阅读说明：本技术 高温高压下两相流精细化测量装置的密封件结构及装置 (Sealing element structure and device of two-phase flow fine measurement device under high temperature and high pressure ) 是由 余诗墨 闫晓 龚随军 张君毅 胡强 昝元锋 于 2020-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了高温高压下两相流精细化测量装置的密封件结构及装置,密封件结构包括密封件本体,密封件本体为圆柱体,密封本体轴向设有通孔,通孔内用于设置两相流精细化测量装置的电极丝；密封件本体设置于两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内；密封件本体材质为热膨胀系数大的金属,在冷态情况下,将电极丝穿过通孔,把该密封件结构装配到两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内,使通孔与电极丝之间存在第一热胀间隙,该密封件结构外周与基板上的贯穿结构内周之间存在第二热胀间隙；当开展高温高压工况实验时,密封件本体随温度升高并产生热膨胀,将压紧电极丝和基板上的贯穿结构,实现密封。(The invention discloses a sealing element structure and a device of a two-phase flow fine measurement device under high temperature and high pressure, wherein the sealing element structure comprises a sealing element body, the sealing element body is a cylinder, a through hole is axially formed in the sealing element body, and an electrode wire of the two-phase flow fine measurement device is arranged in the through hole; the sealing element body is arranged in a penetrating structure on the two-phase flow fine measurement device substrate; the material of the sealing element body is metal with a large thermal expansion coefficient, under the cold state, the electrode wire penetrates through the through hole, the sealing element structure is assembled in a penetrating structure on a substrate of the two-phase flow fine measurement device, a first thermal expansion gap is formed between the through hole and the electrode wire, and a second thermal expansion gap is formed between the outer periphery of the sealing element structure and the inner periphery of the penetrating structure on the substrate; when a high-temperature and high-pressure working condition experiment is carried out, the sealing element body rises along with the temperature and generates thermal expansion, and the electrode wire and the penetrating structure on the substrate are compressed to realize sealing.)

高温高压下两相流精细化测量装置的密封件结构及装置

技术领域

本发明涉及两相流精细化测量装置的密封结构技术领域，特别涉及高温高压下两相流精细化测量装置的密封件结构及装置，使得该精细化测量装置能够在高温高压条件下对两相流进行有效测量，能够满足高温高压条件下的密封要求。

背景技术

两相界面参数测量手段的局限性是制约两相流动深入研究的关键因素之一，传统的探针测量手段只能实现单点测量，无法获得流道截面全场的瞬时界面参数，采用如图1所示的精细化测量装置可以对流道截面界面参数实现全场瞬时测量，该装置存在电极丝穿过基板这样的贯穿结构，需要对其进行密封，对于常温常压工况，采用玻璃胶等常用密封胶水可实现密封；但对于模拟真实反应堆运行工况的实验，其压力高达15.5MPa，温度高达345℃，密封难度非常大，采用胶水的方法无法实现密封。

另外，工程上对于存在贯穿结构，且贯穿件直径很小的情况，通常采用如图2所示的密封结构，利用柔性紫铜垫和压紧螺帽配合进行密封，比如热电偶一般就采用此密封方式。然而，精细化界面参数测量装置中两根电极丝间的距离非常小(1mm-2mm)，无法布置如图2所示的密封结构。

因此，针对反应堆中的两相流精细化测量装置，现有的密封结构无法在高温高压条件下实现密封。

发明内容

本发明的目的在于提供高温高压下两相流精细化测量装置的密封件结构及装置，解决传统高温高压密封结构无法做到如此微小精细的难题，能够在高温高压条件下保证精细化测量装置的密封性能，使得该测量装置可以在高温高压工况下开展有效测量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高温高压条件下两相流精细化测量装置的密封件结构，所述密封件结构包括密封件本体，所述密封件本体为圆柱体，所述密封本体轴向设有通孔，所述通孔内用于设置两相流精细化测量装置的电极丝；所述密封件本体设置于两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内；

