CN104390749A - 一种橡胶圈高压动密封试验装置 - Google Patents

Abstract

一种橡胶圈高压动密封试验装置，属于航空航天和机械工程技术领域。包含往复运动试验机、高压充气机、气体流量计和试验实施主体；利用往复运动试验机的往复运动，使试验实施主体中连接杆上的密封橡胶圈与可更换内衬测试材料之间产生摩擦运动，往复运动试验机同步测量力、位移；所设计的管路系统同步测量气体泄漏量；本发明的效果和益处是能够实现不同设计参数下橡胶圈高压动密封的测试，该装置具有组装简便，灵活易用的特点。

Description

一种橡胶圈高压动密封试验装置

技术领域

本发明属于航空航天技术和机械工程领域，特别涉及到一种橡胶圈高压动密封试验装置。

背景技术

橡胶圈密封结构简单，密封性能好，在航空航天和机械工程领域有着重要应用，可作为静密封或动密封的密封件使用，常被应用于飞行器油路或气路的密封上，从而需要承受复杂的载荷条件和压力状况，因此，研究橡胶圈密封件在高压、往复运动工况下的密封性能变得至关重要，尤其对于摩擦力和泄漏量的同步测量，对高性能橡胶圈密封件的设计意义重大，目前缺少这种试验装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发提供一种橡胶圈高压动密封试验装置，由往复运动试验机、高压充气机、气体流量计、上固定装置、下固定装置和试验实施主体部分组成；往复运动试验机可以根据不同波形、不同频率、不同振幅产生往复运动，并可以实时记录循环周期内的力、位移曲线，从而可以实现动态下的力、位移曲线测量；上固定装置和下固定装置固定住试验实施主体；往复运动试验机带动往复运动杆在内衬内上下往复运动，并记录往复运动杆相对内衬的位移，和往复运动杆与内衬内壁发生相对滑动时的作用力。

试验实施主体部分主要由底托、上盖、内衬、高压进气管路、泄气管路和泄漏旁路组成。

底托和上盖为在相对应位置开有相同尺寸垂直圆柱形空腔的不锈钢实体，圆柱形空腔的低端在底托稍下端内，顶端在上盖稍上端；圆柱形空腔在上盖上端缩小內径后通出上盖；内衬外径尺寸与不变径的圆柱形空腔相同，并衬入由上盖和底托盖合后的圆柱形空腔内。

往复运动杆为变径不锈钢管，从上盖的顶面插入内衬，顶端露出上盖，并与往复运动试验机的输出端固定连接；往复运动杆底端是外径略小于内衬内径的下测试橡胶圈安装管；中间部位也是外径略小于内衬的上测试橡胶圈安装管；上测试橡胶圈水平套在上橡胶圈安装管的凹槽中；下测试橡胶圈水平套在下橡胶圈安装管的凹槽中；上、下测试橡胶圈将圆柱形空腔隔离出三部分：上泄漏空间、高压腔和下泄漏空间；在底托高压腔的位置开有通透的底托孔洞，底托孔洞穿过内衬；进气管路和泄气管路分别从底托的两侧穿过底托孔洞连接到内衬两侧的孔洞开口处；进气管路依次连接压力表和进气阀，并通入高压充气机；泄气管路依次连接泄气阀，泄气管路接头直接通大气环境；在内衬同侧的的上泄露空间和下端泄露空间处，分别开有通出上盖和底托的泄露旁路管路接口；泄漏旁路管路在底托和上盖的外侧用快接头和管材连通上泄露空间和下端泄露空间，并通过泄漏旁路阀和泄漏旁路接头连通到气体流量计；

上盖和底托通过紧固螺栓固定连接；在上盖和底托的连接处靠近内衬位置的底托上表面开有安装底托密封圈的凹槽，底托密封圈水平放置；在靠近进气管路的上下位置的底托上开有安装上内衬密封圈和下内衬密封圈的凹槽，上、下内衬密封圈水平放置；在上盖顶端与内衬顶端之间的通孔侧壁上开有安装上盖密封圈的凹槽，上盖密封圈水平放置。

