專利名稱：：密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及密封墊片高礙綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，具體地說(shuō)是一種采用新結(jié)構(gòu)和高精度傳感器測(cè)量墊片在高溫下的包括墊片的高溫壓縮回彈性能、蠕變松弛性能以及密封性能在內(nèi)的綜合性能的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
：螺栓法蘭墊片密封廣泛應(yīng)用于過(guò)程工業(yè)的設(shè)備和管道連接中，墊片是影響連接密封性能的關(guān)鍵元件。流體的密封是通過(guò)法蘭和墊片間的相互緊密接觸，依靠墊片的彈塑性變形，減小或堵塞泄漏通道，以增加流動(dòng)阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。近三十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的密封特性進(jìn)行了較為全面研究。在此研究領(lǐng)域最富成果的就是對(duì)墊片性能的深入研究。早在1974年美國(guó)壓力容器委員會(huì)(PVRC)的螺栓法蘭連接分會(huì)(S/CONBFC)開(kāi)始了墊片常溫性能的研究，對(duì)ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范給出的墊片系數(shù)M、y進(jìn)行評(píng)定。采用美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)石棉墊和纏繞墊進(jìn)行了常溫氮?dú)夂退芊庠囼?yàn)，研究墊片預(yù)緊應(yīng)力和法蘭表面光潔度對(duì)密封性能的影響，以及M、y與墊片寬度、預(yù)緊載荷、泄漏率和介質(zhì)壓力之間的相互關(guān)系。后來(lái)又提出了更為廣泛的包括里程碑試驗(yàn)和工況試驗(yàn)的"墊片試驗(yàn)計(jì)劃n"，作為提供更有效的規(guī)范設(shè)計(jì)參數(shù)和ASTM試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。歷時(shí)十多年的研究，PVRC對(duì)墊片室溫性能有了較充分的了解，在試驗(yàn)基礎(chǔ)上可預(yù)測(cè)各種預(yù)緊載荷和室溫操作條件下墊片的密封性能。德國(guó)、奧地利等國(guó)亦相繼開(kāi)展了墊片常溫性能及相應(yīng)試驗(yàn)裝備和測(cè)試技術(shù)的研究。與常溫相比，高溫工況下的密封失效問(wèn)題更為突出。高溫引起墊片的老化、失重、蠕變、松弛、密封性能下降，是導(dǎo)致整個(gè)法蘭連接系統(tǒng)失效的主要原因。目前由于缺乏墊片高溫性能數(shù)據(jù)，高溫法蘭連接設(shè)計(jì)尚是經(jīng)驗(yàn)性的，無(wú)法對(duì)在役連接系統(tǒng)作出正確的安全評(píng)定。1982年，墊片試驗(yàn)與高溫連接性能研究小組(S/CONGT&ETJB)啟動(dòng)了墊片高溫性能研究計(jì)劃，開(kāi)始了一系列法蘭墊片連接在高溫循環(huán)載荷下密封性能的試驗(yàn)和分析工作。探討了螺栓法蘭墊片各個(gè)連接件的高溫行為及連接的密封機(jī)理，研究了影響連接系統(tǒng)泄漏的因素及它們之間的關(guān)系并建立了一系列設(shè)計(jì)方法，使連接系統(tǒng)在高溫工況下的泄漏率減至最小。Bazergui，Marchand和Payne于1988年研制出了墊片熱時(shí)效試驗(yàn)裝置和熱緊密性裝置。可以分別做單試件的蠕變松弛試驗(yàn)和短期密封試驗(yàn)。他們模擬實(shí)際的操作工況，對(duì)熱態(tài)墊片的特性進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明溫度和介質(zhì)壓力的共同作用使墊片的密封性能顯著下降，高溫下墊片產(chǎn)生蠕變和應(yīng)力松弛，并且蠕變速度比常溫快得多，從而降低了墊片緊密性。法國(guó)的Birembaut和Bravo在1988年試驗(yàn)研究了石棉橡膠墊片和石棉纏繞墊片的高溫性能。試驗(yàn)結(jié)果表明墊片壓縮量隨溫度的增加而增加；墊片泄漏率隨溫度升高而急劇增大；室溫下泄漏率隨墊片預(yù)緊載荷的增大而減小。這一試驗(yàn)研究比較全面地揭示了墊片的力學(xué)性能和密封性能。PVRC的BFC分委員會(huì)與高溫設(shè)計(jì)分委員會(huì)聯(lián)合組成一個(gè)研究小組于1988年和1989年建立了墊片長(zhǎng)期熱態(tài)性能研究的試驗(yàn)裝置，探討了墊片應(yīng)力、蠕變與松弛對(duì)系統(tǒng)緊密性的影響。1998年，LMarchand等人又研制了一套老化松弛夾具，可以對(duì)墊片材料進(jìn)行長(zhǎng)期老化，進(jìn)一步研究墊片的長(zhǎng)期熱態(tài)性能。國(guó)內(nèi)南京工業(yè)大學(xué)朱洪生、顧伯勤等從1981年起對(duì)墊片的密封機(jī)理以及螺栓法蘭連接系統(tǒng)的緊密性進(jìn)行了廣泛研究。研制了多功能全自動(dòng)的墊片性能試驗(yàn)機(jī)和墊片高溫性能試驗(yàn)裝置，用于常溫和高溫時(shí)墊片材料性能試驗(yàn)。盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)墊片常溫和高溫性能的研究經(jīng)歷了長(zhǎng)期的發(fā)展，也出現(xiàn)過(guò)墊片高溫性能的試驗(yàn)裝置。但是以往的墊片高溫性能試驗(yàn)裝置存在功能分散、測(cè)試精度低、泄漏測(cè)試?yán)щy、測(cè)試方法落后等問(wèn)題。