CN104359635A - 一种多功能全工况金属弹性密封圈试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，包括试验安装座、加载装置、压力调节装置、加热装置、位移测量装置和电气及测控装置；加载装置提供试验载荷，压力调节装置对试验安装座中内、外腔的压力差进行调节，加热装置按要求给试验件提供高温环境，位移测量装置测量试验件轴向位移，电气及测控装置实现电气控制、测量及保护作用。本发明所述多功能全工况金属密封圈试验装置能实现航空发动机金属弹性密封圈工况模拟条件下进行密封、持久及疲劳等多种试验，具有功能齐全、结构紧凑、工况模拟全面、试验精度高、维护方便、操作简单等特点，对金属弹性密封圈在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断提供技术支持。

Description

一种多功能全工况金属弹性密封圈试验装置

技术领域

本发明涉及金属弹性密封圈实验装置技术领域，更具体地，涉及一种多功能全工况金属弹性密封圈试验装置。

背景技术

金属弹性密封圈是目前工业上较为广泛应用的一种静密封装置，航空发动机中通常有数十种金属弹性密封圈用于隔离高温气体。航空发动机上的金属弹性密封环具有环境温度高、内外压差大、无泄漏等特点，同时，由于发动机在工作中不可避免地会产生振动，这样会使金属弹性密封圈的密封性能和使用寿命会受到很大的影响，而金属弹性密封圈密封效果的好坏及寿命对航空发动机安全至关重要。因此，要求金属弹性密封圈不仅要起到密封的作用，还需要具有良好的吸振能力、振动追随性、较好的耐磨损能力及较长使用寿命。为了使金属弹性密封圈能够在高温、高压、振动及强腐蚀介质等恶劣的环境条件下长时间有效工作，金属弹性密封圈必须进行全工况条件下的密封、持久及疲劳等试验。只有这样才能对金属弹性密封圈在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断。

航空发动机金属弹性密封圈的试验验证主要包括三个方面内容，分别是：高温下密封试验、高温状态下持久试验及高温状态下的疲劳试验。由于国内目前没有专门用于金属弹性密封圈试验的试验装置，航空发动机金属密封圈的疲劳试验无法进行，密封、持久试验的试验步骤经过简化，具体装置和方法如下。

现有密封试验工装见图1所示。1为试验件，2为压板，3为底板，4为限位块，5为管接嘴，6为进气口，7为螺钉，8为螺母；试验件1装在压板2与底板3之间，试验件1压缩量由限位块4的高度确定。压缩空气由管接嘴5进入试验件1内腔，测量试验件1泄漏量。

现有持久试验工装见图2所示，1为试验件，2为压板，3为底板，4为限位块，7为螺钉，8为螺母；试验件1装在压板2与底板3之间，试验件1压缩量由限位块4的高度确定。将试验工装放入热处理炉中加热至规定温度，保温若干时间，取出试验件1检测试验件永久变形量。

由于金属弹性密封圈的材料特性与温度有关，而目前金属弹性密封圈密封试验没有模拟金属密封圈的环境温度，按照现有装置测出的金属弹性密封圈的泄漏量与高温工况下金属弹性密封圈存在着较大的差异。

持久试验装置虽然在高温条件下进行，但由于试验装置及试验件在高温条件下存在着变形，无法精确模拟金属弹性密封圈在高温条件下的压缩量，试验结果不能真实反应金属弹性密封圈的实际情况。

故按照现有技术进行金属密封圈的密封、持久试验无法对金属弹性密封圈在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，以解决现有技术无法对金属弹性密封圈在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断的缺点。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，包括：

ⅰ.试验安装座，具有容纳金属弹性密封圈试验件的腔；

ⅱ.加载装置，提供试验载荷，包括动力及传动系统、力传感器、上压杆和下压杆；所述动力及传动系统将试验载荷传送给上压杆和下压杆，所述上压杆和下压杆从相对两个方向分别与试验安装座相连接并将试验载荷作用于试验安装座中的金属弹性密封圈试验件；所述力传感器一端与上压杆相连接测定试验载荷，另一端与测控装置相连接；

所述上压杆和下压杆连通冷却装置；

ⅲ.压力调节装置，调节试验安装座中内腔和外腔的气体压力差，一端连接压缩气体源，另一端连通试验安装座的腔；所述内腔为弹性密封圈试验件的内部空间，所述外腔为弹性密封圈试验件的外部空间；如果内腔为高压腔，则气体从内腔泄漏到外腔；如果外腔为高压腔，气体从外腔泄漏到内腔；

ⅳ.加热装置，为金属弹性密封圈试验件按试验要求提供高温环境，包括加热源、传感器和连接导线；所述加热源安装于所述试验安装座中，所述传感器通过连接导线分别连接试验安装座内加热源和测控装置；

