CN113865874A - 一种带气压加载的封严环试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带气压加载的封严环试验机，涉及航空发动机技术领域，包括加载机构、上盖、球形座、上压杆、力传感器、上压盘、下压盘、光栅尺位移传感器和波纹环；上盖上部与球形座上部相连接，加载机构设置于球形座顶部；加载机构下方依次设置有上压杆、上压盘和下压盘；力传感器设置于上压杆上；光栅尺位移传感器设置于球形座底部；波纹环设置于上盖与上压盘之间。本发明中的带气压加载的封严环试验机，提供模拟封严环高温、高压差的工况环境；利用气体辅助加载，省去了庞大的试验机，降低了伺服电机的要求，通过调节气压，在一个试验机结构中提供较大范围的加载力，并且加载和卸荷速率高，提高了空间利用率，降低了经济成本。

Description

一种带气压加载的封严环试验机

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，特别是涉及一种带气压加载的封严环试验机。

背景技术

近些年来我国在航空发动机领域做了大量的探索和研究，以期在该领域获得更大的突破。航空发动机内部的工作环境非常苛刻，如何使得航空发动机能够更高效地运转，也成了我国研究者们的一个重要方向。封严环作为航空发动机内部防止泄露以及避免外部杂质进入发动机工作环境的重要装置，对于其进行性能测试有极其重要的研究意义。封严环试验件在试验时需要在环的两侧提供高压差环境，以模拟其工作的空气压差条件；同时对其进行加热，以模拟其工作的温度条件。在这两个条件下，对其施加加载力，以测量试验件的密封性能、回弹性能、持久性能、疲劳性能等参数。

对于现有的类似实验装置，其力加载试验主机为四立柱结构的疲劳试验主机，上压板由安装在横梁上的电液伺服系统带动，进行相对于横梁的上下移动。这种试验机整体结构庞大，占地面积较大，造价较高；还可能由于实验人员的误操作导致上压板与护罩相碰撞，造成试验机损耗等问题。并且现有试验机的加载力范围较小，经常需要两套及以上的加载系统，很不方便。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种带气压加载的封严环试验机，提供模拟封严环高温、高压差的工况环境；利用气体辅助加载的方式，既省去了以往较为庞大的试验机结构，也降低了伺服电机的功率要求，通过调节气压，可以在一个试验机结构中提供较大范围的加载力，并且加载和卸荷速率高，提高了空间利用率，降低了经济成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种带气压加载的封严环试验机，包括加载机构、上盖、球形座、上压杆、力传感器、上压盘、下压盘、光栅尺位移传感器和波纹环；所述上盖上部与所述球形座上部相连接，所述加载机构设置于所述球形座顶部；所述加载机构下方依次设置有所述上压杆、所述上压盘和所述下压盘；所述力传感器设置于所述上压杆上；所述上压盘与所述下压盘之间用于设置待测试的封严环；所述光栅尺位移传感器设置于所述球形座底部；所述波纹环设置于所述上盖与所述上压盘之间。

可选的，所述上盖上设置有进气口，所述进气口用于连通所述上盖的内侧和外侧。

可选的，所述下压盘下表面设置有电热丝，所述下压盘中部设置有中心加热区。

可选的，所述下压盘底部设置有冷却板。

可选的，所述冷却板与所述下压盘之间位于所述中心加热区下方设置有保温材料。

可选的，所述中心加热区设置有内腔热电偶。

可选的，所述上盖与所述下压盘之间设置有防护罩。

可选的，所述防护罩内侧设置有保温材料。

可选的，所述防护罩外部设置有防护罩水冷层。

可选的，所述防护罩上设置有连接孔。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.试验机尺寸适宜，空间利用率显著提高，降低经济成本。

