连接装置以及包括该连接装置的连接设备的制作方法

1.本发明的实施例涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种用于连接电气设备的连接装置以用于反应堆安全壳内的连接设备。


背景技术：

2.反应堆安全壳的内部电气设备与反应堆安全壳的外部电气设备需要进行信号、电力等方面的通讯以及连接；另外，由于反应堆内的放射性，应当保证反应堆安全壳的完整性，防止放射性物质外泄。核电站反应堆具有高温、高压、高辐射等工况环境，对用于反应堆中的部件的结构和性能提出了严格的要求，然而，现有的用于反应堆安全壳并与电气设备连接的组件，在反应堆环境中，会出现结构不稳定、性能下降、寿命降低甚至失效的情况。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的连接装置。
4.根据本发明的第一个方面，提供了一种用于连接电气设备的连接装置，包括：密封管；连接主体，所述连接主体设于所述密封管内；密封组件，所述密封组件设于所述密封管的两端，所述密封组件包括至少一个导电件，所述导电件的一端设有插孔，所述电气设备插入所述插孔；接插件，所述接插件的一端连接于所述连接主体，所述接插件的另一端连接于所述导电件的另一端。
5.可选地，所述密封组件还包括：密封件，所述密封件由陶瓷材料制成，并设置成环状，所述导电件穿过所述密封件，并且所述密封件沿所述导电件延伸预定距离；第一连接件，所述第一连接件的一端密封连接于所述导电件，所述第一连接件的另一端钎焊于所述密封件；第二连接件，所述第二连接件的一端钎焊于所述密封件，所述第二连接件的另一端密封连接于所述密封管。
6.可选地，所述密封件内表面钎焊于所述导电件，所述密封件侧面钎焊于所述密封管。
7.可选地，所述密封件表面设有金属化处理的活化层。
8.可选地，所述活化层表面设有镍层。
9.可选地，所述密封管两端设有台阶面，连接于所述第二连接件。
10.可选地，所述密封管和所述第二连接件之间采用氩弧焊密封连接。
11.可选地，所述密封管和所述第二连接件之间采用氩弧焊密封连接时，所述第二连接件搭接在所述密封管上，用于增加所述密封管和所述第二连接件连接的机械强度。
12.可选地，所述接插件表面设有金层。
13.可选地，所述密封管上设有检测件，所述检测件用于检测所述连接装置的气体泄漏。
14.根据本发明的另一个方面，提供了一种用于反应堆安全壳的连接设备，包括：根据
本发明的第一个方面提供的连接装置；筒体，所述连接主体位于所述筒体内；固定件，所述固定件设于所述筒体两端，所述连接装置固定于所述固定件。
15.可选地，所述密封管固定于所述固定件，使得所述连接装置固定于所述固定件。
16.可选地，所述密封管通过卡套可拆卸地固定于所述固定件。
17.与现有技术相比，本发明提供的连接装置采用设计合理的结构形式，具备在高辐照和高温下服役的能力和良好的密封性，可满足核电站反应堆内严苛的技术要求，改善了反应堆的安全性。
附图说明
18.通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。其中：
19.图1是根据本发明的一个实施例的连接装置的结构示意图；
20.图2是根据本发明的一个实施例的密封组件的结构示意图；
21.图3是根据本发明的一个实施例的密封管的结构示意图；
22.图4是根据本发明的一个实施例的连接设备的结构示意图。
23.应该注意的是，附图并未按比例绘制，并且出于说明目的，在整个附图中类似结构或功能的元素通常用类似的附图标记来表示。还应该注意的是，附图只是为了便于描述优选实施例，而不是本发明本身。附图没有示出所描述的实施例的每个方面，并且不限制本发明的范围。