ⅴ.位移测量装置，测量试验件轴向位移，包括引伸杆和数值式位移测量仪；所述引伸杆设置于试验安装座，并将位移信息传送至数值式位移测量仪；

ⅵ.电气及测控装置，提供电气控制、测量及保护作用。

优选所述动力源为伺服电机，加载装置采用伺服电机作为动力源，伺服电机的扭矩经传动系统后转变为作用于金属弹性密封圈试验件的载荷，试验载荷的大小通过力传感器测得。金属弹性密封圈试验件安装在试验安装座内。

优选地，所述加载装置还包括机架，所述试验安装座置于机架中，所述机架固定连接上压杆和下压杆。

优选地，所述加载装置还包括防护罩，所述试验安装座罩笼于所述防护罩中。

优选地，所述压力调节装置包括调节阀和压力传感器。

优选地，所述电气及测控装置包括电气元件、数采系统、控制及测试传感器和有关控制软件（不含计算机），主要起电气控制、测量及保护作用。数采系统主要用于采集试验载荷、位移及气体泄漏量、温度、压力等测量项目。电气及测控装置具有对有关试验信号进行实时采集、信号处理、显示、记录、提醒、报警、存贮等功能。

优选地，所述电气及测控装置还包括质量流量计，测量内腔质量流量，可方便地进行泄漏量的测量。

优选地，所述上压杆和下压杆连通冷却装置是在上压杆和下压杆中设置冷却水通道。进一步地，该冷却水通道分别沿上压杆和下压杆轴向分布，冷却水在通道不间断地对上下压杆进行冷却带走热量，阻止热量传至力传感器处。

优选地，所述引伸杆采用高温合金钢材料。优选GH4169。

优选地，所述位移测量仪设有输出装置，所述输出装置远程连接计算机。

进一步地，所述加载装置可以在现有的电子蠕变持久试验机基础上改进加载装置并优化设计压力调节装置、加热装置、位移测量装置和电气及测控装置获得。

进一步地，所述加热源采用多段控制。

进一步地，所述位移测量仪具有输出功能，其测量值能在计算机上远程显示。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种结构紧凑且能模拟航空发动机金属弹性密封圈多工况条件、并在该条件下进行密封、持久及疲劳等多种试验的一种试验装置，与现有的试验装置相比，本发明一个装置就可实现航空发动机金属弹性密封圈的试验中的高温下密封试验、高温状态下持久试验及高温状态下的疲劳试验等，具有功能多、结构紧凑、工况模拟全面、试验精度高、维护方便、操作简单等特点。

除上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其他的目的、特征和优点。下面参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1 现有技术密封试验工装示意图。

图2现有技术持久试验工装示意图。

图3是多功能全工况金属弹性密封圈试验装置原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明提供一种多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，包括：

ⅰ.试验安装座8，具有容纳金属弹性密封圈试验件9的腔；

ⅱ.加载装置，提供试验载荷，包括动力及传动系统5、力传感器4、上压杆6和下压杆11；所述动力及传动系统5将试验载荷传送给上压杆6和下压杆11，所述上压杆6和下压杆11从相对两个方向分别与试验安装座8相连接并将试验载荷作用于试验安装座8中的金属弹性密封圈试验件9；所述力传感器4一端与上压杆6相连接测定试验载荷，另一端与测控装置14相连接；

所述上压杆6和下压杆11连通冷却装置；

ⅲ.压力调节装置2，调节试验安装座8中内腔和外腔的气体压力差，一端连接压缩气体源1，另一端连通试验安装座8的腔；

ⅳ.加热装置10，为金属弹性密封圈试验件9按试验要求提供高温环境，包括加热源、传感器和连接导线；所述加热源安装于所述试验安装座8中，所述传感器通过连接导线分别连接试验安装座8内加热源和测控装置14。本装置加热装置可以提供最高为800℃温度要求的高温环境。

ⅴ.位移测量装置13，测量试验件9轴向位移，包括引伸杆和数值式位移测量仪；所述引伸杆设置于试验安装座8，并将位移信息传送至数值式位移测量仪；

ⅵ.电气及测控装置14，提供电气控制、测量及保护作用。

本实施例中，所述加载装置还包括机架3，所述试验安装座8置于机架3中，所述机架3固定连接上压杆6和下压杆11。

进一步地，所述加载装置还包括防护罩7，所述试验安装座8罩笼于所述防护罩7中。

进一步地，所述压力调节装置2包括调节阀和压力传感器。

进一步地，所述电气及测控装置14包括电气元件、数采系统、控制及测试传感器和有关控制软件（不含计算机），主要起电气控制、测量及保护作用。数采系统主要用于采集试验载荷、位移及气体泄漏量、温度、压力等测量项目。电气及测控装置具有对有关试验信号进行实时采集、信号处理、显示、记录、提醒、报警、存贮等功能。可以参照现有常规技术，在本发明装置基础上按需求灵活配置。

