CN115508221A - 金属密封圈高温密封性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属密封圈高温密封性试验装置，包括主机、试样夹持装置和试验加载的液压缸，主机包括由底座、立柱和连接于立柱顶端的上横梁构成的主机框架，试样夹持装置包括上压盘和下压盘，活塞杆的端部与下压盘之间设有负荷传感器；被检测的金属密封圈夹持于上压盘、下压盘的工作端之间；上压盘与下压盘之间设有气密性检验装置。上压盘、下压盘的工作端位于加热炉的炉膛内，模拟出金属密封圈的高温工作环境，配合气密性检验装置，能够高温工况下金属密封圈的气密性。液压缸在上压盘、下压盘之间施加压缩载荷，通过变形检测板、位移传感器测试在不同载荷、不同温度下金属密封圈的变形大小，可以测试金属密封圈在高温条件下的回弹能力。

Description

金属密封圈高温密封性试验装置

技术领域

本发明涉及一种密封圈试验装置，尤其涉及一种金属密封圈高温密封性试验装置，属于密封件检测技术领域。

背景技术

金属密封圈是一类具有新型密封形式的轴向自紧式结构，其吸振能力强、变形范围大，具有良好的高振动追随性、高吸振能力、长寿命和较好的耐磨损能力等优点，能满足高温、高压及强腐蚀等条件下的使用，尤其适合在航空、航天、核电等领域中的高温、高压、振动及强腐蚀介质等恶劣环境下工作。

为了使金属密封圈能够在高温、高压、振动及强腐蚀介质等恶劣的环境条件下长时间有效工作，金属密封圈必须进行高温下的密封、持久及疲劳等试验。只有这样才能对金属密封圈在使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断。

目前国内缺少专业的金属密封圈高温气密性试验的试验装置，一般是采用简易试验工装进行常温密封试验，由于金属弹性密封圈的材料特性与温度有关，而目前金属密封圈密封试验没有模拟金属密封圈的环境温度，按照现有装置测出的金属密封圈的泄漏量与高温工况下金属弹性密封圈存在着较大的差异，不能反映高温工况下的气密性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种金属密封圈高温密封性试验装置，以解决现有技术无法对金属密封圈在使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确判断的缺点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属密封圈高温密封性试验装置，包括主机、试样夹持装置和试验加载装置，主机包括由底座、立柱和连接于立柱顶端的上横梁构成的主机框架，所述的试验加载装置为沿竖直方向连接于底座上的液压缸，其特征在于：所述的试样夹持装置包括安装在上横梁下部的上压盘和对应设置在液压缸的活塞杆端部的下压盘，活塞杆的端部与下压盘之间设有负荷传感器；还包括加热炉，所述的上压盘、下压盘的工作端位于加热炉的炉膛内，被检测的金属密封圈夹持于上压盘、下压盘的工作端之间；上压盘与下压盘之间设有气密性检验装置。

通过采用上述技术方案，将被检测的金属密封圈夹持于上压盘、下压盘的工作端之间，上压盘、下压盘的工作端位于加热炉的炉膛内，模拟出金属密封圈的高温工作环境，配合上压盘与下压盘之间设置的气密性检验装置，能够高温工况下金属密封圈的气密性。

上述的金属密封圈高温密封性试验装置中，所述的活塞杆的端部与负荷传感器的下端相连，负荷传感器的上端与降温隔热连接轴的下端相连，降温隔热连接轴的上端与所述下压盘的下端相连；降温隔热连接轴的下部设有中空的内腔、侧壁上设有与中空内腔相连通的进水管和出水管。

通过采用上述技术方案，在负荷传感器与下压盘之间设置降温隔热连接轴，并在降温隔热连接轴的下部设置中空的内腔、与中空内腔相连通的进水管和出水管，这样就可在降温隔热连接轴的内腔中通入循环的冷却水，以阻止下压盘的热量向负荷传感器传递，保证负荷传感器获取数据的准确性，使测试结果更精确。

