一种高压密封检测系统的制作方法

本发明涉及高压阀门密封技术领域，特别是一种高压密封检测系统。

背景技术：

随着世界科学技术的发展，人们对工业产品的要求越来越高，各种液体、气体压力系统中的介质压力越来越高，对各种液压、气压零部件的密封性能提出了新的挑战。由于介质压力高，在密封检测实验中往往需要依耐高压密封试验台，实验台结构复杂、管路、阀门较多，实验中高压介质一旦发生泄漏或高压管路破裂，实验台中大量高压密封介质会对实验人员构成安全威胁。实验台结构复杂，内部密封试件较多，高压密封介质容易内部泄漏，造成整个密封性能试验系统中检测介质压力不稳定，保压能力较弱。为实验室安全考虑，在没有实验人员的情况下不能进行零件的密封性能检测实验。整个密封性能检测的人力成本和实验室资源投入很高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种高压密封检测系统，该高压密封检测系统能实现0-300mpa压力、加载轴力0-300000n下密封试件密封性能的检测；一次装夹，能实现一系列的密封性能测试，可低成本的实现无人监管的情况下长达数小时、乃至数天的密封件的密封性能检测试验。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高压密封检测系统，用于密封试件的密封性能检测；高压密封检测系统包括高压加载装置、高压加载管路和密封试件夹具。

密封试件的顶部设置有轴力加载凹槽，密封试件的一侧设置有进油口。

高压加载装置包括加载杆、柱塞和柱塞套。

加载杆高度能够升降，加载杆底部与柱塞顶部相互接触配合。

柱塞套高度位置固定，柱塞套内设置有柱塞腔，柱塞腔底部设置有导油孔。

柱塞能在柱塞腔内往复运动。

密封试件夹具包括上板、下板、若干根竖向连接件、中间导向件和轴力加载装置。

上板和下板通过若干根竖向连接件固定连接。

上板的顶部中心设置有加载中心通孔，该加载中心通孔内设置有限位台肩；中间导向件的顶端设置有位于限位台肩正上方的轴肩，中间导向件的外壁面与限位台肩的内环面间隙配合；中间导向件的底部中心设置有弧面二。

密封试件放置在下板上且与中间导向件位于同一轴线。

轴力加载装置包括加载压头、自动调心件和轴力传感器；加载压头同轴设置在中间导向件的正上方，加载压头与加载机构相连接，加载压头的高度能够升降；自动调心件为球体结构，放置在密封试件的轴力加载凹槽内，自动调心件的上表面与中间导向件的弧面二相配合；轴力传感器设置在密封试件底部与下板之间。

高压加载管路包括油箱、柱塞腔进油管路、柱塞腔出油管路、密封试件加压管路和密封试件泄压管路。

柱塞腔进油管路和柱塞腔出油管路的一端均与油箱相连接，柱塞腔进油管路和柱塞腔出油管路的另一端均与柱塞腔底部的导油孔相连接；柱塞腔进油管路上设置有单向阀二；柱塞腔出油管路沿出油方向依次设置有单向阀一和限压阀。

密封试件加压管路的一端连接在限压阀与单向阀一之间的柱塞腔出油管路上，密封试件加压管路的另一端与密封试件上的进油口相连接；密封试件加压管路上设置有油压表。

密封试件泄压管路的一端与油箱相连接，密封试件泄压管路的另一端连接在密封试件加压管路上，密封试件泄压管路中部设置有泄压阀。

加载杆为丝杠或与加载机构相连接的升降杆。

所述柱塞腔的顶部设置有盛油槽，盛油槽的内径大于柱塞腔的内径；高压加载管路还包括柱塞润滑管路，该柱塞润滑管路的一端与油箱相连接，柱塞润滑管路的另一端与盛油槽相连接。

