CN110441046B - 一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置 - Google Patents

一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：包括上连接环、密封体和下连接环，上连接环的顶端与封严环试验装置中的上压盘的底端固连，下连接环放置在封严环试验装置中的下压盘上，且下连接环正对上连接环，下连接环的顶面上放置有封严环试验件，封严环试验件为C形封严环的试验件或W形封严环的试验件，密封体包括设置在上连接环的底端的下凸环和设置在下连接环的顶端的上凸环，下凸环靠近上凸环的侧壁中嵌设有石墨密封环，石墨密封环伸出下凸环且与上凸环的外壁密封接触。本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置避免了对封严环试验件进行试验时上下压盘间承受高压导致压盘变形严重、加载机受力过大等一系列问题。

Description

一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置
技术领域
本发明涉及航空试验设备技术领域，特别是涉及一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置。
背景技术
近些年我国对于航空发动机技术做了大量的探索和研究，为使得航空发动机能够更高效地运行工作，其内部的工作环境尤为苛刻。封严环作为航空发动机内部防止泄露以及外部杂质进入发动机工作环境的重要装置，对其进行性能测试有极其重要的研究意义。封严环试验件试验时需要在环的两侧提供高压差环境，同时对其进行加热，以模拟其工作的空气压差条件。但是对于一般现有的试验装置而言，其上下压盘直接作用于封严环、内部加热并充入高压气体，存在着：加载装置因大容积高压气带来的反作用力，加载力过大(近2000kN)导致上下压板弯曲产生的变形问题；加载机由于密封受到的摩擦力过大，导致试验过程中对作用力测量精度的偏差问题；试验机模拟封严环工作环境的加热系统空间过大、能源资源消耗过多问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置，以解决上述现有技术存在的问题，避免对封严环试验件进行试验时上下压盘间承受高压导致压盘变形严重、加载机受力过大、所需高压空间过大以及密封困难。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：包括上连接环、密封体和下连接环，所述上连接环的顶端与封严环试验装置中的上压盘的底端固连，所述下连接环放置在封严环试验装置中的下压盘上，且所述下连接环正对所述上连接环，所述下连接环的顶面上放置有封严环试验件，所述封严环试验件为C形封严环的试验件或W形封严环的试验件，所述密封体包括设置在所述上连接环的底端的下凸环和设置在所述下连接环的顶端的上凸环，所述下凸环靠近所述上凸环的侧壁中嵌设有石墨密封环，所述石墨密封环伸出所述下凸环且与所述上凸环的外壁密封接触；
所述下连接环的顶面和所述上连接环的顶面分别设置有加热环，两个所述加热环相对应且两个所述加热环之间有间隔，所述封严环试验件位于所述密封体和所述加热环之间，且所述封严环试验件的开口朝向所述密封体，所述封严环试验件的顶端与所述上连接环的底端紧密接触；所述下连接环中还设置有高压进气孔，所述高压进气孔的一端位于所述密封体与所述封严环试验件之间的所述下连接环的顶面上、另一端位于所述下连接环的侧壁上；所述上连接环与所述下连接环分别连接有一个水平的引出杆，两个所述引出杆分别连接有一个竖直的引伸杆。
优选地，所述下连接环中还设置有低压排气孔，所述低压排气孔的一端位于所述加热环与所述封严环试验件之间的所述下连接环的顶面上、另一端位于所述下连接环的侧壁上。
优选地，所述下凸台中设置有将所述石墨密封环包围的冷却水槽和与所述冷却水槽相通的通水口。
优选地，所述下凸台与所述上凸台之间还夹设有环形的密封垫，所述密封垫的材料为石墨。
优选地，所述加热环紧邻所述封严环试验件。
优选地，所述加热环与所述上连接环、所述下连接环同轴，每个所述加热环均为一根环形的加热管。
优选地，所述下连接环的顶面上对应所述加热管设置有凹槽，所述加热管的底部嵌设在所述凹槽中。
优选地，所述上连接环通过螺栓与所述上压盘固连。
本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置避免了对封严环试验件进行试验时上下压盘间承受高压导致压盘变形严重、加载机受力过大、所需高压空间过大以及密封困难等一系列问题。本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置降低了对大直径的封严件试验件进行试验的试验难度，减少了试验所需的热能、机械能及高压气能量，避免了所需的加载力过大的技术问题，提高了变形量的测量精度。通过使用本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置进行封严环试验能够避免上下压盘间承受高压导致压盘变形严重、加载机受力过大以及所需密封空间过大等一系列问题，使得封严环试验装置的保护罩低压即可，而高压区的体积很小，有利于安全防护，减少能源消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置实施例一的结构示意图一；
