CN111828636B - 一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构 - Google Patents

一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高温高压标定装置加载系统的动密封结构，填料合和加载件均沿各自的轴向开设有通孔；填料合的轴向段依次包括第一连接段、第一圆台段、第二连接段，第一连接段用于与压力容器连接；第一圆台段的外径大于第二连接段的外径，第一圆台段朝向第二连接段的端面外缘设有倒角I；第一圆台段和第二连接段的通孔内壁均设有凹形密封圈；加载件的轴向段依次包括第二圆台段和第二螺母段，第二圆台段的自由端面内缘设有倒角II；第二连接段嵌入第二圆台段和第二螺母段的通孔内固定，第一圆台段的倒角I斜面与第二圆台段的倒角II斜面契合。本发明实现了高温高压环境下顶杆穿过压力容器实现加载功能，保证了釜内压力和温度指标稳定以及加载精度。

Description

一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构
技术领域
本发明涉及密封装置技术领域，具体涉及一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构。
背景技术
近些年来，随着科学技术迅猛发展、生产力水平空前提高，对测量精度和数据可靠性提出更高要求。应变片和位移传感器等被广泛应用于航空、航天、核电、军工领军领域高端设备高温高压工况下的测量。在常温常压下，采用厂家提供的灵敏度参数进行设定，测得的数据具有很好的真实性和可靠性。然而，在较长时间的高温或高压测试下，应变片或位移传感器的热输出以及零漂和蠕变等特性都会发生较大改变，直接采用厂家给定的参数值，将导致很大的测试误差。为了获取应此类传感器在高温高压下的特性，需要建立一套高温高压水下传感器标定装置，加载系统的动密封结构作为该装置的关键部分，直接决定了装置的可靠性和标定精度。
申请号为201610953071.2的中国发明专利“一种用于室温至1800℃高温应变校准标定装置”和刘梓才，卢琰琰，何承义.高温应变片标定装置设计[J].原子能科学技术2008,42(Sup pl):704-706》公布了一套高温应变标定装置，未考虑高压对应变传感器特性影响，因此不涉及动密封技术。高温高压标定装置加载系统包括顶杆和动密封件，加载试验前需要拆卸、安装和调试。常用的动密封结构多采用石墨密封，通过石墨密封环与顶杆的接触式摩擦达到密封的目的，密封效果较好；但由于石墨密封件的结构强度有限，在安装和调试过程中震动、磕碰和撞击容易使石墨环断裂，影响密封效果，且石墨环造价昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的传感器标定装置未考虑高压工况对传感器特性影响，同时由于该装置为标定装置，对其加载精度提出更高要求。目前，对高精度加载下的动密封技术研究甚少，本发明提供了解决上述问题的一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，用于实现探究应变片和位移传感器等在高温高压下特性，确保测试数据的真实性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，包括填料合和加载件，所述填料合和加载件两者均沿各自的轴向开设有通孔；所述填料合的轴向段依次包括第一连接段、第一圆台段、第二连接段，所述第一连接段用于与压力容器连接；所述第一圆台段的外径大于第二连接段的外径，第一圆台段朝向第二连接段的端面外缘设有倒角I；第一圆台段和第二连接段的通孔内壁均设有凹形密封圈；所述加载件的轴向段依次包括第二圆台段和第二螺母段，所述第二圆台段的自由端面内缘设有倒角II；第二连接段嵌入第二圆台段和第二螺母段的通孔内固定，实现填料合与加载件连接，且第一圆台段的倒角I斜面与第二圆台段的倒角II斜面契合；使用时，顶杆依次穿过加载件的通孔、填料合的通孔后伸入压力容器内，未加载动力时，顶杆上的凸形密封圈与第二连接段内的凹形密封圈适配；加载动力时，顶杆向压力容器移动，顶杆上的凸形密封圈向前移动与第一圆台段内的凹形密封圈适配。
