一種橡膠圈極端條件下高壓動密封試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空航天技術(shù)和機(jī)械工程領(lǐng)域，涉及一種橡膠圈極端條件下高壓動密封試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]橡膠圈密封結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好，在航空航天和機(jī)械工程領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，可作為靜密封或動密封的密封件使用，常被應(yīng)用于飛行器油路或氣路的密封上，從而需要承受復(fù)雜的載荷條件和壓力狀況，因此，研究橡膠圈密封件在高壓、高溫、低溫、往復(fù)運(yùn)動工況下的密封性能變得至關(guān)重要，尤其在極端條件下對于摩擦力和泄漏量的同步測量，對高性能橡膠圈密封件的設(shè)計意義重大，目前缺少這種試驗(yàn)裝置，能夠直接在高溫高壓或低溫高壓的往復(fù)運(yùn)動工況下同步測量出橡膠圈密封件的力一位移曲線和泄漏量，本發(fā)明旨在解決此類相關(guān)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種橡膠圈極端條件下高壓動密封試驗(yàn)裝置。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]—種橡膠圈極端條件下高壓動密封試驗(yàn)裝置，主要包括往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)、高壓充氣機(jī)、氣體流量計和實(shí)施主體;高壓充氣機(jī)對實(shí)施主體進(jìn)行高壓充氣，實(shí)現(xiàn)高壓環(huán)境;氣體流量計實(shí)現(xiàn)對泄漏氣體量的測量;實(shí)施主體實(shí)現(xiàn)極端溫度條件下的高壓動密封測試。
[0006]所述的往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)上夾頭與往復(fù)運(yùn)動桿I上端連接，往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)的下夾頭與實(shí)施主體下端連接，往復(fù)運(yùn)動桿I上下往復(fù)運(yùn)動時，實(shí)施主體不動;往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)帶動往復(fù)運(yùn)動桿I在內(nèi)襯33內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動，記錄往復(fù)運(yùn)動桿I相對內(nèi)襯33的位移、往復(fù)運(yùn)動桿I與內(nèi)襯33內(nèi)壁發(fā)生相對滑動時的作用力。根據(jù)往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生不同波形、不同頻率、不同振幅的往復(fù)運(yùn)動，實(shí)時記錄循環(huán)周期內(nèi)的力、位移曲線，實(shí)現(xiàn)動態(tài)下的力、位移曲線的測量。
[0007]所述的實(shí)施主體部分包括往復(fù)運(yùn)動桿1、上密封蓋22、下密封蓋35、柱體34、內(nèi)襯33、泄氣管路7、進(jìn)氣管路11、升溫裝置和制冷裝置；
[0008]上密封蓋22和柱體34中心在相對應(yīng)位置開有不同尺寸貫穿的圓柱形孔洞，下密封蓋35通過下緊固螺栓與柱體34底部固定連接，上密封蓋22、下密封蓋35和柱體34蓋合后形成圓柱形空腔；內(nèi)襯33放入圓柱形空腔內(nèi)，內(nèi)襯33外徑尺寸與圓柱形空腔直徑相同，內(nèi)襯為具有一定厚度的鋼管，厚度范圍為0.5—5mm;
[0009]往復(fù)運(yùn)動桿I為變徑不銹鋼桿，插入內(nèi)襯33中，上密封蓋22穿過往復(fù)運(yùn)動桿I蓋在柱體34上，往復(fù)運(yùn)動桿I頂端露出上密封蓋22，與往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)固定連接，往復(fù)運(yùn)動桿I底端是外徑略小于內(nèi)襯內(nèi)徑的圓柱體，圓柱體開有凹槽，下測試橡膠圈27水平套凹槽中；往復(fù)運(yùn)動桿I中間部位是外徑略小于內(nèi)襯內(nèi)徑圓柱體，圓柱體開有凹槽，上測試橡膠圈25水平套在凹槽中；
