CN110441047A - 一种基于波纹环的封严环试验转接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波纹环的封严环试验转接装置，包括上连接环和下连接环，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，下连接环的顶面上放置有封严环试验件，上连接环与下连接环之间连接有波纹环，上连接环和下连接环分别通过法兰与波纹环固连，下连接环的顶面上还设置有加热环，封严环试验件位于波纹环和加热环之间，且封严环试验件的开口朝向波纹环，封严环试验件的顶端与上连接环的底端紧密接触；下连接环中还设置有高压进气孔；上连接环与下连接环分别连接有一个水平的引出杆，两个引出杆分别连接有一个竖直的引伸杆。本发明基于波纹环的封严环试验转接装置提高了试验件加载力和变形量的测量精度。

Description

一种基于波纹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波纹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。

C形或W形封严环的模拟工况试验，需要在环的两侧提供高压差，以模拟其工作的空气压差条件；同时需要在给其加热，以模拟工作的温度条件。在这两个条件下，对其施压加载力，以测量其回弹特性、刚度、密封性、疲劳特性等参数。现有的试验装置皆以上下压盘直接作用于封严环、内部加热并充入高压气，由于封严环试验件的内外两腔必须充满高压气体，作用在上下压盘的反力非常大，尤其随着试验机最大试验件外径的增大，该力将以半径2次方的方式增加。当试验件的直径增大到1000mm时，压盘直径必须大于1000mm，这是作用在其上的反作用力将有几千千牛，会极大增加试验机加载力。同样，由于压盘力的急剧增加，压盘的结构强度也必须增强，于是压盘的质量也急剧增大，增大幅度几乎正比于最大试验件外径的三次方。这个结构质量的增加，极大地增加了试验器的加热功率，该功率会上升到五六十千瓦，这么大的加热功率，在非常小的试验空间中(通常试验空间只有几升)，几乎没有实现的可能。

由于压盘结构质量的增加，导致其热变形极为显著，仿真显示由于热量引起的变形将占到整体变形的90％以上。这么大的变形，很难用软件补偿的方式进行处理，导致试验件变形的测量精度变差。

同样，由于高压气体的存在，实验器必须用高压容器包裹，这不仅增加了实现的复杂度，同时也必须由具有高压容器资质的厂家来生产制造，而且必须在当地消防部门登记，使用维护不便，成本高。此外，由于压盘与高压容器之间必须密封，以满足几个兆帕压力的需求，该密封导致压盘连接杆与高压容器间具有几十千牛的可变摩擦力，导致无法精确测量加载到试验件上的加载力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于波纹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，降低对大直径的封严件试验件进行试验的试验难度，减少试验所需的热能、机械能及高压气能量，提高试验件加载力和变形量的测量精度，提高压环力的可控性。

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波纹环的封严环试验转接装置，包括上连接环和下连接环，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，所述上连接环与所述下连接环之间连接有波纹环，所述上连接环和所述下连接环分别通过法兰与所述波纹环固连，所述下连接环的顶面上还设置有加热环，所述封严环试验件位于所述波纹环和所述加热环之间，且所述封严环试验件的开口朝向所述波纹环，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波纹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；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，所述下连接环的顶面上还均匀设置有若干个限位块，所述加热环位于所述封严环试验件和所述限位块之间。

优选地，所述上连接环和所述下连接环分别通过螺栓与对应的所述法兰连接，且所述上连接环和所述下连接环与对应的所述法兰之间设置有密封垫。

优选地，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，所述加热环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。

本发明基于波纹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：

本发明基于波纹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，提高了试验件加载力和变形量的测量精度，提高了压环力的可控性。通过使用本发明基于波纹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、所需密封空间过大以及密封困难带来的压环力受动摩擦导致的不准确等一系列问题，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为本发明基于波纹环的封严环试验转接装置实施例一的结构示意图一；

图2为本发明基于波纹环的封严环试验转接装置实施例一的结构示意图二；

图3为本发明基于波纹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为图3的局部放大图；

图5为本发明基于波纹环的封严环试验转接装置实施例二的结构示意图；

其中：1、连接杆，2、上压盘，3、下压盘，4、上连接环，5、高压进气孔，6、下连接环，7、加热环，8、封严环试验件，9、高压腔，10、波纹环，11、密封垫，12、内六角螺栓，13、限位块、14引出杆，15、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波纹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，降低对大直径的封严件试验件进行试验的试验难度，减少试验所需的热能、机械能及高压气能量，提高试验件加载力和变形量的测量精度。

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1-4所示：本实施例基于波纹环的封严环试验转接装置包括上连接环4和下连接环6，上连接环4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6放置在封严环试验装置中的下压盘3上(在下连接环6的重力和其与下压盘3之间的摩擦力的作用下下连接环6即可保持静止不动，如果有必要也可以使下连接环6通过螺栓与下压盘3固连)，且下连接环6正对上连接环4，下连接环6的顶面上放置有封严环试验件8，封严环试验件8为外开口的W形封严环的试验件，上连接环4与下连接环6之间连接有波纹环10，上连接环4通过上法兰与波纹环10固连，下连接环6通过下法兰与波纹环10固连，上法兰和下法兰分别与波纹环10焊接，上连接环4通过内六角螺栓12与上法兰连接，下连接环6通过内六角螺栓12与下法兰连接，上连接环4与上法兰之间、下连接环6与下法兰之间均设置有密封垫11，密封垫11的材料为石墨，密封垫11能够保证上法兰和下法兰与上连接环4和下连接环6之间的密封性。