所述密封件本体材质为热膨胀系数大的金属，在冷态情况下，将电极丝穿过所述通孔，把该密封件结构装配到两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内，使所述通孔与电极丝之间存在第一热胀间隙，该密封件结构外周与两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内周之间存在第二热胀间隙；

当开展高温高压工况实验时，密封件本体随温度升高并产生热膨胀，填充第一热胀间隙和第二热胀间隙，从而密封件本体将压紧电极丝和基板上的贯穿结构，实现密封。

工作原理如下：

基于两相流精细化测量装置中存在电极丝穿过基板这样的贯穿结构，需要对其进行密封，对于常温常压工况，采用玻璃胶等常用密封胶水可实现密封；但对于模拟真实反应堆运行工况的实验，其压力高达15.5MPa，温度高达345℃，密封难度非常大，采用胶水的方法无法实现密封。另外，工程上对于存在贯穿结构，且贯穿件直径很小的情况，通常利用柔性紫铜垫和压紧螺帽配合进行密封，在筒体上设置有与压紧螺帽配合使用的螺纹，比如热电偶一般就采用此密封方式。然而，精细化界面参数测量装置中两根电极丝间的距离非常小(1mm-2mm)，无法布置该种密封结构，因为凸出的凸台(螺纹与压紧螺帽)半径已超出两根电极丝间的距离。因此，针对反应堆中的两相流精细化测量装置，现有的密封结构无法在高温高压条件下实现密封。

本发明设计了一种高温高压条件下两相流精细化测量装置的密封件结构，本发明的密封件结构包括密封件本体，密封件本体为中心开通孔的圆柱体，其中通孔内用于设置两相流精细化测量装置的电极丝，把密封件本体设置于两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内，同时，所述密封件本体材质采用具有热膨胀能力的金属，且热膨胀系数较大；在冷态情况下，将电极丝穿过所述通孔，把该密封件结构装配到两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内，使所述通孔与电极丝之间存在第一热胀间隙，该密封件结构外周与两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内周之间存在第二热胀间隙；使用时：在冷态情况下，该密封件结构与电极丝、基板的贯穿结构都有微小间隙；当开展高温高压工况实验时进入热态情况，由于密封件本体随温度升高并自身产生热膨胀，填充第一热胀间隙和第二热胀间隙，从而密封件本体将压紧电极丝和基板上的贯穿结构，从而实现密封。本发明不仅避免了使用胶水密封不适应模拟真实反应堆中高温高压的运行工况的难题，还克服了两根电极丝间由于距离非常小(1mm-2mm)而无法布置柔性紫铜垫和压紧螺帽配合进行密封的结构。

本发明密封件结构简单、结构体积紧凑，没有复杂的装配结构，可以在精细化界面参数测量装置上非常小的空间中进行装配，且工作性能可靠。本发明可解决在高温高压工况下精细化界面参数测量装置的密封难题，可以实现精细化界面参数测量装置在高温高压工况下的有效密封。

优选地，所述高温高压工况下，所述密封件本体的径向尺寸随温度的增大呈正比增大趋势。

优选地，所述密封件本体的轴向长度范围为10mm～30mm，这样在高温高压的工况下，保证密封件本体与电极丝、基板上的贯穿结构有足够的接触面，更易形成有效密封。

优选地，所述高温高压工况中的最大压强为15.5MPa，最大温度为345℃。

优选地，基于电极丝比较细，直径较小，所述第一热胀间隙为0.02mm，而所述第二热胀间隙为0.02mm；这样保证当开展高温高压工况实验时进入热态情况，在密封件本体随温度升高并自身产生热膨胀来正好填充第一热胀间隙和第二热胀间隙，从而密封件本体将压紧电极丝和基板上的贯穿结构，实现密封。

优选地，所述密封件本体材质为锰、铝、铅或者镉，本发明能够利用上述金属材质的热胀冷缩原理实现了基板的贯穿结构与电极丝的密封。

另一方面，本发明还提供了一种高温高压条件下两相流精细化测量装置，包括基板，其特征在于，所述基板为中空的方形体，所述基板四周侧面的同一水平面上均匀设置有若干贯穿结构；还包括电极丝，所述电极丝穿过基板上左、右对称的贯穿结构，所述电极丝穿过基板上前、后对称的贯穿结构；相邻电极丝之间的距离为1mm～2mm；