2.利用气压辅助加载，降低了伺服电机加载机构的压力，在电机功率的选择上可适当降低标准。

3.利用气压辅助加载，提高了加载力的范围，省去了以往试验机所需的多重加载结构。并且，加卸载荷方便可靠、载荷值稳定易控制。

4.将下压盘内部中心区域掏空，分别布置加热器与保温材料，下压盘其他区域布置电热丝，能够实现试验环的快速升温，大大减少加热所需耗电功率。

5.高压腔进气流量与低压区排气流量真实可测，简化气路并且提高了泄漏量的测量精度。

6.高压腔体积大大降低，可以减少耗气量的几个数量级。

7.试验机的各处水冷布置可以大幅度降低电机、防护罩及上盖的温度，起到对试验人员与电机的隔热保护作用。

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为本发明试验机装置结构图。

图2为本发明试验机二维主视图。

图3为本发明试验机二维左视图。

图4为本发明试验机二维俯视图。

图5为本发明试验机三维效果图。

图6为本发明试验机组件总体三维效果图。

图中部件的标记：1、加载机构；2、上盖；3、球形座；4、上盖水冷层；5、上压杆；6、力传感器；7、光栅尺位移传感器；8、上压盘水冷层；9、波纹环；10、上压盘；11、防护罩；12、防护罩水冷层；13、外腔热电偶；14、保温材料；15、下压盘；16、电热丝；17、冷却板；18、进气口；19、内腔气孔；20、内腔热电偶；21、中心加热区；22、工作台；23、龙门吊连接孔。

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做出创造性劳动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。

如图1至6所示，本实施例提供一种带气压加载的封严环试验机，包括加载机构1、上盖2、球形座3、上压杆5、力传感器6、上压盘10、下压盘15、光栅尺位移传感器7和波纹环9；所述上盖2上部与所述球形座3上部相连接，所述加载机构1设置于所述球形座3顶部；所述加载机构1下方依次设置有所述上压杆5、所述上压盘10和所述下压盘15；所述力传感器6设置于所述上压杆5上；所述上压盘10与所述下压盘15之间用于设置待测试的封严环；所述光栅尺位移传感器7设置于所述球形座3底部；所述波纹环9设置于所述上盖2与所述上压盘10之间。

于本具体实施例中，如图1所示，利用加载机构1以及气体辅助加载的方式作动上压杆5，上压杆5与上压盘10通过法兰连接，以实现上压盘10上下作动的功能；其中加载机构1与球形座3之间通过螺栓进行连接，球形座3与上盖2之间采用球面密封的方式，上盖2上表面开的8个圆孔是辅助平面，用于固定球形座3；在上盖2上表面做了加筋处理，加强上盖2的强度，保障加载机构1以及上盖2的可靠性；在上压杆5上装有力传感器6，用于采集施加力的大小。

气体辅助加载的方式是通过进气口18进行气体加压，压力施加在上压盘10上进行辅助加载，其中，进气口18沿周向布置在上盖2侧表面的法兰处；同时为了保证加压结构的气密性良好，利用波纹环9对该装置进行密封，波纹环9上部通过法兰与上盖2的法兰和防护罩11的法兰通过螺栓进行连接，法兰之间加入垫片，保证其连接的紧密性，而波纹环9下部的法兰与上压盘水冷层8的法兰、上压盘10的法兰通过螺栓进行连接，法兰中间加入垫片，保证其连接的紧密性。因整个加压腔内的结构无法达到完全密闭，仍有漏气存在，且容积较小，不需要作为压力容器设计；进气口18的进气速率足够施加加压装置所需的压力。

上压盘10上设置有上压盘水冷层8，上压盘水冷层8与上压盘10的上表面之间设置有保温材料14；波纹环9上部的法兰上设置有上压盘水冷层8的冷却水循环通道。

封严环处在上压盘10与下压盘15之间，为保证试验机整体的拆装便捷，在上下压盘15之间不考虑波纹环9的密封；故为保证封严环在外开口的条件下，能达到满足模拟封严环工作的压差环境，下压盘15底部做横向延伸处理形成法兰，将下压盘15底部的法兰与防护罩11底部的法兰通过螺栓进行连接。

高压腔与气体管路直接相连，高压腔的气体只能通过试验件的缝隙泄露出，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。为了保证高压腔的压力恒定，空气压力控制器会不停的向高压腔补充气体，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。

同时，为了达到模拟封严环工况的高温条件，在下压盘15下表面安装电热丝16，同时在下压盘15的凸台处布置中心加热区21，通过这两处加热区的布置，使得封严环快速升温且受热均匀；另外，在上压盘10上表面与上压盘水冷层8之间、中心加热区21与冷却板17之间以及波纹环9上部法兰向下的空腔区域内均布置保温材料14，保障试验机达到封严环需要的高温环境。

为保障加载机构1的安全性以及实验人员试验过程中的安全问题，本发明对试验机做了水冷处理；在上盖2的夹层中做了上盖水冷层4，其进水口与出水口见图5试验机三维效果图，沿上盖2法兰侧面周向布置；在上压盘10上表面的保温材料14上部做了上压盘水冷层8，其进水口与出水口沿波纹环9上部法兰侧面周向布置，水由波纹环9上部法兰处进入，通过软管连接到上压盘水冷层8，出水口设置在另一端，以同样的方式排出；在防护罩11夹层中做了防护罩水冷层12，其进水口与出水口沿防护罩11侧壁周向布置；最后，在试验机下部的冷却板17中做水冷处理，隔绝加热区的高温传到工作台22。