所述加载杆底部与柱塞顶部圆弧配合。

高压加载装置还包括回程弹簧，回程弹簧套装在位于柱塞套与柱塞顶部两者之间的柱塞上。

位于柱塞腔内的柱塞底部端面上设置有变形腔。

所述变形腔呈凹坑状、环状或齿形凹坑状。

位于柱塞腔内的柱塞底部外壁面上设置有密封增强结构，该密封增强结构为若干条凸环带或若干个环槽或若干个弧形凹槽。

高压加载装置对密封试件提供的加载压力范围为0-300mpa。

轴力加载装置对密封试件提供的加载轴力范围为0-300000n。

本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：

1.本发明的高压密封检测系统能实现0-300mpa压力、加载轴力0-300000n下密封试件密封性能的检测。且一次装夹，实现一系列的密封性能测试。如实现密封介质压力每隔10mpa一个测试工况，共计30个压力。密封轴力每隔1000n一个工况，共计30个轴力，也即系统可实现30×30个不同的测试工况。例如可以实现100mpa压力，10000n密封轴力；100mpa压力，11000n密封轴力；120mpa压力，11000n密封轴力；150mpa压力，11000n密封轴力等等系列的密封性能测试。

2.上述轴力加载装置中加载压头和轴力传感器的设置，能够在轴力加载过程中实时的监控轴力加载数据，形成加载轴力实时反馈，以便于控制加载装置的加载过程，准确控制住密封试件的加载轴力。

3.上述轴力加载装置中自动调心件的设置，能够实现在轴力加载过称中自动调整加载轴力作用线，使轴力作用线和密封试件的轴线重合，避免产生轴力偏载。

4.上述单向阀一和单向阀二的设置，单向阀二在柱塞回程时柱塞腔从油箱里吸密封介质时开启，同时单向阀一关闭，柱塞腔内充满密封介质后单向阀二关闭。柱塞建立起压力后单向阀一开启，同时单向阀二关闭，将高压密封介质传送到高压管道和密封试件中，实现保持系统压力功能。

5.上述限压阀的设置，能够设置限压阀的压力值，超过限压阀设定值之后，限压阀将开启，通过将部分高压介质泄回油箱，实现降低实验管路压力和保持测试系统压力功能。

6.上述泄压阀的设置，在实验过程中泄压阀关闭，实验完成后打开泄压阀，卸载系统中的压力。

7.上述柱塞底部变形腔的设置，能实现在对介质加载过程中，介质压力越高，柱塞头部变形越大，越贴紧柱塞套，实现自密封功能。

8.上述柱塞底部密封增强结构的设置，能实现提升柱塞和柱塞套之间密封能力的功能。

9.上述盛油槽及柱塞润滑管路的设置，能将加载过程中柱塞和柱塞套之间泄漏的密封介质收集起来，并清洗柱塞上从空气中粘上的固体颗粒物，从而实现对柱塞的润滑和清洗，提高加载装置的寿命。

10.上述柱塞和加载杆的接触部位采用弧状配合结构，能降低摩擦力矩的作用，尽量减小驱动加载杆的负荷。

11.本发明通过单向阀将高压加载管路和高压加载装置隔断，在实验过程中调整限压阀限压值后随时可进行再次对密封介质加压，实现密封试件一次装夹，不同压力下的密封性能检测。

综上所述，本发明的高压密封检测系统，不依结构复杂的实验台架和实验室的其他配套设备，无需专门动力源，实验安全，系统压力易于保持稳定，便于长时间的密封性检测。能根据检测的需要，随意调节检测压力和密封试件的加载轴力，进行大范围轴力加载、大范围密封介质压力变化的密封测试实验。显著节省整个密封性能检测的成本，缩短整个实验周期。