24.图中，10为密封管，20为连接主体，30为密封组件，40为接插件，50为筒体，60为固定件，11为台阶面，12为检测件，31为导电件，32为密封件，33为第一连接件，34为第二连接件，311为插孔。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括但不限于一个或者更多个所述特征。
28.本发明的实施例提供了一种用于连接电气设备的连接装置，图1是根据本发明的一个实施例的连接装置的结构示意图，连接装置包括密封管10、连接主体20、密封组件30和接插件40。
29.连接主体20设于密封管10内；密封组件30设于密封管10的两端，密封组件30包括至少一个导电件31，导电件31的一端设有插孔311，电气设备插入插孔311；接插件40的一端连接于连接主体20，接插件40的另一端连接于导电件31的另一端。电气设备插入密封管10
一端设有的密封组件30的插孔311，电气信号通过导电件31、接插件40和连接主体20，连接于插入密封管10另一端设有的密封组件30的插孔311的电气设备，使得电气信号通过该连接装置。在本发明的实施例中，导电件31的一端设有插孔311，电气设备插入插孔311。在一些实施例中，导电件31的一端设有的连接头可以为线鼻子，线鼻子常用于电缆末端连接和续接，能让电缆和电器连接更牢固、更安全，线鼻子可以通过螺栓与电气设备连接。在其它实施例中，导电件31的一端设有的连接头可以为圆棒形状，可以通过接插件与电气设备连接。本领域技术人员可以理解地，导电件31的一端设有的连接头可以根据实际情况中的不同需要加工成其它任何不同的形状。
30.连接主体20用于传导电气信号，使得连接装置两端的电气信号可以穿越该连接装置，连接主体20可以由金属材料制成。可选地，连接主体20可以为铜导体。
31.导电件31用于传导电气信号，使得连接装置两端的电气信号可以穿越该连接装置，导电件31可以由金属材料制成。可选地，导电件31可以为铜导体。
32.接插件40表面电镀金层，用于减小导体之间的接触电阻。在可选的实施例中，金层的厚度为5～10μm，在此种范围下能得到良好的效果。在其他实施例中，金层的厚度也可以为其他数值。接插件也叫连接器，是指电器接插件，即连接两个有源器件的器件，用于传输电流或信号。在连接主体20和导电件31之间设置接插件40，可以实现连接主体20与导电件31之间的相对旋转，减小安装应力。当连接主体20或导电件31需要更换时，装有接插件40可以快速方便地更换元件。
33.图2是根据本发明的一个实施例的密封组件30的结构示意图。密封组件30还包括密封件32、第一连接件33和第二连接件34。密封件32由陶瓷材料制成，并设置成环状，导电件31穿过密封件32，并且密封件32沿导电件31延伸预定距离。在一些实施例中，密封件32可以设置为环状，导电件31穿过密封件32，并且密封件32沿导电件31延伸预定距离，此种设置方法可以提高连接装置的密封性能。在其它实施例中，密封件32可以设置为其他形状，密封件32也可以设置于导电件31外层。
34.第一连接件33的一端密封连接于导电件31，第一连接件33的另一端钎焊于密封件32。
35.第二连接件34的一端钎焊于密封件32，第二连接件34的另一端密封连接于密封管10。
36.连接主体20和第一连接件33密封连接的位置可以设有台阶面，用于第一连接件33的定位。本领域技术人员可以理解地，连接主体20和第一连接件33密封连接的位置可以设置台阶面，可以设置其它结构用于第一连接件33的定位，也可以不设置。
37.密封件32与第一连接件33钎焊连接的一端可以设有台阶面，台阶面钎焊连接于第一连接件33，密封件32与第二连接件34钎焊连接的一端可以设有台阶面，台阶面钎焊连接于第二连接件34，使得密封件32与第一连接件33钎焊连接的位置和密封件32与第二连接件34钎焊连接的位置更加明确，并且使得钎焊更加容易。本领域技术人员可以理解地，密封件32上可以设置台阶面，可以设置其它结构，也可以不设置。