上述的金属密封圈高温密封性试验装置中，所述的气密性检验装置包括设置在下压盘与降温隔热连接轴外侧的套筒，和设置在套筒下部侧壁上的出气孔、设置在上压盘上部侧壁上的进气孔；上压盘的下底面设有轴向的中心盲孔，进气孔与盲孔的底部相连通；套筒下端的内孔上设有第一密封圈，与降温隔热连接轴的外侧面相密封；套筒的上端设置法兰盘，法兰盘上设有竖向的螺栓孔，上压盘上对应设有竖向通孔，法兰盘与上压盘之间设有第二密封圈，螺栓穿过竖向通孔与螺栓孔相连，将法兰盘与上压盘连接在一起并密封。

进一步地，所述的进气孔上连接有进气管，进气管与调压阀、压力表、高压氮气储气罐相连通；出气孔上连接有出气管，出气管上连接气体分析仪。

通过采用上述技术方案，被检测的金属密封圈夹持于上压盘、下压盘之间后，金属密封圈外侧、套筒的内侧形成密闭外腔，通过在套筒下部的进气孔上设置的进气管与外界相连通；金属密封圈的内侧与上压盘、下压盘之间形成密闭内腔，通过在上压盘上部的进气孔上设置的进气管与高压氮气储气罐相连通；在出气管上连接气体分析仪，实时测量泄漏流量及泄漏温度，实现同一测量位置的泄漏参数测量，从而测得密封件高温密封性能。

进一步地，所述的进气管上连接有调压阀和压力表。

通过采用上述技术方案，可以调整试验压力，满足不同的试验要求。

上述的金属密封圈高温密封性试验装置中，所述主机的两根立柱之间设有加热炉支架，所述的加热炉滑动连接于加热炉支架上，可从主机的外部进入主机的上横梁下方；加热炉的上侧壁和下侧壁均设有竖向贯通、开口朝前的U形口，加热炉上侧壁上的U形口尺寸与上压盘上部的直径相对应，加热炉下侧壁上的U形口尺寸与套筒的外径相对应；试样夹持装置可进入加热炉的炉膛中，U形口的前端设有活动的封堵块。

进一步地，所述加热炉支架的上端与加热炉之间设有直线导轨副，导轨安装在加热炉支架的顶端，滑块安装在加热炉的底部；所述的封堵块的后端具有与上压盘上部的外侧面/套筒的外侧面相对应的形状，封堵块、上压盘/套筒、U形口之间采用石棉绳密封；所述的加热炉前端设有炉门，炉门关闭后与炉膛相密封。

通过采用上述技术方案，加热炉采用直线导轨副滑动连接于加热炉支架上，操作灵活、轻便，装夹试样时可先将加热炉滑动至主机后侧，待试样装夹完毕后，打开炉门，将加热炉向前滑动，试样夹持装置进入加热炉的炉膛中，上压盘上部进入加热炉上侧壁的U形口中，套筒进入加热炉下侧壁的U形口中，然后在U形口中塞入封堵块，最后关闭炉门即可进行正常的试验程序。加热炉将炉膛中的试样夹持装置加热，使设在其中待检测的金属密封圈处于试验要求的温度环境中，从而模拟出密封件高温工作环境；加热炉与控制系统相连接，可以根据试样要求和程序调节加热温度。

上述的金属密封圈高温密封性试验装置中，所述液压缸活塞杆的端部还连接有变形检测板，变形检测板的两端与立柱滑动连接；立柱上、位于变形检测板的上部设置有位移传感器，位移传感器测量杆的下端与变形检测板的上侧面接触并与其相垂直。

通过采用上述技术方案，将被检测的金属密封圈夹持于上压盘、下压盘之间后，液压缸在上压盘、下压盘之间施加压缩载荷，通过变形检测板、位移传感器测试在不同载荷、不同温度下金属密封圈的变形大小，可以测试金属密封圈在高温条件下的回弹能力。

有益效果：

本发明的金属密封圈高温密封性试验装置，将被检测的金属密封圈夹持于上压盘、下压盘的工作端之间，上压盘、下压盘的工作端位于加热炉的炉膛内，模拟出金属密封圈的高温工作环境，配合上压盘与下压盘之间设置的气密性检验装置，能够高温工况下金属密封圈的气密性。液压缸在上压盘、下压盘之间施加压缩载荷，通过变形检测板、位移传感器测试在不同载荷、不同温度下金属密封圈的变形大小，可以测试金属密封圈在高温条件下的回弹能力。