上盖和底托也可以采用契合方式连接并用紧固螺栓固定。

往复运动试验机与实施主体的连接也可以按如下方式：往复运动试验机在实施主体的下端固定连接处带动实施主体上下往复运动，往复运动杆固定不动。

由于上、下测试橡胶圈将圆柱形空腔隔离出三部分：上泄漏空间、高压腔和下泄漏空间。通过高压充气机往高压腔内充入气体，可承受0-60MPa高压，达到需要的压力时即可关闭阀门和高压充气机，此时，高压腔完全由测试橡胶圈密封保持高压环境。上、下泄漏空间通过泄漏旁路连通流量计，这样的结构保证上、下泄漏空间的压强与外界一致，当往复运动杆在多功能材料试验机的促使下往复运动时，如果高压腔中的气体泄漏，只能发生在测试橡胶圈密封处，且气体将充入上、下泄漏空间，这时，上、下泄漏空间的压强将增加，多余的气体将通过流量计排出，从而获得泄漏的气体量，从而实现了橡胶圈高压动态密封下泄漏量的测试。与此同时，多功能材料试验机精确地记录下往复运动下力、位移曲线记录，此力与橡胶圈所受摩擦力在数值上相等，从而间接实现橡胶圈高压动态密封下摩擦力的测量。

橡胶圈高压动密封试验方法，

步骤一，试件安装：在底托内安装上内衬密封圈、下内衬密封圈、底托密封圈；在上盖内安装上盖密封圈；将安装好测试橡胶圈的往复运动杆装入内衬中，将上盖套在往复运动杆上，并盖在底托上，使上盖上的泄漏旁路上的通孔与内衬上的通孔对齐，装好紧固螺栓；安装进气管路、泄气管路和泄气旁路管路；将进气阀、泄漏旁路阀打开，将泄气阀关闭。

步骤二，往复运动杆上端连接往复运动试验机的上固定装置，底托的下端连接往复运动试验机的下固定装。

步骤三，打开高压充气机，充至所需高压，关闭进气阀，关闭高压充气机，开动往复运动试验机，使用位移控制模式，产生往复运动，带动往复运动杆作往复运动，从而带动上测试橡胶圈和下测试橡胶圈作往复运动，通过往复运动试验机记录力、位移曲线，通过气体流量计记录泄漏量。

步骤四，关闭往复运动试验机，打开泄气阀，排空剩余高压气体，卸下试验实施主体部分。

步骤五，打开泄气阀，排空高压腔内气体，拆下试验实施主体部分，取出往复运动杆，取下上测试橡胶圈、下测试橡胶圈，再重新装好往复运动杆，组装好试验实施主体部分，再夹持到往复运动试验机上，以相同的位移控制模式作往复运动，记录力、位移曲线，由于此时拆掉上测试橡胶圈和下测试橡胶圈，往复运动杆与内衬壁之间有间隙，不会产生摩擦，可测得上盖密封圈与往复运动杆之间的摩擦力；当计算测试橡胶圈所受摩擦力时，需要减掉此值。另外，所得橡胶圈摩擦力为上、下两套橡胶圈的摩擦力，由于上、下两套橡胶圈结构一样，工况一样，因此两套橡胶圈的摩擦力相同，为总摩擦力的一半。

本发明的效果和益处是，在测量橡胶圈在高压动密封下摩擦力的同时，测量出气体泄漏量，实现了对高压动态往复运动状态下橡胶圈密封性能的全面同步测试；能够针对不同设计参数(压缩量、挡圈等)来加工往复运动杆的凹槽，实现对不同设计参数下橡胶圈高压动密封的测试；试验实施主体部分可更换内衬，能够针对不同粗糙度的表面来加工内衬，实现在与不同粗糙度的表面接触下橡胶圈高压动密封的测试；该装置采用组合式和关键部件的分体式设计，组装简便，灵活易用。