值得注意的是，本实施例基于波纹环的封严环试验转接装置中上连接环4的顶面和底面、下连接环6的顶面和底面均需为平面，避免这些面凹凸部不平影响试验的精确度。

在下连接环6的顶面上还设置有加热环7，加热环7紧邻封严环试验件8，加热环7可以将大部分热量以高效的方式传递给封严环试验件8，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7与上连接环4、下连接环6同轴，加热环7包括若干个沿圆周方向均匀分布的加热元件，加热元件为加热管，下连接环6的顶面上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8位于波纹环10和加热环7之间，且封严环试验件8的开口朝向波纹环10，封严环试验件8的顶端与上连接环4的底端紧密接触，上连接环4、下连接环6、波纹环10及封严件试验环围成空间极小的高压腔9，下连接环6中还设置有高压进气孔5，高压进气孔5的一端与高压腔9相通、另一端位于下连接环6的侧壁上，通过高压进气孔5能够向高压腔9中注入高压气体，使得高压腔9中的压强达到试验要求；高压腔9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9内的气体只能通过封严环试验件8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9的压力恒定，通过高压进气孔5不停的向高压腔9补充气体，以抵消封严环的空气泄露，该补充的空气流量就是封严环的泄露量。因此，只需要在高压腔9的入口用仪器测量空气流量，在试验进入稳态后测量的空气流量就是封严环的泄露量。

上连接环4与下连接环6分别连接有一个水平的引出杆14，两个引出杆14分别连接有一个竖直的引伸杆15，下连接环6的顶面上还均匀设置有若干个限位块13，加热环7位于封严环试验件8和限位块13之间。

利用本实施例基于波纹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波纹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8附件，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。该作用力F包括5部分：上压盘2及其连接杆1的重力G1(方向竖直向下)、试验转接装置上连接环4的重力G2(方向竖直向下)、波纹环10上的弹力F1(方向竖直向上)、高压腔9空气对上压盘2的压力F2(方向竖直向上)和封严环试验件8对上压盘2的弹力F3(方向竖直向上)。其中

F＝F1+F2+F3–G1-G2 (1)

在做试验前，首先不加试验件和高压气，测到一组压力与波纹环10变形的关系，实际上测量的是F1–G1–G2与波纹环10变形的关系。F2是由高压腔9中的空气压力作用到试验转接装置上引起的，该力与高压腔9的压强P与水平面上的等效截面积A有关，其中F2＝P×A，压力P可以通过连通高压腔9的管路上的压力传感器精确测出；等效截面积A可以用投影法，根据几何尺寸进行计算得出，也可以通过试验的方式测量换算得出。

根据式(1)，只要测量出F、F1–G1–G2和压力P，就可以得到作用到试验件上的压力F3。

由于转接装置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4与下连接环6上的引出杆14以及安装在对应引出杆14上的引伸杆15，将上连接环4与下连接环6的相对位移引出到保护壳的外部，然后用位移传感器测量同一组引伸杆15的相对位移，也就间接测量出了上连接环4与下连接环6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14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5所示，本实施例提供一种基于波纹环的封严环试验转接装置，本实施例基于波纹环的封严环试验转接装置与实施例一基于波纹环的封严环试验转接装置基本相同，不同之处在于：

本实施例基于波纹环的封严环试验转接装置中的封严环试验件8为内开口的W形封严环的试验件，波纹环10位于封严环试验件8的内侧，加热环7位于封严环试验件8的外侧。

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)

1.一种基于波纹环的封严环试验转接装置，其特征在于：包括上连接环和下连接环，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，所述上连接环与所述下连接环之间连接有波纹环，所述上连接环和所述下连接环分别通过法兰与所述波纹环固连，所述下连接环的顶面上还设置有加热环，所述封严环试验件位于所述波纹环和所述加热环之间，且所述封严环试验件的开口朝向所述波纹环，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波纹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；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所述的基于波纹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还均匀设置有若干个限位块，所述加热环位于所述封严环试验件和所述限位块之间。

3.根据权利要求1所述的基于波纹环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述上连接环和所述下连接环分别通过螺栓与对应的所述法兰连接，且所述上连接环和所述下连接环与对应的所述法兰之间设置有密封垫。

4.根据权利要求3所述的基于波纹环的封严环试验转接装置，其特征在于：所述密封垫的材料为石墨。

5.根据权利要求1所述的基于波纹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所述的基于波纹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，所述加热环为一根环形的加热管。

7.根据权利要求6所述的基于波纹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所述的基于波纹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。