CN109282944A - 一种超低温环境用复合密封件密封可靠性验证方法 - Google Patents

Abstract

一种超低温环境用复合密封件密封可靠性验证方法，进行可靠性验证试验；所述的可靠性验证试验包括力矩变量试验和法兰对接面间隙模拟试验，在进行力矩变量试验和法兰对接面间隙模拟试验之前均需保证试验工装沟槽无缺陷、沟槽尺寸满足设计要求；根据力矩变量试验满足漏率指标要求的施加力矩和法兰对接面间隙模拟试验满足漏率指标的法兰对接面间隙确定密封件的可靠性等级；本发明试验代表性强、简单易行且通用性强。

Description

一种超低温环境用复合密封件密封可靠性验证方法

技术领域

本发明涉及密封领域，特别涉及一种超低温环境用复合密封件密封可靠性验证方法。

背景技术

高性能运载火箭的推进剂介质和使用环境要求密封结构的法兰对接面在超低温工况下满足高可靠密封要求。复合密封件是一种新型密封件，不同材料间性能差异产生的自紧效应使其可以实现超低温密封(实用新型专利CN 201322093 Y)。然而，在实际使用过程中，机械加工和焊接导致的法兰变形、力矩施加误差使得安装后法兰对接面存在一定的间隙，如密封件无法补偿该间隙，将导致超低温下密封失效；此外，力矩松弛、紧固件意外失效也会使密封装置的连接紧密性下降，降低超低温密封的可靠性，进而影响系统的安全性。因此，需要获得满足漏率指标前提下复合密封件允许的最大装配间隙及紧固件最小安装力矩，建立密封件漏率-间隙-力矩间的关系，明确密封件在低温环境中的密封裕度。

密封试验是鉴定特定环境下密封结构密封性能的重要措施。目前，传统的试验方法是在额定力矩下考察温度、压力等因素对密封性能的影响，但这种方法无法反映力矩值、力矩松弛、装配间隙等因素对密封性能的影响，更无法判断密封件使用的可靠性。因此，需要设计新试验方法模拟实际装配过程中可能存在的法兰变形、力矩施加误差导致的法兰对接面间隙，验证超低温环境用复合密封件的可靠性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为了验证超低温环境用复合密封件密封可靠性，设计了一套密封可靠性验证方法。

本发明的技术解决方案是：一种超低温环境用复合密封件密封可靠性验证方法，通过下述方式实现：

进行可靠性验证试验；所述的可靠性验证试验包括力矩变量试验和法兰对接面间隙模拟试验，在进行力矩变量试验和法兰对接面间隙模拟试验之前均需保证试验工装沟槽无缺陷、沟槽尺寸满足设计要求，密封件尺寸外观无缺陷、尺寸满足设计要求；

其中力矩变量试验为：在试验工装上安装密封件和紧固件，对紧固件施加力矩，在低温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率是否满足设计指标要求，如不满足，则按比例施加增量力矩继续试验，直至漏率满足设计指标要求，试验过程中记录施加的力矩、法兰对接面间隙值和低温漏率；

法兰对接面间隙模拟试验为：在试验工装上安装密封件和紧固件，使得法兰对接面间隙达到满足漏率要求的理论最大间隙值，对所有紧固件施加至额定力矩；在低温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率是否满足技术指标要求，若不满足，则按理论最大间隙值的某一比例递减上述法兰对接面间隙继续进行试验，直至某间隙后密封件的低温漏率满足技术指标要求；试验过程中记录法兰对接面间隙和低温漏率；

根据力矩变量试验满足漏率指标要求的施加力矩和法兰对接面间隙模拟试验满足漏率指标的法兰对接面间隙确定密封件的基础可靠性等级；

上述试验工装包括带沟槽的上下法兰，所述的低温为小于-180℃的温度。

优选的，设定经可靠性验证试验确定的密封件可靠性等级为基础可靠性级别为零级ˉ四级，可靠性随级别增长而提高。

优选的，对可靠性级别为一级ˉ四级的密封件进一步执行可靠性增长试验，若通过可靠性增长试验，则密封件的可靠性级别在基础可靠性级别基础上提高一级。

优选的，所述的可靠性增长试验包括温度循环试验和螺栓失效模拟试验；在进行温度循环试验和螺栓失效模拟试验之前均需保证试验工装沟槽无缺陷、沟槽尺寸满足设计要求；具体执行顺序如下：

