CN111238802B - 高低温加压环境o形圈压缩率试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其中，转轴底轴上设置有转动轴沟槽，O形圈安装于转动轴沟槽中；套筒内螺纹孔的孔径大于套筒缸内孔的孔径形成梯形结构，转轴底轴旋入套筒缸内孔中使得O形圈与套筒缸内孔内壁形成径向密封，套筒进气螺纹孔与套筒缸内孔相交形成介质腔，套筒侧部设置有与套筒内螺纹孔相连通的排气孔；转接环的内圆套设于转动主轴上并螺旋连接入套筒内螺纹孔中，使得转轴大圆嵌入转接环底部内孔中；进气组件通过进气转接头与套筒进气螺纹孔密封连接，以向介质腔中输入高压流体。通过本发明的技术方案，可模拟高低温加压环境下O形圈的静态或动态密封，可多次重复使用，试验成本低，压力大小可调整。

Description

高低温加压环境O形圈压缩率试验装置

技术领域

本发明涉及密封圈测试技术领域，尤其涉及一种高低温加压环境O形圈压缩率试验装置。

背景技术

O形圈拆卸简单，品种多，成本低，结构和沟槽尺寸已形成标准，一般选用都是根据计算所得。但实际工作环境及运动状态很复杂，一般的结构尺寸计算不能反映实际工况对O形圈密封的影响，同时真实工况试验成本高，很多情况不可能做到，未经试验验证的O形圈选用及沟槽尺寸的设计可靠性不易保证。现有文件及专利中未查询到针对高低温加压环境O形圈压缩率试验装置的相关资料和方法，发明专利CN 102879189 A中公开了一种非金属O形圈性能测试装置，该专利用往复液压缸测试O形圈摩擦力，获得压缩量与载荷关系，未涉及高低温环境下O形圈旋转运动的密封测试，测试方式和目的不同。

因此，现有技术存在以下不足：

1)O形圈及沟槽的结构尺寸根据理论计算获得，而O形圈的实际工作环境和运动状态复杂，对O形圈的密封性能有影响。真实工况操作成本高，风险大，不可控因素多，未经试验验证的O形圈密封可靠性不易保证；

2)现有技术只涉及到O形圈压缩量与载荷关系，未涉及到具体的环境模拟及实现动载荷的试验方法和试验装置；

3)产品特殊的工作要求需O形圈左右转动或按一定速度连续旋转，现有的技术无法实现O形圈多种运动情况的动密封测试。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，可模拟高低温加压环境下O形圈的静态或动态密封，并直接测试密封效果，为O形圈选型及完善沟槽结构尺寸提供重要的试验依据，可多次重复使用，试验成本低，压力大小可调整，O形圈的装入、拆卸及更换轻松方便，试验过程安全可控。

为实现上述目的，本发明提供了一种高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，包括：转动轴、O形圈、套筒、转接环、进气转接头、进气组件和玻璃容器；所述转动轴由上向下分为转轴主轴、转轴大圆和转轴底轴三段，所述转轴大圆的直径大于所述转轴主轴和所述转轴底轴的直径，所述转轴底轴上设置有转动轴沟槽，所述O形圈安装于所述转动轴沟槽中；所述套筒固定于所述玻璃容器内底部，所述玻璃容器中注入高温或低温溶液；所述套筒内由上向下设置有套筒内螺纹孔和套筒缸内孔，所述套筒内螺纹孔、所述套筒缸内孔与所述套筒为同轴心设置，所述套筒内螺纹孔的孔径大于所述套筒缸内孔的孔径形成梯形结构，所述转轴底轴旋入所述套筒缸内孔中使得所述O形圈与所述套筒缸内孔内壁形成径向密封，所述套筒侧部横向设置有套筒进气螺纹孔，所述套筒进气螺纹孔与所述套筒缸内孔相交形成介质腔，所述套筒侧部设置有与所述套筒内螺纹孔相连通的排气孔；所述转接环为圆筒形结构，所述转接环底部设置有转接环底部内孔，所述转接环的内圆套设于所述转动主轴上并螺旋连接入所述套筒内螺纹孔中，使得所述转轴大圆嵌入所述转接环底部内孔中，并利用固定螺钉将所述转接环与所述转轴大圆螺接固定；所述进气组件通过所述进气转接头与所述套筒进气螺纹孔密封连接，以向所述介质腔中输入高压流体。