附图说明

附图是本发明的示意图。

图中：1往复运动杆；2上盖；3上盖密封圈；4泄漏旁路；5上测试橡胶圈；6紧固螺栓；7泄漏旁路阀；8泄漏旁路接头；9底托密封圈；10压力表；11进气阀；12进气管路接头；13进气管路；14底托；15下测试橡胶圈；16泄气阀；17泄气管路接头；18泄气管路；19高压腔；20上泄漏空间；21下泄漏空间；22内衬；23上内衬密封圈；24下内衬密封圈；25快接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

橡胶圈高压动密封试验装置，由往复运动试验机、高压充气机、气体流量计、上固定装置、下固定装置和试验实施主体部分组成；往复运动试验机可以根据不同波形、不同频率、不同振幅产生往复运动，并可以实时记录循环周期内的力、位移曲线，从而可以实现动态下的力、位移曲线测量；上固定装置和下固定装置固定住试验实施主体；往复运动试验带动机往复运动杆1在内衬22内上下往复运动，并记录往复运动杆1相对内衬22的位移，和往复运动杆1与内衬22内壁发生相对滑动时的作用力。

试验实施主体部分主要由底托14、上盖2、内衬22、高压进气管路13、泄气管路18和泄漏旁路4组成。

底托14和上盖2为在相对应位置开有相同尺寸垂直圆柱形空腔的不锈钢实体，圆柱形空腔的低端在底托14稍下端内，顶端在上盖2稍上端；圆柱形空腔在上盖2上端缩小內径后通出上盖2；内衬22外径尺寸与不变径的圆柱形空腔相同，并衬入由上盖2和底托14盖合后的圆柱形空腔内。

往复运动杆1为变径不锈钢管，从上盖2的顶面插入内衬22，顶端露出上盖2，并与往复运动试验机的输出端固定连接；往复运动杆1底端是外径略小于内衬22内径的下测试橡胶圈安装管；中间部位也是外径略小于内衬22的上测试橡胶圈安装管；上测试橡胶圈5水平套在上橡胶圈安装管的凹槽中；下测试橡胶圈15水平套在下橡胶圈安装管的凹槽中；上、下测试橡胶圈将圆柱形空腔隔离出三部分：上泄漏空间20、高压腔19和下泄漏空间21；在底托高压腔19的位置开有通透的底托孔洞，底托孔洞穿过内衬22；进气管路13和泄气管路18分别从底托14的两侧穿过底托孔洞连接到内衬22两侧的孔洞开口处；进气管路13依次连接压力表10和进气阀11，并通入高压充气机；泄气管路18依次连接泄气阀16和泄气管路接头17直接通大气环境；在内衬22同侧的的上泄露空间20和下端泄露空间21处，分别开有通出上盖2和底托14的泄露旁路管路接口；泄漏旁路管路4在底托14和上盖2的外侧用快接头25和管材连通上泄露空间20和下端泄露空间21，并通过泄漏旁路阀7和泄漏旁路接头8连通到气体流量计。

上盖2和底托14通过紧固螺栓6固定连接；在上盖2和底托14的连接处靠近内衬22位置的底托14上表面开有安装底托密封圈9的凹槽，底托密封圈9水平放置；在靠近进气管路13的上下位置的底托14上开有安装上内衬密封圈24和下内衬密封圈23的凹槽，上、下内衬密封圈水平放置；在上盖2顶端与内衬22顶端之间的通孔侧壁上开有安装上盖密封圈3的凹槽，上盖密封圈3水平放置。

上盖2和底托14采用契合方式连接并用紧固螺栓6固定。

橡胶圈高压动密封试验方法，

步骤一，试件安装：在底托14内安装上内衬密封圈24、下内衬密封圈23、底托密封圈9；在上盖2内安装上盖密封圈；将安装好测试橡胶圈的往复运动杆(1)装入内衬22中，将上盖2套在往复运动杆1上，并盖在底托14上，使上盖2上的泄漏旁路4上的通孔与内衬22上的通孔对齐，装好紧固螺栓6；安装进气管路13、泄气管路18和泄气旁路管路4；将进气阀11、泄漏旁路阀7打开，将泄气阀16关闭。