首先进行温度循环试验，所述的温度循环试验：在试验工装上安装密封件和紧固件，对所有紧固件施加至额定力矩，测量法兰对接面间隙；在低温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验过程中记录法兰对接面间隙和低温漏率，并测量并记录紧固件力矩值；试验结束后卸掉压力使试验工装回复室温，在室温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验过程中记录法兰对接面间隙和常温漏率，并测量并记录紧固件力矩值；依次进行上述低温、室温循环试验，若在预设循环次数内，漏率不满足设计要求，则该密封件未通过可靠性增长试验；否则进一步执行螺栓失效模拟试验；

所述的螺栓失效模拟试验为将温度循环试验后的试验工装拆除部分紧固件，对所有剩余紧固件施加至额定力矩，测量法兰对接面间隙，在低温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验过程中记录法兰对接面间隙值和低温漏率；若低温漏率不满足设计要求，则该密封件未通过可靠性增长试验；否则认定该密封件通过可靠性增长试验。

优选的，所述力矩变量试验中对紧固件施加的初始力矩为设计额定力矩的5％～30％。

优选的，所述力矩变量试验中紧固件力矩施加的增量力矩为设计额定力矩的5％～30％。

优选的，所述沟槽截面形状为矩形、梯形、椭圆形。

优选的，检测漏率的方法为气泡法、流量计法、压降法或氦质谱检漏法的一种或几种。

优选的，法兰对接面间隙模拟试验中通过在法兰周围垫垫片来控制法兰对接面间隙；垫片数量为法兰紧固件数量的25％，50％，75％，100％中的一种或几种，垫片放置于两个相邻紧固件中间，垫片放置方式为对均匀称连续放置、均匀对称相邻放置、连续偏心放置、相邻偏心放置的一种或几种。

优选的，所述的垫片为金属材料，材质为铝、铝合金、紫铜、黄铜中的一种；垫片厚度根据需要模拟的间隙进行设计。

优选的，递减法兰对接面间隙值为理论最大间隙值的5％～30％。

优选的，所述的预设次数取值范围为1-8。

优选的，试验工装回复常温方法为室温静置回温、淋水回温或烘箱静置回温。

优选的，所述的螺栓失效模拟试验中拆除部分紧固件的数量为2-4，且拆除螺栓占该法兰螺栓数量的比例不应超过20％；拆除方式为均匀对称拆除、相邻连续拆除、相邻间隔拆除的一种或几种。

优选的，所述的密封件为硬质骨架外包橡胶层的结构，骨架轴向截面结构为圆环，径向截面结构为工字型、梯形、矩形、X型或C型，橡胶层径向全包围或半包围硬质骨架；骨架材料为金属或者非金属材料，金属材料为铝合金、碳钢、不锈钢、低膨胀合金、高温合金，非金属材料为聚酰亚胺、尼龙、聚醚醚酮、聚甲醛中的一种或几种；橡胶层材料为丁基橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶。

优选的，所述的试验工装的法兰形式为整体法兰、活套法兰中的一种或两种；试验过程中同一种工装的数量应大于3套；同种工装的法兰应具有不同的密封沟槽尺寸，使工装可以模拟密封件的设计压缩率范围。