在上述技术方案中，优选地，所述转动轴的转轴主轴上横向贯穿设置转轴把手。

在上述技术方案中，优选地，所述转轴主轴上设置有键槽，所述键槽中设置有平键，所述转动轴通过所述平键与电机轴固定连接。

在上述技术方案中，优选地，所述转轴大圆上侧与所述转接环底部内孔的接触面之间安装衬垫。

在上述技术方案中，优选地，所述转接环的环体上固定有至少两个转动螺钉。

在上述技术方案中，优选地，所述进气转接头一端加工有进气转接头外螺纹及进气转接头密封面，所述进气转接头外螺纹螺旋连接至所述套筒内螺纹孔中，所述套筒内螺纹孔与所述套筒的侧面相交处设置有沉孔，所述进气转接头密封面与所述沉孔之间通过密封垫紧密贴合密封，所述进气转接头的另一端加工有进气转接头内圆锥，所述进气转接头内圆锥与所述进气组件的球形接头的外圆弧面紧密贴合密封。

在上述技术方案中，优选地，所述进气组件包括所述球形接头、外套螺母、弯管和进气接头，所述球形接头和所述进气接头设置于所述弯管的两端，所述进气接头的外侧设置有所述外套螺母，所述外套螺母与所述进气转接头外螺纹相螺接使得所述球形接头的外圆弧面与所述进气转接头内圆锥面之间形成紧密贴合密封，所述进气接头与外部气罐或液罐相连接，使得高压气体或高压液体通过所述弯管注入所述介质腔中。

在上述技术方案中，优选地，所述套筒的侧部设置至少两个套筒把手螺纹孔，套筒把手采用L型结构，对应数量的所述套筒通过一端的外螺纹螺旋入所述套筒把手螺纹孔中，并使所述套筒把手的另一端竖直向上设置。

在上述技术方案中，优选地，所述转轴大圆上沿平行于所述转动轴的中心轴方向均匀分布至少两个转动轴固定螺钉孔，所述转接环的环体上对应所述转动轴固定螺钉孔设置有对应数量的转接环固定螺钉孔，所述固定螺钉穿过所述转接环固定螺钉孔旋入所述转动轴固定螺钉孔实现所述转接环与所述转动轴的固定连接。

在上述技术方案中，优选地，所述转接环的外圆外侧设置梯形螺纹，所述套筒内螺纹孔的内壁设置为与所述转接环相适配的梯形螺纹，并通过所述梯形螺纹将所述转接环螺旋入所述套筒内螺纹孔中。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明通过在三综合试验箱中提供高低温环境，在玻璃容器中加入高温水溶液或低温酒精水混合液模拟产品的真实环境工况；通过外部高压液罐或移动气瓶，在套筒侧面经进气组件通入高压介质，在套筒内模拟O形圈加压环境；通过手工旋转或电机轴平键带动转动轴，模拟O形圈的旋转动密封，可实现高低温加压环境下的O形圈压缩率密封试验；

2、本发明通过转接环与转动轴的螺钉连接、转接环在套筒内的旋入和旋出，可带动转动轴克服摩擦力将O形圈在套筒内轻松装入和取出；同时拆卸固定螺钉后通过转轴把手或电机轴平键可轻松实现手工或机械旋转，模拟O形圈的动密封，既实现旋转又防止转动轴冲出，结构新颖有效；

3、本发明试验装置可多次重复使用，操作方便，试验成本低，O形圈和转动轴的装入、拆卸及更换轻松方便，试验过程安全可控，试验结果快速直观，为合理选用O形圈及优化沟槽尺寸提供了可靠的试验依据。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置的结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的套筒外形及剖视结构示意图；