尚未有能夠在同一臺(tái)試驗(yàn)裝置上，采用低壓區(qū)作為測(cè)漏腔，對(duì)密封墊片高溫綜合性能進(jìn)行精確測(cè)試的裝置。通過(guò)對(duì)各種密封墊片的高溫壓縮回彈性能、蠕變松弛性能及密封性能進(jìn)行測(cè)試，獲取其相關(guān)性能參數(shù)，建立墊片高溫性能數(shù)據(jù)庫(kù)，這對(duì)高溫螺栓法蘭連接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及在役連接系統(tǒng)的安全評(píng)定都具有重要意義。密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置是墊片高溫性能研究和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的理想設(shè)備。綜上所述，密封墊片高溫綜合性能的試驗(yàn)研究十分重要。研制功能完善、測(cè)試精度高、試驗(yàn)成本低廉的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置具有深遠(yuǎn)意義
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有墊片密封試驗(yàn)裝置功能分散、測(cè)試精度低及測(cè)試方法落后的缺點(diǎn)，提出新結(jié)構(gòu)，使用高精度傳感器，設(shè)計(jì)一套密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，包括上法蘭和下法蘭，所述凸形的上法蘭置于凹形的下法蘭的凹臺(tái)內(nèi)，試驗(yàn)墊片加載在上法蘭和下法蘭之間，上法蘭和下法蘭設(shè)置在加熱電爐的加熱腔內(nèi)，加熱腔內(nèi)設(shè)有熱電偶，下法蘭底部設(shè)有位移傳感器下壓板，上法蘭上部設(shè)有位移傳感器上壓板，位移傳感器上壓板的兩端各設(shè)有一個(gè)位移傳感器；上法蘭通過(guò)連接桿壓板連接連接桿的一端，連接桿的另一端連接液壓機(jī)頭，液壓機(jī)頭下方設(shè)有拉壓傳感器；下法蘭上設(shè)有介質(zhì)出氣管，介質(zhì)出氣管端口部設(shè)有溫度傳感器和微壓傳感器；上法蘭下端面、下法蘭上端面與試驗(yàn)墊片內(nèi)圓所構(gòu)成的空腔為密封腔，下法蘭上設(shè)有連通密封腔的介質(zhì)進(jìn)氣管，位移傳感器下壓板下方設(shè)有下隔熱板和下墊板，位移傳感器上壓板與拉壓傳感器之間設(shè)有上隔熱板；位移傳感器下壓板通過(guò)固定螺母和固定螺栓固定在工作臺(tái)上；位移傳感器、熱電偶、溫度傳感器、微壓傳感器、拉壓傳感器和介質(zhì)給定系統(tǒng)A的壓力傳感器的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)B相應(yīng)的信號(hào)采集端。所述位移傳感器下壓板上設(shè)有位移傳感器墊塊，位移傳感器墊塊上設(shè)有位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘，位移傳感器上壓板上設(shè)有位移傳感器支架，位移傳感器支架上設(shè)有位移傳感器夾具，位移傳感器設(shè)置在位移傳感器夾具上。所述熱電偶連接溫度控制儀，溫度控制儀連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)B的加熱腔溫度采集端。裝置旁設(shè)有風(fēng)機(jī)。所述介質(zhì)給定系統(tǒng)A由高壓氣瓶、定值器和密封腔組成，高壓氣瓶與介質(zhì)進(jìn)氣管之間連接有定值器和壓力傳感器，定值器上設(shè)有氧氣表和泄氣閥。所述上法蘭外側(cè)壁與下法蘭內(nèi)側(cè)壁之間的間隙上方設(shè)有"Q"形環(huán)狀密封圈，"Q"形環(huán)狀密封圈、試驗(yàn)墊片外圓、上法蘭下端面、下法蘭上段面以及出氣管間的密封空間組成測(cè)漏腔，介質(zhì)進(jìn)氣管與測(cè)漏腔連通。所述上法蘭上設(shè)有內(nèi)壓環(huán)和內(nèi)壓墊，下法蘭上設(shè)有外壓環(huán)和外壓墊，外壓環(huán)和內(nèi)壓環(huán)通過(guò)沉頭螺栓固定。所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述位移傳感器對(duì)稱放置。密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置包括8個(gè)主要部分墊片加載系統(tǒng)、法蘭抬升分離系統(tǒng)、墊片變形測(cè)量系統(tǒng)、加熱與溫度控制測(cè)量系統(tǒng)、冷卻隔熱系統(tǒng)、介質(zhì)給定系統(tǒng)、介質(zhì)密封及泄漏率測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。試驗(yàn)墊片由加熱與溫度控制系統(tǒng)保證試驗(yàn)溫度，墊片由加載系統(tǒng)預(yù)緊，其變形量由變形測(cè)量系統(tǒng)獲得，試驗(yàn)介質(zhì)從介質(zhì)給定系統(tǒng)進(jìn)入介質(zhì)密封系統(tǒng)，部分介質(zhì)從介質(zhì)密封系統(tǒng)泄漏進(jìn)入泄漏率測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集所有的測(cè)量信號(hào)，包括載荷、位移、溫度、壓力和壓差信號(hào)。冷卻隔熱系統(tǒng)用于減少試驗(yàn)腔內(nèi)熱量流失，降低傳感器的工作溫度，保證傳感器安全可靠運(yùn)行。試驗(yàn)完成后可由法蘭抬升分離系統(tǒng)自動(dòng)辨上法蘭抬起，便于更換墊片。