附图说明

图1为本发明中加热炉进入主机上横梁下部的示意图。

图2为本发明中加热炉进入主机上横梁下部的仰视示意图。

图3为本发明中加热炉进入主机上横梁下部后U形口中塞入封堵块的示意图。

图4为本发明中加热炉进入主机上横梁下部后U形口中塞入封堵块仰视的示意图。

图5为本发明的主视示意图。

图6为本发明的侧视示意图。

图7为本发明的剖视示意图。

图8为图7中的A部放大示意图。

图9为图8中的B部放大示意图。

图10 为本发明的原理图。

图中：1底座，2液压缸，3立柱，4变形检测板，5位移传感器，6加热炉支架，6-1直线导轨副，7加热炉，7-1 U形口，7-2封堵块，7-3炉门，7-4温度传感器，8上横梁，9负荷传感器，10降温隔热连接轴，10-1进水管，10-2出水管，11下压盘，12套筒，12-1第一密封圈，12-2法兰盘，12-3螺栓孔，13上压盘，13-1竖向通孔，14进气管，15出气管，16金属密封圈，17第二密封圈，18螺栓，19调压阀，20压力表，21储气罐，22气体分析仪，23冷却水箱。

具体实施方式

为能清楚说明本发明的技术特点，下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明所述的前、后、左、右方向是依据附图所示前、后、左、右方向进行的描述。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例有关的部分。

请见图1至图10，一种金属密封圈高温密封性试验装置，包括主机、试样夹持装置和试验加载装置，主机包括由底座1、立柱3和连接于立柱3顶端的上横梁8构成的主机框架，试验加载装置为液压缸2，液压缸2沿竖直方向设置，通过液压缸2上的尾端法兰连接于底座1上。试样夹持装置包括安装在上横梁8下部的上压盘13和对应设置在液压缸2的活塞杆端部的下压盘11，活塞杆的端部与下压盘11之间设有负荷传感器9；具体地，活塞杆的端部与负荷传感器9的下端相连，负荷传感器9的上端与降温隔热连接轴10的下端相连，降温隔热连接轴10的上端与所述下压盘11的下端相连；降温隔热连接轴10的下部设有中空的内腔、侧壁上设有与中空内腔相连通的进水管10-1和出水管10-2。进水管10-1、出水管10-2与冷却水循环供水系统、冷却水箱23相连，为现有技术的常规连接方式，不多赘述。

还包括加热炉7，上压盘13、下压盘11的工作端位于加热炉7的炉膛内，被检测的金属密封圈16夹持于上压盘13、下压盘11的工作端之间；上压盘13与下压盘11之间设有气密性检验装置。具体地，气密性检验装置包括设置在下压盘11与降温隔热连接轴10外侧的套筒12，和设置在套筒12下部侧壁上的出气孔、设置在上压盘13上部侧壁上的进气孔；进气孔上连接有进气管14，进气管14上连接有调压阀19和压力表20，并与高压氮气储气罐21相连通；出气孔上连接有出气管15，出气管15上连接气体分析仪22；

为了加工制作和安装方便，本实施例中套筒采用上下两段的分体结构，上段与下段之间采用公知的法兰结构相连接。

上压盘13的下底面设有轴向的中心盲孔，进气孔与盲孔的底部相连通；套筒12下端的内孔上设有第一密封圈12-1，与降温隔热连接轴10的外侧面相密封；套筒12的上端设置法兰盘12-2，法兰盘12-2上设有竖向的螺栓孔12-3，上压盘13上对应设有竖向通孔13-1，法兰盘12-2与上压盘13之间设有第二密封圈17，螺栓18穿过竖向通孔13-1与螺栓孔12-3相连，将法兰盘12-2与上压盘13连接在一起并密封。