图3为本发明一种实施例公开的转动轴的结构示意图；

图4为本发明一种实施例公开的转接环的结构示意图；

图5为本发明一种实施例公开的进气转接头的结构示意图；

图6为本发明一种实施例公开的进气组件的结构示意图；

图7为本发明一种实施例公开的套筒把手的结构示意图；

图8为本发明一种实施例公开的拆卸固定螺钉后手工旋转转动轴时的工作示意图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

1.转轴把手，2.转动轴，3.电机轴，4.平键，5.套筒把手，6.转动螺钉(M5×30)，7.转接环，8.固定螺钉(M4×15)，9.衬垫，10.套筒，11.介质腔，12.O形圈，13.密封垫，14.进气转接头，15.外套螺母，16.球形接头，17.弯管，18.进气接头，19.玻璃容器，20.排气孔，21.套筒把手螺纹孔，22.套筒内螺纹孔，23.套筒缸内孔，24.套筒进气螺纹孔，25.转动轴沟槽，26.转动轴固定螺钉孔，27.转动轴把手孔，28.转接环外螺纹，29.转接环底部内孔，30.转接环固定螺钉孔，31.转接环旋转螺钉孔，32.套筒把手外螺纹，33.进气转接头外螺纹a，34.进气转接头密封面，35.进气转接头外螺纹b，36.进气转接头内圆锥。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做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。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，高低温加压环境O形圈压缩率试验装置包括转轴把手1、转动轴2、平键4、电机轴3、套筒把手5、转动螺钉6、转接环7、衬垫9、固定螺钉8、套筒10、O形圈12、进气转接头14、进气组件、密封垫13和玻璃容器19。

转动轴2由上向下分为转轴主轴、转轴大圆和转轴底轴三段，转轴大圆的直径大于转轴主轴和转轴底轴的直径，转轴底轴上设置有转动轴沟槽25，O形圈12安装于转动轴沟槽25中；套筒10固定于玻璃容器19内底部，玻璃容器19中注入高温或低温溶液；套筒10内由上向下设置有套筒内螺纹孔22和套筒缸内孔23，套筒内螺纹孔22、套筒缸内孔23与套筒10为同轴心设置，套筒内螺纹孔22的孔径大于套筒缸内孔23的孔径形成梯形结构，转轴底轴旋入套筒缸内孔23中使得O形圈12与套筒缸内孔23内壁形成径向密封，套筒10侧部横向设置有套筒进气螺纹孔24，套筒进气螺纹孔24与套筒缸内孔23相交形成介质腔11，套筒10侧部设置有与套筒内螺纹孔22相连通的排气孔20；转接环7为圆筒形结构，转接环7底部设置有转接环底部内孔29，转接环7的内圆套设于转动主轴上并螺旋连接入套筒内螺纹孔22中，使得转轴大圆嵌入转接环底部内孔29中，并利用固定螺钉8将转接环7与转轴大圆螺接固定；进气组件通过进气转接头14与套筒进气螺纹孔24密封连接，以向介质腔11中输入高压流体。

通过在三综合试验箱中提供高低温环境，在玻璃容器19中加入高温水溶液或低温酒精水混合液模拟产品的真实环境工况；通过外部高压液罐或移动气瓶，在套筒10侧面经进气组件通入高压介质，在套筒10内形成介质腔11模拟O形圈12加压环境；通过手工旋转或电机轴3及平键4带动转动轴2，模拟O形圈12的旋转动密封，可实现高低温加压环境下的O形圈12的压缩率密封试验。

其中，通过理论计算得到活塞沟槽和O形圈12尺寸后，根据产品高低温实际工况对O形圈12的影响，设计多种沟槽及O形圈12的尺寸，并加工相应的转动轴2及选用相应的O形圈12；试验时分别更换O形圈12或转动轴2，可获得多种O形圈12压缩率在实际高低温工况下的密封性能；

图2所示为本发明实施例的套筒10的外形及剖视结构示意图，套筒10上部加工有梯形的套筒内螺纹孔22，用于转接环7的旋入；中部加工有套筒缸内孔23，与转动轴2上的O形圈12形成径向密封；套筒10侧面加工有套筒进气螺纹孔24及进气通道，安装进气转接头14和密封垫13，进气通道与套筒缸内孔23形成介质腔11，用于充入介质模拟产品加压工况对O形圈12形成工作压力；套筒10四面加工有排气孔20，便于观察O形圈12在玻璃容器19的介质液面中的密封情况。