墊片加載系統(tǒng)，該系統(tǒng)由液壓機(jī)頭、拉壓傳感器、上隔熱板和上法蘭組成，液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)提供壓力載荷并通過(guò)拉壓傳感器、上隔熱板和上法蘭將載荷傳遞至試驗(yàn)墊片；使用LFSX-20型拉壓傳感器測(cè)量所提供的最大載荷300kN，載荷測(cè)量精度為0.2%，能滿足精確測(cè)量墊片壓緊力的要求。法蘭抬升分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)由液壓機(jī)頭、連接桿、連接桿壓板、位移傳感器下壓板、下法蘭、固定螺栓、固定螺母和工作臺(tái)組成。連接桿和液壓機(jī)頭相連，連接桿壓板和上法蘭相連；位移傳感器下壓板和下法蘭相連，通過(guò)固定螺栓和固定螺母使下法蘭和液壓機(jī)工作臺(tái)相連；當(dāng)液壓機(jī)向上抬升時(shí)，液壓機(jī)頭和工作臺(tái)互相遠(yuǎn)離，上法蘭和下法蘭即隨之分離。墊片變形測(cè)量系統(tǒng)，墊片變形測(cè)量系統(tǒng)由位移傳感器、位移傳感器墊塊、位移傳感器下壓板、位移傳感器上壓板、位移傳感器夾具、位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘、支架組成。采用兩個(gè)對(duì)稱放置的位移傳感器來(lái)測(cè)量試驗(yàn)墊片位移，避免由于裝置非對(duì)稱組裝帶來(lái)的測(cè)試誤差；兩個(gè)位移位移傳感器通過(guò)傳感器上壓板向外伸出，避免位移傳感器距離加熱與溫度控制測(cè)量系統(tǒng)過(guò)近而超出位移傳感器的使用溫度范圍；通過(guò)位移傳感器夾具、位移傳感器墊塊和位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘可以方便地實(shí)現(xiàn)位移傳感器位置的調(diào)節(jié)，使測(cè)量不受墊片厚度的影響。加熱與溫度控制測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由加熱電爐、熱電偶和溫度控制儀組成。電爐為對(duì)開(kāi)式，方便裝卸，試驗(yàn)溫度可達(dá)600'C;加熱溫度和升溫速度由精密溫度控制儀控制，溫度控制過(guò)程中，將熱電偶測(cè)得的溫度信號(hào)輸入溫度控制儀，與設(shè)定的試驗(yàn)溫度進(jìn)行比較，溫度控制儀依據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)測(cè)溫度的差值通過(guò)可控硅改變加熱器電壓，使實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定的試驗(yàn)溫度相等。冷卻隔熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由上隔熱板、下隔熱板和風(fēng)機(jī)組成。隔熱板為碳酸鈣石棉板，具有較好的隔熱性能，同時(shí)能夠承受一定的載荷；隔熱板阻斷高溫部件的傳熱，能夠減少試驗(yàn)腔內(nèi)的熱量損失；通過(guò)風(fēng)冷換熱方法和隔熱板的隔熱措施，能夠保證傳感器的工作溫度低于其能承受的極限溫度。7介質(zhì)給定系統(tǒng)，介質(zhì)給定系統(tǒng)由高壓氣瓶、定值器和密封腔等組成。試驗(yàn)介質(zhì)采用工業(yè)純氮或空氣，試驗(yàn)方便安全；介質(zhì)經(jīng)過(guò)定值器進(jìn)入密封腔，保證試驗(yàn)介質(zhì)壓力穩(wěn)定，試驗(yàn)壓力為016MPa，能夠模擬工程中的介質(zhì)壓力條件。定值器上裝有兩個(gè)壓力表，可以方便讀出氮?dú)馄砍隹趬毫兔芊馇唤橘|(zhì)壓力；定值器上裝有泄氣閥，試驗(yàn)完成后，密封腔內(nèi).氣體可由定值器上的泄氣閥排出。介質(zhì)密封系統(tǒng)及泄漏率測(cè)量系統(tǒng)，介質(zhì)密封系統(tǒng)由上法蘭、下法蘭、試驗(yàn)墊片、介質(zhì)進(jìn)氣管組成。采用剛性較大的模擬法蘭，使試驗(yàn)墊片在密封面上均勻受壓，消除法蘭變形對(duì)試驗(yàn)墊片性能的影響。泄瘺率測(cè)量系統(tǒng)由上法蘭、下法蘭、試驗(yàn)墊片、"Q"形環(huán)狀密封圈、外壓墊、內(nèi)壓墊、外壓環(huán)、內(nèi)壓環(huán)、沉頭螺栓、介質(zhì)出氣管、溫度傳感器、微壓傳感器組成。"Q"形環(huán)狀密封圈、試驗(yàn)墊片外圓、上法蘭下端面、下法蘭上端面以及出氣管間的密封空間組成測(cè)漏腔，介質(zhì)進(jìn)氣管與測(cè)漏腔連通；測(cè)漏空腔、初始容積Kc和容積變化系數(shù)《標(biāo)定系統(tǒng)、微壓傳感器和溫度傳感器組成泄漏率測(cè)量系統(tǒng)，試驗(yàn)介質(zhì)通過(guò)墊片漏入測(cè)漏空腔，引起空腔內(nèi)氣體狀態(tài)的改變，采用微壓傳感器和溫度傳感器測(cè)定氣體狀態(tài)，如壓力、溫度的微小變化，由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算得到泄漏率；測(cè)漏空腔屬于低壓區(qū)，可提高測(cè)漏腔壓力的測(cè)量精度，并可以有效地避免以高壓區(qū)作為泄漏空腔而帶來(lái)的管路泄漏問(wèn)題，使測(cè)量更準(zhǔn)確；泄漏率測(cè)量分辨率為lX10'5cm3/s,泄漏率測(cè)量范圍為lXl(T5cm3/slcm3/S;上法蘭為"凸"形，下法蘭為"凹"形，方便形成密封腔和環(huán)形測(cè)漏腔。