CN104596839B - 十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，其中，拉伸杆机构的一端与密封机构连接，拉伸杆机构的另一端通过十字梁连接机构的一端与压力平衡机构连接，拉伸机连接机构安装在十字梁连接机构的另一端上。本发明采用十字梁式结构装置，密封圈从原来三段杆式压力平衡的三个减少为二个，既简化了结构又大幅度降低了摩擦阻力；拉伸杆和压力平衡杆加工方法简单易安装，降低了对压力平衡装置的安装精度及试样安装的对中性要求。简化了拉伸杆的维护和密封圈的更换操作，使压力平衡效果更加可靠，实验精度更高。

Description

十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置

技术领域

本发明属于核科学技术领域的一种高压釜内进行拉伸、压缩、疲劳材料实验装置，具体地，涉及一种十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置。

背景技术

现有技术应用在高压釜内进行拉伸、压缩、疲劳等材料实验时，尤其是在高压釜内高温高压、强腐蚀性等恶劣环境下，在高压釜内无法安装力传感器时，试验机的载荷通过加载杆(由于绝大部分试验机为拉伸试验机，加载杆下称“拉伸杆”)传递到高压釜内部，载荷值从高压釜外部的力传感器测量。这时，力传感器的测量值并非加载到试样上的实际载荷，要想得到实际加载到试样上的载荷，还需要除去高压釜内压作用到拉伸杆上的压力以及拉伸杆密封圈的摩擦阻力。

实际试验中，当高压釜内的压力较高，或者试样的尺寸较小，或者材料的强度较低时，高压釜内压对拉伸杆施加的载荷可超过试样的屈服强度或断裂强度，尚未正式开始试验就可能直接将试样拉废，为了防止试样在高压釜加压过程中尚未开始试验就发生变形或断裂，人们设计了一种三段的中空加载杆，如图1所示。伸入高压釜内部和与加载系统连接的杆外径为D，中间段为D的√2倍，即1.414D。这样，中间段杆的横截面积刚好是伸入高压釜部分拉伸杆横截面积的2倍，两者横截面积之差与伸入高压釜部分拉伸杆横截面积相等。利用两个密封圈和一个压力外壳，在加载杆中间段与连接加载系统拉伸杆部分形成一个压力平衡腔，通过拉伸杆的中心孔将高压釜内压引入该压力腔，就可以在拉伸杆轴肩上形成一个载荷，该载荷与高压釜内压加载到拉伸杆上的力值相等，但方向相反，利用这个反力可自动平衡高压釜内作用在拉伸杆上的载荷。

三段中空杆式拉伸杆设计虽具有结构紧凑的特点，但也存在不少缺陷：这种三段式结构同轴度要求高，对拉伸杆的加工和压力平衡外壳的安装对中要求高；拉伸杆需要在中心钻深孔，当拉伸杆较长，或者直径较小时加工非常困难；更换密封圈更加困难，需要完全拆卸压力平衡装置多个部件；如果拉伸杆发生变形，或者试样安装时与拉伸杆对中性出现偏差，将导致摩擦阻力急剧变化，严重影响试验结果。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的在高压釜内进行拉伸、压缩、疲劳等材料实验时，尤其是在高压釜内高温高压、强腐蚀性等恶劣环境下，高压釜内压对加载杆施加的载荷超过试样的屈服强度或断裂强度，在尚未正式开始试验就可能直接将试样拉废和摩擦阻力大的问题；提供了一种十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，用在带有高压釜的力学实验系统中，可大大简化加载杆的制造工艺和更换密封圈操作，有效降低了摩擦阻力，同时也对试样的对中性、压力平衡配件的安装精度要求大大降低，使得试验和维护过程更加简化，并得到更可靠的压力平衡效果，提高实验精度。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，包括：密封机构、拉伸杆机构、十字梁连接机构、压力平衡机构以及拉伸机连接机构；其中，所述拉伸杆机构的一端与密封机构连接，所述拉伸杆机构的另一端通过十字梁连接机构的一端与压力平衡机构连接，所述拉伸机连接机构安装在十字梁连接机构的另一端上。