图3为本发明实施例的转动轴2的结构示意图，包括平键4，通过转动轴2上的键槽将平键4装在转动轴2上。当根据产品工作要求需连续按一定速度旋转O形圈12时，此时拆卸转轴把手1，通过平键4将电机轴3装在转动轴2上，通过电机轴3旋转带动转动轴2旋转；转动轴2上设置有转动轴把手孔27用于插入转轴把手1，当根据产品工作要求需左右旋转O形圈12时，此时通过转轴把手1手工旋转转动轴2以模拟O形圈12左右旋转的动密封运动；根据产品的工作情况及理论计算在转动轴2上设置有一个或两个转动轴沟槽25，用于安装待测试的O形圈12；转轴大圆上均布设置有6个转动轴固定螺钉孔26，用于安装固定螺钉8，用于将转动轴2与转接环7连接，此时需先将衬垫9套在转动轴2上，安装在转动轴2和转接环7中间，以减少转动轴2旋转时与转接环7之间的摩擦。

图4为本发明实施例的转接环7结构示意图，转接环7外圆加工有梯形的转接环外螺纹28，底部加工有转接环底部内孔29，上部均匀加工有6个转接环固定螺钉孔30，转动轴2从转接环7底部装入，用6个固定螺钉8将转接环7与转动轴2连接，中间装有衬垫9；通过转动固定在转接环7上表面的至少两个转动螺钉6，将转接环7通过外螺纹旋入套筒10，同时带动转动轴2将转动轴2装入套筒缸内孔23中。

图5为本发明实施例的进气转接头14的结构示意图，进气转接头14一端加工有进气转接头外螺纹a33及进气转接头密封面34，进气转接头14通过进气转接头外螺纹a33固定在套筒10侧面，进气转接头密封面34与装在套筒10侧面沉孔上的密封垫13紧密贴合，形成端面密封；进气转接头14另一端加工有进气转接头内圆锥36，与进气组件球形接头16的外圆弧面紧密贴合，形成球面密封。

图6为本发明实施例的进气组件结构示意图，包括球形接头16、外套螺母15、弯管17和进气接头18。球形接头16和进气接头18分别焊接在弯管17的两端，通过外套螺母15与进气转接头14的进气转接头外螺纹b35连接，将进气组件固定在进气转接头14上，并形成球面密封；进气接头18通过外螺纹与外部高压液罐或气瓶连接，液罐或气瓶管路上装有压力表，通过弯管17的内孔将介质送入套筒10的介质腔11中，模拟O形圈12的加压工况。

图7为本发明实施例的套筒把手5的结构示意图，数量两件，套筒把手5设置为L弯形结构，通过一端的外螺纹32与套筒10圆周上的套筒把手螺纹孔21相连；另一端为竖直圆柱，用于手工把持并固定套筒10；为防止操作时烫伤或冻伤，套筒把手5的操作位置在玻璃容器19所装的介质液面以上，同时操作者需戴防护手套。

图8为拆卸固定螺钉8后手工旋转转动轴2时的工作示意图。通过转接环7旋入套筒10将转动轴2装入套筒10的套筒内螺纹孔22后，拆卸安装在转动轴2上的6个固定螺钉8，根据产品工作要求，在加压工况下手工左右转动或连续转动转轴把手1，带动转动轴2旋转，可模拟O形圈12在套筒10中的动密封运动工况；另外，根据产品有一定转速的连续旋转工作要求，可拆卸转轴把手1，将电机轴3通过平键4装在转动轴2上，通过电机旋转带动转动轴2旋转，可模拟O形圈12在套筒10中的机械旋转动密封运动工况。

通过不同O形圈12和转动轴沟槽25的不同尺寸，得到不同的压缩率，通过模拟高低温加压环境下O形圈12的静态或动态密封，可直接得到O形圈12的密封结果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，包括：转动轴、O形圈、套筒、转接环、进气转接头、进气组件和玻璃容器；