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)為核心，傳感器將各種被測(cè)參數(shù)，如墊片載荷、墊片位移、試驗(yàn)介質(zhì)壓力、環(huán)境溫度、測(cè)漏空腔中的微壓和溫度，轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，通過(guò)放大器進(jìn)行放大或衰減，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)輸入接口與計(jì)算機(jī)相連。試驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同試驗(yàn)內(nèi)容對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、采集、儲(chǔ)存。試驗(yàn)結(jié)果可以以數(shù)據(jù)、表格、曲線或擬合公式的形式通過(guò)外圍設(shè)備，如打印機(jī)、繪圖儀給出。本發(fā)明成功設(shè)計(jì)了墊片加載系統(tǒng)、法蘭抬升分離系統(tǒng)、位移測(cè)量系統(tǒng)、加熱與溫度控制系統(tǒng)、冷卻隔熱系統(tǒng)、介質(zhì)給定系統(tǒng)、介質(zhì)密封及泄漏率測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)墊片高溫壓縮回彈、蠕變松弛及密封性能的測(cè)試。它具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)多功能。本裝置能夠?qū)Σ煌r(溫度、載荷、介質(zhì)壓力)下墊片壓縮回彈性能、蠕變松弛性能和密封性能進(jìn)行測(cè)試，能夠同時(shí)滿足工程測(cè)試和科學(xué)研究的需要。(2)高參數(shù)。試驗(yàn)溫度可達(dá)600'C，試驗(yàn)壓力可達(dá)16MPa。(3)以低壓區(qū)作為測(cè)漏腔，可提高測(cè)漏腔壓力的測(cè)量精度，并可以有效地避免以高壓區(qū)作為泄漏空腔而帶來(lái)的管路泄漏問(wèn)題，使墊片密封性能的測(cè)量更準(zhǔn)確。(4)試驗(yàn)方便，法蘭抬升分離系統(tǒng)可以解決高溫試驗(yàn)墊片與法蘭粘結(jié)分離困難的問(wèn)題。(5)試驗(yàn)機(jī)整體結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。零件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，造價(jià)低廉。所選的傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)精度高、質(zhì)量好，能適應(yīng)密封墊片高精度、長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)的要求。圖1為本發(fā)明的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置的總裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的墊片加載系統(tǒng)示意圖。圖3為本發(fā)明的法蘭抬升分離系統(tǒng)示意圖。圖4為本發(fā)明的墊片變形測(cè)量系統(tǒng)示意圖。圖5為本發(fā)明的加熱與溫度控制系統(tǒng)示意圖。圖6為本發(fā)明的冷卻隔熱系統(tǒng)示意圖。圖7為本發(fā)明的介質(zhì)給定系統(tǒng)示意圖圖8為本發(fā)明的介質(zhì)密封及泄漏率測(cè)量系統(tǒng)示意圖。圖9為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在應(yīng)力等級(jí)70MPa、不同溫度下的壓縮回彈曲線圖。圖10為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在應(yīng)力等級(jí)70MPa、不同溫度下的墊片蠕變曲線圖。圖11為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在不同預(yù)緊應(yīng)力、不同溫度下的墊片蠕變曲線圖。圖12為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在不同溫度下的墊片松弛曲線圖。圖13為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在同一預(yù)緊應(yīng)力、不同溫度下泄漏率與介質(zhì)壓力的關(guān)系曲線圖。圖14為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在同一溫度下泄漏率與介質(zhì)壓力的關(guān)系曲線圖。圖中1為液壓機(jī)頭，2為連接桿，3為上法蘭，4為"Q"形環(huán)狀密封圈，5為加熱電爐，6為試驗(yàn)墊片，7為下法蘭，8為下隔熱板，9為工作臺(tái)，IO為上隔熱板，ll為位移傳感器，12為介質(zhì)出氣管，13為位移傳感器墊塊，14為介質(zhì)進(jìn)氣管，15為固定螺母，16為下墊板，17為固定螺栓，18為連接桿壓板，19為位移傳感器下壓板，20為位移傳感器上壓板，21為位移傳感器夾具，22為位移傳感器支架，23為位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘，24為加熱腔，25為熱電偶，26為溫度控制儀，27為風(fēng)機(jī)，28為高壓氣瓶，29為定值器，30為密封腔，31為外壓環(huán)，32為外壓墊，33為測(cè)漏腔，34為內(nèi)壓環(huán)，35為內(nèi)壓墊，36為沉頭螺栓，37為溫度傳感器，38為微壓傳感器，39為拉壓傳感器，40為壓力傳感器，A為介質(zhì)給定系統(tǒng)，B為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有墊片密封試驗(yàn)裝置功能分散、測(cè)試精度低及測(cè)試方法落后的缺點(diǎn)，提出新結(jié)構(gòu)，使用高精度傳感器，設(shè)計(jì)一套密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置?！