[0010]上、下測試橡膠圈將圓柱形空腔隔離出三部分:上泄漏空間24、高壓腔28和下泄漏空間29 ；在柱體34和內(nèi)襯33開有相對應(yīng)的上、中、下三個通透的孔洞;泄氣管路7依次穿過柱體34和內(nèi)襯33的上、下孔洞，進(jìn)氣管路11依次穿過柱體34和內(nèi)襯33的中間孔洞；進(jìn)氣管路7通過快接頭12依次連接壓力表10和進(jìn)氣閥13，再通過進(jìn)氣管路接頭14連入高壓充氣機(jī);泄氣管路7連接泄氣閥8，通過泄氣管路接頭9與氣體流量計連通。
[0011]上密封蓋22通過上緊固螺栓21與柱體34固定連接，下密封蓋35通過下緊固螺栓36與柱體34固定連接；
[0012]柱體34上表面開有凹槽，放置上蓋密封圈23，上密封蓋22中間圓柱形孔洞上開有凹槽，放置上蓋密封圈38;在柱體34的中間孔洞的上下位置開有凹槽，放置上、下內(nèi)襯密封圈26;柱體34下表面開有凹槽，放置下蓋密封圈30。
[0013]所述的升溫裝置包括升溫控制儀6、爐體絕熱層19、溫度測量儀15、熱電偶32和電阻絲20;
[0014]電阻絲20均勻排布在圓柱形加熱裝置的爐體37內(nèi)部，通過導(dǎo)線與升溫控制儀6連接，形成回路；電阻絲20外側(cè)包裹圓柱形的爐體絕熱層19;整個加熱裝置采用開合式設(shè)計，加熱裝置右側(cè)開有三個與內(nèi)部保溫層相對應(yīng)的孔洞。
[0015]熱電偶32預(yù)埋在靠近圓柱形空腔的柱體34內(nèi)部，通過導(dǎo)線與溫度測試儀15連接。
[0016]所述的制冷裝置包括內(nèi)部保溫層5、液氮套31、液氮套前管路39、液氮套后管路40、進(jìn)液閥門18、前存儲裝置17、前存儲裝置上蓋16、液氮排氣管2、后存儲裝置14和后存儲裝置上蓋3;制冷裝置對柱體34進(jìn)行降溫處理；
[0017]內(nèi)部保溫層5為上下封底的圓柱形保溫材料，采用開合式設(shè)計，內(nèi)部保溫層5上側(cè)兩端開有供液氮套前管路39和液氮套后管路40通過的孔洞，右側(cè)開有上、中、下三個孔洞，其中上、下兩個孔洞供泄氣管路7通過，中部的孔洞供進(jìn)氣管路11通過。
[0018]液氮套31為中空C型圓套體，兩側(cè)上端有液氮套前管路39和液氮套后管路40，液氮套31圍繞在柱體34外圍，液氮套前管路39通過進(jìn)液閥門18穿過內(nèi)部保溫層5與前存儲裝置17連接，前存儲裝置17為圓柱形液氮存儲容器，前存儲裝置上蓋16帶有一個液氮排氣管2，蓋在前存儲裝置16上，前存儲裝置16對液氮套添加液氮;液氮套后管路40穿過內(nèi)部保溫層5與后存儲裝置14連接，后存儲裝置14為漏斗形液氮存儲容器，后存儲裝置上蓋3帶有一個液氮排氣管2，蓋在后存儲裝置上。
[0019]在高壓環(huán)境下，由于上、下測試橡膠圈25、27將圓柱形空腔隔離出三部分:上泄漏空間24、高壓腔28和下泄漏空間29。通過高壓充氣機(jī)往高壓腔28內(nèi)充入氣體，承受0_60MPa高壓，達(dá)到需要的壓力時關(guān)閉進(jìn)氣閥13和高壓充氣機(jī)，此時，高壓腔28完全由測試橡膠圈25、27密封保持高壓環(huán)境。上、下泄漏空間24、29通過泄氣管路7連通流量計，這樣的結(jié)構(gòu)保證上、下泄漏空間24、29的壓強(qiáng)與外界一致，當(dāng)往復(fù)運(yùn)動桿I在往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)的促使下往復(fù)運(yùn)動時，如果高壓腔28中的氣體泄漏，只能發(fā)生在上、下測試橡膠圈25、27密封處，且氣體將充入上、下泄漏空間24、29，這時，上、下泄漏空間24、29的壓強(qiáng)將增加，多余的氣體將通過流量計排出，從而獲得泄漏的氣體量，從而實(shí)現(xiàn)了橡膠圈高壓動態(tài)密封下泄漏量的測試。與此同時，往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)精確地記錄下往復(fù)運(yùn)動下力、位移曲線記錄，此力與橡膠圈所受摩擦力在數(shù)值上相等，從而間接實(shí)現(xiàn)橡膠圈高壓動態(tài)密封下摩擦力的測量。
