CN114720046A - 一种水下试验测力天平的密封装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下试验测力天平的密封装置及其使用方法，包括上方开口的水密盒，水密盒开口端密封配装有盖板构成充气的型腔，上下贯穿盖板安装有天平支杆，天平支杆底端伸至水密盒中，天平支杆底部与水密盒内壁面之间共同安装有测力天平；天平支杆外壁面与盖板之间存在距离，天平支杆外壁面上过盈套装有柔性密封套，柔性密封套底边缘沿周向侧向延伸有水平部，水平部贴合固定于盖板顶面，从而实现了测力天平在水密盒中的密封安装，并且与测力天平衔接的天平支杆通过柔性密封套柔性密封安装，在保证密封性的同时亦极大的保证了测力天平测试精度的稳定和可靠性。

Description

一种水下试验测力天平的密封装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及水下试验测量装备技术领域，尤其是一种水下试验测力天平的密封装置及其使用方法。

背景技术

水下试验模型通常通过水池配备的拖车牵引来完成不同的姿态与运动试验，试验过程中模型的流体动力参数则由与模型固联的测力应变天平测得。

现有技术中，水下试验模型中测力应变天平的水密方式，主要是在应变天平测量单元上直接灌注密封胶，使得粘贴的应变片与外界介质充分隔绝，来实现水密；其优点是成本低、操作方便，天平本体可直接与水接触；但是，由于密封胶易因剥落、老化产生积水、渗水现象，使得应变片电阻绝缘值下降甚至短路而损毁；另一方面，密封胶在固化后存在收缩应力，亦会对应变天平单元产生微应变量，从而降低了应变天平的测量精度及使用年限。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的水下试验测力天平的密封装置及其使用方法，从而实现了测力天平的水密安装，并且在保证密封性的同时亦极大的保证了测力天平测试精度的稳定和可靠性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水下试验测力天平的密封装置，包括上方开口的水密盒，水密盒开口端密封配装有盖板构成充气的型腔，上下贯穿盖板安装有天平支杆，天平支杆底端伸至水密盒中，天平支杆底部与水密盒内壁面之间共同安装有测力天平；所述天平支杆外壁面与盖板之间存在距离，天平支杆外壁面上过盈套装有柔性密封套，柔性密封套底边缘沿周向侧向延伸有水平部，水平部贴合固定于盖板顶面。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述盖板上方压装有压板，柔性密封套的水平部压装于盖板和压板之间。

位于水平部周向外部的盖板和压板之间设置有密封结构；

所述密封结构包括开设于水平部周向外部盖板顶面上的凹槽一，压板底面向下延伸有与凹槽一相配卡装的凸环一；所述凹槽一内底面与凸环一底面之间压装有密封圈一，从上至下穿过压板向着盖板锁装有紧固件，紧固件位于凹槽一外侧。

所述压板由两块半压板拼合形成，两块半压板分别与下方的盖板锁装，两块半压板对接面处涂刷密封胶，构成相接线二；

所述盖板有两块半盖板拼合形成，两块半盖板分别与下方的水密盒边缘锁装，两块半盖板对接面处涂刷密封胶，构成相接线一；

所述相接线一和相接线二之间成角度布置。

所述水密盒腔体上方的盖板上安装有进排气阀和气压表，进排气阀和气压表分别设置于天平支杆的两侧，通过进排气阀向水密盒腔体中进气或排气，通过气压表检测水密盒腔体中压力。

所述水密盒顶面沿着周向开设有凹槽二，盖板底面向下延伸有与凹槽二相配卡装的凸环二；所述凹槽二内底面与凸环二底面之间压装有密封圈二，从上至下穿过盖板向着水密盒锁装有紧固件，紧固件位于凹槽二外侧。

所述天平支杆外壁面上沿着周向向外延伸有环形凸出，环形凸出沿着天平支杆轴向间隔设置有两个或以上，环形凸出包容于柔性密封套内部。

所述柔性密封套的结构为：包括过盈包覆于天平支杆外壁面上的筒形部，筒形部的内直径小于天平支杆的外壁面直径尺寸；所述筒形部下边缘沿周向侧向延伸有水平部，筒形部与水平部相接处设置有圆弧过渡部。