环N密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，包括上法蘭3和下法蘭7,所述凸形的上法蘭3置于凹形的下法蘭7的凹臺(tái)內(nèi)，試驗(yàn)墊片6加載在上法蘭3和下法蘭7之間，上法蘭3和下法蘭7設(shè)置在加熱電爐5的加熱腔24內(nèi)，加熱腔24內(nèi)設(shè)有熱電偶25,下法蘭7底部設(shè)有位移傳感器下壓板19，上法蘭3上部設(shè)有位移傳感器上壓板20，位移傳感器上壓板20的兩端各設(shè)有一個(gè)位移傳感器11;上法蘭3通過(guò)連接桿壓板18連接連接桿2的一端，連接桿2的另一端連接液壓機(jī)頭1，液壓機(jī)頭1下方設(shè)有拉壓傳感器39;下法蘭7上設(shè)有介質(zhì)出氣管12，介質(zhì)出氣管12端口部設(shè)有溫度傳感器37和微壓傳感器38;上法蘭3下端面、下法蘭7上端面與試驗(yàn)墊片6內(nèi)圓所構(gòu)成的空腔為密封腔30，下法蘭7上設(shè)有連通密封腔30的介質(zhì)進(jìn)氣管14，位移傳感器下壓板19下方設(shè)有下隔熱板8和下墊板16，位移傳感器上壓板20與拉壓傳感器39之間設(shè)有上隔熱板10;位移傳感器下壓板19通過(guò)固定螺母15和固定螺栓17固定在工作臺(tái)9上；位移傳感器ll、熱電偶25、溫度傳感器37、微壓傳感器38、拉壓傳感器39和介質(zhì)給定系統(tǒng)A的壓力傳感器40的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)B相應(yīng)的信號(hào)采集端。所述位移傳感器下壓板19上設(shè)有位移傳感器墊塊13,位移傳感器墊塊13上設(shè)有位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘23，位移傳感器上壓板20上設(shè)有位移傳感器支架22，位移傳感器支架22上設(shè)有位移傳感器夾具21，位移傳感器11設(shè)置在位移傳感器夾具21上。所述熱電偶25連接溫度控制儀26,溫度控制儀26連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)B的加熱腔溫度采集端。裝置旁設(shè)有風(fēng)機(jī)27。所述介質(zhì)給定系統(tǒng)A由高壓氣瓶28、定值器29和密封腔30組成，高壓氣瓶28與介質(zhì)進(jìn)氣管14之間連接有定值器29和壓力傳感器40，定值器29上設(shè)有氧氣表和泄氣閥。所述上法蘭3外側(cè)壁與下法蘭7內(nèi)側(cè)壁之間的間隙上方設(shè)有"Q"形環(huán)狀密封圈4，"Q"形環(huán)狀密封圈4、試驗(yàn)墊片6外圓、上法蘭3下端面、下法蘭7上段面以及出氣管間的密封空間組成測(cè)漏腔33，介質(zhì)進(jìn)氣管14與測(cè)漏腔33連通。所述上法蘭3上設(shè)有內(nèi)壓環(huán)34和內(nèi)壓墊35，下法蘭7上設(shè)有外壓環(huán)31和外壓墊32，外壓環(huán)31和內(nèi)壓環(huán)34通過(guò)沉頭螺栓36固定。所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述位移傳感器11對(duì)稱放置。密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置包括8個(gè)主要部分墊片加載系統(tǒng)、法蘭抬升分離系統(tǒng)、墊片變形測(cè)量系統(tǒng)、加熱與溫度控制測(cè)量系統(tǒng)、冷卻隔熱系統(tǒng)、介質(zhì)給定系統(tǒng)、介質(zhì)密封及泄漏率測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。試驗(yàn)墊片由加熱與溫度控制系統(tǒng)保證試驗(yàn)溫度，墊片由加載系統(tǒng)預(yù)緊，其變形量由變形測(cè)量系統(tǒng)獲得，試驗(yàn)介質(zhì)從介質(zhì)給定系統(tǒng)進(jìn)入介質(zhì)密封系統(tǒng)，部分介質(zhì)從介質(zhì)密封系統(tǒng)泄漏進(jìn)入泄漏率測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集所有的測(cè)量信號(hào)，包括載荷、位移、溫度、壓力和壓差信號(hào)。冷卻隔熱系統(tǒng)用于減少試驗(yàn)腔內(nèi)熱量流失，降低傳感器的工作溫度，保證傳感器安全可靠運(yùn)行。試驗(yàn)完成后可由法蘭抬升分離系統(tǒng)自動(dòng)將上法蘭抬起，便于更換墊片。如圖1，所用傳感器參數(shù)見(jiàn)表1。自行設(shè)計(jì)加工的零部件有連接桿2、上法蘭3、下法蘭7、"Q"形環(huán)狀密封圈4、加熱電爐5、下隔熱板8、上隔熱板10、位移傳感器墊塊13、下墊板16、固定螺栓17、連接桿壓板18、位移傳感器下壓板19、位移傳感器上壓板20、位移傳感器支架22、位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘23、外壓環(huán)31和內(nèi)壓環(huán)34。一、墊片加載及法蘭抬升分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2，墊片加載系統(tǒng)由液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)提供壓力載荷并通過(guò)上拉壓傳感器39、上隔熱板10和上法蘭3將載荷傳遞至試驗(yàn)墊片6。