附图说明

图1显示了本发明一种高压密封检测系统的整体结构示意图。

图2显示了图1中高压加载装置的结构示意图。

图3显示了柱塞套的结构示意图。

图4显示了密封试件夹具及轴力加载装置的结构示意图。

图5显示了柱塞几种优选实施例的局部结构示意图。

其中有：

1.高压加载装置；

12.丝杆座；

13丝杆；131.限位机构；132.弧面一；

14.连接杆；

15.柱塞；151.变形腔；152.密封增强结构；153.锥形圆弧头部；

16.回程弹簧；

17.柱塞套；171.柱塞腔；172.盛油槽；173.导油孔；

2.高压加载管路；

21.油箱；

22.柱塞腔出油管路；221.限压阀；222.单向阀一；

23.柱塞腔进油管路；231.单向阀二；

24.柱塞润滑管路；

25.密封试件加压管路；251.油压表；

26.密封试件泄压管路；261.泄压阀；

3.密封试件夹具；

31.上板；311.加载中心通孔；312.限位台肩；

32.下板；

33.竖向连接件；331.固定螺母；

35.中间导向体；351.轴肩；352.弧面二；

4.轴力加载装置；

41.加载压头；42.自动调心件；43.轴力传感器；

5.密封试件；51.轴力加载凹槽；52.进油口。

另外，图3中，d1表示柱塞腔的内径尺寸；d2表示盛油槽的内径尺寸。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图4所示，本发明中的密封试件5，顶部设置有轴力加载凹槽51，该轴力加载凹槽51可以为v型，也可以为弧形或其他形状。密封试件的一侧设置有进油口52。

采用本发明的高压密封检测系统，则能用于密封试件5的密封性能检测。

如图1至图5所示，一种高压密封检测系统，包括高压加载装置1、高压加载管路2和密封试件夹具3。

高压加载装置1包括丝杆座12、加载杆、连接杆14、柱塞15、回程弹簧16和柱塞套17。高压加载装置对密封试件提供的加载压力范围为0-300mpa。

加载杆优选为丝杆13，但也可以为与加载机构相连接的升降杆等其他结构。下面以丝杠为例，对本发明进行详细说明。

丝杆由丝杆座固定，丝杆高度能够升降，丝杆上优选设置有能对丝杆升降高度进行限位的限位机构131。丝杆的螺纹表面优选涂层处理，如发黑、渗碳等，也可以在使用过程中涂覆润滑脂。

丝杆底部与柱塞顶部相互接触配合。优选为弧面配合。进一步优选为，丝杆的底部设置有弧面一132，柱塞的顶部设置有能与弧面一相配合的锥形圆弧头部153。作为替换，也可以在丝杆底部设置锥形圆弧头部，在柱塞底部设置弧面。

上述弧面配合方式，能降低丝杆传动系统的摩擦损失，在相互贴合的弧状表面优选涂抹润滑脂，减小系统运行时的摩擦力，降低磨损。

柱塞套17高度位置固定，柱塞套优选通过若干根连接杆14与丝杆座固定连接。

柱塞套的中心轴线处设置有柱塞腔171，柱塞能在柱塞腔内往复运动，在丝杆上限位机构的限制下，能阻碍丝杆进一步的向上运动，避免丝杆行程超出柱塞行程，从而防止柱塞从柱塞腔内脱落。

柱塞套与柱塞之间的间隙控制在0-0.1mm之间。柱塞和柱塞套的配合表面要经过精密加工，表面粗糙度控制在ra0.8以下。减小加载过程中介质的泄漏。柱塞和柱塞套的接触表面需要表面处理，以提高耐磨性，降低摩擦磨损。

位于柱塞套与锥形圆弧头部两者之间的柱塞上优选外周套装有回程弹簧16。

位于柱塞腔内的柱塞底部端面上设置有变形腔151。变形腔优选呈图5所示的各种结构，如凹坑状、环状或齿形凹坑状等。

另外，位于柱塞腔内的柱塞底部外壁面上设置有密封增强结构152，该密封增强结构优选为如图5所示的若干条凸环带或若干个环槽或若干个弧形凹槽等。

柱塞腔的顶部设置有盛油槽172，如图3所示，盛油槽的内径尺寸d2大于柱塞腔的内径尺寸d1。这样设置后，能收集从柱塞与柱塞套之间泄漏的密封介质，将大部分泄漏的密封介质导流回油箱，并将一部分留做柱塞与柱塞套的润滑和清洗，防止空气中的颗粒物进入柱塞与柱塞腔之间，产生微粒磨损。