优选的，所述的低温环境通过在保温容器内添加低温介质实现，所述的低温介质为液氧、液氮、液氢或液氦。

优选的，所述的基础可靠性级别通过下述方式进行确定：

假设满足力矩变量试验中达到漏率要求时施加的力矩利用参数M表示，法兰对接面间隙模拟试验中达到漏率要求时法兰对接面间隙值利用参数H表示，额定力矩为M1；则

M≤70％M1且H≥0.15时，密封件可靠性级别为四级；

70％M1<M<90％M1且H≥0.05；

或者M≤90％M1且0.05<H<0.15时，密封件可靠性级别为三级；

90％M1<M<100％M1，且H≥0.05；

或者M≤90％M1且0<H<0.05，密封件可靠性级别为二级；

90％M1<M<100％M1且0<H<0.05，密封件可靠性级别为一级；

对接面间隙其余情况，密封件可靠性级别为零级。

本发明与现有技术相比有益效果为：

1.试验代表性强：本发明通过力矩增加试验可以获得密封件满足漏率指标的最低力矩；通过法兰对接面间隙模拟试验中垫片数量的选择和垫片安装位置的变化可以模拟各种因素导致的法兰对接面间隙；通过螺栓失效试验中失效螺栓的数量和位置的变化可以模拟多种因素导致的紧固件失效。设计的整套试验模拟了密封件实际使用中各种可能出现的导致密封失效的工况，模拟真实度高，代表性强。

2.试验简单易行：本发明中设计的试验均以常规密封试验为基础，操作简单。通过试验结果可以综合评判密封件的可靠性程度。

3.试验通用性强：本发明提出的试验方法，适用于多种结构、各种尺寸的超低温环境用复合结构密封件，并可以进一步推广至其他类型密封件，通用性强。

附图说明

图1为实施例1中的密封可靠性试验系统示意图；

图2为实施例1中的可靠性工装示意图；

图3为实施例2中的力矩变量试验中力矩与间隙及漏率的关系图。

具体实施方式

通过具体实施方式可进一步理解本发明。该领域技术人员可根据发明内容对本发明做一些非本质的调整和改进。

本方法包括可靠性验证试验和可靠性提高试验两部分，其中可靠性验证试验包括力矩变量试验和法兰对接面间隙模拟试验，该部分试验可以模拟紧固件力矩施加偏差和机械加工和焊接导致的法兰变形，试验结果可以分析紧固件力矩和法兰对接面间隙对低温环境密封装置漏率的影响，建立间隙-力矩-漏率间的关系，判断超低温环境用复合密封件的基础可靠性等级。可靠性提高试验包括温度循环试验和紧固件失效模拟试验，该部分试验可以模拟密封部位的高低温循环冲击和紧固件失效情况，试验结果用于判断密封件是否具有更高的可靠性。通过本套方法，可以全面评价实际装配的超低温环境用复合密封件的密封可靠性，更好的满足运载火箭推进剂系统的使用需求。

本发明方法通过试验工装模拟现实待密封部位，试验工装可通过两个带沟槽的法兰组成，法兰通过紧固件固定，法兰对接面间隙通过密封件进行密封。工装的法兰形式为整体法兰结构、活套法兰结构中的一种或两种；为了增加试验的可靠性，试验过程中同一种工装的数量应大于3套；同种工装的法兰应具有不同的密封沟槽尺寸，使其可以模拟密封件的设计压缩率范围；工装根据检漏方法的不同可以配有真空罩，工装法兰和真空罩材料为铝合金、不锈钢、碳钢、高温合金、钛合金的一种或几种。

密封件为硬质骨架外包橡胶层的结构，骨架轴向截面结构为圆环，径向截面结构为工字型、梯形、矩形、X型或C型的一种或几种，橡胶层径向全包围或半包围硬质骨架。骨架材料为金属或非金属材料，金属材料为铝合金、碳钢、不锈钢、低膨胀合金、高温合金，非金属材料为聚酰亚胺、尼龙、聚醚醚酮、聚甲醛；橡胶层材料为丁基橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶。

紧固件包括螺栓、螺母、弹簧垫圈和平垫片，材料为铝合金、不锈钢、高温合金、碳钢的一种或几种；法兰和真空罩用螺栓的公称直径为M6～M14，长度为24～72，数量为4～48；法兰和真空罩用螺母的公称直径为M6～M14，数量为4～48；法兰和真空罩用弹簧垫圈的公称直径为6～14，数量为4～48；法兰和真空罩用平垫片的公称直径为6～14，厚度为1～2，数量为4～96。