上隔熱板10外徑112mm，內(nèi)徑29mm，高50mm。連接桿2從其中間孔中穿過(guò)。上法蘭3上部外徑116mm，下部外徑155mm，總高70mm，由于上法蘭3下表面為密封面，要求同心圓磨且進(jìn)行表面滲氮處理，表面粗糙度達(dá)到Ral.6。法蘭抬升分離系統(tǒng)的連接桿上部和液壓機(jī)頭1緊密連接，其長(zhǎng)度為102mm,要保證當(dāng)液壓機(jī)頭10壓下時(shí)，連接桿2不受力，連接桿2僅用于試驗(yàn)完成后抬升上法蘭3。M12的固定螺栓17長(zhǎng)125mm，通過(guò)固定螺母15和位移傳感器下壓板19將下法蘭7和工作臺(tái)9相連。下法蘭7上部外徑198mm，下部外徑162mm，總高83mm，由于下法蘭7上表面為密封面，同樣要求同心圓磨且進(jìn)行表面滲氮處理，表面粗糙度達(dá)到Ra1.6。位移傳感器下壓板19厚10mm，中間部分為內(nèi)徑162mm的圓形，兩邊為寬50mm矩形，用于連接下法蘭7和安裝位移傳感器墊塊13。加載及法蘭抬升分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。二、墊片變形測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本發(fā)明的墊片變形測(cè)量系統(tǒng)如圖4所示。采用兩個(gè)對(duì)稱放置的位移傳感器11來(lái)測(cè)量試驗(yàn)墊片6的位移，避免由于裝置組裝問(wèn)題帶來(lái)的測(cè)試誤差。兩個(gè)位移傳感器ll通過(guò)位移傳感器上壓板20向外伸出，可以避免位移傳感器11距離加熱系統(tǒng)過(guò)近而超出其使用溫度限制。通過(guò)位移傳感器支架22、位移傳感器墊塊13和位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘23可以方便地實(shí)現(xiàn)位移傳感器位置的調(diào)節(jié)，使測(cè)量不受試驗(yàn)墊片6厚度的影響。位移傳感器墊塊13總高125mm，下端安裝在位移傳感器下壓板19上，上端開(kāi)有M6的螺紋孔用于安裝位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘23。三、加熱與溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本發(fā)明的加熱與溫度控制系統(tǒng)如圖5所示。加熱裝置為對(duì)開(kāi)式加熱電爐5，外徑350mm，內(nèi)徑220mm，高115mm。電爐在介質(zhì)進(jìn)氣管14和介質(zhì)出氣管12通過(guò)位置留有孔道，直徑比管外徑略大，加熱保溫時(shí)用石棉或玻璃纖維紙堵塞空隙，以減少熱量損失，試驗(yàn)溫度可達(dá)600'C。熱電偶25從電爐5的孔道伸入加熱腔24,測(cè)試腔內(nèi)溫度，并通過(guò)溫度控制儀實(shí)時(shí)調(diào)控。四、冷卻隔熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本發(fā)明的冷卻隔熱系統(tǒng)如圖6所示。采用上隔熱板IO、下隔熱8來(lái)隔開(kāi)試驗(yàn)法蘭和液壓機(jī)的接觸，避免液壓機(jī)溫度過(guò)高，采用風(fēng)機(jī)27鼓入冷空氣可進(jìn)一步降低環(huán)境溫度，使各傳感器都在其允許溫度范圍內(nèi)工作。五、介質(zhì)給定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本發(fā)明的介質(zhì)給定系統(tǒng)如圖7所示。試驗(yàn)介質(zhì)為氮?dú)?，高壓氣?8內(nèi)氮?dú)飧鶕?jù)定值器29的設(shè)定值進(jìn)入密封腔30,保證了試驗(yàn)系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。定值器29上有兩個(gè)氧氣表可以方便地讀出高壓氣瓶28壓力和定值器出口壓力。并且在定值器29上改裝了泄氣閥，完成一次測(cè)量后通過(guò)泄氣閥將密封腔30內(nèi)的介質(zhì)排入大氣中。六、密封及泄漏率測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本發(fā)明的密封及測(cè)漏系統(tǒng)如圖8所示。為模擬墊片密封的真實(shí)工況，需要一個(gè)由法蘭和墊片組成的充滿高壓介質(zhì)的密閉腔體。本發(fā)明的上法蘭3、下法蘭7、試驗(yàn)墊片6、介質(zhì)進(jìn)氣管14共同構(gòu)成了密封腔30。工程上多以指標(biāo)泄漏率作為評(píng)判密封性能的標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明從工程實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)了便于測(cè)量泄漏率的測(cè)漏系統(tǒng)。測(cè)漏腔由上法蘭3、下法蘭7、試驗(yàn)墊片6、內(nèi)壓墊35、外壓墊32、"Q"形環(huán)狀密封圈4、內(nèi)壓環(huán)34、外壓環(huán)31和介質(zhì)出氣管12組成。本發(fā)明的下法蘭7為"凹"形，上法蘭3為"凸"形，直徑略小，安裝時(shí)嵌入下法蘭7中，形成環(huán)形間隙。內(nèi)壓環(huán)34、外壓環(huán)31將形環(huán)狀密封圈4壓在下法蘭7的上端面，形環(huán)狀密封圈4與上法蘭3和下法蘭7之間釆用試驗(yàn)墊片6密封，形成了密閉的泄漏腔33。