CN110879139A - 一种带变形误差补偿的封严环试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带变形误差补偿的封严环试验装置，包括上连接板和下连接板，上连接板的顶端与上压盘的底端固连，下连接板放置在下压盘上，且下连接板正对上连接板，下连接板的顶面上放置有封严环试验件，上压盘的边缘与下压盘的边缘之间连接有密封环，下连接板的底面上还设置有主电加热丝，封严环试验件的顶端与上连接板的底端紧密接触；高压进气管穿过下压盘和下连接板与高压腔体相通，内压通气管穿过下压盘与内腔体相通。本发明带变形误差补偿的封严环试验装置减少了封严环试验所需的热能、机械能及高压气能量，提高试验件加载力和变形量的测量精度，提高压环力的可控性。

Description

一种带变形误差补偿的封严环试验装置

技术领域

本发明涉及航空试验设备技术领域，特别是涉及一种带变形误差补偿的封严环试验装置。

背景技术

当下中国航空发动机自主创新正处于一个关键的阶段，作为航空发动机中的密封装置，封严环需要将外部杂质与发动机内工作环境隔离开来，随着航空发动机的推力及燃烧效率越来越高，封严环的工作环境也愈发充满挑战。因此，封严环的模拟工况试验也就显得尤为必要。

对于大部分现有的类似试验装置，其试验方式均为下压盘直接作用于封严环、内部加热并充入高压气，这种试验方式存在着较大测量误差以及安全隐患的缺陷。由于试验机内部空间大量充满高压气体，作用在上下压盘的反作用力非常大，这个力要由试验机加载力来抵抗，因此影响了真正需要作用于试验环的试验力大小，浪费了大量的机械能。同样，由于加载力的急剧增加，压盘的结构强度也必须增强，于是压盘的质量也急剧增大，这极大地增加了试验机所需加热功率，容易造成能量的浪费。

由于试验机内置大空间高压气，必须用高压容器密封，以满足几个兆帕压力的需求，而使用高压容器密封会导致压盘连接杆与高压容器间具有非常大的动摩擦力，导致无法精确测量加载到试验件上的加载力。

因此，一种新型试验器的发明就显得很有必要。针对上述问题，本发明提出了一种带变形误差补偿的封严环试验装置，通过引入试验装置从而避免上述的一系列问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种带变形误差补偿的封严环试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，减少试验所需的热能、机械能及高压气能量，提高试验件加载力和变形量的测量精度，提高压环力的可控性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种带变形误差补偿的封严环试验装置，包括上连接板和下连接板，所述上连接板的顶端与上压盘的底端固连，所述下连接板放置在下压盘上，且所述下连接板正对所述上连接板，所述下连接板的顶面上放置有封严环试验件，所述上压盘的边缘与所述下压盘的边缘之间连接有密封环，所述下连接板的底面上还设置有主电加热丝，所述封严环试验件的顶端与所述上连接板的底端紧密接触；高压进气管穿过所述下压盘和所述下连接板与高压腔体相通，所述高压腔体为所述上连接板、所述封严环试验件、所述下连接板、所述下压盘、所述密封环及所述上压盘所围成的腔体；所述下连接板中心设置有通孔，且所述通孔套设在所述下压盘顶端中心的顶柱上，内压通气管穿过所述下压盘与内腔体相通，所述内腔体为所述封严环试验件、所述上连接板、所述下连接板及所述顶柱所围成的腔体。

优选地，所述上连接板和所述下连接板均为高温合金板，所述上连接板通过螺栓与所述上压盘的底端连接。

优选地，所述上压盘和所述下压盘分别通过螺栓与所述密封环连接，所述上压盘与所述密封环之间设置有石墨密封垫，所述下压盘与所述密封环之间设置有石墨密封垫。

优选地，还包括玻璃保护罩，所述下压盘的底端设置有支撑隔热垫，所述玻璃保护罩的底端与所述支撑隔热垫连接，所述上连接板的直径与所述下连接板的直径相等，所述支撑隔热垫的直径大于或等于所述下连接板的直径，所述上压盘、所述下压盘、所述密封环、所述上连接板、所述下连接板及所述封严环试验件均位于所述玻璃保护罩内；所述上压盘的顶端设置有连接杆，所述连接杆穿过所述封严环试验装置中的所述玻璃保护罩的顶端开孔。