图2为本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置实施例一的结构示意图二；
图3为本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置实施例一的三维结构示意图；
图4为本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置实施例二的结构示意图；
图5为本发明基于石墨密封环的封严环试验转接装置实施例二的三维结构示意图；
其中：1、连接杆，2、上压盘，3、下压盘，4、加热环，5、封严环试验件，6、上连接环，7、高压腔，8、冷却水槽，9、石墨密封环，10、通水口，11、高压进气孔，12、低压排气孔，13、下连接环，14、密封垫，15、中心低压区，16、引出杆，17、引伸杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置，以解决上述现有技术存在的问题，避免对封严环试验件进行试验时上下压盘间承受高压导致压盘变形严重、加载机受力过大、所需高压空间过大以及密封困难。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-3所示：本实施例基于石墨密封环的封严环试验转接装置包括上连接环6、密封体和下连接环13，上连接环6的顶端通过螺栓与封严环试验装置中的上压盘2的底端固连，下连接环13放置在封严环试验装置中的下压盘3上(在下连接环13的重力和其与下压盘3之间的摩擦力的作用下下连接环13即可保持静止不动，如果有必要也可以使下连接环13通过螺栓与下压盘3固连)，且下连接环13正对上连接环6，下连接环13的顶面上放置有封严环试验件5，封严环试验件5为外开口的W形封严环的试验件。
密封体包括设置在上连接环6的底端的下凸环和设置在下连接环13的顶端的上凸环，下凸环靠近上凸环的侧壁中嵌设有石墨密封环9，石墨密封环9伸出下凸环且与上凸环的外壁密封接触。
值得注意的是，本实施例基于石墨密封环的封严环试验转接装置中上连接环6的顶面和底面、下连接环13的顶面和底面均需为平面(除去下凸台和上凸台外)，避免这些面凹凸部不平影响试验的精确度。
在下连接环13的顶面和上连接环6的底面上均设置有加热环，两个加热环相对应且两个加热环之间有间隔；加热环紧邻封严环试验件5，加热环可以将大部分热量以高效的方式传递给封严环试验件5，主要传递方式为热辐射和热传递，该设计使得试验件优先快速升温，其它部分(包括上下压盘3、外部的保温装置、保护罩、转接装置上下环等)随后慢慢升温。加热环与上连接环6、下连接环13同轴，加热环为加热管，下连接环13的顶面和上连接环6的底面分别对应加热管设置有凹槽，加热管的底部嵌设在凹槽中。
封严环试验件5位于密封体和加热环之间，且封严环试验件5的开口朝向密封体，封严环试验件5的顶端与上连接环6的底端紧密接触，上连接环6、下连接环13、密封体及封严件试验环围成空间极小的高压腔7，下连接环13中还设置有高压进气孔11，高压进气孔11的一端与高压腔7相通、另一端位于下连接环13的侧壁上，通过高压进气孔11能够向高压腔7中注入高压气体，使得高压腔7中的压强达到试验要求；高压腔7的空间体积极小，大大减小了需要加热的加热工质，大大节省了热能。高压腔7内的气体只能通过封严环试验件5与转接接装置之间的缝隙泄露出，该泄露的气体流量就是试验件在当前试验条件下的泄露量。为了保证高压腔7的压力恒定，通过高压进气孔11不停的向高压腔7补充气体，以抵消封严环试验件5的空气泄露。
上连接环6与下连接环13分别连接有一个水平的引出杆16，两个引出杆16分别连接有一个竖直的引伸杆17。下连接环13中还设置有低压排气孔12，低压排气孔12的一端位于加热环与封严环试验件5之间的下连接环13的顶面上、另一端位于下连接环13的侧壁上，封严环试验件5泄露的空气只能通过低压排气孔12排出，因此，只需要用仪器测量低压排气孔12出口的空气流量，在试验进入稳态后测量的低压排气孔12出口的空气流量就是封严环试验件5的泄露量。本实施例试验装接装置的外侧与内侧均与大气相通，中心低压区15依赖低压排气孔12与大气相通，因此该试验装置的外部保护罩(壳体)无需严格密封，不需要作为高压容器进行设计。保护罩的密封仅用于减少系统与外界的热交换，提高加热效率。下凸台中设置有将石墨密封环9包围的冷却水道8和与冷却水道8相通的通水口10，冷却水道8能够对石墨密封环9进行降温，以保证石墨密封环9良好的密封性。下凸台与上凸台之间还夹设有环形的密封垫14，密封垫14的材料为石墨，环形的密封垫14能够进一步增强高压腔7的密封性。
利用本实施例基于石墨密封环的封严环试验转接装置进行封严环试验的过程如下：
首先将本实施例基于石墨密封环的封严环试验转接装置设置在现有的封严环试验装置中，使封严环试验装置中的温度传感器位于封严环试验件5附近，并在上压盘2的连接杆1上安装力载荷传感器，用于测量施加到上压盘2的作用力F。