[0020]在進(jìn)行低溫高壓條件測試時，由于液氮套31圍繞在柱體34外圍，這保證了液氮最大限度的發(fā)揮制冷效果。當(dāng)注入液氮時，柱體34溫度逐漸降低，可以根據(jù)液氮的用量調(diào)節(jié)溫度的下降程度，利用熱電偶32對柱體34內(nèi)部溫度進(jìn)行測量，當(dāng)溫度值相對穩(wěn)定時，可進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)液氮的性質(zhì)，本裝置設(shè)定能夠達(dá)到的溫度下限值為-100°C。在添加液氮時，需打開前存儲裝置17上蓋16，添加完液氮后，蓋好上蓋16，液氮在液氮套31中發(fā)揮降溫作用，并發(fā)生氣化，產(chǎn)生的氮?dú)馔ㄟ^前、后存儲裝置17、4的液氮排氣管2排除，此設(shè)計目的在于防止液氮濺出，隔絕外部環(huán)境，保證安全操作。內(nèi)部保溫層5圍繞著液氮套31，可對液氮套31與外界進(jìn)行隔離保溫，保證液氮制冷效果。泄氣量通過泄氣管路7處接頭處的流量計測得，橡膠圈的摩擦力由往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)測得。
[0021]在進(jìn)行高溫高壓條件測試時，首先需拆下內(nèi)部保溫層5，保留爐體37加熱部分。本實(shí)驗(yàn)加熱裝置原理采用電阻絲20的電熱效應(yīng)，爐體37呈圓柱形圍繞在柱體34周圍，爐體37外圍安置有絕熱層19，一方面為了隔離內(nèi)部試驗(yàn)裝置和外部環(huán)境，保證升溫效果，另一方面為了避免內(nèi)部熱量對試驗(yàn)操作人員造成危險。在爐體37內(nèi)部均勻排布有電阻絲20，電阻絲20通過導(dǎo)線與外部的升溫控制儀6連接，通過升溫控制儀6依照溫度測量儀15所測得的溫度值調(diào)節(jié)對電阻絲20的輸入功率，達(dá)到控溫效果。為了保證所需測試條件，根據(jù)實(shí)際要求，升溫裝置可達(dá)到的最高溫度值為300°C。泄氣量通過泄氣管路7處接頭處的流量計測得，橡膠圈的摩擦力由往復(fù)運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)測得。
[0022]本發(fā)明的效果和益處是，在測量橡膠圈在低溫高壓或者高溫高壓動密封下摩擦力的同時，測量出氣體泄漏量，實(shí)現(xiàn)對極端溫度條件下高壓動態(tài)往復(fù)運(yùn)動狀態(tài)下橡膠圈密封性能的全面同步測試;能夠針對不同設(shè)計參數(shù)(壓縮量、擋圈等)加工往復(fù)運(yùn)動桿的凹槽，實(shí)現(xiàn)對不同設(shè)計參數(shù)下橡膠圈高壓動密封的測試;能夠在-1OOtC到300攝氏度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測試;該裝置采用組合式和關(guān)鍵部件的分體式設(shè)計，組裝簡便，靈活易用。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明裝置的示意圖；
[0024I圖2是往復(fù)運(yùn)動桿的示意圖；
[0025]圖3是液氮套的示意圖；
[0026]圖中:I往復(fù)運(yùn)動桿;2液氮排氣管;3后存儲裝置上蓋;4后存儲裝置;5內(nèi)部保溫層；6升溫控制儀;7泄氣管路;8泄氣閥；9泄漏管路接頭；10壓力表;11進(jìn)氣管路;12快接頭；13進(jìn)氣閥；14進(jìn)氣管路接頭；15溫度測量儀；16前存儲裝置上蓋；17前存儲裝置；18進(jìn)液閥門；19爐體絕熱層；20電阻絲；21上緊固螺栓;22上密封蓋;23上蓋密封圈；24上泄漏空間；25上測試橡膠圈；26內(nèi)襯密封圈；27下測試橡膠圈；28高壓腔;29下泄漏空間；30下蓋密封圈；31液氮套;32熱電偶；33內(nèi)襯;34柱體;35下密封蓋;36下緊固螺栓;37爐體;38上蓋密封圈；39液氮套前管路;40液氮套后管路。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明