CN109596294B - 一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，柱状体远离法兰的一端穿过待测容器外壁并位于待测容器内部；第四通孔的内壁上设置螺纹，密封螺栓的密封螺纹与第四通孔的内壁上的螺纹相匹配，且密封螺栓通过密封螺纹安装于第四通孔；密封螺栓上沿密封螺栓轴线设置第五通孔；第一通孔的内径、密封管的管内径和第五通孔的内径均匹配于激振杆外径；激振杆依次穿过第一通孔、密封管和第五通孔并连接于待测容器内部的设备。本发明一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，通过设置上述结构，其既具有较高的防水密封性能，又便于快捷地将外部激励力顺利传递到容器内的被测结构，并对这些结构进行激振。

Description

一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置

技术领域

本发明涉及核技术领域，具体涉及一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置。

背景技术

采用模态试验方法进行密闭容器中的水下结构的振动特性试验时，为了获得容器中结构的振动特性，需要对容器中的结构进行激振，并同时测量激励（输入）和结构的响应（输出）时程，通过模数变换并采集作快速傅立叶变换计算，将时间信号变成数字频域信号，经过计算和曲线拟合等处理，求出频率响应（或传递）函数，并通过参数识别方法辨识出结构的模态参数和物理参数，从而得到结构的固有振动频率、相应的振型和阻尼等结构的振动特性参数。这不仅需要在结构的合适位置布置适量的响应测量传感器，而且还需要设计一种能够对结构进行激励的装置，通过这种装置可以对密闭容器中的结构进行激振，这种装置还必须具有较高的防水密封性能，防止在对容器内结构进行激励时，发生泄漏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量密闭容器中水下结构的振动特性试验的激振装置，其既具有较高的防水密封性能，又便于快捷地将外部激励力顺利传递到容器内的被测结构，并对这些结构进行激振，同时还对被测结构的振动特性不产生影响，并方便制造和操作使用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，包括密封环、密封管、密封螺栓和激振杆；所述密封环包括柱状体和设置于柱状体一端的法兰，且密封环通过法兰安装于待测容器；所述柱状体远离法兰的一端穿过待测容器外壁并位于待测容器内部；所述柱状体上从远离法兰的一端沿柱状体轴线依次设置第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔；所述第二通孔的内径与密封管的外径相匹配，且密封管安装于第二通孔；所述第四通孔的内壁上设置螺纹，所述密封螺栓的密封螺纹与第四通孔的内壁上的螺纹相匹配，且密封螺栓通过密封螺纹安装于第四通孔；所述密封螺栓上沿密封螺栓轴线设置第五通孔；所述第一通孔的内径、密封管的管内径和第五通孔的内径均匹配于激振杆外径；所述激振杆依次穿过第一通孔、密封管和第五通孔并连接于待测容器内部的设备。

本发明应用时，为了对待测容器内的设备进行激振测试，需要将激振杆直接连接于该设备，本发明设计了一种带多段通孔的密封环，并在密封环的第二通孔中设置一个密封管，激振杆可以在密封管中进行运动，从而实现激振杆的激振作用，同时密封管对激振杆进行密封；同时，在激振杆穿出密封环时，通过一个密封螺栓对端头进行密封，通过密封管和密封螺栓二者的相互作用，可以使得待测容器中的液体不会随着激振杆的运动而被带出待测容器；不同于现有技术中的轴封等技术，本发明应用在核领域设备的激振上，在核设施的容器内，如压力容器内，液体可能会带有放射性，所以通过本发明的设计，可以最大限度将液体封存在容器内，保证测试的安全进行。本发明在使用中，由于仅仅有密封环直接设置于容器外壁，而激振杆和后端的激振设备实际上并不与容器外壁直接连接，而密封环本身体积可以设置的较小，所以密封环对待测容器自身的振动特性影响极小，有效减少了检测中的误差。本发明通过设置上述结构，其既具有较高的防水密封性能，又便于快捷地将外部激励力顺利传递到容器内的被测结构，并对这些结构进行激振。