优选地，所述十字梁连接机构包括：拉伸机加载框，所述拉伸机加载框的两端部上分别设有用于连接拉伸杆机构和压力平衡机构的连接孔和用于安装拉伸机连接机构的安装孔。

优选地，所述密封机构包括第一密封套；所述拉伸杆机构包括拉伸杆a、拉伸杆密封圈以及压力平衡连接板，所述第一密封套套装于拉伸杆a上，所述压力平衡连接板套装于拉伸杆a上，并与第一密封套固接；所述拉伸杆密封圈设置于拉伸杆a与第一密封套之间；所述拉伸杆a的一端与高压釜的高压釜盖可拆卸连接，所述拉伸杆a的另一端设置于连接孔内。

优选地，所述压力平衡机构设置于拉伸机加载框内，包括压力平衡杆a、压力平衡套筒、压力平衡杆密封圈、压力平衡杆密封圈盖板以及压力平衡套筒支撑板，其中，所述压力平衡杆a的一端设置于连接孔内，并通过连接孔与拉伸杆a的另一端相连接，所述压力平衡杆a的另一端与压力平衡套筒的一端相连接，并通过压力平衡杆密封圈盖板密封固定，所述压力平衡杆a与压力平衡套筒之间设有压力平衡杆密封圈；所述压力平衡套筒内部设有压力平衡腔，所述压力平衡套筒的筒壁上设有与压力平衡腔相连通的引压孔，所述压力平衡套筒支撑板安装于压力平衡套筒的另一端并固定。

优选地，所述拉伸机连接结构包括拉伸机连接头，所述拉伸机连接头的一端安装在所述安装孔内。

优选地，所述十字梁连接机构包括：十字梁和两组连接杆组件，其中，所述拉伸杆机构和压力平衡机构分别连接于十字梁上，所述拉伸机连接机构与十字梁之间通过第一组连接杆组件固定连接，所述压力平衡机构与密封机构之间通过第二组连接杆组件固定连接。

优选地，所述密封机构包括第一密封圈和第一密封圈盖板；所述拉伸机构包括拉伸杆b；所述第一密封圈套装在拉伸杆b上，并通过第一密封圈盖板固定，所述拉伸杆b的一端与高压釜的高压釜盖可拆卸连接；所述拉伸杆b的另一端螺接在十字梁上。

优选地，所述拉伸机连接结构包括拉伸机连接板和拉伸机连接杆，所述十字梁与拉伸机连接板之间通过第一组连接杆组件固定连接，所述拉伸机连接杆安装在拉伸机连接板上。

优选地，所述压力平衡机构包括压力平衡套、压力平衡套引压孔和压力平衡杆b，所述压力平衡杆b的一端螺接在十字梁上，所述压力平衡杆b的另一端与压力平衡套相连接；所述压力平衡套与第一密封圈盖板之间通过第二组连接杆组件固定连接，所述压力平衡套上设有压力平衡套引压孔。

优选地，所述第一组连接杆组件包括两根十字头连接杆，两根十字头连接杆之间以180°间隔在圆周上均布；或，所述第一组连接杆组件包括三根十字头连接杆，三根十字头连接杆之间以120°间隔在圆周上均布；

所述第二组连接杆组件包括两根第一密封压力平衡连接杆，两根第一密封压力平衡连接杆之间以180°间隔在圆周上均布；或，所述第二组连接杆组件包括三根第一密封压力平衡连接杆，三根第一密封压力平衡连接杆之间以120°间隔在圆周上均布。

本发明的工作原理为：

釜内的压力由引压孔引入压力平衡套(筒)的压力平衡腔，压力平衡套(筒)用螺栓杆与压力平衡连接板连接，而压力平衡连接板则用螺栓固定在第一密封套(圈)上，进而与高压釜固定。十字梁同时连接拉伸杆和压力平衡杆；压力平衡杆与拉伸杆直径相同，压力平衡腔内压作用在压力平衡杆上，其静力与高压釜内压作用在拉伸杆上的静力相等。因此拉伸机加载到加载框上的力为实际应加到高压釜内试样上的力。釜内压力通过压力平衡套引压孔引入，在压力平衡套内腔对压力平衡杆所形成的静力抵消掉拉伸杆在釜内所受的向外静力。釜内压力对拉伸杆加载到试样上的静载荷被平衡。这种结构，还可用于多杆拉伸试验机中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、采用十字梁结构，密封圈从原来三段杆式压力平衡的三个减少为两个，十字梁结构连接拉伸杆和压力平衡杆，拉伸杆高压釜密封与压力平衡套分离结构，两个密封圈实现压力平衡结构，大大简化了结构，同时大幅度降低了摩擦阻力；