步骤二，往复运动杆1上端连接往复运动试验机的上固定装置，底托14的下端连接往复运动试验机的下固定装置。

步骤三，打开高压充气机3，充至所需高压，关闭进气阀11，关闭高压充气机3，开动往复运动试验机，使用位移控制模式，产生往复运动，带动往复运动杆1作往复运动，从而带动上测试橡胶圈5和下测试橡胶圈15作往复运动，通过往复运动试验机记录力、位移曲线，通过气体流量计4记录泄漏量。

步骤四，关闭往复运动试验机，打开泄气阀16，排空剩余高压气体，卸下试验实施主体部分。

步骤五，打开泄气阀16，排空高压腔19内气体，拆下试验实施主体部分，取出往复运动杆1，取下上测试橡胶圈5、下测试橡胶圈15，再重新装好往复运动杆1，组装好试验实施主体部分2，再夹持到往复运动试验机上，以相同的位移控制模式作往复运动，记录力、位移曲线，由于此时拆掉上测试橡胶圈5和下测试橡胶圈15，往复运动杆1与内衬22壁之间有间隙，不会产生摩擦，可测得上盖密封圈3与往复运动杆1之间的摩擦力；当计算测试橡胶圈所受摩擦力时，需要减掉此值。另外，所得橡胶圈摩擦力为上、下两套橡胶圈的摩擦力，由于上、下两套橡胶圈结构一样，工况一样，因此两套橡胶圈的摩擦力相同，为总摩擦力的一半。

Claims (4)

1.一种橡胶圈高压动密封试验装置，由往复运动试验机、高压充气机、气体流量计、上固定装置、下固定装置和试验实施主体部分组成；往复运动试验机可以根据不同波形、不同频率、不同振幅产生往复运动，并可以实时记录循环周期内的力、位移曲线，从而可以实现动态下的力、位移曲线测量；上固定装置和下固定装置固定住试验实施主体；往复运动试验机带动往复运动杆(1)在内衬(22)内上下往复运动，并记录往复运动杆(1)相对内衬(22)的位移，和往复运动杆(1)与内衬(22)内壁发生相对滑动时的作用力；其特征在于：

试验实施主体部分主要由底托(14)、上盖(2)、内衬(22)、高压进气管路(13)、泄气管路(18)和泄漏旁路(4)组成；

底托(14)和上盖(2)为在相对应位置开有相同尺寸垂直圆柱形空腔的不锈钢实体，圆柱形空腔的低端在底托(14)稍下端内，顶端在上盖(2)稍上端；圆柱形空腔在上盖(2)上端缩小內径后通出上盖(2)；内衬(22)外径尺寸与不变径的圆柱形空腔相同，并衬入由上盖(2)和底托(14)盖合后的圆柱形空腔内；

往复运动杆(1)为变径不锈钢管，从上盖(2)的顶面插入内衬(22)，顶端露出上盖(2)，并与往复运动试验机的输出端固定连接；往复运动杆(1)底端是外径略小于内衬(22)内径的下测试橡胶圈安装管；中间部位也是外径略小于内衬(22)的上测试橡胶圈安装管；上测试橡胶圈(5)水平套在上橡胶圈安装管的凹槽中；下测试橡胶圈(15)水平套在下橡胶圈安装管的凹槽中；上、下测试橡胶圈将圆柱形空腔隔离出三部分：上泄漏空间(20)、高压腔(19)和下泄漏空间(21)；在底托高压腔(19)的位置开有通透的底托孔洞，底托孔洞穿过内衬(22)；进气管路(13)和泄气管路(18)分别从底托(14)的两侧穿过底托孔洞连接到内衬(22)两侧的孔洞开口处；进气管路(13)依次连接压力表(10)和进气阀(11)，并通入高压充气机；泄气管路(18)依次连接泄气阀(16)和泄气管路接头(17)直接通大气环境；在内衬(22)同侧的的上泄露空间(20)和下端泄露空间(21)处，分别开有通出上盖(2)和底托(14)的泄露旁路管路接口；泄漏旁路管路(4)在底托(14)和上盖(2)的外侧用快接头(25)和管材连通上泄露空间(20)和下端泄露空间(21)，并通过泄漏旁路阀(7)和泄漏旁路接头(8)连通到气体流量计；