38.密封件32的中部可以设有凸起结构，用于增大爬电距离，提升密封组件的绝缘性能。爬电距离是指沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间，在不同的使用情况下，由于导体周围的绝缘材料被电极化，导致绝缘材料呈现带电现象的带电区，对最小爬电距离做出限
制，是为了防止在两导电体之间，通过绝缘材料表面可能出现的污染物出现爬电现象，在实际应用中，所要安装的带电两导体之间的最短绝缘距离要大于允许的最小爬电距离。增大爬电距离，可以提升导电部件的绝缘性能。在一些实施例中，密封件32表面可以设置凸起结构，用于增大爬电距离。在其它实施例中，密封件32表面可以设置波纹管结构，用于增大爬电距离。
39.密封件32内表面钎焊于导电件31，密封件32侧面钎焊于密封管10。
40.密封件32的表面设有金属化处理的活化层，即对密封件32的外表面、内表面和侧面均设有金属化处理的活化层。在本发明的实施例中，可以理解地，密封件32由陶瓷材料制成，对密封件32的表面进行金属化即对陶瓷进行金属化，本发明的实施例对密封件32的表面采用活化mo
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mn法进行金属化。传统的mo
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mn法是以难熔金属粉mo为主，再加入少量低熔点mn的金属化配方，加入粘结剂涂覆到密封件32表面，然后烧结形成金属化层，此种方法的缺点在于烧结温度高、能源消耗大、封接强度低。本发明的实施例中采用的活化mo
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mn法是在传统mo
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mn法基础上进行的改进，通过添加活化剂和用钼、锰的氧化物或盐类代替金属粉的方法从而降低金属化温度，使用活化mo
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mn法能使金属粉与密封件32结合牢固，能够极大改善润湿性，可以实现陶瓷与金属的有效可靠连接。本领域技术人员可以理解地，对陶瓷金属化常用的制备方法还包括活性金属钎焊法、直接覆铜法和磁控溅射法，由于这些制备方法本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。
41.密封件32的表面经过金属化处理后，电镀镍层，用于在钎焊过程中实现钎料铺展润湿，并且阻碍钎料对金属化处理的活化层的腐蚀。在可选的实施例中，镍层的厚度为5～10μm，在此种范围下能得到良好的钎焊效果。在其他实施例中，镍层的厚度也可以为其他数值。
42.本领域技术人员可以理解地，陶瓷金属化中常用的陶瓷基片可以为sic、beo、aln、al2o3等陶瓷，其中sic陶瓷具有较高的热导率，但其较高的介电常数和较低的绝缘电压限制其在高频领域的应用；beo陶瓷具有异常高的导热性能及低温热导率；aln陶瓷具有优异的电性能和热性能，被认为是最具有发展前途的高热导陶瓷基片，且其介电常数较低、机械强度高，在严酷的条件下仍能正常工作，但aln陶瓷需要在惰性气氛下烧结，能源消耗大，成本较高；al2o3陶瓷是目前应用最为成熟的基片材料，其机械强度高、硬度大、耐磨损、电绝缘强度高、耐热冲击大、化学稳定性好且原料来源丰富、制造工艺简单、价格低廉，所以al2o3陶瓷已经成为陶瓷金属化应用最广泛的陶瓷之一。可选地，本发明的实施例中的密封件32可以采用95％al2o3陶瓷环。
43.本发明的实施例中，可选地，导电件31可以由金属材料制成，密封件32可以由陶瓷材料制成，对导电件31和密封件32进行钎焊，即对金属和陶瓷进行钎焊，用于实现连接装置的无机密封，并满足高温、高压环境下工作的要求。第一连接件33可以设置为波纹管结构，利用其弹性用于降低钎焊过程中产生的残余应力。本领域技术人员可以理解地，第一连接件33根据实际情况的不同需要可以设置为其它结构。可选地，第一连接件33可以为可伐合金环或者无氧铜环，用于降低钎焊过程中产生的残余应力。