2、拉伸杆和压力平衡杆加工方法简单，安装容易，对压力平衡装置的安装精度、以及试样安装的对中性要求大大降低；

3、可大大简化拉伸杆的维护和密封圈的更换操作；

4、外部引压至压力平衡套结构，外部引压方式可使压力平衡效果更加可靠，提高实验精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有三段杆式压力平衡装置结构示意图；

图中：100为高压釜盖，101为拉伸杆密封环，102为拉伸杆，103为压力平衡腔，104为压紧螺母，105为引压中心孔，106位2#密封环座，107为压力平衡密封环1.4倍杆径，108为压力平衡套，109排气孔，110为1#密封环座，111为拉伸杆密封环；

图2为十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置结构示意图；

图2(a)为实施例1的十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置结构示意图；

图中：200为高压釜盖，201为1号密封套，202为拉伸杆a，203为拉伸杆密封圈，204为压力平衡连接板，205为压力平衡杆a，206为拉伸机加载框，207为压力平衡杆密封圈盖板，208为压力平衡杆密封圈，209为压力平衡套筒，210为引压孔，211为压力平衡腔，212为压力平衡套支撑板，213为拉伸机连接头；

图2(b)为实施例2的十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置结构示意图；

图中：300为高压釜盖，301为1号密封圈盖板，302为1号密封圈，303为拉伸杆b，304为十字梁，305为压力平衡杆b，306为1号密封圈压力平衡连接杆，307为压力平衡套，308为十字头连接杆，309为压力平衡套引压孔，310为拉伸机连接板，311为拉伸机连接杆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，包括：密封机构、拉伸杆机构、十字梁连接机构、压力平衡机构以及拉伸机连接机构；其中，所述拉伸杆机构的一端与密封机构连接，所述拉伸杆机构的另一端通过十字梁连接机构的一端与压力平衡机构连接，所述拉伸机连接机构安装在十字梁连接机构的另一端上。

进一步地，所述十字梁连接机构包括：拉伸机加载框，所述拉伸机加载框的两端部上分别设有用于连接拉伸杆机构和压力平衡机构的连接孔和用于安装拉伸机连接机构的安装孔。

进一步地，所述密封机构包括第一密封套；所述拉伸杆机构包括拉伸杆a、拉伸杆密封圈以及压力平衡连接板，所述第一密封套套装于拉伸杆a的外部，所述压力平衡连接板套装于拉伸杆a上，并与第一密封套固接；所述拉伸杆密封圈设置于拉伸杆a与第一密封套之间；所述拉伸杆a的一端与高压釜的高压釜盖可拆卸连接，所述拉伸杆a的另一端设置于连接孔内。

进一步地，所述压力平衡机构设置于拉伸机加载框内，包括压力平衡杆a、压力平衡套筒、压力平衡杆密封圈、压力平衡杆密封圈盖板以及压力平衡套筒支撑板，其中，所述压力平衡杆a的一端设置于连接孔内，并通过连接孔与拉伸杆a的另一端相连接，所述压力平衡杆a的另一端与压力平衡套筒的一端相连接，并通过压力平衡杆密封圈盖板密封固定，所述压力平衡杆a与压力平衡套筒之间设有压力平衡杆密封圈；所述压力平衡套筒内部设有压力平衡腔，所述压力平衡套筒的筒壁上设有与压力平衡腔相连通的引压孔，所述压力平衡套筒支撑板安装于压力平衡套筒的另一端并固定。

进一步地，所述拉伸机连接结构包括拉伸机连接头，所述拉伸机连接头的一端安装在所述安装孔内。

下面结合附图对本实施例的工作原理进一步描述。

如图2(a)所示，釜内的压力由引压孔引入压力平衡套筒的压力平衡腔，压力平衡套筒用螺栓杆与压力平衡连接板连接，而压力平衡连接板则用螺栓固定在第一密封套上，进而与高压釜固定。拉伸机加载框相当于一个十字梁，同时连接拉伸杆a和压力平衡杆a；压力平衡杆a与拉伸杆a直径相同，压力平衡腔内压作用在压力平衡杆a上，其静力与高压釜内压作用在拉伸杆a上的静力相等。因此拉伸机加载到加载框上的力则为实际应加到高压釜内试样上的力。