进一步的，所述法兰的端面上设置密封槽；所述密封槽内设置密封圈。

本发明应用时，在法兰的端面上设置密封槽，由于柱状体为一端设置在待测容器内部，而柱状体自身与待测容器外壁之间会存在缝隙，所以依然存在泄漏风险，本发明在法兰朝向待测容器外壁的端面上设置密封槽，并在密封槽内设置密封圈，这也可以使得当法兰安装在待测容器外壁上时，通过螺栓等安装件进行压紧后，可以防止液体从缝隙中渗出，进一步提高了本发明的密封性能。

进一步的，所述第一通孔的内径、第二通孔的内径和第三通孔的内径依次增大。

本发明应用时，第二通孔为安装密封管的位置，为了防止激振杆发生水平方向的振动，将第一通孔的内径匹配于激振杆的外径，从而对激振杆进行水平限位，同时第三通孔内再次进行密封，进一步提高密封性能。

进一步的，还包括多个密封垫片；所述多个密封垫片均设置在第三通孔内，且密封垫片上设置第六通孔；所述激振杆穿过第六通孔。

本发明应用时，为了进一步提高防水性，本发明在第三通孔内设置了一组密封垫片，由于第四通孔内设置密封螺栓，所以第三通孔内的密封垫片可以被密封螺栓进行压紧密实，从而实现密封，并且在磨损中成组的密封垫片更加容易更换。

进一步的，所述激振杆的一端设置有连接螺纹；所述激振杆通过连接螺纹连接于待测容器内部的设备，所述激振杆远离连接螺纹的一端施加激励。

本发明应用时，由于仅仅有密封环直接设置于容器外壁，而激振杆和后端的激振设备实际上并不与容器外壁直接连接，而密封环本身体积可以设置的较小，所以密封环对待测容器自身的振动特性影响极小，有效减少了检测中的误差。

进一步的，所述法兰上设置螺栓孔；所述法兰通过螺栓孔内设置螺栓安装并压紧于待测容器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，通过设置上述结构，其既具有较高的防水密封性能，又便于快捷地将外部激励力顺利传递到容器内的被测结构，并对这些结构进行激振。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明密封环示意图；

图2为本发明法兰示意图；

图3为本发明密封圈示意图；

图4为本发明密封管示意图；

图5为本发明密封垫片示意图；

图6为本发明密封螺栓示意图；

图7为本发明激振杆示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-密封环，2-密封圈，3-密封管，4-密封垫片，5-密封螺栓，6-激振杆，11-柱状体，12-法兰，13-第一通孔，14-第二通孔，15-第三通孔，16-第四通孔，17-密封槽，18-螺栓孔，41-第六通孔，51-第五通孔，61-连接螺纹，52-密封螺纹。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、图2、图4、图6和图7所示，本发明一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，包括密封环1、密封管3、密封螺栓5和激振杆6；所述密封环1包括柱状体11和设置于柱状体一端的法兰12，且密封环1通过法兰12安装于待测容器；所述柱状体11远离法兰12的一端穿过待测容器外壁并位于待测容器内部；所述柱状体11上从远离法兰12的一端沿柱状体11轴线依次设置第一通孔13、第二通孔14、第三通孔15和第四通孔16；所述第二通孔14的内径与密封管3的外径向匹配，且密封管3安装于第二通孔14；所述第四通孔16的内壁上设置螺纹，所述密封螺栓5的密封螺纹52与第四通孔16的内壁上的螺纹相匹配，且密封螺栓5通过密封螺纹52安装于第四通孔16；所述密封螺栓5上沿密封螺栓5轴线设置第五通孔51；所述第一通孔13的内径、密封管3的管内径和第五通孔51的内径均匹配于激振杆6外径；所述激振杆6依次穿过第一通孔13、密封管3和第五通孔51并连接于待测容器内部的设备。