还包括所述的一种高温高压条件下两相流精细化测量装置的密封件结构，该密封件结构装配于每个所述贯穿结构内，且电极丝贯穿该密封件结构的通孔。

优选地，所述贯穿结构的直径为0.5mm，能够有效匹配本发明设计的密封件结构的密封件本体直径。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的密封件结构包括密封件本体，密封件本体为中心开通孔的圆柱体，其中通孔内用于设置两相流精细化测量装置的电极丝，把密封件本体设置于两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内，同时，所述密封件本体材质采用具有热膨胀能力的金属，且热膨胀系数较大；在冷态情况下，将电极丝穿过所述通孔，把该密封件结构装配到两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内，使所述通孔与电极丝之间存在第一热胀间隙，该密封件结构外周与两相流精细化测量装置基板上的贯穿结构内周之间存在第二热胀间隙；使用时：在冷态情况下，该密封件结构与电极丝、基板的贯穿结构都有微小间隙；当开展高温高压工况实验时进入热态情况，由于密封件本体随温度升高并自身产生热膨胀，填充第一热胀间隙和第二热胀间隙，从而密封件本体将压紧电极丝和基板上的贯穿结构，从而实现密封；

2、本发明密封件结构简单、紧凑，装配简单，可以在精细化界面参数测量装置上非常小的空间中进行装配，且工作性能可靠；本发明可解决在高温高压工况下精细化界面参数测量装置的密封难题，可以实现精细化界面参数测量装置在高温高压工况下的有效密封。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为精细化界面参数测量装置结构示意图。

图2为热电偶密封结构示意图。

图3为本发明密封件结构的装配示意图。

图4为本发明密封件结构的装配结构正视剖面图。

图5为本发明密封件结构的装配结构侧视剖面图。

图6为本发明一种高温高压条件下两相流精细化测量装置的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-密封件本体，2-通孔，3-第一热胀间隙，4-第二热胀间隙，5-电极丝，6-贯穿结构，7-基板，8-紫铜垫，9-压紧螺帽，10-筒体，11-螺纹，12-热电偶。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1至6所示，本发明一种高温高压条件下两相流精细化测量装置的密封件结构，所述密封件结构包括密封件本体1，所述密封件本体1为圆柱体，所述密封本体轴向同心设有通孔2，所述通孔2内用于设置两相流精细化测量装置的电极丝5；所述密封件本体1设置于两相流精细化测量装置基板7上的贯穿结构6内；

所述密封件本体1材质为热膨胀系数大的金属，在冷态情况下，将电极丝5穿过所述通孔2，把该密封件结构装配到两相流精细化测量装置基板7上的贯穿结构6内，使所述通孔2与电极丝5之间存在第一热胀间隙3，该密封件结构外周与两相流精细化测量装置基板7上的贯穿结构6内周之间存在第二热胀间隙4；

当开展高温高压工况实验时，密封件本体1随温度升高并产生热膨胀，填充第一热胀间隙3和第二热胀间隙4，从而密封件本体1将压紧电极丝5和基板7上的贯穿结构6，实现密封。

具体地，所述高温高压工况下，所述密封件本体1的径向尺寸随温度的增大呈正比增大趋势。

具体地，所述密封件本体1的轴向长度范围为10mm～30mm，所述密封件本体1的直径为0.46mm；这样在高温高压的工况下，保证密封件本体1与电极丝5、基板7上的贯穿结构6有足够的接触面，更易形成有效密封。

具体地，所述高温高压工况中的最大压强为15.5MPa，最大温度为345℃。

具体地，基于电极丝5比较细，直径较小，所述第一热胀间隙3为0.02mm，而所述第二热胀间隙4为0.02mm；这样保证当开展高温高压工况实验时进入热态情况，在密封件本体1随温度升高并自身产生热膨胀来正好填充第一热胀间隙3和第二热胀间隙4，从而密封件本体1将压紧电极丝5和基板7上的贯穿结构6，实现密封。