所述转动轴由上向下分为转轴主轴、转轴大圆和转轴底轴三段，所述转轴大圆的直径大于所述转轴主轴和所述转轴底轴的直径，所述转轴底轴上设置有转动轴沟槽，所述O形圈安装于所述转动轴沟槽中；

所述套筒固定于所述玻璃容器内底部，所述玻璃容器中注入高温或低温溶液；

所述套筒内由上向下设置有套筒内螺纹孔和套筒缸内孔，所述套筒内螺纹孔、所述套筒缸内孔与所述套筒为同轴心设置，所述套筒内螺纹孔的孔径大于所述套筒缸内孔的孔径形成梯形结构，所述转轴底轴旋入所述套筒缸内孔中使得所述O形圈与所述套筒缸内孔内壁形成径向密封，所述套筒侧部横向设置有套筒进气螺纹孔，所述套筒进气螺纹孔与所述套筒缸内孔相交形成介质腔，所述套筒侧部设置有与所述套筒内螺纹孔相连通的排气孔；

所述转接环为圆筒形结构，所述转接环底部设置有转接环底部内孔，所述转接环的内圆套设于所述转动主轴上并螺旋连接入所述套筒内螺纹孔中，使得所述转轴大圆嵌入所述转接环底部内孔中，并利用固定螺钉将所述转接环与所述转轴大圆螺接固定；

所述进气组件通过所述进气转接头与所述套筒进气螺纹孔密封连接，以向所述介质腔中输入高压流体。

2.根据权利要求1所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述转动轴的转轴主轴上横向贯穿设置转轴把手。

3.根据权利要求1所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述转轴主轴上设置有键槽，所述键槽中设置有平键，所述转动轴通过所述平键与电机轴固定连接。

4.根据权利要求2或3所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述转轴大圆上侧与所述转接环底部内孔的接触面之间安装衬垫。

5.根据权利要求4所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述转接环的环体上固定有至少两个转动螺钉。

6.根据权利要求4所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述进气转接头一端加工有进气转接头外螺纹及进气转接头密封面，所述进气转接头外螺纹螺旋连接至所述套筒内螺纹孔中，所述套筒内螺纹孔与所述套筒的侧面相交处设置有沉孔，所述进气转接头密封面与所述沉孔之间通过密封垫紧密贴合密封，所述进气转接头的另一端加工有进气转接头内圆锥，所述进气转接头内圆锥与所述进气组件的球形接头的外圆弧面紧密贴合密封。

7.根据权利要求6所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述进气组件包括所述球形接头、外套螺母、弯管和进气接头，

所述球形接头和所述进气接头设置于所述弯管的两端，所述进气接头的外侧设置有所述外套螺母，所述外套螺母与所述进气转接头外螺纹相螺接使得所述球形接头的外圆弧面与所述进气转接头内圆锥面之间形成紧密贴合密封，

所述进气接头与外部气罐或液罐相连接，使得高压气体或高压液体通过所述弯管注入所述介质腔中。

8.根据权利要求5所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述套筒的侧部设置至少两个套筒把手螺纹孔，套筒把手采用L型结构，对应数量的所述套筒通过一端的外螺纹螺旋入所述套筒把手螺纹孔中，并使所述套筒把手的另一端竖直向上设置。

9.根据权利要求1所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述转轴大圆上沿平行于所述转动轴的中心轴方向均匀分布至少两个转动轴固定螺钉孔，所述转接环的环体上对应所述转动轴固定螺钉孔设置有对应数量的转接环固定螺钉孔，所述固定螺钉穿过所述转接环固定螺钉孔旋入所述转动轴固定螺钉孔实现所述转接环与所述转动轴的固定连接。

10.根据权利要求1所述的高低温加压环境O形圈压缩率试验装置，其特征在于，所述转接环的外圆外侧设置梯形螺纹，所述套筒内螺纹孔的内壁设置为与所述转接环相适配的梯形螺纹，并通过所述转接环外圆外侧的所述梯形螺纹将所述转接环螺旋入所述套筒内螺纹孔中。

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