本实施例中，加热炉7滑动连接于加热炉支架6上，加热炉7的设置方式如下，加热炉支架6在左右方向上位于主机的两根立柱3之间，前后均伸出主机的前端和后端，下部连接于地基上，加热炉支架6的上端与加热炉7之间设有直线导轨副6-1，导轨安装在加热炉支架6的顶端，滑块安装在加热炉7的底部，使得加热炉7滑动连接于加热炉支架6上，可从主机的外部进入主机的上横梁8下方；加热炉7的上侧壁和下侧壁均设有竖向贯通、开口朝前的U形口7-1，加热炉7上侧壁上的U形口7-1尺寸与上压盘13上部的直径相对应，加热炉7下侧壁上的U形口7-1尺寸与套筒12的外径相对应；试样夹持装置可进入加热炉7的炉膛中，U形口7-1的前端设有活动的封堵块7-2；上侧壁上的封堵块7-2的后端具有与上压盘13上部的外侧面相对应的形状，下侧壁上的封堵块7-2的后端具有与套筒12的外侧面相对应的形状，封堵块7-2、上压盘13、U形口7-1之间，封堵块7-2、套筒12、U形口7-1之间采用石棉绳密封；加热炉7前端设有炉门7-3，炉门7-3关闭后与炉膛相密封。本实施例中，加热炉7采用长春恒升科技有限公司生产的、型号为GW-1000A的箱式电阻炉，功率20KW，温度范围200-1000℃，自带加热及温度测量控制装置。

液压缸2活塞杆的端部还连接有变形检测板4，变形检测板4的两端与立柱3滑动连接，具体地，变形检测板4的两端设有与立柱3滑动配合的U形口；还可以在变形检测板4的两端设置导套，导套的内孔与立柱3滑动配合；立柱3上、位于变形检测板4的上部设置有位移传感器5，位移传感器5测量杆的下端与变形检测板4的上侧面接触并与其相垂直；本实施例中，位移传感器5采用成都远恒精密测控技术有限公司生产的电子数显百分表；

本实施例中，主机还包括液压站、电气控制箱和操作控制台（图中未示出），电气控制箱内设置工控机，操作控制台上设置有控制按钮和触摸屏，将试验参数输入后即可进行试验操作，试验过程可在显示器中监控。

加热炉7的加热及温度测量控制装置、负荷传感器9、气体分析仪22、调压阀19、压力表20、位移传感器5均与工控机的控制系统相连；液压缸2通过管路、电磁阀与液压站相连，电磁阀与控制系统相连；

本实施例中控制系统使用上位机软件+PLC控制系统，为现有技术，不多赘述。

本发明在使用时，先将待测试的金属密封圈16放置于下压盘11上，启动液压缸2使其活塞杆伸出，直至金属密封圈16与上压盘13接触；再利用螺栓18将套筒12上端设置的法兰盘12-2与上压盘13连接在一起并密封；然后打开炉门7-3，将加热炉7推入主机上横梁8的正下方，随后在加热炉7的上侧壁和下侧壁的U形口7-1中塞入封堵块7-2，最后关闭炉门7-3即可进行正常的试验程序；试验结束后，先打开炉门7-3，然后取下U形口7-1中的封堵块7-2，再将加热炉7从主机上横梁8的下方移动至主机外侧，随后松开套筒12的上法兰盘12-2与上压盘13连接的螺栓18使其分离，然后启动液压缸2使其活塞杆缩回，最后从下压盘11上取下金属密封圈16。试验时，液压缸2按规定的试验载荷和加载时间对试样加载；负荷传感器9对加载的试验载荷进行测量并反馈控制系统；位移传感器5对试样的轴向变形进行测量并反馈控制系统，加热炉7的加热及温度测量控制装置对加热炉7的温度进行测量和恒温调节；压力表20对所在管道的压力进行测量并反馈控制系统；调压阀19根据控制系统的指令对所在管道的压力进行调节；气体分析仪对密封圈外侧、由密封内腔泄露的氮气质量流量进行测量并反馈控制系统。上述动作均由工控机的控制系统控制；具体的控制编程过程根据被测试的金属密封圈16的特征和高温密封性能试验、压缩回弹性能试验的具体试验规程的需要设计，不属于本发明的结构范围，且为实现控制的电路布置以及连接均能够根据本发明的硬件结构设计，结合动作目的、借助电控领域的常识加以克服，所以不作详述。