检漏装置为压力表或氦质谱检漏仪等。

本发明试验的顺序：

a.可靠性验证试验：本部分为必做试验，包括力矩变量试验和法兰对接面间隙模拟试验，试验顺序可以自行调整。

b.可靠性增长试验：本部分为选做试验，分别按顺序进行温度循环试验和螺栓失效模拟试验。

下面分别对上述涉及试验进行具体介绍。

(1)力矩变量试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽尺寸。检查试验所用密封件表面状态并测量密封件尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。按照密封件设计参数核算额定装配力矩，按照额定力矩的某一比例(5％～30％)施加初始力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。安装真空罩并用紧固件拧紧(是否安装真空罩视漏率检测方法而定)。将试验工装置于低温介质中，静置使工装温度达到平衡，充压至额定压力进行试验，采用一定方法检测低温漏率。若漏率未满足设计指标要求，按额定力矩的某一比例(额定力矩的5％～30％)施加增量力矩继续进行试验，直至施加至某力矩后密封装置的低温漏率满足技术指标要求。试验过程中记录施加的力矩、间隙值和低温漏率。

(2)法兰对接面间隙模拟试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽尺寸。更换密封件，检查试验所用密封件表面状态并测量密封件尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。通过密封件的设计压缩率核算满足密封性能时法兰间的理论最大间隙值，用一定数量垫片在按一定方式在法兰周围垫至该间隙，用塞规测量实际间隙，对所有紧固件施加至额定力矩。安装真空罩并用紧固件拧紧(是否安装真空罩视漏率检测方法而定)。将试验工装置于低温介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力进行试验，采用一定方法检测低温漏率。若漏率未满足设计指标要求，按理论最大间隙值的某一比例递减间隙继续进行试验，直至某间隙后密封装置的低温漏率满足技术指标要求。试验过程中记录法兰对接面间隙和低温漏率。

(3)温度循环试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽尺寸。检查试验所用密封件表面状态并测量密封件尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。对所有紧固件施加至额定力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。安装真空罩并用紧固件拧紧(是否安装真空罩视漏率检测方法而定)。将试验工装置于低温介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力，采用一定方法检测低温漏率。低温试验结束后卸掉压力，采用一定方法使试验工装回复常温，在室温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验按上述方法共进行多次室温和低温循环，过程中记录法兰对接面间隙和常、低温漏率，试验后用测力矩扳手测量紧固件力矩值。

(4)螺栓失效模拟试验：将温度循环试验后的工装拆除部分紧固件，对其余紧固件施加至额定力矩。安装真空罩并用紧固件拧紧(是否安装真空罩视漏率检测方法而定)。用塞规测量法兰对接面间隙，将试验工装置于低温介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力，采用一定方法检测低温漏率。试验过程中记录法兰对接面间隙值和低温漏率。

(5)确定超低温环境用复合密封件可靠性：根据力矩变量试验满足漏率指标要求的安装力矩和法兰对接面间隙模拟试验满足漏率指标的法兰间隙确定超低温环境用复合密封件的基础可靠性级别。若密封件同时通过温度循环试验和螺栓失效模拟试验考核，复合密封件可以在基础可靠性级别上提高一级。

所述超低温环境用复合密封件的可靠性等级共为六级，标记为零级至五级，可靠性随级别增长而提高。通过可靠性验证试验可以确定的基础可靠性级别为零级ˉ四级，基础可靠性级别为一级ˉ四级的密封件通过了可靠性增长试验可以提高一级可靠性，基础可靠性级别为零级的密封件无法通过可靠性增长试验提高可靠性。