为了实现高温高压环境下顶杆穿过高压釜容器实现加载功能，同时保证釜内压力和温度指标稳定以及加载精度，本发明提供了一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构。本发明提供的动密封结构，主要由填料合和加载件两部分构成，其中填料合与压力容器壁相连，加载件与填料合连接，填料合和加载件沿同一轴向具有通孔供顶杆通过、并做往复运动。
填料合第一圆台段与加载件的第二圆台段配合，使第一圆台段的倒角斜面与第二圆台段的倒角斜面贴合，实现填料合于加载件的硬密封；顶杆上固定的凸性密封圈嵌入第一圆台段和第二连接段通孔内的凹形密封圈内，实现顶杆与填料合的软密封，从而保障顶杆在往复运动加载过程中，压力容器内压力稳定，测试精准。
进一步优选，所述第一连接段包括一体连接的第一螺纹段和第一螺母段，所述第一螺纹段用于与压力容器上的螺纹孔螺纹连接。
压力容器如高压釜容器，其加载端面开有带螺纹的通孔，高压釜满足压力容器的设计标准，为该标定装置提供高温高压以及水下等环境。填料合与高压釜容器相连，填料合与容器之间不存在转动，长期固定在容器壁上。
进一步优选，所述第一连接段与第一圆台段之间还包括散热段。
散热段具有高温散热作用，经过了散热段，容器内高温降低至密封材料可承受温度下。
进一步优选，所述第二连接段设有外螺纹，所述第二圆台段和第二螺母段的通孔内设有与所述外螺纹适配的内螺纹。
填料合与加载件通过螺纹连接，结构简单，利于密封。
进一步优选，所述顶杆的杆段上设有圆台I和圆台II，圆台I和圆台II与顶杆三者轴心线重合，且圆台I的外径大于圆台II的外径，圆台II的外径大于顶杆的外径；所述第二连接段内部通孔向靠近第一圆台段的方向依次包括大径孔和小径孔，所述第一圆台段的通孔内径与小径孔内径相等，小径孔的内径小于大径孔的内径；所述顶杆的圆台I与大径孔段适配，顶杆的圆台II与小径孔段和第一圆台段的通孔适配；圆台II的前端台阶端面处对应的顶杆杆段上固定凸形密封圈。
加载件通过一体成型设有有圆台I和圆台II，其中，圆台I与第二连接段内的大径孔端适配，仅在大径孔段内沿轴向往复移动，对顶杆起到限位作用；圆台II的前端台阶断面处的顶杆上固定套设凸性密封圈，通过台阶面对凸性密封圈起到支撑作用。
进一步优选，所述凹形密封圈和凸形密封圈均采用聚四氟乙烯材质制成。
凹形密封圈和凸形密封圈都采用聚四氟乙烯(PTFE)材质，具有高耐热和耐化学作用性；位移加载时，能够实现高交变弯曲强度，与顶杆之间密封性能好，具有很好的耐磨性。
进一步优选，所述加载件还包括第三连接段，所述第三连接段的一端与第二螺母段自由端固定连接，第三连接段的另一端通孔内设有内螺纹，用于与顶杆端部的外螺纹适配连接。
顶杆的前端和后端均有细螺纹，前端细螺纹主要用于加载，后端细螺纹与第三连接段的内螺纹配合连接。
进一步优选，所述顶杆的内壁与填料合以及加载件的通孔内壁间隙配合。
本发明具有如下的优点和有益效果：
为了实现高温高压环境下顶杆穿过高压釜容器实现加载功能，同时保证釜内压力和温度指标稳定以及加载精度，本发明提供了一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构。将本动密封结构集成在目前已有的高温标定装置中，同时增加高压环境，可构成一套完整的高温高压水下传感器标定装置；同时也可应用该动密封结构的原理进行改进，运用在其它系统或装置上实现其结构密封，具有广泛的应用前景。具体优点如下：
1、结构简单、操作方便，填料合长期固定在高压釜容器壁上，工作可靠且不易损坏；
2、采用了硬密封和软密封等多层密封，对于位移加载过程中顶杆与填料合、加载件处的密封性进行了多重保证；
3、PTFE材质具有较高的密封强度，大大降低了因密封材料破坏引起密封性能，同时经过散热段，消除了温度对密封性能影响。
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为本发明的填料合结构示意图；
图2为本发明的加载件结构示意图；
图3为本发明的填料合与加载件连接结构示意图；
图4为本发明的填料合、加载件与顶杆连接结构示意图；
图5为本发明的顶杆结构示意图；