在对本发明的描述中，需要说明的是，术语 “ 左”、“ 右”、“ 前”、“ 后”、“ 上”、“下”、“ 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。

除非另有明确的规定和限定，术语“ 安装”、“ 相连”、“ 连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案的限定，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属密封圈高温密封性试验装置，包括主机、试样夹持装置和试验加载装置，主机包括由底座、立柱和连接于立柱顶端的上横梁构成的主机框架，所述的试验加载装置为沿竖直方向连接于底座上的液压缸，其特征在于：所述的试样夹持装置包括安装在上横梁下部的上压盘和对应设置在液压缸的活塞杆端部的下压盘，活塞杆的端部与下压盘之间设有负荷传感器；还包括加热炉，所述的上压盘、下压盘的工作端位于加热炉的炉膛内，被检测的金属密封圈夹持于上压盘、下压盘的工作端之间；上压盘与下压盘之间设有气密性检验装置。

2.根据权利要求1所述的金属密封圈高温密封性试验装置，其特征在于：所述的活塞杆的端部与负荷传感器的下端相连，负荷传感器的上端与降温隔热连接轴的下端相连，降温隔热连接轴的上端与所述下压盘的下端相连；降温隔热连接轴的下部设有中空的内腔、侧壁上设有与中空内腔相连通的进水管和出水管。

3.根据权利要求1所述的金属密封圈高温密封性试验装置，其特征在于：所述的气密性检验装置包括设置在下压盘与降温隔热连接轴外侧的套筒，和设置在套筒下部侧壁上的出气孔、设置在上压盘上部侧壁上的进气孔；上压盘的下底面设有轴向的中心盲孔，进气孔与盲孔的底部相连通；套筒下端的内孔上设有第一密封圈，与降温隔热连接轴的外侧面相密封；套筒的上端设置法兰盘，法兰盘上设有竖向的螺栓孔，上压盘上对应设有竖向通孔，法兰盘与上压盘之间设有第二密封圈，螺栓穿过竖向通孔与螺栓孔相连，将法兰盘与上压盘连接在一起并密封。

4.根据权利要求3所述的金属密封圈高温密封性试验装置，其特征在于：所述的进气孔上连接有进气管，进气管与高压氮气储气罐相连通；出气孔上连接有出气管，出气管上连接气体分析仪。

5.根据权利要求4所述的金属密封圈高温密封性试验装置，其特征在于：所述的进气管上连接有调压阀和压力表。

6.根据权利要求3所述的金属密封圈高温密封性试验装置，其特征在于：所述主机的两根立柱之间设有加热炉支架，所述的加热炉滑动连接于加热炉支架上，可从主机的外部进入主机的上横梁下方；加热炉的上侧壁和下侧壁均设有竖向贯通、开口朝前的U形口，加热炉上侧壁上的U形口尺寸与上压盘上部的直径相对应，加热炉下侧壁上的U形口尺寸与套筒的外径相对应；试样夹持装置可进入加热炉的炉膛中，U形口的前端设有活动的封堵块。

7.根据权利要求6所述的金属密封圈高温密封性试验装置，其特征在于：所述加热炉支架的上端与加热炉之间设有直线导轨副，导轨安装在加热炉支架的顶端，滑块安装在加热炉的底部；所述的封堵块的后端具有与上压盘上部的外侧面/套筒的外侧面相对应的形状，封堵块、上压盘/套筒、U形口之间采用石棉绳密封；所述的加热炉前端设有炉门，炉门关闭后与炉膛相密封。

8.根据权利要求1至7任意一项权利要求所述的金属密封圈高温密封性试验装置，其特征在于：所述液压缸活塞杆的端部还连接有变形检测板，变形检测板的两端与立柱滑动连接；立柱上、位于变形检测板的上部设置有位移传感器，位移传感器测量杆的下端与变形检测板的上侧面接触并与其相垂直。

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