优选地，还包括若干个用于放置热电偶传感器的热电偶探孔，每个所述热电偶探孔均包括位于所述上压盘中的主探孔和位于所述玻璃保护罩上的顶端的、正对所述主探孔的副探孔，所述主探孔的底端与所述上连接板的顶端相接。

优选地，所述副探孔上设置有盖子。

优选地，所述下压盘的顶端均布有辅助电加热丝。

优选地，所述上压盘的顶端还设置有位移光栅传感器，所述玻璃保护罩的顶端对应所述位移光栅传感器设置有探孔。

优选地，在所述下连接板上还设置有位于所述封严环试验件内侧的限位环。

本发明带变形误差补偿的封严环试验装置相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明带变形误差补偿的封严环试验装置减少了封严环试验所需的热能、机械能及高压气能量，提高试验件加载力和变形量的测量精度，提高压环力的可控性。本发明带变形误差补偿的封严环试验装置中高压腔体的密封性好、可靠性高，高压进气管的流量即为高压腔体的进气流量，真实可测，简化了进气管路并且提高了泄漏量的测量精度。支撑隔热垫的直径与下压盘的主体承力部分的直径相等，能够对下压盘进行均匀的支撑，使得在试验过程中下压盘和上压盘不会产生变形，避免了上压盘和下压盘间承受高压导致上压盘和下压盘变形严重、加载机受力过大带来位移测量偏差等问题，从而使得直接在上压盘的顶端设置位移光栅传感器就能够准确测量出变形量；无需使玻璃保护罩内维持高压，避免了保护罩内高压带来压杆及各测量探孔处密封困难，并消除试验时动摩擦的不确定影响，使压环力能够真实可控。高压腔体积小，大大降低了高压气能量，还保证了试验的安全性。在下连接板上设置主电加热丝，实现了封严环试验件的快速加热，辅助电热丝在下压盘呈三个扇区分布保证了加热过程的均匀性，玻璃保护罩的设置能够减少试验装置主体部分与外界的热交换、降低散热量，提高加热效率；多个沿上压盘径向分布的热电偶探孔可以方便精确的测量不同大小的封严环试验件附近的温度。

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为本发明带变形误差补偿的封严环试验装置的结构示意图一；

图2为本发明带变形误差补偿的封严环试验装置的结构示意图二；

图3为本发明带变形误差补偿的封严环试验装置的局部结构示意图；

图4为本发明带变形误差补偿的封严环试验装置中下连接板的仰视图；

图5为本发明带变形误差补偿的封严环试验装置中下压盘的俯视图；

其中：1-连接杆、2-上压盘、3-上连接板、4-限位环、5-封严环试验件、6-下连接板、7-下压盘、8-支撑隔热垫、9-密封环、10-石墨密封垫、11-玻璃保护罩、12-高压进气管、13-内压通气管、14-热电偶传感器、15-热电偶探孔、16-盖子、17-主电加热丝、18-辅助电加热丝、19-位移光栅传感器。

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付出创造性劳动的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。

本发明的目的是提供一种带变形误差补偿的封严环试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，减少试验所需的热能、机械能及高压气能量，提高试验件加载力和变形量的测量精度，提高压环力的可控性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图5所示：本实施例带变形误差补偿的封严环试验装置包括上连接板3和下连接板6，上连接板3和下连接板6均为高温合金板，上连接板3通过螺栓与上压盘2的底端连接，下连接板6放置下压盘7上，且下连接板6正对上连接板3，下连接板6的顶面上放置有封严环试验件5，封严环试验件5的顶端与上连接板3的底端紧密接触；上压盘2的边缘与下压盘7的边缘之间连接有密封环9，上压盘2和下压盘7分别通过螺栓与密封环9连接，上压盘2与密封环9之间设置有石墨密封垫10，下压盘7与密封环9之间设置有石墨密封垫10，石墨密封垫10用于提高密封环9与上压盘2、下压盘7之间的密封性。