由于本結(jié)構(gòu)中測(cè)漏腔33屬于低壓區(qū)，可提高測(cè)漏腔33壓力的測(cè)量精度，并可以有效地降低以高壓區(qū)作為測(cè)漏腔33帶來(lái)的測(cè)漏腔33密封不嚴(yán)發(fā)生泄漏的問(wèn)題。隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高，試驗(yàn)墊片6不斷發(fā)生變形，形環(huán)狀密封圈4既可以保證測(cè)漏腔33的蜜封性，又可以補(bǔ)償上法蘭3、下法蘭7之間的位移。介質(zhì)從密封腔30泄漏進(jìn)入測(cè)漏腔33,通過(guò)介質(zhì)出氣管12進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)或者排空。本發(fā)明的測(cè)漏腔33設(shè)置有微壓傳感器38，可測(cè)出測(cè)漏腔33內(nèi)氣體壓力的變化。依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可計(jì)算得出泄漏率。七、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所用傳感器如表l所示，該系統(tǒng)用于采集墊片載荷、墊片位移、試驗(yàn)介質(zhì)壓力、環(huán)境溫度、測(cè)漏空腔中的微壓和溫度變化量等參數(shù)，并在試驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)不同試驗(yàn)內(nèi)容對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、采集、儲(chǔ)存。表1傳感器明細(xì)表<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>八、墊片高溫綜合性能試驗(yàn)的實(shí)施運(yùn)用該發(fā)明裝置對(duì)密封墊片高溫綜合性能進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于墊片高溫壓縮回彈試驗(yàn)，先將裝置組裝完畢，然后設(shè)定試驗(yàn)溫度，加熱保溫，接著對(duì)試驗(yàn)墊片6加載，采集墊片應(yīng)力和位移，待達(dá)到最大載荷后，試驗(yàn)墊片6卸載，同時(shí)采集墊片應(yīng)力和位移，儲(chǔ)存試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于墊片蠕變?cè)囼?yàn)，首先對(duì)墊片進(jìn)行加載，達(dá)到最大載荷后保持墊片應(yīng)力恒定，接著設(shè)定溫度，對(duì)裝置加熱，達(dá)到規(guī)定溫度后，保持溫度恒定，采集試驗(yàn)墊片6位移和時(shí)間并存儲(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于墊片松弛試驗(yàn)，首先對(duì)裝置加熱，達(dá)到規(guī)定溫度后，保持溫度恒定，然后對(duì)墊片進(jìn)行加載，達(dá)到規(guī)定載荷后保持墊片應(yīng)變恒定，采集墊片載荷和時(shí)間并存儲(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于墊片高溫密封試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)墊片6加載至最大載荷后保持應(yīng)力恒定，對(duì)裝置加熱至設(shè)定溫度，保持溫度恒定，接著充入試驗(yàn)介質(zhì)，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)定泄漏率并儲(chǔ)存試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)改變墊片載荷、介質(zhì)壓力和試驗(yàn)溫度可對(duì)不同工況要求的墊片進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)。在本發(fā)明裝置上對(duì)本研究室自行研制的柔性石墨波齒復(fù)合墊片進(jìn)行了高溫壓縮回彈、蠕變松弛及密封性能試驗(yàn)。試驗(yàn)方案如表2所示。表2試驗(yàn)方案<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>通過(guò)試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊典型的壓縮回彈、蠕變松弛及密封性能分別如圖9、10、11、12、13、14的曲線所示。圖9為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在應(yīng)力等級(jí)70MPa、不同溫度下的壓縮回彈曲線圖。圖10為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在應(yīng)力等級(jí)70MPa、不同溫度下的墊片蠕變曲線圖。圖11為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在不同預(yù)緊應(yīng)力、不同溫度下的墊片蠕變曲線圖。圖12為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在不同溫度下的墊片松弛曲線圖。圖13為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在同一預(yù)緊應(yīng)力、不同溫度下泄漏率與介質(zhì)壓力的關(guān)系曲線圖。圖14為通過(guò)本發(fā)明的裝置試驗(yàn)得到的柔性石墨波齒復(fù)合墊在同一溫度下泄漏率與介質(zhì)壓力的關(guān)系曲線圖。