CN108287044A - 一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，实验装置支座安装在地脚螺栓上，实验腔体安放在实验装置支座上，两个密封芯通过配合安装在实验腔体内，实现密封和加压。压紧力加载和调节系统通过传感器导管，将压紧力进一步传递到密封试件上，通过提前对于压紧力进行标定，实现对于压紧力的精确调节。之后在实验台外部安装加热装置，通过控制系统实现对于温度的稳定连续控制，并且采用耐高温的铂电阻加热，从而可实现高温的加热。本发明可以实现对大多数密封试件的测试，并且能够对于连续压紧力进行控制，测量实时的压缩量，并实现对于不同温度下的密封试件性能的测量，满足密封试件不同实验条件的要求。

Description

一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置

技术领域

本发明涉及一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，主要用于多种材料和密封结构的气密性能和热密性能的实验。

背景技术

随着现代科学技术的发展，工业生产已经开始朝着更高温度、高压力、高速度的方向大力发展，对密封的要求也逐步提高，尤其在一些高端技术产品中，比如航空、航天，工程机械，石油的开采和炼油等行业的诸多设备上。在航空航天领域，密封不光要实现气体质量的密封，还要实现气体热量的密封。密封的失效会导致设备出现跑、冒、漏等现象，不仅在很大的程度上影响了设备的整体性能和使用寿命，使维修成本显著增加，还会造成致命的人员伤亡等严重事故。美国“挑战者号”航天飞机，升空不久由于结构密封元件失效导致事故发生，我国也发生过因为密封泄漏导致火箭不能准确把卫星送入特定轨道的事故。密封件虽然只是机械设备上的一小部分，但密封性能的好坏，直接影响到整套设备的安全性、可靠性以及持久性。同时也正是密封存在的普遍性和重要性，逐渐形成了一个研究密封机理、密封结构设计和使用的新发展方向。

在这种背景下，许多新型特种密封逐渐被采用，比如金属密封圈、石英纤维棉密封圈、特种橡胶密封圈、基线密封圈等等。这些新型密封装置是建立在新的理论基础上的，不仅需要进行常规的性能实验，而且还要在全新近似真实的工况下进行实验研究。由于在化工、冶金、航天等领域工作条件的恶劣性，导致密封的工况条件也会有较大的变化，如实际密封压紧力变化较大，需要对于密封试件进行宽范围连续压紧力下的测量。密封试件的温度变化也会在常温到一千度之间。此外，在对密封性能的影响因素中，压缩量是一个重要因素。压缩量大，密封的封严特性好，但是在高温下，容易让密封失去弹性，从而会降低密封的耐久性。而压缩量太小，在加工误差或者振动等的条件下，不容易形成有效的密封。密封的优化条件之一，是要能够在满足密封的条件下，压缩量最小。因此，有必要设计一种在不同温度条件下，不同压缩量下进行密封性能的实验装置。由于条件限制，尚未见能够在高温和连续可调压缩量、压紧力条件下进行实验研究的密封实验装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计了一种压紧力和压缩量连续可调的高温密封实验装置，可以对不同的密封材料和密封结构进行连续压紧力和压缩量下的连续气密性和热密性测试。同时，可通过温度调节系统实现稳定宽范围的温度调节。

为实现上述目的，本发明是采用以下技术手段实现的：

一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，包括实验装置支座、加热系统、实验装置主体、压力及流量测试系统、温度控制系统和供气系统。

所述实验装置主体包括实验腔体、密封盖、压紧力加载和调节系统、温度传感器、传感器导管、密封上芯、密封下芯和加载滑块。进行实验时，将密封试件放在密封的实验腔体内，用密封下芯压住密封试件；温度传感器通过传感器导管与密封下芯通过螺纹连接，密封上芯和密封下芯通过过渡配合进行密封，最后加上密封盖进行进一步密封。密封盖和实验腔体通过螺栓连接。压紧力加载和调节系统的杠杆和支架通过螺栓连接形成铰支点，进而实现压紧力的加载和调节。通过调节压紧力加载和调节系统上加载滑块位置，改变密封压紧力。在实验装置进行制作时，对于压紧力加载和调节系统进行压紧力测定，并标注刻度，实现对于压紧力的连续调节。在传感器导管上标注压缩量刻度，实现对于密封试件连续压缩量的测量。

实验装置支座通过地脚螺栓固定在地基上，实验装置主体放置于实验装置支座之上，加热系统通过自身的锁紧装置和位于实验装置支座上的加热系统支脚固定在实验装置主体周围。

进一步的，所述实验腔体包括实验腔体主体、入口管路系统和出口管路系统。实验腔体主体和入口管路系统，实验腔体主体和出口管路系统通过焊接连接。

进一步的，所述入口管路系统包括管路以及快接接头，管路和快接接头通过焊接连接。快接接头和加压系统能够快速实现密封连接，提高连接效率。所述出口管路系统的管路以及标准法兰，管路和标准法兰通过焊接连接，能够和压力及流量测试系统完成密封连接，保证对于泄露气体的测试。

