陳雪凱 王 波

（核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180）

0 引言

專用設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)薄壁圓筒在套筒內(nèi)的高真空環(huán)境下做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。位于薄壁圓筒內(nèi)的薄壁異型管與圓筒同軸，并通過(guò)圓筒上端的出口穿出，最后穿過(guò)套筒上法蘭與外部管道系統(tǒng)連接，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常功能。高速旋轉(zhuǎn)薄壁圓筒內(nèi)部的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)流體較為敏感，因此是影響專用設(shè)備整機(jī)性能的關(guān)鍵因素。隨著研制需求的不斷增加，對(duì)專用設(shè)備的設(shè)計(jì)水平和技術(shù)成熟度的要求也越來(lái)越高。增加對(duì)圓筒內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)實(shí)際狀態(tài)的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)有助于改進(jìn)理論模型并指導(dǎo)設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而提升專用設(shè)備研制的技術(shù)水平。專用設(shè)備圓筒內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)控，包括傳感器檢測(cè)信號(hào)傳出和驅(qū)動(dòng)命令輸入，對(duì)于提升專用設(shè)備研制的理論和試驗(yàn)水平均具有重要意義。要實(shí)現(xiàn)對(duì)專用設(shè)備內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)測(cè)控的目標(biāo)，必須將測(cè)控器件的導(dǎo)線引入到設(shè)備內(nèi)部。由于專用設(shè)備圓筒處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，用于測(cè)控圓筒內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)的導(dǎo)線只能通過(guò)位于圓筒中心的薄壁異型管引出。專用設(shè)備的套筒內(nèi)需要保持較高的真空度，一旦發(fā)生漏氣，不僅會(huì)影響設(shè)備的正常功能，還可能導(dǎo)圓筒失效而發(fā)生損機(jī)。所以通過(guò)薄壁異形管的引線結(jié)構(gòu)不僅要滿足正常測(cè)控功能還需滿足真空密封性要求，而可用空間小、引線多、密封性高，難度較大。因此高速旋轉(zhuǎn)薄壁圓筒內(nèi)引線密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)一直是限制專用設(shè)備內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)測(cè)控技術(shù)水平提升的瓶頸。

本文基于專用設(shè)備薄壁異型管的結(jié)構(gòu)特征，從結(jié)構(gòu)分析、薄壁異型管設(shè)計(jì)和探漏工裝具設(shè)計(jì)等方面開(kāi)展高速旋轉(zhuǎn)薄壁圓筒內(nèi)引線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮引線結(jié)構(gòu)的加工工藝性和密封可靠性，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 結(jié)構(gòu)分析

專用設(shè)備為高速旋轉(zhuǎn)的真空專用設(shè)備，其結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示。

圖1 專用設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖

以往對(duì)于薄壁圓筒內(nèi)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件參數(shù)的檢測(cè)主要有轉(zhuǎn)筒內(nèi)關(guān)鍵部件溫度的測(cè)量，功能較單一，引線數(shù)量較少，主要通過(guò)薄壁異型管中心縫隙引出，但加工難度較大，真空密封問(wèn)題嚴(yán)重，且由于缺乏較為成熟的探漏技術(shù)，應(yīng)用難度較大，實(shí)際開(kāi)展試驗(yàn)的數(shù)量較少。因此專用設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)薄壁圓筒內(nèi)引線結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中還存在一定不足，相關(guān)引線技術(shù)還有待突破。

要實(shí)現(xiàn)專用設(shè)備內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)控功能，需將更多的導(dǎo)線從薄壁圓筒內(nèi)引出，因此只能通過(guò)薄壁異型管將導(dǎo)線引至設(shè)備外的測(cè)控系統(tǒng)。專用設(shè)備的薄壁異型管為多層嵌套的薄壁管組件，如圖2 所示。

圖2 料管結(jié)構(gòu)組成示意圖

如果通過(guò)薄壁異型管內(nèi)部間隙（最小值僅為1.5 mm）將測(cè)控導(dǎo)線引出，當(dāng)引線數(shù)量較多時(shí)，則必然占用物料輸送通道，并影響設(shè)備的正常功能，因此圓筒內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)測(cè)控用引線密封結(jié)構(gòu)只能通過(guò)薄壁異型管的側(cè)壁引出，且需充分利用薄壁異型管側(cè)壁的厚度（最小值僅為4 mm）進(jìn)行引線密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此外，帶密封引線的薄壁異型管還需經(jīng)過(guò)引線、加膠、固化以及再加工等多道工序處理，且最后帶加膠固化后的薄壁異形管料管也必須經(jīng)過(guò)探漏試驗(yàn)檢驗(yàn)。

根據(jù)專用設(shè)備的密封性要求，測(cè)控導(dǎo)線經(jīng)薄壁異型管側(cè)壁引至專用設(shè)備外部的測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，引線結(jié)構(gòu)必須滿足1.33×10Pa·m/s 的漏率要求，因此引線口和薄壁異形管表面均須滿足密封性要求，即使經(jīng)過(guò)熱處理，也必須保證密封性，難度較大。

由于薄壁異型管的側(cè)壁厚度僅為4 mm，只能采取引線密封結(jié)構(gòu)只能在貧料管側(cè)壁開(kāi)槽或在貧料管側(cè)壁鉆孔至指定深度兩種方案，如圖3 所示。

圖3 引線密封結(jié)構(gòu)