上盖(2)和底托(14)通过紧固螺栓(6)固定连接；在上盖(2)和底托(14)的连接处靠近内衬(22)位置的底托(14)上表面开有安装底托密封圈(9)的凹槽，底托密封圈(9)水平放置；在靠近进气管路(13)的上下位置的底托(14)上开有安装上内衬密封圈(24)和下内衬密封圈(23)的凹槽，上、下内衬密封圈水平放置；在上盖(2)顶端与内衬(22)顶端之间的通孔侧壁上开有安装上盖密封圈(3)的凹槽，上盖密封圈(3)水平放置。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶圈高压动密封试验装置，其特征在于上盖(2)和底托(14)采用契合方式连接并用紧固螺栓(6)固定。

3.根据权利要求1所述的一种橡胶圈高压动密封试验装置，其特征在于实施主体的往复运动杆(1)固定不动，往复运动试验机在实施主体的下端固定连接处带动实施主体上下往复运动。

4.一种橡胶圈高压动密封试验方法，

步骤一，试件安装：在底托(14)内安装上内衬密封圈(24)、下内衬密封圈(23)、底托密封圈(9)；在上盖(2)内安装上盖密封圈；将安装好测试橡胶圈的往复运动杆(1))装入内衬(22)中，将上盖(2)套在往复运动杆(1)上，并盖在底托(14)上，使上盖(2)上的泄漏旁路(4)上的通孔与内衬(22)上的通孔对齐，装好紧固螺栓(6)；安装进气管路(13)、泄气管路(18)和泄气旁路管路(4)；将进气阀(11)、泄漏旁路阀(7)打开，将泄气阀(16)关闭；

步骤二，往复运动杆(1)上端连接往复运动试验机的上固定装置，底托(14)的下端连接往复运动试验机的下固定装置；

步骤三，打开高压充气机(3)，充至所需高压，关闭进气阀(11)，关闭高压充气机(3)，开动往复运动试验机，使用位移控制模式，产生往复运动，带动往复运动杆(1)作往复运动，从而带动上测试橡胶圈(5)和下测试橡胶圈(15)作往复运动，通过往复运动试验机记录力、位移曲线，通过气体流量计(4)记录泄漏量；

步骤四，关闭往复运动试验机，打开泄气阀(16)，排空剩余高压气体，卸下试验实施主体部分；

步骤五，打开泄气阀(16)，排空高压腔(19)内气体，拆下试验实施主体部分，取出往复运动杆(1)，取下上测试橡胶圈(5)、下测试橡胶圈(15)，再重新装好往复运动杆(1)，组装好试验实施主体部分(2)，再夹持到往复运动试验机上，以相同的位移控制模式作往复运动，记录力、位移曲线，由于此时拆掉上测试橡胶圈(5)和下测试橡胶圈(15)，往复运动杆(1)与内衬(22)壁之间有间隙，不会产生摩擦，可测得上盖密封圈(3)与往复运动杆(1)之间的摩擦力；当计算测试橡胶圈所受摩擦力时，需要减掉此值。另外，所得橡胶圈摩擦力为上、下两套橡胶圈的摩擦力，由于上、下两套橡胶圈结构一样，工况一样，因此两套橡胶圈的摩擦力相同，为总摩擦力的一半。