所述水密盒内壁面向内延伸有延伸板，延伸板支承安装测力天平。

一种所述的水下试验测力天平的密封装置的使用方法，包括如下步骤：

将密封装置组装完成；

开启进排气阀，通过外部空压机向水密盒的型腔中充气，充气压力根据水下试验中水深处水压确定；

通过气压表获得充气压力值，当达到预设数值时关闭进排气阀；将充完气的密封装置静置，通过气压表数值的稳定判断密封装置的密封性能；

在确认密封装置密封性能正常后，将水密盒两侧通过紧固件锁装于外部水下试验模型上，将天平支杆顶面通过紧固件锁装于配置在拖车上的试验设备上；

装载有测力天平的密封装置随水下试验模型浸入水下预设深度，进行试验。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，使用方便，通过水密盒、盖板以及柔性密封套的设置，实现了测力天平在水密盒中的密封安装，并且与测力天平衔接的天平支杆通过柔性密封套柔性密封安装，有效避免了外力对测力天平的影响，从而在保证密封性的同时亦极大的保证了测力天平测试精度的稳定和可靠性；另一方面，通过在水密盒中充气以平衡水下试验时受到的水压，来进一步保证测力天平使用的可靠性；

本发明还包括如下优点：

本发明中，测力天平的水密结构成本较低，能够可靠实现测力天平在使用过程的水密，水密效果好，操作方便，可确保应变天平的测量精度，具有广泛的应用前景；

通过盖板上进排气阀和气压表的设置，能够方便地测试获知水密盒中测力天平的水密情况，并且能够通过充气来平衡密封装置在水下受到的水压，以进一步保证内部测力天平在水下试验中的使用精度，保障使用可靠性；

天平支杆与盖板、压板之间通过柔性密封套设置为软连接过渡，在保证密封性的同时，亦使得测力天平在测试过程中不会因外力而产生附加力，有效助力于提高试验精度，实用性好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中沿A-A方向的剖视图。

图3为图2中C处的局部放大图。

图4为图2中D处的局部放大图。

图5为图1中沿B-B方向的剖视图。

图6为本发明盖板与压板锁装示意图。

图7为本发明柔性密封套的结构示意图。

其中：1、水密盒；2、盖板；3、测力天平；4、进排气阀；5、压板；6、柔性密封套；7、天平支杆；8、气压表；9、密封圈一；10、密封圈二；

11、延伸板；12、凹槽二；

21、凹槽一；22、凸环二；23、相接线一；

51、凸环一；52、相接线二；

61、筒形部；62、圆弧过渡部；63、水平部。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3和图5所示，本实施例的一种水下试验测力天平的密封装置，包括上方开口的水密盒1，水密盒1开口端密封配装有盖板2构成充气的型腔，上下贯穿盖板2安装有天平支杆7，天平支杆7底端伸至水密盒1中，天平支杆7底部与水密盒1内壁面之间共同安装有测力天平3；天平支杆7外壁面与盖板2之间存在距离，天平支杆7外壁面上过盈套装有柔性密封套6，柔性密封套6底边缘沿周向侧向延伸有水平部63，水平部63贴合固定于盖板2顶面。

通过水密盒1、盖板2以及柔性密封套6的设置，实现了测力天平3在水密盒1中的密封安装，并且与测力天平3衔接的天平支杆7通过柔性密封套6柔性密封安装，有效避免了外力对测力天平3的影响，从而在保证密封性的同时亦极大的保证了测力天平3测试精度的稳定和可靠性；另一方面，通过在水密盒1中充气以平衡水下试验时受到的水压，来进一步保证测力天平3使用的可靠性；

盖板2上方压装有压板5，柔性密封套6的水平部63压装于盖板2和压板5之间。

位于水平部63周向外部的盖板2和压板5之间设置有密封结构；

密封结构包括开设于水平部63周向外部盖板2顶面上的凹槽一21，压板5底面向下延伸有与凹槽一21相配卡装的凸环一51；凹槽一21内底面与凸环一51底面之间压装有密封圈一9，从上至下穿过压板5向着盖板2锁装有紧固件，紧固件位于凹槽一21外侧。

本实施例中，通过压板5实现盖板2上方柔性密封套6的固定衔接贴合，通过密封结构实现压板5与盖板2之间的密封性；从而在实现天平支杆7柔性穿出盖板2的同时，亦保证了密封装置整体的密封性。

本实施例中，柔性密封套6和密封结构的结合，在压板5和盖板2之间实现了双重密封，有效保证了水密的可靠性。

相互匹配的凹槽一21、凸环一51的设置，不仅为密封圈一9的安装提供了空间，亦为压板5在盖板2上的安装提供了定位和限位，使得压板5内侧边缘与天平支杆7之间的距离与预设初始值相当，避免经压板5内侧与天平支杆7的靠近、接触而对其施力，影响测力天平3的使用。