上连接板3、封严环试验件5、下连接板6、下压盘7、密封环9及上压盘2所围成的腔体为高压腔体，高压进气管12穿过下压盘7和下连接板6与高压腔体相通；下连接板6中心设置有通孔，且通孔套设在下压盘7顶端中心的顶柱上，封严环试验件5、上连接板3、下连接板6及顶柱所围成的腔体为内腔体，内压通气管13穿过下压盘7与内腔体相通；内腔体通过内压通气管13与大气相通，使得封严环试验件5内侧的气压与大气压相同，封严环试验件5外侧的气压即为高压腔体中的气压，通过高压进气管12能够向高压腔体中注入高压气体，使得高压腔体中的压强达到试验要求；高压腔体的空间体积极小，大大减小了需要加热的加热工质，大大节省了热能。高压腔体内的气体只能通过封严环试验件5与上连接板3、下连接板6之间的缝隙泄露出，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。为了保证高压腔体的压力恒定，通过高压进气管12不停的向高压腔体补充气体，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。因此，只需要用仪器测量高压进气管12的空气流量，在试验进入稳态后测量的高压进气管12的空气流量就是封严环的泄露量。

参照图4和图5，下连接板6的底面上设置有主电加热丝17，下压盘7的顶端均布有辅助电加热丝18，在下连接板6上设置主电加热丝17，实现了封严环试验件5的快速加热，辅助电热丝在下压盘7呈三个扇区分布保证了加热过程的均匀性。

本实施例带变形误差补偿的封严环试验装置还包括玻璃保护罩11，下压盘7的底端设置有支撑隔热垫8，玻璃保护罩11的底端与支撑隔热垫8连接，上连接板3的直径与下连接板6的直径相等，下连接板6的直径与下压盘7的顶端承力面的直径相等，支撑隔热垫8的直径等于下连接板6的直径，上压盘2、下压盘7、密封环9、上连接板3、下连接板6及封严环试验件5均位于玻璃保护罩11内；上压盘2的顶端设置有连接杆1，连接杆1穿过封严环试验装置中的玻璃保护罩11的顶端开孔，玻璃保护罩11的设置能够减少试验装置主体部分与外界的热交换、降低散热量，提高加热效率。

本实施例带变形误差补偿的封严环试验装置还包括若干个用于放置热电偶传感器14的热电偶探孔15，每个热电偶探孔15均包括位于上压盘2中的主探孔和位于玻璃保护罩11上的顶端的、正对主探孔的副探孔，主探孔的底端与上连接板3的顶端相接，沿上压盘2径向分布的热电偶探孔15可以方便精确的测量不同大小的封严环试验件5附近的温度。在副探孔上设置有盖子16，对没有进行使用的热电偶探孔15盖紧盖子16，以减少热量损失。

上压盘2的顶端还设置有位移光栅传感器19，玻璃保护罩11的顶端对应位移光栅传感器19设置有探孔，位移光栅传感器19穿过探孔，且能够在探孔中自由上下移动，从而防止上压盘2上下移动时位移光栅传感器19与玻璃保护罩11发生干涉；上压盘2的连接杆1上安装有力载荷传感器，用于测量施加到上压盘2的作用力F。该作用力F包括5部分：上压盘2、连接杆1与螺栓连接法兰的重力G1、上高温合金转接装置的重力G2、密封环9上的弹力F1、高压腔空气对上压盘2的压力F2和试验件对上压盘2的弹力F3。其中，F＝F1+F2+F3-G1-G2(1)。

本实施例带变形误差补偿的封严环试验装置的工作原理如下：

在做试验前，首先不加封严环试验件5和高压气，测到一组压力与密封环9变形的关系，实际上测量的是F1–G1–G2与密封环9变形的关系；F2是由高压腔中的空气压力作用到试验转接装置上引起的，该力与高压腔的压强P与水平面上的等效截面积A有关，其中F2＝P×A。压力P可以通过连通高压腔的管路上的压力传感器精确测出；等效截面积A可以用投影法，根据几何尺寸进行计算得出，也可以通过试验的方式测量换算得出，故能够直接计算得出F2。所以作用在试验件上的压力F3可根据式(1)得到。

