包括用于与高温高压容器接口固定连接的安装法兰、与安装法兰连接的一体式信号贯穿段以及与一体式信号贯穿段一体连接的阶梯密封段。多个插针公头沿主体轴向贯穿设置于一体式信号贯穿段内，绝缘套设置于插针公头与主体之间，并与主体和插针公头共同形成一体化绝缘密封界面。

3、阶梯密封段沿远离安装法兰的方向设有第一台阶、第二台阶和第三台阶。第一密封件设置于第一台阶处，第二密封件设置于第二台阶处，第三密封件设置于第三台阶处。第二台阶包括朝向第二密封件的环形导压面，第二密封件夹设在环形导压面、高温高压容器接口的内壁以及第三密封件之间。

4、在容器内压作用于主体的有效受压面时，第二密封件在第三密封件的轴向限位下沿环形导压面发生受控填隙变形，并产生朝向主体轴线方向的径向压缩分力。主体在第二台阶与一体化绝缘密封界面之间形成连续的环形耦合壁，使该径向压缩分力能够传递至一体化绝缘密封界面的外周侧，对绝缘套与主体之间的封接界面形成径向抱紧约束。

5、由此，第一密封件承担安装预紧阶段的初始密封，第二密封件承担升压阶段的补偿填隙和径向压缩传递，第三密封件承担防挤出和轴向限位；外密封结构不再仅用于堵塞主体与容器接口之间的间隙，还能够在高温热循环时对内部绝缘封接界面提供压缩约束，以抵消热膨胀失配导致的界面张开趋势，从而形成外密封自增益与内密封保护的协同效果。

6、在一种可能的实现方式中，安装法兰上设置有多个连接孔，多个连接孔用于供紧固件穿过并将主体固定于热等静压设备的水冷板或压力容器接口；安装法兰的外形尺寸、连接孔的位置以及主体的轴向安装方向与既有信号引出接口相匹配。

7、在另一种可能的实现方式中，多个插针公头构成多芯刚性插针阵列，多芯刚性插针阵列为中心加环周阵列、同心圆阵列、矩形阵列或分区阵列；插针公头的数量和直径根据容器内部传感器的信号通道数量、信号类型、耐压绝缘间距以及外部连接器规格确定；各插针公头的一端用于与容器内部传感器或内部连接器电连接，另一端用于与容器外部控制电缆、仪表或控制系统电连接。

8、在另一种可能的实现方式中，绝缘套为高温绝缘封接体，高温绝缘封接体为玻璃封接体、陶瓷封接体或玻璃陶瓷封接体。高温绝缘封接体通过受压烧结凝固在主体与插针公头之间，并与主体和插针公头形成金属-非金属气密封接。高温绝缘封接体的外周侧与主体之间形成环形封接边界，环形封接边界位于环形耦合壁的径向约束路径内。

9、在另一种可能的实现方式中，环形导压面为圆锥面、弧面或折线过渡面；当环形导压面为圆锥面时，环形导压面与主体的径向平面的夹角为5°至25°。通过该角度范围，可在保持第二密封件受控填隙能力的同时，将轴向压紧分量转化为作用于主体的径向压缩分量。

10、在另一种可能的实现方式中，主体、插针公头和绝缘套按照金属-非金属气密封接所需的材料组合进行选择，而不限定为主体和插针公头采用同类耐温合金。主体和插针公头在与绝缘套相接触的封接区域可采用可伐合金，绝缘套可采用玻璃或陶瓷；主体也可采用不锈钢，并使玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷在受压状态下烧结凝固后与主体和插针公头形成气密封接。主体的外圆周面形成导热接触面，导热接触面用于与水冷板、金属安装座或设备安装凹槽的内壁贴合，以降低密封段和连接区的温升。

11、在另一种可能的实现方式中，当插针公头用于引出热电偶信号时，插针公头与热电偶导体、补偿导线或连接器的连接点布置在水冷板外侧、设备壳体外侧或其他低温恒温区，使连接点引入的热电势变化保持为小量固定误差；该固定误差可通过标准热电偶标定或控制系统补偿消除。

12、在另一种可能的实现方式中，当插针公头用于引出应变信号、电化学信号或其他微弱信号时，主体与设备本体电连接并接地，以使主体形成屏蔽结构；绝缘套的非金属烧结面位于相邻插针公头之间以及插针公头与主体之间，用于形成绝缘隔离并抑制绝缘泄漏和微弱信号串扰。

13、根据本技术的第二方面，提供了一种高温高压容器信号引出组件，包括高温高压容器接口以及前述耐高温高压的多芯一体式信号引出装置。高温高压容器接口的内壁与第二台阶和第三密封件共同限定第二密封件的受控填隙空间，使第二密封件在升压过程中既补偿接口间隙，又向主体传递径向压缩分力。

14、根据本技术的第三方面，提供了一种耐高温高压的多芯一体式信号引出装置的安装密封方法，包括：在制造阶段根据所需信号通道数量和插针直径配置多个插针公头，将主体、绝缘套和多个插针公头装配，并通过受压烧结使绝缘套凝固在主体与插针公头之间，以封接为一体化内密封信号贯穿单元；在现场安装阶段将第一密封件、第二密封件和第三密封件分别设置于第一台阶、第二台阶和第三台阶处；将安装法兰对准高温高压容器接口并通过紧固件预紧固定；在容器升压过程中，使第二密封件沿环形导压面受控填隙，并将径向压缩分力通过环形耦合壁传递至一体化绝缘密封界面的外周侧。

15、本发明提供的一种耐高温高压的多芯一体式信号引出装置将出厂完成的一体化内密封信号贯穿单元、可继承旧设备接口的安装法兰、具有预紧密封/补偿填隙/防挤出支撑分工的三级外密封以及环形导压面和环形耦合壁建立为一个受力协同结构，能够降低现场装配波动，提高多芯信号一致性，并增强高温高压长期运行下内外密封界面的稳定性。

16、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。