44.本发明的实施例中，可选地，密封管10可以由金属材料制成，密封件32可以由陶瓷材料制成，对密封管10和密封件32进行钎焊，即对金属和陶瓷进行钎焊，用于实现连接装置的无机密封，并满足高温、高压环境下工作的要求。第二连接件34可以设置为波纹管结构，
利用其弹性用于降低钎焊过程中产生的残余应力。本领域技术人员可以理解地，第二连接件34根据实际情况的不同需要可以设置为其它结构。可选地，第二连接件34可以为可伐合金环，用于降低钎焊过程中产生的残余应力。
45.本发明的实施例中，可选地，第一连接件33和第二连接件34可以由金属材料制成，第一连接件33的一端钎焊于密封件32，第二连接件34的一端钎焊于密封件32，用于提高连接装置的密封性。
46.在一些实施例中，第一连接件33和第二连接件34的厚度为0.5～1mm，将第一连接件33和第二连接件34的厚度设置在上述范围对钎焊过程可以产生有益效果。本领域技术人员可以理解地，第一连接件33和第二连接件34的厚度根据实际情况的不同需要可以设置为其他数值。
47.在钎焊过程中，钎料的作用至关重要，它直接影响着钎焊接头的质量与力学性能。因此，在选择钎料时要充分考虑润湿性、铺展性、钎料与母材的扩散作用以及钎料的成分均匀性等因素。目前用于陶瓷金属钎焊的钎料可以分为传统钎料和非晶态钎料。传统钎料可以包括一些贵金属钎料：银基钎料、铜基钎料和金基钎料等，此类钎料成本高，与陶瓷材料的润湿性不好。非晶态钎料采用非晶态合金制备而成，具有独特的结构，且与陶瓷和金属材料间都具有很好的润湿性。陶瓷金属钎焊中常用的非晶态钎料可以为ni基非晶态钎料、cu基非晶态钎料和ti基非晶态钎料等。由于这些钎料本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。可选地，钎料可以采用ag
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cu28共晶组分钎料，此种钎料具有良好的润湿性和延展性，钎焊设备可以为真空炉或氢气炉。
48.图3是根据本发明的一个实施例的密封管10的结构示意图。密封管10的两端设有台阶面11，用于连接第二连接件34，设置台阶面11可以使得密封管10与第二连接件34密封连接的位置更准确。本领域技术人员可以理解地，密封管10上可以设置台阶面11，可以设置其它结构，也可以不设置。
49.密封管10和第二连接件34之间可以采用氩弧焊密封连接，氩弧焊是目前焊接中应用最广泛的一种焊接技术，其是将氩作为气体保护进行电弧焊接，氩能够将空气很好的隔绝在焊接区域之外，避免空气对焊接区域造成氧化，确保焊接质量。密封管10和第二连接件34之间的焊接方法还可以为电渣焊接、电阻焊接、摩擦焊接等，由于这些焊接方法本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。本领域技术人员可以理解地，密封管10和第二连接件34之间可以根据实际情况中的不同需要选择不同的焊接方法。
50.密封管10和第二连接件34氩弧焊密封连接时，接头形式可以选用搭接接头，第二连接件34的一端搭接在密封管10的台阶面11上，使得第二连接件34的一端与密封管10部分重叠，此种接头形式可以提高密封管10和第二连接件34焊接的密封性，增加机械强度，从而提高本发明的实施例中的连接装置的密封性。常见的焊接接头可以为对接接头、十字接头、角接接头、端接接头等，由于这些焊接方法本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。在其它实施例中，对密封管10和第二连接件34进行焊接时，也可以选用其它的焊接接头形式。