基础可靠性级别通过下述方式进行确定：

假设满足力矩变量试验中达到漏率要求时施加的力矩利用参数M表示，法兰对接面间隙模拟试验中达到漏率要求时法兰对接面间隙值利用参数H表示，额定力矩为M1；则

M≤70％M1且H≥0.15时，密封件可靠性级别为四级；

70％M1<M<90％M1且H≥0.05；

或者M≤90％M1且0.05<H<0.15时，密封件可靠性级别为三级；

90％M1<M<100％M1，且H≥0.05；

或者M≤90％M1且0<H<0.05，密封件可靠性级别为二级；

90％M1<M<100％M1且0<H<0.05，密封件可靠性级别为一级；

对接面间隙其余情况，密封件可靠性级别为零级。

实施例1

(1)准备骨架径向截面为工字型、轴向截面为圆环的氟橡胶全包围不锈钢骨架的复合密封件，准备不锈钢整体法兰结构试验工装3套。每套工装准备12件M8×40不锈钢螺栓、12件M8不锈钢螺母、12件直径8的不锈钢弹簧垫圈和24件直径8、厚度1.5的不锈钢平垫片。准备足量液氢介质、氦质谱检漏仪、力矩扳手、塞规和厚度0.05mm～0.3mm的紫铜垫片。本实施例的密封试验系统示意见图1(1高压气瓶；2阀门；3压力表；4减压器；5试验工装；6保温桶；7温域；8氦质谱仪；9真空泵)，工装结构见2，图中21法兰；22复合密封件；23紧固件；24真空罩；25充压管嘴；26抽空管嘴；27垫片。

(2)力矩变量试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽的槽内径和槽深度尺寸。检查试验所用密封件表面状态并测量密封件的内径和高度尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。按照密封件设计参数核算额定装配力矩，按照额定力矩的20％施加初始力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。安装真空罩并用紧固件拧紧，将试验工装置于液氢介质中，静置使工装温度达到平衡，充压至额定压力进行试验，采用氦质谱检漏法检测低温漏率。若漏率未满足设计指标要求，按额定力矩的10％施加增量力矩继续进行试验，直至施加至某力矩后密封装置的低温漏率满足技术指标要求。试验过程中记录施加的力矩、间隙值和低温漏率。

(3)法兰对接面间隙模拟试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽的槽内径和槽深度尺寸。更换密封件，检查试验所用密封件表面状态并测量密封件内径和高度尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。通过密封件的设计压缩率核算满足密封性能时法兰间的理论最大间隙值，用紧固件数量50％的垫片均匀对称相邻在法兰周围垫至该间隙，对所有紧固件施加至额定力矩，用塞规测量实际间隙。安装真空罩并用紧固件拧紧，将试验工装置于液氢介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力进行试验，采用氦质谱检漏法检测低温漏率。若漏率未满足设计指标要求，按理论最大间隙值的15％递减间隙继续进行试验，直至某间隙后密封装置的低温漏率满足技术指标要求。试验过程中记录对接面间隙和低温漏率。

(4)确定超低温环境用复合密封件可靠性：力矩变量试验满足漏率指标要求的安装力矩为80％额定力矩，法兰对接面间隙模拟试验满足漏率指标的法兰间隙值为0.2，确定超低温环境用复合密封件的基础可靠性级别为三级。未进行可靠性递增试验，密封件的可靠性级别为三级。

实施例2

(1)准备骨架径向截面为梯形、轴向截面为圆环的硅橡胶半包围聚醚醚酮骨架的复合密封件，准备铝合金活套法兰结构试验工装3套。每套工装准备16件M6×44铝合金螺栓、16件M6铝合金螺母、16件直径6的不锈钢弹簧垫圈和32件直径6、厚度1的不锈钢平垫片。准备足量液氮介质、氦质谱检漏仪、压力表、力矩扳手、塞规和厚度0.1mm～0.5mm的黄铜垫片。