其中，深孔方案未對(duì)密封面造成破壞，漏點(diǎn)主要集中在細(xì)孔內(nèi)，且可通過(guò)補(bǔ)膠消除漏點(diǎn)，因此易于操作，并能保證較高的合格率，但深孔的加工難度較大。而開(kāi)槽方案則必須保證同時(shí)密封面位置和密封膠與開(kāi)槽側(cè)壁間同時(shí)滿足密封性要求，且成型后因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而漏點(diǎn)定位困難，因此合格率較差。

2 薄壁異型管設(shè)計(jì)

從加工工藝性和密封可靠性考慮，開(kāi)槽方案的引線槽和填充條均結(jié)構(gòu)較小，加工和裝配時(shí)的精度較難保證，裝配完成后槽底和兩個(gè)側(cè)面容易發(fā)生漏氣，且難以修復(fù)。而深孔方案可采用專用設(shè)備完成深孔的加工，不破壞密封面的同時(shí)，漏點(diǎn)的位置也較為固定，一旦出現(xiàn)漏氣問(wèn)題易于修復(fù)且能保證合格率。因此最后確定選用深孔方案作為引線密封的設(shè)計(jì)方案。

帶深孔薄壁異型管上的引線特征主要包括：出線口、灌膠口和深孔。出線口設(shè)在專用設(shè)備套筒上法蘭以外的非密封區(qū)域，易于連接外部的測(cè)控系統(tǒng)。灌膠口位于圓筒內(nèi)部的非密封區(qū)域，作為密封膠入口，方便灌膠工序的操作。深孔為直徑2 mm 的細(xì)長(zhǎng)孔，利用專業(yè)設(shè)備直接加工形成，為引線密封的關(guān)鍵通道。

基于以上考慮，最終完成的帶引線密封結(jié)構(gòu)的薄壁異型管試驗(yàn)件設(shè)計(jì)如圖4 所示。

圖4 帶深孔管1 結(jié)構(gòu)示意圖

帶引線密封結(jié)構(gòu)的薄壁異型管試驗(yàn)件經(jīng)過(guò)試制，加工工藝性較好。由于專用設(shè)備在加工過(guò)程中存在高溫固化工序，可能導(dǎo)致引線位置的再次泄漏，問(wèn)題一旦出現(xiàn)將造成整個(gè)設(shè)備無(wú)法正常開(kāi)展試驗(yàn)。而帶引線密封結(jié)構(gòu)的薄壁異型管可在出線口漏點(diǎn)的位置進(jìn)行補(bǔ)膠補(bǔ)漏，因此可以保證更高合格率。

3 探漏工裝具設(shè)計(jì)

帶引線密封結(jié)構(gòu)的薄壁異型管成型完成后還需專用探漏工裝具對(duì)引線密封結(jié)構(gòu)的漏率進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保整個(gè)設(shè)備成型后的合格率。探漏工裝具主要包括：真空轉(zhuǎn)接組件、密封法蘭和密封套。真空轉(zhuǎn)接組件通過(guò)轉(zhuǎn)接接頭與真空系統(tǒng)連接，密封法蘭和密封套利用薄壁異型管上的密封面通過(guò)密封墊實(shí)現(xiàn)密封，如圖5 所示。

圖5 帶引線貧料管的探漏結(jié)構(gòu)示意圖

因探漏工裝具引線和引線口均有外露的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以通過(guò)真空轉(zhuǎn)接組件直接連接真空設(shè)備，直接對(duì)易于出現(xiàn)密封問(wèn)題的引線口進(jìn)行探漏。這種方法能夠快速鎖定漏點(diǎn)位置，便于探漏和補(bǔ)漏操作，為帶多條引線的薄壁異型管提供保障。這種采用專用探漏工裝具解決薄壁異形管密封問(wèn)題的方法已多次用于清華可調(diào)支臂和專用設(shè)備異形彎臂中心距可調(diào)試驗(yàn)裝置的帶引線薄壁異形管的探漏，實(shí)現(xiàn)了用4 個(gè)深孔共計(jì)20 根導(dǎo)線的引線密封，應(yīng)用效果良好。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

帶引線結(jié)構(gòu)的薄壁異型管和專用探漏工裝具已經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)探漏，帶引線的薄壁異形管在引線口的漏率可達(dá)10Pa·m/s，滿足設(shè)計(jì)要求。且在專用設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中也曾在薄壁異形管引線口位置出現(xiàn)嚴(yán)重的密封問(wèn)題，采用探漏工裝具對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行定位，成功解決了密封問(wèn)題，保證了試驗(yàn)的正常開(kāi)展。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)高速旋轉(zhuǎn)薄壁圓筒內(nèi)傳感器檢測(cè)信號(hào)傳出和驅(qū)動(dòng)命令輸入中存在的真空密封問(wèn)題，基于專用設(shè)備薄壁異型管的結(jié)構(gòu)特征，從結(jié)構(gòu)分析、薄壁異型管設(shè)計(jì)和工裝具設(shè)計(jì)等方面開(kāi)展高速旋轉(zhuǎn)薄壁圓筒內(nèi)引線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮引線結(jié)構(gòu)的加工工藝性和密封可靠性，并提出了一種能夠快速鎖定漏點(diǎn)位置的專用探漏方法。最后通過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證表明，引線密封結(jié)構(gòu)能夠滿足專用設(shè)備真空度要求，且探漏方法操作簡(jiǎn)單、效果明顯，已用于多種專用設(shè)備機(jī)型的研制和優(yōu)化。