附图中标记及对应的零部件名称：1-填料合，11-第一连接段，111-第一螺纹段，112-第一螺母段，12-第一圆台段，13-第二连接段，14-凹形密封圈，15-散热段；
2-加载件，21-第二圆台段，22-第二螺母段，23-第三连接段；
3-顶杆，31-凸形密封圈，32-圆台II，33-圆台I，34-首端螺纹段，35-尾端螺纹段。
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
本实施例提供了一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，包括填料合1和加载件2，所述填料合1和加载件2两者均沿各自的轴向开设有通孔。
填料合1的轴向段依次包括第一连接段11、第一圆台段12、第二连接段13，第一连接段11用于与高压釜容器连接；第一圆台段12的外径大于第二连接段13的外径，第一圆台段12朝向第二连接段13的端面外缘设有向外的倒角I；第一圆台段12和第二连接段13的通孔内壁均设有多个凹形密封圈14，凹形密封圈14的内径与第一连接段11的通孔内径相等。
加载件2的轴向段依次包括第二圆台段21和第二螺母段22，第二圆台段21的自由端面内缘设有向内的倒角II；第二连接段13嵌入第二圆台段21和第二螺母段22的通孔内固定，实现填料合1与加载件2连接，且第一圆台段12的倒角I斜面与第二圆台段21的倒角II斜面契合；
使用时，顶杆3依次穿过加载件2的通孔、填料合1的通孔后伸入压力容器内，未加载动力时，顶杆3上的凸形密封圈31与第二连接段13内的凹形密封圈14适配；加载动力时，顶杆3向压力容器移动，顶杆3上的凸形密封圈31向前移动与第一圆台段12内的凹形密封圈14适配。
实施例2
在实施例1的基础上进一步改进，所述第一连接段11包括一体连接的第一螺纹段111和第一螺母段112，第一螺纹段111用于与压力容器上的螺纹孔螺纹连接，第一螺母段12的外形为六角螺母结构。第一连接段11与第一圆台段12之间还包括散热段15，散热段15外形采用多组翅片结构。第二连接段13设有外螺纹，第二圆台段21和第二螺母段22的通孔内设有与所述外螺纹适配的内螺纹。
实施例2
在实施1的基础上进一步改进，所述顶杆3的杆段上设有圆台I33和圆台II32，圆台I33和圆台II32与顶杆3三者轴心线重合，且圆台I33的外径大于圆台II32的外径，圆台II32的外径大于顶杆3的外径；第二连接段13内部通孔向靠近第一圆台段12的方向依次包括大径孔和小径孔，所述第一圆台段12的通孔内径与小径孔内径相等，小径孔的内径小于大径孔的内径；顶杆3的圆台I33与大径孔段适配，顶杆3的圆台II32与小径孔段和第一圆台段12的通孔适配；圆台II32的前端台阶端面处对应的顶杆3杆段上固定多个凸形密封圈31。
凹形密封圈14和凸形密封圈31均采用聚四氟乙烯材质制成。
加载件2还包括第三连接段23，第三连接段23呈锥形结构，第三连接段23的一端与第二螺母段22自由端固定连接，第三连接段23的另一端通孔内设有内螺纹，用于与顶杆3端部的外螺纹适配连接。顶杆3的内壁与填料合1以及加载件2的通孔内壁间隙配合。
实施例3
在实施例2的基础上进一步改进，填料合1的第一螺纹段111、第一螺母段112、散热段15、第一圆台段12、第二连接段13依次固定连接，是经过铣、刨、车等加工而成的整体结构。第一连接段11的外径为20mm、通孔内径位9.4mm，压力容器外壁开设有直径为20mm的螺纹孔，内壁开设有供顶杆3穿过的通孔。第一螺纹段111、第一螺母段112和散热段15的通孔内径均为9.4mm；第一圆台段12通孔内径和第二连接段13的小径孔段内径均为15.4mm，第二连接段13的大经孔段内径位24.5mm。顶杆3的外径为9mm。
加载件2的第二圆台21、第二螺母段22和第三螺母段23依次固定连接，是经过铣、刨、车等加工而成的整体结构。
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 (8)

1.一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，其特征在于，包括填料合(1)和加载件(2)，所述填料合(1)和加载件(2)两者均沿各自的轴向开设有通孔；