(2)力矩变量试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽的槽内径、槽外径和槽深度尺寸。检查试验所用密封件表面状态并测量密封件的内径、外径和高度尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。按照密封件设计参数核算额定装配力矩，按照额定力矩的25％施加初始力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。将试验工装置于液氮介质中，静置使工装温度达到平衡，充压至额定压力进行试验，采用压降法检测低温漏率。若漏率未满足设计指标要求，按额定力矩的20％施加增量力矩继续进行试验，直至施加至某力矩后密封装置的低温漏率满足技术指标要求。试验过程中记录施加的力矩、间隙值和低温漏率。本实例力矩变量试验中力矩与间隙及漏率的关系见图3。

(3)法兰对接面间隙模拟试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽的槽内径、槽外径和槽深度尺寸。更换密封件，检查试验所用密封件表面状态并测量密封件内径、外径和高度尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。通过密封件的设计压缩率核算满足密封性能时法兰间的理论最大间隙值，用紧固件数量25％的垫片均匀连续放置在法兰周围垫至该间隙，对所有紧固件施加至额定力矩，用塞规测量实际间隙。将试验工装置于液氮介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力进行试验，采用压降法检测低温漏率。若漏率未满足设计指标要求，按理论最大间隙值的10％递减间隙继续进行试验，直至某间隙后密封装置的低温漏率满足技术指标要求。试验过程中记录对接面间隙和低温漏率。

(4)温度循环试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽槽内径、槽外径和槽深度尺寸。更换密封件，检查试验所用密封件表面状态并测量密封件内径、外径和高度尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。对所有紧固件施加至额定力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。安装真空罩并用紧固件拧紧，将试验工装置于液氮介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力，采用氦质谱检漏法检测低温漏率。低温试验结束后卸掉压力，采用淋水方法使试验工装回复常温，在室温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验按上述方法共进行5次室温和低温循环，过程中记录对接面间隙和常、低温漏率，试验后用测力矩扳手测量紧固件力矩值。

(5)螺栓失效模拟试验：将温度循环试验后的工装均匀对称拆除4个紧固件，对所有紧固件施加至额定力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。安装真空罩并用紧固件拧紧，将试验工装置于液氮介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力，采用氦质谱检漏法检测低温漏率。试验过程中记录对接面间隙值和低温漏率。

(6)确定超低温环境用复合密封件可靠性：力矩变量试验满足漏率指标要求的安装力矩为55％，法兰对接面间隙模拟试验满足漏率指标的法兰间隙值为0.2，确定超低温环境用复合密封件的基础可靠性级别为4级。密封件同时通过了温度循环试验和螺栓失效模拟试验考核，复合密封件的可靠性级别为5级。

实施例3

(1)准备骨架径向截面为矩形、轴向截面为圆环的丁基橡胶全包围高温合金骨架的复合密封件，准备铝合金整体法兰结构试验工装6套。每套工装准备8件M10×48高温合金螺栓、8件M10高温合金螺母、8件直径10的高温合金弹簧垫圈和16件直径10、厚度1.5的高温合金平垫片。准备足量液氢和液氮介质、氦质谱检漏仪、力矩扳手、塞规和厚度0.05mm～0.4mm的铝垫片。

(2)力矩变量试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽的槽内径和槽深度尺寸。检查试验所用密封件表面状态并测量密封件的内径和高度尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。按照密封件设计参数核算额定装配力矩，按照额定力矩的20％施加初始力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。安装真空罩并用紧固件拧紧，将试验工装置于液氢介质中，静置使工装温度达到平衡，充压至额定压力进行试验，采用氦质谱检漏法检测低温漏率。若漏率未满足设计指标要求，按额定力矩的10％施加增量力矩继续进行试验，直至施加至某力矩后密封装置的低温漏率满足技术指标要求。试验过程中记录施加的力矩、间隙值和低温漏率。

(3)法兰对接面间隙模拟试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽的槽内径和槽深度尺寸。更换密封件，检查试验所用密封件表面状态并测量密封件内径和高度尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。通过密封件的设计压缩率核算满足密封性能时法兰间的理论最大间隙值，用紧固件数量50％的垫片均匀连续放置在法兰周围垫至该间隙，对所有紧固件施加至额定力矩，用塞规测量实际间隙。安装真空罩并用紧固件拧紧，将试验工装置于液氢介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力进行试验，采用氦质谱检漏法检测低温漏率。若漏率未满足设计指标要求，按理论最大间隙值的20％递减间隙继续进行试验，直至某间隙后密封装置的低温漏率满足技术指标要求。试验过程中记录对接面间隙和低温漏率。