实施例2

本实施例提供了一种十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，包括：密封机构、拉伸杆机构、十字梁连接机构、压力平衡机构以及拉伸机连接机构；其中，所述拉伸杆机构的一端与密封机构连接，所述拉伸杆机构的另一端通过十字梁连接机构的一端与压力平衡机构连接，所述拉伸机连接机构安装在十字梁连接机构的另一端上。

进一步地，所述十字梁连接机构包括：十字梁和两组连接杆组件，其中，所述拉伸杆机构和压力平衡机构分别连接于十字梁上，所述拉伸机连接机构与十字梁之间通过第一组连接杆组件固定连接，所述压力平衡机构与密封机构之间通过第二组连接杆组件固定连接。

进一步地，所述密封机构包括第一密封圈和第一密封圈盖板；所述拉伸机构包括拉伸杆b；所述第一密封圈套装在拉伸杆b上，并通过第一密封圈盖板固定，所述拉伸杆b的一端与高压釜的高压釜盖可拆卸连接；所述拉伸杆b的另一端螺接在十字梁上。

进一步地，所述拉伸机连接结构包括拉伸机连接板和拉伸机连接杆，所述十字梁与拉伸机连接板之间通过第一组连接杆组件固定连接，所述拉伸机连接杆安装在拉伸机连接板上。

进一步地，所述压力平衡机构包括压力平衡套、压力平衡套引压孔和压力平衡杆b，所述压力平衡杆b的一端螺接在十字梁上，所述压力平衡杆b的另一端与压力平衡套相连接；所述压力平衡套与第一密封圈盖板之间通过第二组连接杆组件固定连接，所述压力平衡套上设有压力平衡套引压孔。

进一步地，所述第一组连接杆组件包括两根十字头连接杆，两根十字头连接杆之间以180°间隔在圆周上均布；或，所述第一组连接杆组件包括三根十字头连接杆，三根十字头连接杆之间以120°间隔在圆周上均布；

所述第二组连接杆组件包括两根第一密封压力平衡连接杆，两根第一密封压力平衡连接杆之间以180°间隔在圆周上均布；或，所述第二组连接杆组件包括三根第一密封压力平衡连接杆，三根第一密封压力平衡连接杆之间以120°间隔在圆周上均布。

下面结合附图对本实施例的工作原理进一步描述。

本实施例的工作原理与实施例1相同，为了使结构美观紧凑，还可以采用两根杆、三根杆的连接方式连接十字梁与拉伸机连接杆，以代替加载框，如图2(b)所示。压力平衡套与1号密封圈之间、十字梁与拉伸机连接板之间均用两根或三根连接杆连接，总共使用四根或六根连接杆。十字梁与拉伸机连接板之间采用二根或三根十字头连接杆连接，当采用二根时，十字头连接杆以180°间隔在圆周均布，当采用三根时，十字头连接杆以120°间隔在圆周均布。压力平衡套与第一密封圈之间也采用二根或三根第一密封压力平衡连接杆连接，进而与高压釜固定。拉伸杆b和压力平衡杆b螺纹固定在十字梁上。釜内压力通过压力平衡套引压孔引入，在压力平衡套内腔对压力平衡杆b所形成的静力抵消掉拉伸杆b在釜内所受的向外静力。釜内压力对拉伸杆b加载到试样上的静载荷被平衡。相比实施例1的拉伸机加载框结构的十字梁机构，本实施例更加紧凑、美观，可用于多杆拉伸试验机。

上述两个实施例均采用十字梁式结构装置，密封圈从原来三段杆式压力平衡的三个减少为二个，既简化了结构又大幅度降低了摩擦阻力。拉伸杆和压力平衡杆加工方法简单易安装，大大降低了对压力平衡装置的安装精度及试样安装的对中性要求。简化了拉伸杆的维护和密封圈的更换操作，使压力平衡效果更加可靠，实验精度更高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，包括：密封机构、拉伸杆机构、压力平衡机构以及拉伸机连接机构，其特征在于，还包括十字梁连接机构；其中，所述拉伸杆机构的一端与密封机构连接，所述拉伸杆机构的另一端通过十字梁连接机构的一端与压力平衡机构连接，所述拉伸机连接机构安装在十字梁连接机构的另一端上；