然后，找准压块基准，将封严环试验件5加温到800K，通过温度传感器能够测得封严环试验件5的温度，再将高压腔7加压至2MP，高压腔中的压力P可以通过连通高压腔7的管路上的压力传感器精确测出；后加载上压盘2的压力至2000KN，只需要根据高压腔进气孔11与低压排气孔12的流量就能测量出封严环试验件5的泄露量。
由于转接装置中的连接环与压盘接触的面积为一个同心的小环面，在这个面上压盘2的载荷分布是均匀的，相对变形几乎为0，可是忽略不计。通过安装在转接装置上连接环6与下连接环13上的引出杆16以及安装在对应引出杆16上的引伸杆17，将上连接环6与下连接环13的相对位移引出到保护壳的外部，然后用位移传感器或其它测量装置测量同一组引伸杆17的相对位移，也就间接测量出了上连接环6与下连接环13的相对位移，也就是试验件的变形。由于该变形的测量方法避开了上压盘2和下压盘3的变形，从而可精确测量试验件的变形量。
为了精确测量试验件的变形，并同时获取上下转接装置之间的平行度，可以沿圆周多安装几组测量传感器，通过对这些传感器测量结果的综合计算，可以获取更加准确的变形量，也可以计算出上下转接装置之间的平行度。沿圆周的测量装置可以是3组、4组或更多组，可根据压盘的尺寸等参数进行合理选择。试验件的变形，也可以通过引出杆16引到保护罩的外壳附近，并在外壳上开透明窗口，然后通过激光的方式进行测量。在加热温度不大于900℃时，透明窗口可采用石英玻璃；当加热温度大于900℃，透明窗口可采用蓝宝石。
实施例二
如图4-5所示，本实施例提供一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置，本实施例基于石墨密封环的封严环试验转接装置与实施例一基于石墨密封环的封严环试验转接装置基本相同，不同之处在于：
本实施例基于石墨密封环的封严环试验转接装置中的封严环试验件5为内开口的W形封严环的试验件，密封体位于封严环试验件5的内侧，加热环位于封严环试验件5的外侧。低压排气孔12横穿下连接环13，高压进气孔11进气流量减去低压排气孔12排气流量即为试验泄露量。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：包括上连接环、密封体和下连接环，所述上连接环的顶端与封严环试验装置中的上压盘的底端固连，所述下连接环放置在封严环试验装置中的下压盘上，且所述下连接环正对所述上连接环，所述下连接环的顶面上放置有封严环试验件，所述封严环试验件为C形封严环的试验件或W形封严环的试验件，所述密封体包括设置在所述上连接环的底端的下凸环和设置在所述下连接环的顶端的上凸环，所述下凸环靠近所述上凸环的侧壁中嵌设有石墨密封环，所述石墨密封环伸出所述下凸环且与所述上凸环的外壁密封接触；
所述下连接环的顶面和所述上连接环的底面分别设置有加热环，两个所述加热环相对应且两个所述加热环之间有间隔，所述封严环试验件位于所述密封体和所述加热环之间，且所述封严环试验件的开口朝向所述密封体，所述封严环试验件的顶端与所述上连接环的底端紧密接触；所述下连接环中还设置有高压进气孔，所述高压进气孔的一端位于所述密封体与所述封严环试验件之间的所述下连接环的顶面上、另一端位于所述下连接环的侧壁上；所述上连接环与所述下连接环分别连接有一个水平的引出杆，两个所述引出杆分别连接有一个竖直的引伸杆。
2.根据权利要求1所述的基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述下连接环中还设置有低压排气孔，所述低压排气孔的一端位于所述加热环与所述封严环试验件之间的所述下连接环的顶面上、另一端位于所述下连接环的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述下凸环中设置有将所述石墨密封环包围的冷却水槽和与所述冷却水槽相通的通水口。
4.根据权利要求3所述的基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述下凸环与所述上凸环之间还夹设有环形的密封垫，所述密封垫的材料为石墨。
5.根据权利要求1所述的基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述加热环紧邻所述封严环试验件。
6.根据权利要求1所述的基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述加热环与所述上连接环、所述下连接环同轴，每个所述加热环均为一根环形的加热管。
7.根据权利要求6所述的基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述下连接环的顶面上对应所述加热管设置有凹槽，所述加热管的底部嵌设在所述凹槽中。
8.根据权利要求1所述的基于石墨密封环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述上连接环通过螺栓与所述上压盘固连。
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