如图6所示，压板5由两块半压板拼合形成，两块半压板分别与下方的盖板2锁装，两块半压板对接面处涂刷密封胶，构成相接线二52；

盖板2有两块半盖板拼合形成，两块半盖板分别与下方的水密盒1边缘锁装，两块半盖板对接面处涂刷密封胶，构成相接线一23；

相接线一23和相接线二52之间成角度布置。

本实施例中，压板5、盖板2分别由相对拼合的两部分构成，用于解决其无法直接套设安装于天平支杆7的问题，使得压板5、盖板2相对于天平支杆7的安装稳定可靠，其与天平支杆7之间的距离与预设距离保持一致。

水密盒1腔体上方的盖板2上安装有进排气阀4和气压表8，进排气阀4和气压表8分别设置于天平支杆7的两侧，通过进排气阀4向水密盒1腔体中进气或排气，通过气压表8检测水密盒1腔体中压力。

通过盖板2上进排气阀4和气压表8的设置，能够方便地测试获知水密盒1中测力天平3的水密情况，并且能够通过充气来平衡密封装置在水下受到的水压，以进一步保证内部测力天平3在水下试验中的使用精度，保障使用可靠性。

如图4所示，水密盒1顶面沿着周向开设有凹槽二12，盖板2底面向下延伸有与凹槽二12相配卡装的凸环二22；凹槽二12内底面与凸环二22底面之间压装有密封圈二10，从上至下穿过盖板2向着水密盒1锁装有紧固件，紧固件位于凹槽二12外侧。

相互匹配的凹槽二12、凸环二22的设置，不仅为密封圈二10的安装提供了空间，亦为盖板2在水密盒1上的安装提供了定位和限位，使得盖板2内侧边缘与天平支杆7之间的距离与预设初始值相当，避免经盖板2内侧与天平支杆7的靠近、接触而对其施力，影响测力天平3的使用。

天平支杆7外壁面上沿着周向向外延伸有环形凸出，环形凸出沿着天平支杆7轴向间隔设置有两个或以上，环形凸出包容于柔性密封套6内部。

本实施例中，天平支杆7与柔性密封套6过盈配装实现相衔接的密封，并通过环形凸出的设置，使得柔性密封套6相对于天平支杆7的轴向位置固定，使得两者之间的过盈配合更加稳定可靠。

如图7所示，柔性密封套6的结构为：包括过盈包覆于天平支杆7外壁面上的筒形部61，筒形部61的内直径小于天平支杆7的外壁面直径尺寸，实现过盈配装；筒形部61下边缘沿周向侧向延伸有水平部63，筒形部61与水平部63相接处设置有圆弧过渡部62，圆弧过渡部62位于天平支杆7与压板5、盖板2之间的间隔距离处，在使用过程中，内外压力、压力差的变化可以通过圆弧过渡部62的形变来灵活适应，减少甚至避免压差对密封装置的影响。

水密盒1内壁面向内延伸有延伸板11，延伸板11支承安装测力天平3。

本实施例中，天平支杆7与盖板2、压板5之间通过柔性密封套6设置为软连接过渡，在保证密封性的同时，亦使得测力天平3在测试过程中不会因外力而产生附加力，有效助力于提高试验精度，实用性好。

测力天平3的水密结构成本较低，能够可靠实现测力天平3在使用过程的水密，水密效果好，操作方便，可确保应变天平的测量精度，具有广泛的应用前景。

本实施例的水下试验测力天平的密封装置的使用方法，包括如下步骤：

第一步：将密封装置组装完成；

具体为：将测力天平3通过紧固件安装于水密盒1内部的延伸板11上，将柔性密封套6套装于天平支杆7上，将天平支杆7伸入水密盒1中后，将天平支杆7底端与测力天平3衔接安装；

在盖板2上安装进排气阀4和气压表8；

将密封圈二10放置于水密盒1顶面的凹槽二12内，将盖板2扣合于水密盒1上，并通过紧固件锁装，位于凹槽二12内的密封圈二10受压形变，实现盖板2与水密盒1之间衔接的密封性；

在盖板2的相接线一23处涂覆密封胶进行密封；

在盖板2顶面的凹槽一21中放置密封圈一9，将柔性密封套6的水平部63平整放置于盖板2顶面，将压板5扣合于盖板2上，并通过紧固件锁装；此时，柔性密封套6的水平部63被压装于压板5和盖板2之间，密封圈一9受压形变，实现压板5与盖板2之间衔接的密封性；

在压板5的相接线二52处涂覆密封胶进行密封；完成密封装置的组装。

第二步：开启进排气阀4，通过外部空压机向水密盒1的型腔中充气，充气压力根据水下试验中水深处水压确定；

第三步：通过气压表8获得充气压力值，当达到预设数值时关闭进排气阀4；将充完气的密封装置静置，通过气压表8数值的稳定判断密封装置的密封性能；

第四步：在确认密封装置密封性能正常后，将水密盒1两侧通过紧固件锁装于外部水下试验模型上，将天平支杆7顶面通过紧固件锁装于配置在拖车上的试验设备上；

第五步：装载有测力天平3的密封装置随水下试验模型浸入水下预设深度，当密封装置随水下试验模型浸入到水下要求的深度时，柔性密封套6在外部水压作用下内外压力将达到平衡并恢复为平整状态；而后水下进行试验。