所述十字梁连接机构包括：拉伸机加载框，所述拉伸机加载框的两端部上分别设有用于连接拉伸杆机构和压力平衡机构的连接孔以及用于安装拉伸机连接机构的安装孔；

所述密封机构包括第一密封套；所述拉伸杆机构包括拉伸杆a、拉伸杆密封圈以及压力平衡连接板，所述第一密封套套装于拉伸杆a的外部，所述压力平衡连接板套装于拉伸杆a上，并与第一密封套固接；所述拉伸杆密封圈设置于拉伸杆a与第一密封套之间；所述拉伸杆a的一端与高压釜的高压釜盖可拆卸连接，所述拉伸杆a的另一端设置于连接孔内；

所述压力平衡机构设置于拉伸机加载框内，包括压力平衡杆a、压力平衡套筒、压力平衡杆密封圈、压力平衡杆密封圈盖板以及压力平衡套筒支撑板，其中，所述压力平衡杆a的一端设置于连接孔内，并通过连接孔与拉伸杆a的另一端相连接，所述压力平衡杆a的另一端与压力平衡套筒的一端相连接，并通过压力平衡杆密封圈盖板密封固定，所述压力平衡杆a与压力平衡套筒之间设有压力平衡杆密封圈；所述压力平衡套筒内部设有压力平衡腔，所述压力平衡套筒的筒壁上设有与压力平衡腔相连通的引压孔，所述压力平衡套筒支撑板安装于压力平衡套筒的另一端并固定。

2.根据权利要求1所述的十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，其特征在于，所述拉伸机连接机构包括拉伸机连接头，所述拉伸机连接头的一端安装在所述安装孔内。

3.一种十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，包括：密封机构、拉伸杆机构、压力平衡机构以及拉伸机连接机构，其特征在于，还包括十字梁连接机构；其中，所述拉伸杆机构的一端与密封机构连接，所述拉伸杆机构的另一端通过十字梁连接机构的一端与压力平衡机构连接，所述拉伸机连接机构安装在十字梁连接机构的另一端上；

所述十字梁连接机构包括：十字梁和两组连接杆组件，其中，所述拉伸杆机构和压力平衡机构分别连接于十字梁上，所述拉伸机连接机构与十字梁之间通过第一组连接杆组件固定连接，所述压力平衡机构与密封机构之间通过第二组连接杆组件固定连接；

所述密封机构包括第一密封圈和第一密封圈盖板；所述拉伸杆机构包括拉伸杆b；所述第一密封圈套装在拉伸杆b上，并通过第一密封圈盖板固定，所述拉伸杆b的一端与高压釜的高压釜盖可拆卸连接；所述拉伸杆b的另一端螺接在十字梁上；

所述压力平衡机构包括压力平衡套、压力平衡套引压孔和压力平衡杆b，所述压力平衡杆b的一端螺接在十字梁上，所述压力平衡杆b的另一端与压力平衡套相连接；所述压力平衡套与第一密封圈盖板之间通过第二组连接杆组件固定连接，所述压力平衡套上设有压力平衡套引压孔。

4.根据权利要求3所述的十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，其特征在于，所述拉伸机连接机构包括拉伸机连接板和拉伸机连接杆，所述十字梁与拉伸机连接板之间通过第一组连接杆组件固定连接，所述拉伸机连接杆安装在拉伸机连接板上。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的十字梁式高压釜上试验机压力平衡装置，其特征在于，所述第一组连接杆组件包括两根十字头连接杆，两根十字头连接杆之间以180°间隔在圆周上均布；或，所述第一组连接杆组件包括三根十字头连接杆，三根十字头连接杆之间以120°间隔在圆周上均布；

所述第二组连接杆组件包括两根第一密封压力平衡连接杆，两根第一密封压力平衡连接杆之间以180°间隔在圆周上均布；或，所述第二组连接杆组件包括三根第一密封压力平衡连接杆，三根第一密封压力平衡连接杆之间以120°间隔在圆周上均布。