本实施例实施时，为了对待测容器内的设备进行激振测试，需要将激振杆6直接连接于该设备，本发明设计了一种带多段通孔的密封环1，并在密封环1的第二通孔14中设置一个密封管3，激振杆6可以在密封管3中进行运动，从而实现激振杆6的激振作用，同时密封管3对激振杆6进行密封；同时，在激振杆6穿出密封环1时，通过一个密封螺栓5对端头进行密封，通过密封管3和密封螺栓5二者的相互作用，可以使得待测容器中的液体不会随着激振杆6的运动而被带出待测容器；不同于现有技术中的轴封等技术，本发明应用在核领域设备的激振上，在核设施的容器内，如压力容器内，液体可能会带有放射性，所以通过本发明的设计，可以最大限度将液体封存在容器内，保证测试的安全进行。本发明在使用中，由于仅仅有密封环1直接设置于容器外壁，而激振杆6和后端的激振设备实际上并不与容器外壁直接连接，而密封环1本身体积可以设置的较小，所以密封环1对待测容器自身的振动特性影响极小，有效减少了检测中的误差。本发明通过设置上述结构，其既具有较高的防水密封性能，又便于快捷地将外部激励力顺利传递到容器内的被测结构，并对这些结构进行激振。

实施例2

如图1和图3所示，本实施例在实施例1的基础上，所述法兰12的端面上设置密封槽17；所述密封槽17内设置密封圈2。

本实施例实施时，在法兰12的端面上设置密封槽17，由于柱状体11为一端设置在待测容器内部，而柱状体11自身与待测容器外壁之间会存在缝隙，所以依然存在泄漏风险，本发明在法兰12朝向待测容器外壁的端面上设置密封槽17，并在密封槽17内设置密封圈2，这也可以使得当法兰12安装在待测容器外壁上时，通过螺栓等安装件进行压紧后，可以防止液体从缝隙中渗出，进一步提高了本发明的密封性能。

实施例3

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，所述第一通孔13的内径、第二通孔14的内径和第三通孔15的内径依次增大。

本实施例实施时，第二通孔13为安装密封管3的位置，为了防止激振杆6发生水平方向的振动，将第一通孔13的内径匹配于激振杆的外径，从而对激振杆6进行水平限位。

实施例4

如图5所示，本实施例在实施例1的基础上，还包括多个密封垫片4；所述多个密封垫片4均设置在第三通孔15内，且密封垫片4上设置第六通孔41；所述激振杆6穿过第六通孔41。

本实施例实施时，为了进一步提高防水性，本发明在第三通孔15内设置了一组密封垫片4，由于第四通孔16内设置密封螺栓5，所以第三通孔15内的密封垫片4可以被密封螺栓5进行压紧密实，从而实现密封，并且在磨损中成组的密封垫片更加容易更换。

实施例5

如图7所示，本实施例在实施例1的基础上，所述激振杆6的一端设置有连接螺纹61；所述激振杆6通过连接螺纹61连接于待测容器内部的设备，所述激振杆6远离连接螺纹61的一端施加激励。

本实施例实施时，由于仅仅有密封环1直接设置于容器外壁，而激振杆6和后端的激振设备实际上并不与容器外壁直接连接，而密封环1本身体积可以设置的较小，所以密封环1对待测容器自身的振动特性影响极小，有效减少了检测中的误差。

实施例6

如图1~7所示，本实施例在实施例1~5的基础上，本发明的设计思路如下：

本发明需根据被测结构及外容器的特点，设计一种既能防水、密封，又能方便快地激励容器内的结构，而对容器内的结构的振动特性不产生附加影响的装置。此装置具有防水、密封，激振部分又能灵活前后运动。

设计一个不锈钢密封装置，即密封环1，其通过法兰盘上的螺栓与被测量结构的外容器相连接；密封环的中间开孔，孔的前端为较小直径的通孔Φd₁（稍大于激振杆直径），中段的通孔稍大Φd₂、Φd₃，后段为直径更大的内螺孔Md₁。密封装置法兰盘上开有密封槽中径为d4，装上“O”橡胶密封圈，再通过螺栓与外容器压紧，保证法兰与容器的密封性能。

设计一“O”橡胶密封圈，即密封圈2，其安装与法兰盘上的密封槽内，以防止不锈钢密封装置法兰与容器壁的连接发生泄漏。“O”橡胶密封圈厚度为d8，环的中径为d4（与密封槽直径相同）。