进一步的，所述实验装置支座包括加热系统支脚、实验装置支座主体和实验装置支座底座。实验装置支座底座安装实验装置支座主体之下，实验装置支座底座和实验装置支座主体通过焊接连接；加热系统支脚根据加热系统尺寸安装在实验装置支座主体上，加热系统支脚和实验装置支座主体通过焊接连接。

进一步的，加热系统包括加热电阻丝、保温层和锁紧装置。加热电阻丝通过烧制成型碳化硅固定在加热系统内；保温层使用锁紧装置定型，固定于碳化硅之外。加热电阻丝用于加热实验装置，保温层用于减少热量散失，保证加热速度，锁紧装置保证加热炉能够很好的与实验装置锁紧，保证实验装置与加热区域有良好的接触。

进一步的，温度传感器连接温度控制系统，温度控制系统用于采集实验装置温度，显示温度，并且通过对比密封腔体温度和加热区域温度，调整电流输出，保证密封部位温度稳定。

进一步的，供气系统包括往复式压缩机、储气罐、减压阀、压力表、管道式空气加热器和温度计。往复式压缩机能够提供密封试验的压力，管道式空气加热器能够对于空气进行加热，以满足实验测试的条件。

进一步的，压力及流量测试系统包括流量计、温度计和压力表。流量计用于测试空气泄漏量，温度计用于测试泄露气体温度，压力表用于测试泄露气体压力。

本实验装置有以下优势：

能够实现压紧力的连续调节：本实验装置利用杠杆进行加压，使得压紧力能连续调节。利用杠杆定理对于实验装置压紧力进行标定，能在之后进行实验时方便的调节对于密封试件的加压，节约实验时间，提供准确连续的压紧力。

能够实时的读取调节压缩量，通过对于实际压缩量的标注，在传感器导管形成刻度，在实验过程中，可通过刻度读取压缩量，提供或者连续调节压缩量。

能够平稳的调节温度，本实验装置自带加热系统，能够通过控制系统进行的控制，使得温度变化平稳，防止温度突变造成实验试件的损坏。

能够实现常温到高温800摄氏度的温度调节。本实验装置中的加热电阻丝为高温铂电阻，使得实验装置温度最高能达到800度，实现宽范围的温度调节，为密封试件提供宽范围的温度调节。

能够提供高温气体测试热密性。本实验装置带有管道式空气加热器，能够对于空气进行加热，从而测试密封试件的热密性能。

附图说明

图1为本实验装置的外观图。

图2为实验装置主体的剖面图。

图3为为实验装置腔体主体的外观图。

图4为加热系统的剖面图

图5为实验装置支座图。

图6为本实验装置应用的总体系统剖面图。

图7为本实验装置的温度控制系统原理图。

图8为本实验装置的整体原理图。

其中，1-实验装置支座，2-测试系统，3-加热系统，4-实验装置主体，5-控制系统，6-供气系统，7-实验装置腔体，8-密封盖，9-压紧力加载和调节系统杠杆，10-温度传感器，11-压紧力加载和调节系统加载砝码，12-压紧力加载和调节系统滑动装置，13-传感器导管，14-密封上芯，15-密封下芯，16-出口管路系统管路，17-出口管路系统法兰，18-实验装置腔体主体，19-入口管路系统管路，20-入口管路系统快接接头，21-保温层，22-锁紧装置，23-加热电阻丝，24-加热系统支脚，25-实验装置支座主体，26-实验装置支座底座。

具体实施方式

以下结合附图6对本发明的具体实施例加以说明。

1、实施例1

将实验装置支座1通过地脚螺栓固定在地面上，将实验装置腔体7安放在实验装置支座1上，将密封试件放到密封下芯15之下的实验装置腔体7内，之后使用密封下芯15压住密封试件；安装温度传感器10于密封下芯15的螺纹处，并且使温度传感器10导线穿过传感器导管13，连接控制系统5。然后，将密封上芯14和密封下芯15配合安装，形成密封。将密封盖8通过螺钉和实验装置腔体7固定。完成实验装置主体装配。将压紧力加载和调节系统杠杆9安装在密封盖8上，通过螺栓连接形成铰支点，压住传感器导管13，使得压紧力加载和调节系统杠杆9间接压住密封下芯15，完成对于密封试件的加压。

压紧力加载和调节系统杠杆9上安装压紧力加载和调节系统滑动装置12，通过加压紧力加载和调节系统砝码11实现对密封试件准确快速加压，同时在传感器导管13上读取压缩量刻度，实现对于压缩量的快速测量、记录。

将加热系统3安装在实验装置腔体7的外侧，并连接控制系统5，通过控制系统5完成对于实验装置加热温度的控制，控制系统5用于采集实验装置腔体7和加热系统3的温度，并进行比较计算，从而可以控制加热速度。