试验开始阶段，先将试验温度加热到800℃，待稳定后人工调整位移零点，用以补偿热变形，热电偶传感器14的具体设置在哪几个热电偶探孔15中，根据封严环试验件5的大小等参数进行合理选择。位移光栅传感器19对准封严环试验件5位置，支撑隔热垫8的直径与下压盘7的主体承力部分的直径相等，能够对下压盘7进行均匀的支撑，使得在试验过程中下压盘7和上压盘2不会产生变形，避免了上压盘2和下压盘7间承受高压导致上压盘2和下压盘7变形严重、加载机受力过大带来位移测量偏差等问题，从而使得直接在上压盘2的顶端设置位移光栅传感器19就能够准确测量出变形量。

在下连接板6上还设置有位于封严环试验件5内侧的限位环4，限位环4的高度低于封严环试验件5的高度，在试验过程中，限位能够防止上压盘2和下压盘7过度移动，对试验件造成破坏，而且通过限位环4能够获取基准位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“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。

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 (9)

1.一种带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：包括上连接板和下连接板，所述上连接板的顶端与上压盘的底端固连，所述下连接板放置在下压盘上，且所述下连接板正对所述上连接板，所述下连接板的顶面上放置有封严环试验件，所述上压盘的边缘与所述下压盘的边缘之间连接有密封环，所述下连接板的底面上还设置有主电加热丝，所述封严环试验件的顶端与所述上连接板的底端紧密接触；高压进气管穿过所述下压盘和所述下连接板与高压腔体相通，所述高压腔体为所述上连接板、所述封严环试验件、所述下连接板、所述下压盘、所述密封环及所述上压盘所围成的腔体；所述下连接板中心设置有通孔，且所述通孔套设在所述下压盘顶端中心的顶柱上，内压通气管穿过所述下压盘与内腔体相通，所述内腔体为所述封严环试验件、所述上连接板、所述下连接板及所述顶柱所围成的腔体。

2.根据权利要求1所述的带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：所述上连接板和所述下连接板均为高温合金板，所述上连接板通过螺栓与所述上压盘的底端连接。

3.根据权利要求1所述的带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：所述上压盘和所述下压盘分别通过螺栓与所述密封环连接，所述上压盘与所述密封环之间设置有石墨密封垫，所述下压盘与所述密封环之间设置有石墨密封垫。

4.根据权利要求3所述的带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：还包括玻璃保护罩，所述下压盘的底端设置有支撑隔热垫，所述玻璃保护罩的底端与所述支撑隔热垫连接，所述上连接板的直径与所述下连接板的直径相等，所述支撑隔热垫的直径大于或等于所述下连接板的直径，所述上压盘、所述下压盘、所述密封环、所述上连接板、所述下连接板及所述封严环试验件均位于所述玻璃保护罩内；所述上压盘的顶端设置有连接杆，所述连接杆穿过所述封严环试验装置中的所述玻璃保护罩的顶端开孔。

5.根据权利要求4所述的带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：还包括若干个用于放置热电偶传感器的热电偶探孔，每个所述热电偶探孔均包括位于所述上压盘中的主探孔和位于所述玻璃保护罩上的顶端的、正对所述主探孔的副探孔，所述主探孔的底端与所述上连接板的顶端相接。

6.根据权利要求5所述的带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：所述副探孔上设置有盖子。

7.根据权利要求6所述的带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：所述下压盘的顶端均布有辅助电加热丝。

8.根据权利要求7所述的带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：所述上压盘的顶端还设置有位移光栅传感器，所述玻璃保护罩的顶端对应所述位移光栅传感器设置有探孔。

9.根据权利要求1所述的带变形误差补偿的封严环试验装置，其特征在于：在所述下连接板上还设置有位于所述封严环试验件内侧的限位环。

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