(4)温度循环试验：检查试验工装沟槽是否有缺陷，测量并记录密封沟槽槽内径和槽深度尺寸。更换密封件，检查试验所用密封件表面状态并测量密封件内径和高度尺寸。清理密封件表面，安装密封件和紧固件。对所有紧固件施加至额定力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。将试验工装置于液氮介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力，采用气泡法检测低温漏率。低温试验结束后卸掉压力，采用烘箱静置方法使试验工装回复常温，在室温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验按上述方法共进行3次室温和低温循环，过程中记录对接面间隙和常、低温漏率，试验后用测力矩扳手测量紧固件力矩值。

(5)螺栓失效模拟试验：将温度循环试验后的工装相邻连续拆除2个紧固件，对所有紧固件施加至额定力矩，用塞规测量法兰对接面间隙。将试验工装置于液氮介质中，静置使工装温度达到平衡，随后充压至额定压力，采用气泡法检测低温漏率。试验过程中记录对接面间隙值和低温漏率。

(6)确定超低温环境用复合密封件可靠性：力矩变量试验满足漏率指标要求的安装力矩为80％，法兰对接面间隙模拟试验满足漏率指标的法兰间隙值为0.08，确定超低温环境用复合密封件的基础可靠性级别为3级。密封件同时通过了温度循环试验和螺栓失效模拟试验考核，复合密封件的可靠性级别为4级。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (18)

1.一种超低温环境用复合密封件密封可靠性验证方法，其特征在于通过下述方式实现：

进行可靠性验证试验；所述的可靠性验证试验包括力矩变量试验和法兰对接面间隙模拟试验，在进行力矩变量试验和法兰对接面间隙模拟试验之前均需保证试验工装沟槽无缺陷、沟槽尺寸满足设计要求，密封件尺寸外观无缺陷、尺寸满足设计要求；

其中力矩变量试验为：在试验工装上安装密封件和紧固件，对紧固件施加力矩，在低温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率是否满足设计指标要求，如不满足，则按比例施加增量力矩继续试验，直至漏率满足设计指标要求，试验过程中记录施加的力矩、法兰对接面间隙值和低温漏率；

法兰对接面间隙模拟试验为：在试验工装上安装密封件和紧固件，使得法兰对接面间隙达到满足漏率要求的理论最大间隙值，对所有紧固件施加至额定力矩；在低温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率是否满足技术指标要求，若不满足，则按理论最大间隙值的某一比例递减上述法兰对接面间隙继续进行试验，直至某间隙后密封件的低温漏率满足技术指标要求；试验过程中记录法兰对接面间隙和低温漏率；

根据力矩变量试验满足漏率指标要求的施加力矩和法兰对接面间隙模拟试验满足漏率指标的法兰对接面间隙确定密封件的基础可靠性等级；

上述试验工装包括带沟槽的上下法兰，所述的低温为小于-180℃的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设定经可靠性验证试验确定的密封件可靠性等级为基础可靠性级别为零级ˉ四级，可靠性随级别增长而提高。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对可靠性级别为一级ˉ四级的密封件进一步执行可靠性增长试验，若通过可靠性增长试验，则密封件的可靠性级别在基础可靠性级别基础上提高一级。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的可靠性增长试验包括温度循环试验和螺栓失效模拟试验；在进行温度循环试验和螺栓失效模拟试验之前均需保证试验工装沟槽无缺陷、沟槽尺寸满足设计要求；具体执行顺序如下：