51.密封管10上设有检测件12，用于检测连接装置的气体泄漏。在一些实施例中，检测件12可以设置于密封件32上，在另一些实施例中，检测件12可以设置于密封管10上，在其它实施例中，密封件32和密封管10上都可以设有检测件12。本领域技术人员可以理解地，检测
件12根据实际情况中的不同需要可以设置在连接装置上的任何位置上。可选地，检测件12可以设为检测孔结构，也可以设为其它结构。
52.图4是根据本发明的一个实施例的连接设备的示意图，参见图4，连接主体20位于筒体50内；固定件60设于筒体50两端，连接装置固定于固定件60。在本发明的实施例中，密封管10可以固定于固定件60，使得连接装置固定于固定件60。在其它实施例中，可以通过密封组件30固定于固定件60，使得连接装置固定于固定件60。
53.密封管10可以通过卡套可拆卸地固定于固定件60，通过拆卸卡套，可以实现该连接装置的更换。可选地，卡套可以是金属材料制成。可选地，固定件60可以是法兰。
54.可选地，筒体50内可以包括多个该连接装置，用于连接不同的电气设备。相应地，密封组件30可以包括多个导电件31，导电件31通过接插件40连接于连接主体20，使得电气信号通过该连接装置。
55.本发明的实施例所提供的连接设备可以用于反应堆安全壳中，将该连接设备固定于反应堆安全壳。连接设备的一端连接于反应堆安全壳内部电气设备，连接设备的另一端连接于反应堆安全壳外部电气设备。在一些实施例中，连接设备的一端可以连接于反应堆安全壳的内部电缆，连接设备的另一端可以连接于反应堆安全壳的外部电缆，使得电缆穿越安全壳，并维持安全壳内外的电气信号的连续性。在其它实施例中，连接设备的一端可以连接于反应堆安全壳的内部光缆，连接设备的另一端可以连接于反应堆安全壳的外部光缆，用于反应堆安全壳内外光缆的光路连接。
56.反应堆安全壳又称反应堆保护外壳，指包在反应堆主要设备外面起保护作用的一个密封金属或混凝土外壳。反应堆的安全壳是防止放射性物质逸散到环境中的最后一道屏障，须能经受发生失去冷却水事故时产生的压力和温度变化，地震和旋风等自然灾害以及来自内部或外部的碎片撞击等意外情况的影响。
57.例如，本发明的实施例提供的连接组件可以用于空间反应堆，空间反应堆是为空间飞行器提供能源的一种反应堆，例如空间反应堆电源、空间反应堆推进系统和双模式空间核动力系统。
58.连接设备固定于安全壳的壳体，连接设备的一端位于壳体外部，用于连接壳体外部的电气设备。在一些实施例中，壳体的壳身为圆柱形筒身，壳体的壳顶为半球形，壳体的底座设为凸底，采用这种结构具有施工方便和节省材料的优点。在其它实施例中，壳体的底座可以设为半球底，也可以设为平底。在一些实施例中，壳体可以设为圆锥台形壳体。在另一些实施例中，壳体可以设为球形壳体。本领域技术人员可以理解地，壳体的壳身、壳顶以及底座的形状可以根据实际情况中的不同需要加工成不同的形状。
59.在一些实施例中，壳体可以设为双层壳体。可选地，内层壳可以为预应力混凝土结构，外层壳可以为钢筋混凝土结构。采用这种形式，从壳体内部来说，当内层壳发生泄漏事故时，外层壳可以阻止放射性物质继续向外泄露。从壳体外部来说，当外层壳收到外来物的突然撞击而被破坏时，内层壳可以阻挡外来物，确保反应堆的安全。在一些实施例中，壳体的内层壳和外层壳之间可以添加缓冲剂，用于增加壳体防泄漏和承受外来物撞击的能力。
60.本领域技术人员可以理解地，连接设备可以固定在壳体的任何位置，可以根据实际情况中反应堆的不同位置确定连接设备的固定位置；连接设备可以通过焊接方式固定至壳体，也可以通过其他方式固定至壳体；连接设备固定在壳体的具体位置和固定方式根据
实际情况中的不同需要进行选择。
61.对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
62.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。