供气系统6通过入口管路系统快接接头20和实验装置进行连接，空气通过入口管路系统管路19进入实验装置腔体7，泄露气体通过出口管路系统法兰17和收集测试系统连接，从而实现对于不同温度的热氛围下密封试件，在连续压紧力的的泄露参数的测试。

2、实施例2

将实验装置支座1固定在地脚螺栓上，之后将实验装置腔体7安放在实验装置支座1上，将密封试件放到密封下芯15之下的实验装置腔体7内，之后使用密封下芯15压住密封试件，安装温度传感器10于密封下芯15螺纹处，并且使温度传感器10导线穿过传感器导管13，连接控制系统5。之后将密封上芯14和密封下芯15配合安装，形成密封。将密封盖8通过螺钉和实验装置腔体7固定。完成实验装置主体装配。将压紧力加载和调节系统杠杆9安装在密封盖8上，通过螺栓连接形成铰支点，压住传感器导管13，使得压紧力加载和调节系统杠杆9间接压住密封下芯15，完成对于密封试件的加压。

压紧力加载和调节系统杠杆9上安装压紧力加载和调节系统滑动装置12，通过加压紧力加载和调节系统砝码11实现对密封试件准确快速加压，同时在传感器导管13上读取压缩量刻度，实现对于压缩量的快速测量、记录。

供气系统6将气体加热加压之后通过入口管路系统快接接头20和实验装置进行连接，空气通过入口管路系统管路19进入实验装置腔体7，泄露气体通过出口管路系统法兰17和收集测试系统连接，从而实现对于不同温度气体下，密封试件热密性能以及泄露参数的测量。

Claims (8)

1.一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，其特征在于：包括实验装置支座、加热系统、实验装置主体、压力及流量测试系统、温度控制系统和供气系统；

所述实验装置主体包括实验腔体、密封盖、压紧力加载和调节系统、温度传感器、传感器导管、密封上芯、密封下芯和加载滑块；进行实验时，将密封试件放在密封的实验腔体内，用密封下芯压住密封试件；温度传感器通过传感器导管与密封下芯通过螺纹连接，密封上芯和密封下芯通过过渡配合进行密封，最后加上密封盖进行进一步密封；密封盖和实验腔体通过螺栓连接；压紧力加载和调节系统的杠杆和支架通过螺栓连接形成铰支点，进而实现压紧力的加载和调节；通过调节压紧力加载和调节系统上加载滑块位置，改变密封压紧力；在实验装置进行制作时，对于压紧力加载和调节系统进行压紧力测定，并标注刻度，实现对于压紧力的连续调节；在传感器导管上标注压缩量刻度，实现对于密封试件连续压缩量的测量；

实验装置支座通过地脚螺栓固定在地基上，实验装置主体放置于实验装置支座之上，加热系统通过自身的锁紧装置和位于实验装置支座上的加热系统支脚固定在实验装置主体周围。

2.根据权利要求1所述的一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，其特征在于：所述实验腔体包括实验腔体主体、入口管路系统和出口管路系统；实验腔体主体和入口管路系统，实验腔体主体和出口管路系统通过焊接连接。

3.根据权利要求1所述的一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，其特征在于：所述入口管路系统包括管路以及快接接头，管路和快接接头通过焊接连接；快接接头和加压系统能够快速实现密封连接，提高连接效率；所述出口管路系统的管路以及标准法兰，管路和标准法兰通过焊接连接，能够和压力及流量测试系统完成密封连接，保证对于泄露气体的测试。

4.根据权利要求1所述的一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，其特征在于：所述实验装置支座包括加热系统支脚、实验装置支座主体和实验装置支座底座；实验装置支座底座安装实验装置支座主体之下，实验装置支座底座和实验装置支座主体通过焊接连接；加热系统支脚根据加热系统尺寸安装在实验装置支座主体上，加热系统支脚和实验装置支座主体通过焊接连接。

5.根据权利要求1所述的一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，其特征在于：加热系统包括加热电阻丝、保温层和锁紧装置；加热电阻丝通过烧制成型碳化硅固定在加热系统内；保温层使用锁紧装置定型，固定于碳化硅之外；加热电阻丝用于加热实验装置，保温层用于减少热量散失，保证加热速度，锁紧装置保证加热炉能够很好的与实验装置锁紧，保证实验装置与加热区域有良好的接触。

6.根据权利要求1所述的一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，其特征在于：温度传感器连接温度控制系统，温度控制系统用于采集实验装置温度，显示温度，并且通过对比密封腔体温度和加热区域温度，调整电流输出，保证密封部位温度稳定。

7.根据权利要求1所述的一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，其特征在于：供气系统包括往复式压缩机、储气罐、减压阀、压力表、管道式空气加热器和温度计；往复式压缩机能够提供密封试验的压力，管道式空气加热器能够对于空气进行加热，以满足实验测试的条件。

8.根据权利要求1所述的一种密封压紧力连续可调的高温密封实验装置，其特征在于：压力及流量测试系统包括流量计、温度计和压力表；流量计用于测试空气泄漏量，温度计用于测试泄露气体温度，压力表用于测试泄露气体压力。