设计一橡胶内密封管外直径Φd₉（约小于Φd₂），其安装于不锈钢密封环的中段通孔Φd₂内。其中开Φd₉的通孔，激振杆穿过通孔，伸入容器内，可激振容器内被测结构。激振杆与橡胶密封管之间通过紧配合装配，以防止容器内的水在激振杆运动时泄漏。橡胶密封管兼防止容器内的水与不锈钢密封环之间的泄漏作用。橡胶内密封管的长度L5稍长于不锈钢密封环中段的长度L1。

设计橡胶密封垫。其外径为Φd₁₁，其用于不锈钢密封螺柱前端与不锈钢密封环内中段通孔的后端，加强不锈钢密封环内部的防水密封作用。其内径为Φd9，为激振杆的运动通道。

设计一个不锈钢密封螺柱，其前段为M₁螺柱，与密封装置的内螺纹配合。螺柱中间设计有通孔Φd₁₂（稍大于d9），为激振杆的运动通道。

设计一激振杆，其直径为Φd₉的不锈钢杆，激振杆的长度L12根据容器与被测结构间的距离以及容器外的操作空间来决定，其前端加工为M₂的螺纹，可与容器内被测结构进行连接，通过后端施加激励，通过激振杆传递到被测结构，实现对被测结构的激励而完成被测结构的振动特性试验。

实施例7

本实施例在实施例6的基础上，该装置已成功应用于多个反应堆堆内构件的振动特性试验：ACP1000压水反应堆堆内构件振动特性试验；ACP100压水反应堆等堆内构件振动特性试验；CAP1400压水反应堆等堆内构件振动特性试验；秦山二期反应堆堆内构件振动特性试验。

这些课题对堆内构件、吊篮组件、上部组件、二次支承组件等堆芯结构进行了振动特性测量，获得了这些结构的振动特性数据，为该堆的流致振动安全评审提供了准确而真实的依据。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，其特征在于，应用在压力容器内核领域设备的激振上，包括密封环（1）、密封管（3）、密封螺栓（5）和激振杆（6）；所述密封环（1）包括柱状体（11）和设置于柱状体一端的法兰（12），且密封环（1）通过法兰（12）安装于待测容器；所述柱状体（11）远离法兰（12）的一端穿过待测容器外壁并位于待测容器内部；

所述柱状体（11）上从远离法兰（12）的一端沿柱状体（11）轴线依次设置第一通孔（13）、第二通孔（14）、第三通孔（15）和第四通孔（16）；所述第二通孔（14）的内径与密封管（3）的外径相匹配，且密封管（3）安装于第二通孔（14）；所述第四通孔（16）的内壁上设置螺纹，所述密封螺栓（5）的密封螺纹（52）与第四通孔（16）的内壁上的螺纹相匹配，且密封螺栓（5）通过密封螺纹（52）安装于第四通孔（16）；

所述密封螺栓（5）上沿密封螺栓（5）轴线设置第五通孔（51）；所述第一通孔（13）的内径、密封管（3）的管内径和第五通孔（51）的内径均匹配于激振杆（6）外径；所述激振杆（6）依次穿过第一通孔（13）、密封管（3）和第五通孔（51）并连接于待测容器内部的设备；所述第一通孔（13）的内径、第二通孔（14）的内径和第三通孔（15）的内径依次增大；

还包括多个密封垫片（4）；所述多个密封垫片（4）均设置在第三通孔（15）内，且密封垫片（4）上设置第六通孔（41）；所述激振杆（6）穿过第六通孔（41）；

密封管（3）的长度大于第二通孔（14）的长度，密封管（3）为橡胶内密封管，密封垫片（4）为橡胶密封垫。

2.根据权利要求1所述的一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，其特征在于，所述法兰（12）的端面上设置密封槽（17）；所述密封槽（17）内设置密封圈（2）。

3.根据权利要求1所述的一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，其特征在于，所述激振杆（6）的一端设置有连接螺纹（61）；所述激振杆（6）通过连接螺纹（61）连接于待测容器内部的设备，所述激振杆（6）远离连接螺纹（61）的一端施加激励。

4.根据权利要求1所述的一种具有高密封防水性能的水下结构振动激励装置，其特征在于，所述法兰（12）上设置螺栓孔（18）；所述法兰（12）通过螺栓孔（18）内设置螺栓安装并压紧于待测容器。

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