首先进行温度循环试验，所述的温度循环试验：在试验工装上安装密封件和紧固件，对所有紧固件施加至额定力矩，测量法兰对接面间隙；在低温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验过程中记录法兰对接面间隙和低温漏率，并测量并记录紧固件力矩值；试验结束后卸掉压力使试验工装回复室温，在室温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验过程中记录法兰对接面间隙和常温漏率，并测量并记录紧固件力矩值；依次进行上述低温、室温循环试验，若在预设循环次数内，漏率不满足设计要求，则该密封件未通过可靠性增长试验；否则进一步执行螺栓失效模拟试验；

所述的螺栓失效模拟试验为将温度循环试验后的试验工装拆除部分紧固件，对所有剩余紧固件施加至额定力矩，测量法兰对接面间隙，在低温环境中，在额定压力下检测密封件的漏率，试验过程中记录法兰对接面间隙值和低温漏率；若低温漏率不满足设计要求，则该密封件未通过可靠性增长试验；否则认定该密封件通过可靠性增长试验。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述力矩变量试验中对紧固件施加的初始力矩为设计额定力矩的5％～30％。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述力矩变量试验中紧固件力矩施加的增量力矩为设计额定力矩的5％～30％。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述沟槽截面形状为矩形、梯形、椭圆形。

8.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：检测漏率的方法为气泡法、流量计法、压降法或氦质谱检漏法的一种或几种。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：法兰对接面间隙模拟试验中通过在法兰周围垫垫片来控制法兰对接面间隙；垫片数量为法兰紧固件数量的25％，50％，75％，100％中的一种或几种，垫片放置于两个相邻紧固件中间，垫片放置方式为对均匀称连续放置、均匀对称相邻放置、连续偏心放置、相邻偏心放置的一种或几种。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的垫片为金属材料，材质为铝、铝合金、紫铜、黄铜中的一种；垫片厚度根据需要模拟的间隙进行设计。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：递减法兰对接面间隙值为理论最大间隙值的5％～30％。

12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的预设次数取值范围为1-8。

13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：试验工装回复常温方法为室温静置回温、淋水回温或烘箱静置回温。

14.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的螺栓失效模拟试验中拆除部分紧固件的数量为2-4，且拆除螺栓占该法兰螺栓数量的比例不应超过20％；拆除方式为均匀对称拆除、相邻连续拆除、相邻间隔拆除的一种或几种。

15.根据权利要求1-14之一所述的方法，其特征在于：所述的密封件为硬质骨架外包橡胶层的结构，骨架轴向截面结构为圆环，径向截面结构为工字型、梯形、矩形、X型或C型，橡胶层径向全包围或半包围硬质骨架；骨架材料为金属或者非金属材料，金属材料为铝合金、碳钢、不锈钢、低膨胀合金、高温合金，非金属材料为聚酰亚胺、尼龙、聚醚醚酮、聚甲醛中的一种或几种；橡胶层材料为丁基橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶。

16.根据权利要求1-15之一所述的方法，其特征在于：所述的试验工装的法兰形式为整体法兰、活套法兰中的一种或两种；试验过程中同一种工装的数量应大于3套；同种工装的法兰应具有不同的密封沟槽尺寸，使工装可以模拟密封件的设计压缩率范围。

17.根据权利要求1-16之一所述的方法，其特征在于：所述的低温环境通过在保温容器内添加低温介质实现，所述的低温介质为液氧、液氮、液氢或液氦。

18.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的基础可靠性级别通过下述方式进行确定：

假设满足力矩变量试验中达到漏率要求时施加的力矩利用参数M表示，法兰对接面间隙模拟试验中达到漏率要求时法兰对接面间隙值利用参数H表示，额定力矩为M1；则

M≤70％M1且H≥0.15时，密封件可靠性级别为四级；

70％M1<M<90％M1且H≥0.05；

或者M≤90％M1且0.05<H<0.15时，密封件可靠性级别为三级；

90％M1<M<100％M1，且H≥0.05；

或者M≤90％M1且0<H<0.05，密封件可靠性级别为二级；

90％M1<M<100％M1且0<H<0.05，密封件可靠性级别为一级；

对接面间隙其余情况，密封件可靠性级别为零级。