具体地，所述密封件本体1材质为锰、铝、铅或者镉，本发明能够利用上述金属材质的热胀冷缩原理实现了基板7的贯穿结构6与电极丝5的密封。

工作原理如下：

基于两相流精细化测量装置中存在电极丝穿过基板这样的贯穿结构，需要对其进行密封，对于常温常压工况，采用玻璃胶等常用密封胶水可实现密封；但对于模拟真实反应堆运行工况的实验，其压力高达15.5MPa，温度高达345℃，密封难度非常大，采用胶水的方法无法实现密封。另外，工程上对于存在贯穿结构，且贯穿件直径很小的情况，通常采用如图2所示的密封结构，通常利用柔性紫铜垫8和压紧螺帽9配合进行密封，在筒体10上设置有与压紧螺帽9配合使用的螺纹11，比如热电偶12一般就采用此密封方式。然而，精细化界面参数测量装置中两根电极丝间的距离非常小(1mm-2mm)，无法布置如图2所示的该种密封结构，因为凸出的凸台(螺纹11与压紧螺帽9)半径已超出两根电极丝间的距离。因此，针对反应堆中的两相流精细化测量装置，现有的密封结构无法在高温高压条件下实现密封。

如图3至图5所示，本发明设计了一种高温高压条件下两相流精细化测量装置的密封件结构，本发明的密封件结构包括密封件本体1，密封件本体1为中心开通孔2的圆柱体，其中通孔2内用于设置两相流精细化测量装置的电极丝5，把密封件本体1设置于两相流精细化测量装置基板7上的贯穿结构6内，同时，所述密封件本体1材质采用具有热膨胀能力的金属，且热膨胀系数较大；在冷态情况下，将电极丝5穿过所述通孔2，把该密封件结构装配到两相流精细化测量装置基板7上的贯穿结构6内，使所述通孔2与电极丝5之间存在第一热胀间隙3，该密封件结构外周与两相流精细化测量装置基板7上的贯穿结构6内周之间存在第二热胀间隙4；

使用时：在冷态情况下，该密封件结构与电极丝5、基板7的贯穿结构6都有微小间隙；当开展高温高压工况实验时进入热态情况，由于密封件本体1随温度升高并自身产生热膨胀，填充第一热胀间隙3和第二热胀间隙4，从而密封件本体1将压紧电极丝5和基板7上的贯穿结构6，从而实现密封。本发明不仅避免了使用胶水密封不适应模拟真实反应堆中高温高压的运行工况的难题，还克服了两根电极丝5间由于距离非常小(1mm-2mm)而无法布置柔性紫铜垫和压紧螺帽配合进行密封的结构。

本发明密封件结构简单、结构体积紧凑，没有复杂的装配结构，可以在精细化界面参数测量装置上非常小的空间中进行装配，且工作性能可靠。本发明可解决在高温高压工况下精细化界面参数测量装置的密封难题，可以实现精细化界面参数测量装置在高温高压工况下的有效密封。

实施例2

如图1至图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种高温高压条件下两相流精细化测量装置，如图6所示，包括基板7，所述基板7为中空的方形体，所述基板7四周侧面的同一水平面上均匀设置有若干贯穿结构6；还包括电极丝5，所述电极丝5穿过基板7上左、右对称的贯穿结构6，所述电极丝5穿过基板7上前、后对称的贯穿结构6；相邻电极丝5之间的距离为1mm～2mm；

还包括实施例1的一种高温高压条件下两相流精细化测量装置的密封件结构，该密封件结构装配于每个所述贯穿结构6内，且电极丝5穿过该密封件结构的通孔2。

具体地，所述贯穿结构6的直径为0.5mm，能够有效匹配本发明设计的密封件结构的密封件本体1直径。

本发明结构实现高温高压下两相流精细化测量，解决了在高温高压工况下精细化界面参数测量装置的密封难题，实现在高温高压条件下对紧密排列的电极丝(尤其相邻电极丝5之间的距离为1mm～2mm)进行有效密封，且使测量更有效、精准。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。