本发明结构紧凑巧妙，实现了测力天平的水密安装，并且在保证密封性的同时亦极大的保证了测力天平测试精度的稳定和可靠性。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：包括上方开口的水密盒(1)，水密盒(1)开口端密封配装有盖板(2)构成充气的型腔，上下贯穿盖板(2)安装有天平支杆(7)，天平支杆(7)底端伸至水密盒(1)中，天平支杆(7)底部与水密盒(1)内壁面之间共同安装有测力天平(3)；所述天平支杆(7)外壁面与盖板(2)之间存在距离，天平支杆(7)外壁面上过盈套装有柔性密封套(6)，柔性密封套(6)底边缘沿周向侧向延伸有水平部(63)，水平部(63)贴合固定于盖板(2)顶面。

2.如权利要求1所述的一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：所述盖板(2)上方压装有压板(5)，柔性密封套(6)的水平部(63)压装于盖板(2)和压板(5)之间。

3.如权利要求2所述的一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：位于水平部(63)周向外部的盖板(2)和压板(5)之间设置有密封结构；所述密封结构包括开设于水平部(63)周向外部盖板(2)顶面上的凹槽一(21)，压板(5)底面向下延伸有与凹槽一(21)相配卡装的凸环一(51)；所述凹槽一(21)内底面与凸环一(51)底面之间压装有密封圈一(9)，从上至下穿过压板(5)向着盖板(2)锁装有紧固件，紧固件位于凹槽一(21)外侧。

4.如权利要求2所述的一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：所述压板(5)由两块半压板拼合形成，两块半压板分别与下方的盖板(2)锁装，两块半压板对接面处涂刷密封胶，构成相接线二(52)；

所述盖板(2)有两块半盖板拼合形成，两块半盖板分别与下方的水密盒(1)边缘锁装，两块半盖板对接面处涂刷密封胶，构成相接线一(23)；

所述相接线一(23)和相接线二(52)之间成角度布置。

5.如权利要求1所述的一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：所述水密盒(1)腔体上方的盖板(2)上安装有进排气阀(4)和气压表(8)，进排气阀(4)和气压表(8)分别设置于天平支杆(7)的两侧，通过进排气阀(4)向水密盒(1)腔体中进气或排气，通过气压表(8)检测水密盒(1)腔体中压力。

6.如权利要求1所述的一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：所述水密盒(1)顶面沿着周向开设有凹槽二(12)，盖板(2)底面向下延伸有与凹槽二(12)相配卡装的凸环二(22)；所述凹槽二(12)内底面与凸环二(22)底面之间压装有密封圈二(10)，从上至下穿过盖板(2)向着水密盒(1)锁装有紧固件，紧固件位于凹槽二(12)外侧。

7.如权利要求1所述的一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：所述天平支杆(7)外壁面上沿着周向向外延伸有环形凸出，环形凸出沿着天平支杆(7)轴向间隔设置有两个或以上，环形凸出包容于柔性密封套(6)内部。

8.如权利要求1或7所述的一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：所述柔性密封套(6)的结构为：包括过盈包覆于天平支杆(7)外壁面上的筒形部(61)，筒形部(61)的内直径小于天平支杆(7)的外壁面直径尺寸；所述筒形部(61)下边缘沿周向侧向延伸有水平部(63)，筒形部(61)与水平部(63)相接处设置有圆弧过渡部(62)。

9.如权利要求1所述的一种水下试验测力天平的密封装置，其特征在于：所述水密盒(1)内壁面向内延伸有延伸板(11)，延伸板(11)支承安装测力天平(3)。

10.一种权利要求5所述的水下试验测力天平的密封装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

将密封装置组装完成；

开启进排气阀(4)，通过外部空压机向水密盒(1)的型腔中充气，充气压力根据水下试验中水深处水压确定；

通过气压表(8)获得充气压力值，当达到预设数值时关闭进排气阀(4)；将充完气的密封装置静置，通过气压表(8)数值的稳定判断密封装置的密封性能；

在确认密封装置密封性能正常后，将水密盒(1)两侧通过紧固件锁装于外部水下试验模型上，将天平支杆(7)顶面通过紧固件锁装于配置在拖车上的试验设备上；

装载有测力天平(3)的密封装置随水下试验模型浸入水下预设深度，进行试验。

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