所述填料合(1)的轴向段依次包括第一连接段(11)、第一圆台段(12)、第二连接段(13)，所述第一连接段(11)用于与压力容器连接；所述第一圆台段(12)的外径大于第二连接段(13)的外径，第一圆台段(12)朝向第二连接段(13)的端面外缘设有倒角I；第一圆台段(12)和第二连接段(13)的通孔内壁均设有凹形密封圈(14)；
所述加载件(2)的轴向段依次包括第二圆台段(21)和第二螺母段(22)，所述第二圆台段(21)的自由端面内缘设有倒角II；第二连接段(13)嵌入第二圆台段(21)和第二螺母段(22)的通孔内固定，实现填料合(1)与加载件(2)连接，且第一圆台段(12)的倒角I斜面与第二圆台段(21)的倒角II斜面契合；
使用时，顶杆(3)依次穿过加载件(2)的通孔、填料合(1)的通孔后伸入压力容器内，未加载动力时，顶杆(3)上的凸形密封圈(31)与第二连接段(13)内的凹形密封圈(14)适配；加载动力时，顶杆(3)向压力容器移动，顶杆(3)上的凸形密封圈(31)向前移动与第一圆台段(12)内的凹形密封圈(14)适配。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，其特征在于，所述第一连接段(11)包括一体连接的第一螺纹段(111)和第一螺母段(112)，所述第一螺纹段(111)用于与压力容器上的螺纹孔螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，其特征在于，所述第一连接段(11)与第一圆台段(12)之间还包括散热段(15)。
4.根据权利要求1所述的一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，其特征在于，所述第二连接段(13)设有外螺纹，所述第二圆台段(21)和第二螺母段(22)的通孔内设有与所述外螺纹适配的内螺纹。
5.根据权利要求1所述的一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，其特征在于，所述顶杆(3)的杆段上设有圆台I(33)和圆台II(32)，圆台I(33)和圆台II(32)与顶杆(3)三者轴心线重合，且圆台I(33)的外径大于圆台II(32)的外径，圆台II(32)的外径大于顶杆(3)的外径；
所述第二连接段(13)内部通孔向靠近第一圆台段(12)的方向依次包括大径孔和小径孔，所述第一圆台段(12)的通孔内径与小径孔内径相等，小径孔的内径小于大径孔的内径；
所述顶杆(3)的圆台I(33)与大径孔段适配，顶杆(3)的圆台II(32)与小径孔段和第一圆台段(12)的通孔适配；圆台II(32)的前端台阶端面处对应的顶杆(3)杆段上固定凸形密封圈(31)。
6.根据权利要求1所述的一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，其特征在于，所述凹形密封圈(14)和凸形密封圈(31)均采用聚四氟乙烯材质制成。
7.根据权利要求1所述的一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，其特征在于，所述加载件(2)还包括第三连接段(23)，所述第三连接段(23)的一端与第二螺母段(22)自由端固定连接，第三连接段(23)的另一端通孔内设有内螺纹，用于与顶杆(3)端部的外螺纹适配连接。
8.根据权利要求1所述的一种高温高压标定装置加载系统的动密封结构，其特征在于，所述顶杆(3)的内壁与填料合(1)以及加载件(2)的通孔内壁间隙配合。
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不同密封材料在高压动密封中的研究;陈鹱等;《南京理工大学学报》;20000430(第02期);全文 *

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CN111828636A (zh) 2020-10-27

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