權(quán)利要求1、一種密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，包括上法蘭(3)和下法蘭(7)，其特征是所述凸形的上法蘭(3)置于凹形的下法蘭(7)的凹臺(tái)內(nèi)，試驗(yàn)墊片(6)加載在上法蘭(3)和下法蘭(7)之間，上法蘭(3)和下法蘭(7)設(shè)置在加熱電爐(5)的加熱腔(24)內(nèi)，加熱腔(24)內(nèi)設(shè)有熱電偶(25)，下法蘭(7)底部設(shè)有位移傳感器下壓板(19)，上法蘭(3)上部設(shè)有位移傳感器上壓板(20)，位移傳感器上壓板(20)的兩端各設(shè)有一個(gè)位移傳感器(11)；上法蘭(3)通過(guò)連接桿壓板(18)連接連接桿(2)的一端，連接桿(2)的另一端連接液壓機(jī)頭(1)，液壓機(jī)頭(1)下方設(shè)有拉壓傳感器(39)；下法蘭(7)上設(shè)有介質(zhì)出氣管(12)，介質(zhì)出氣管(12)端口部設(shè)有溫度傳感器(37)和微壓傳感器(38)；上法蘭(3)下端面、下法蘭(7)上端面與試驗(yàn)墊片(6)內(nèi)圓所構(gòu)成的空腔為密封腔(30)，下法蘭(7)上設(shè)有連通密封腔(30)的介質(zhì)進(jìn)氣管(14)，位移傳感器下壓板(19)下方設(shè)有下隔熱板(8)和下墊板(16)，位移傳感器上壓板(20)與拉壓傳感器(39)之間設(shè)有上隔熱板(10)；位移傳感器下壓板(19)通過(guò)固定螺母(15)和固定螺栓(17)固定在工作臺(tái)(9)上；位移傳感器(11)、熱電偶(25)、溫度傳感器(37)、微壓傳感器(38)、拉壓傳感器(39)和介質(zhì)給定系統(tǒng)A的壓力傳感器(40)的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)B相應(yīng)的信號(hào)采集端。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述位移傳感器下壓板(19)上設(shè)有位移傳感器墊塊(13),位移傳感器墊塊(13)上設(shè)有位移傳感器調(diào)節(jié)螺釘(23)，位移傳感器上壓板(20)上設(shè)有位移傳感器支架(22)，位移傳感器支架(22)上設(shè)有位移傳感器夾具(21)，位移傳感器(11)設(shè)置在位移傳感器夾具(21)上。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述熱電偶(25)連接溫度控制儀(26)，溫度控制儀(26)連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)B的加熱腔溫度采集端。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是裝置旁設(shè)有風(fēng)機(jī)(27)。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述介質(zhì)給定系統(tǒng)A由高壓氣瓶(28)、定值器(29)和密封腔(30)組成，高壓氣瓶(28)與介質(zhì)進(jìn)氣管(14)之間連接有定值器(29)和壓力傳感器(40)，定值器(29)上設(shè)有氧氣表和泄氣闊。6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述上法蘭(3)外側(cè)壁與下法蘭(7)內(nèi)側(cè)壁之間的間隙上方設(shè)有"Q"形環(huán)狀密封圈(4),"Q"形環(huán)狀密封圈(4)、試驗(yàn)墊片(6)外圓、上法蘭(3)下端面、下法蘭(7)上段面以及出氣管間的密封空間組成測(cè)漏腔(33)，介質(zhì)進(jìn)氣管(14)與測(cè)漏腔(33)連通。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述上法蘭(3)上設(shè)有內(nèi)壓環(huán)(34)和內(nèi)壓墊(35),下法蘭(7)上設(shè)有外壓環(huán)(31)和外壓墊(32)，外壓環(huán)(31)和內(nèi)壓環(huán)(34)通過(guò)沉頭螺栓(36)固定。8、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，其特征是所述位移傳感器(11)對(duì)稱放置。全文摘要本發(fā)明的密封墊片高溫綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置由墊片加載系統(tǒng)、法蘭抬升分離系統(tǒng)、墊片變形測(cè)量系統(tǒng)、加熱與溫度控制測(cè)量系統(tǒng)、冷卻隔熱系統(tǒng)、介質(zhì)給定系統(tǒng)、介質(zhì)密封及泄漏率測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。本發(fā)明具有高參數(shù)、試驗(yàn)方便、試驗(yàn)機(jī)整體結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)、以低壓區(qū)作為測(cè)漏腔，可提高測(cè)漏腔壓力的測(cè)量精度，并可以有效地避免以高壓區(qū)作為泄漏空腔而帶來(lái)的管路泄漏問(wèn)題，使墊片密封性能的測(cè)量更準(zhǔn)確，法蘭抬升分離系統(tǒng)可以解決高溫試驗(yàn)墊片與法蘭粘結(jié)分離困難的問(wèn)題。文檔編號(hào)G01N3/28GK101655437SQ20091018343公開(kāi)日2010年2月24日申請(qǐng)日期2009年9月21日優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日發(fā)明者麟劉,周劍鋒,孫振國(guó),李玉艷,邵春雷,曄陳,顧伯勤,黃星路申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)