三个光栅尺位移传感器7沿圆周均匀分布，可对上下压盘15的平行度进行量化。光栅尺位移传感器7安装在球形座3上，该测量方式不受上压盘10变形的影响，测量精度高。引伸杆在测量变形的过程中，首先将温度加热到所需的温度，然后确定光栅尺的基准，在测量变形的过程中几乎没有温度变化，因此可以获得非常高的测量精度。

高温高压炉的上壳体上留有热电偶传感器的安装位置。热电偶采用长柄铠装形式，在探头铠甲刻有尺寸线，方便在使用的过程中根据试验件的大小调整热电偶的插入深度，从而保证测量的是试验件附近的温度。内腔温度传感器和内腔气孔19共用同一位置，温度传感器末端与下压盘15平齐，防止在试验的过程中损坏传感器。加热装置由加热源、传感器及导线等组成。主要是给试验件提供高温环境。

该试验机搭配一台龙门吊，以便于在安装拆卸以及试验过程中提起上压盘10及防护罩11组件，龙门吊通过龙门吊连接孔23与试验机连接起来。见图6，试验机组件三维效果图。

对于本发明试验机的安装及拆卸步骤如下：

装配时，该试验机分为四个部分，第一部分为上压盘10、上压杆5、波纹环9、球形座3以及力加载机构1；第二部分为上盖2；第三部分是防护罩11；第四部分为下压盘15、冷却板17及工作台22。先将第四部分按照工作台22、冷却板17、下压盘15的顺序组装固定，注意下压盘15的定位，保温材料14已预埋在中心加热区21下部；然后将第三部分防护罩11固定在下压盘15上，注意防护罩11的定位，防护罩11内部的保温材料14已预埋在内部；第一部分各组件要提前在外组装好，后期尽量不拆卸：加载机构1连接上压杆5，上压杆5连接上压盘10，球形座3连接加载机构1，波纹环9下部法兰与上压盘10法兰、上压盘水冷层8法兰螺栓连接，并在上压盘水冷层8与上压盘10之间预埋保温材料14，上压盘水冷层8与上压盘10圆杆之间做到紧密连接，力传感器6装配在上压杆5上，光栅位移传感器上端固定在球形座3下表面，下端的引伸杆伸到上压盘10上表面。第一部分组装完成后一起放在前述的试验机结构内，再将第二部分上盖2与波纹环9上部法兰、防护罩11螺栓连接，将上盖2与球形座3连接。最后，将龙门吊通过龙门吊连接孔23与防护罩11连接。

拆卸的步骤正好与之相反，不再赘述。

试验过程中若要更换试验环，先将防护罩11与下压盘15之间的连接结构拆开，再用龙门吊提起第一部分、第二部分、第三部分组合在一起的装置，更换完试验环之后，用龙门吊将上述结构准确落下，再连接防护罩11与下压盘15。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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 (10)

1.一种带气压加载的封严环试验机，其特征在于，包括加载机构、上盖、球形座、上压杆、力传感器、上压盘、下压盘、光栅尺位移传感器和波纹环；所述上盖上部与所述球形座上部相连接，所述加载机构设置于所述球形座顶部；所述加载机构下方依次设置有所述上压杆、所述上压盘和所述下压盘；所述力传感器设置于所述上压杆上；所述上压盘与所述下压盘之间用于设置待测试的封严环；所述光栅尺位移传感器设置于所述球形座底部；所述波纹环设置于所述上盖与所述上压盘之间。

2.根据权利要求1所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述上盖上设置有进气口，所述进气口用于连通所述上盖的内侧和外侧。

3.根据权利要求1所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述下压盘下表面设置有电热丝，所述下压盘中部设置有中心加热区。

4.根据权利要求3所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述下压盘底部设置有冷却板。

5.根据权利要求4所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述冷却板与所述下压盘之间位于所述中心加热区下方设置有保温材料。

6.根据权利要求3所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述中心加热区设置有内腔热电偶。

7.根据权利要求1所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述上盖与所述下压盘之间设置有防护罩。

8.根据权利要求7所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述防护罩内侧设置有保温材料。

9.根据权利要求7所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述防护罩外部设置有防护罩水冷层。

10.根据权利要求7所述的带气压加载的封严环试验机，其特征在于，所述防护罩上设置有连接孔。

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