进一步地，所述电气及测控装置还包括质量流量计，测量内腔质量流量，可方便地进行泄漏量的测量。

为使本装置结构更为紧凑，所述上压杆和下压杆连通冷却装置是在上压杆6和下压杆11中设置冷却水通道。进一步地，该冷却水通道分别沿上压杆6和下压杆11轴向分布，冷却水在通道不间断地对上下压杆进行冷却带走热量，阻止热量传至力传感器处。

优选地，所述引伸杆采用高温合金钢材料。

优选地，所述位移测量仪13设有输出装置，所述输出装置远程连接计算机

进一步地，所述加载装置可以在现有的电子蠕变持久试验机基础上，按照本发明提供的改进方案对加载装置和压力调节装置、加热装置、位移测量装置和电气及测控装置进行相应的优化设计即可实现，简单易行，成本较低。

进一步地，所述加热源采用多段控制以控制加热温度。

进一步地，所述引伸杆由高温合金钢制造。

进一步地，所述位移测量仪具有输出功能，其测量值能在计算机上远程显示。

使用本发明装置时，操作方法如下：

（1）金属弹性密封圈密封试验

氮气瓶1的压缩氮气经过减压、干燥后进入压力调节系统2，氮气经压力调节系统2调节后进入试验安装座8的腔中，使金属弹性密封圈试验件9内外两端产生压差。加热装置10对试验安装座8进行加热，用来模拟金属弹性密封圈试验件9的工作温度。加载装置通过上压杆6、下压杆11对金属弹性密封圈试验件9施加压力使金属弹性密封圈试验件9产生变形。密封试验时利用质量流量计12测量内腔质量流量，可进行泄漏量的测量。

（2）金属弹性密封圈持久试验

金属弹性密封圈试验件9安装在试验安装座8中，试验安装座8与上压杆6、下压杆11和加载装置相连接。加载装置通过上压杆6、下压杆11对试验件9施加压力使金属弹性密封圈试验件9产生变形。试验安装座8外安装有加热装置10。加热装置10能对试验安装座8进行加热，用来模拟金属弹性密封圈试验件9的工作温度。试验中温度、金属弹性密封圈试验件9变形量保持不变。

（3）金属弹性密封圈疲劳试验

金属弹性密封圈试验件9安装在试验安装座10中，试验安装座8与上压杆6、下压杆11和加载装置相连接。加载装置按试验载荷谱通过上压杆6、下压杆11对金属弹性密封圈试验件9施加压力使金属弹性密封圈试验件9产生变形。试验安装座8外安装有加热装置10。加热装置10能对试验安装座8进行加热，用来模拟金属弹性密封圈试验件9的工作温度。

本发明的多功能全工况金属密封圈试验装置与密封、持久试验装置相比，具有功能齐全、结构紧凑、工况模拟全面、试验精度高、维护方便、操作简单等特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，包括：

ⅰ.试验安装座，具有容纳金属弹性密封圈试验件的腔；

ⅱ.加载装置，提供试验载荷，包括动力及传动系统、力传感器、上压杆和下压杆；所述动力及传动系统将试验载荷传送给上压杆和下压杆，所述上压杆和下压杆从相对两个方向分别与试验安装座相连接并将试验载荷作用于试验安装座中的金属弹性密封圈试验件；所述力传感器一端与上压杆相连接测定试验载荷，另一端与测控装置相连接；

所述上压杆和下压杆连通冷却装置；

ⅲ.压力调节装置，调节试验安装座中金属弹性密封圈试验件内腔和外腔的气体压力差，一端连接压缩气体源，另一端连通试验安装座的腔；所述内腔为弹性密封圈试验件的内部空间，所述外腔为弹性密封圈试验件的外部空间；

ⅳ.加热装置，为金属弹性密封圈试验件按试验要求提供高温环境，包括加热源、传感器和连接导线；所述加热源安装于所述试验安装座中，所述传感器通过连接导线分别连接试验安装座内加热源和测控装置；

ⅴ.位移测量装置，测量试验件轴向位移，包括引伸杆和数值式位移测量仪；所述引伸杆设置于试验安装座，并将位移信息传送至数值式位移测量仪；

ⅵ.电气及测控装置，提供电气控制、测量及保护作用。

2.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述加载装置还包括机架，所述试验安装座置于机架中，所述机架固定连接上压杆和下压杆。

3.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述加载装置还包括防护罩，所述试验安装座罩笼于所述防护罩中。

4.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述压力调节装置包括调节阀和压力传感器。

5.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述电气及测控装置包括电气元件、数采系统、控制及测试用传感器和控制软件。

6.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述电气及测控装置还包括质量流量计。

7.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述上压杆和下压杆连通冷却装置是在上压杆和下压杆中设置冷却水通道。

8.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述动力源为伺服电机。

9.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述引伸杆采用高温合金钢材料。

10.根据权利要求1所述多功能全工况金属弹性密封圈试验装置，其特征在于，所述位移测量仪设有输出装置，所述输出装置远程连接计算机。