柱塞腔底部设置有导油孔173。

密封试件夹具包括上板31、下板32、若干根竖向连接件33、中间导向件35和轴力加载装置4。

上板的顶部中心设置有加载中心通孔311，该加载中心通孔内设置有限位台肩312；中间导向件的顶端设置有位于限位台肩正上方的轴肩351，中间导向件的外壁面与限位台肩的内环面间隙配合；中间导向件的底部中心设置有弧面二352。

上板和下板通过若干根竖向连接件固定连接，密封试件放置在下板上且与中间导向件位于同一轴线。

每根竖向连接件与上板之间均优选为螺纹连接，并通过固定螺母331进行固定。

轴力加载装置4包括加载压头41、自动调心件42和轴力传感器43。轴力加载装置对密封试件提供的加载轴力范围为0-300000n。

加载压头同轴设置在中间导向件的正上方，加载压头与加载机构相连接，加载压头的高度能够升降。作为替换，加载压头和中间导向件也可以一体设置。

自动调心件为球体结构，能实现自动调心功能。自动调心件放置在密封试件的轴力加载凹槽内，自动调心件的上表面与中间导向件的弧面二相配合，从而保证可靠接触传力。

轴力传感器优选设置在密封试件底部与下板之间，当然，也可以设置在密封试件与上板之间。

高压加载管路2包括油箱21、柱塞腔出油管路22、柱塞腔进油管路23、柱塞润滑管路24、密封试件加压管路25和密封试件泄压管路26。

柱塞腔进油管路和柱塞腔出油管路的一端均与油箱相连接，柱塞腔进油管路和柱塞腔出油管路的另一端均与柱塞腔底部的导油孔相连接；柱塞腔出油管路沿出油方向依次设置有单向阀一222和限压阀221；柱塞腔进油管路上设置有单向阀二231。

柱塞润滑管路的一端与油箱相连接，柱塞润滑管路的另一端与盛油槽相连接。

密封试件加压管路的一端连接在限压阀与单向阀一之间的柱塞腔出油管路上，密封试件加压管路的另一端与密封试件上的进油口相连接；密封试件加压管路上设置有油压表251。

密封试件泄压管路的一端与油箱相连接，密封试件泄压管路的另一端连接在密封试件加压管路上，密封试件泄压管路中部设置有泄压阀261。

密封性能测试时，根据需要，可将整个密封试件夹具和密封试件一同放入一个密闭容器中，以检测密封介质的泄漏情况。

在油箱内添加待加压密封介质，设定好限压阀的限制压力，关闭泄压阀。然后，向卸载方向转动丝杆，随着丝杆的回程转动，柱塞会在回程弹簧的推力下向上运动，柱塞腔内形成一定的真空度，油箱内的待加压密封介质会经过单向阀二充满柱塞腔。柱塞腔充满之后向加载方向拧紧丝杆，柱塞腔内的密封介质被加压后通过单向阀一进入密封试件。

柱塞腔底部的导油孔，即是密封介质的出口又是进口。柱塞回程时，油箱内的密封介质经过单向阀二打开，密封介质进入柱塞腔，此时单向阀一关闭，有效的防止从高压管道内抽取密封介质。

当柱塞加压时，单向阀二关闭，单向阀一开启，高压密封介质向试验管路中加载，直到压力上升到限压阀的设定压力值，限压阀开始泄压。

若密封试件加压管路和密封试件的空腔体积较大，可以随时向卸载方向转动丝杆，再次加载高压油，直到油压表显示稳定的目标压力。

密封试件加压管路中的压力建立起来之后，丝杆可以回程移动，也可以放松加载载荷。随着丝杆的放松，柱塞将在回程弹簧的作用下回程，柱塞腔中的高压密封介质将完成泄压。

当高压油路中的密封介质压力建立并保持稳定之后，可以使用一段时间内油压表的压力降低值或者观察密封试件是否有泄漏，或者使用其他设备检测泄漏情况。其中，密封试件是否有泄漏，为密封试件密封性能的一个重要评价指标。

密封试件在密封性检测实验完成之后，可启动泄压阀，将高压油管中的高压密封介质卸载到油箱中。卸载之后，可以放松密封试件的加载压头，拆下密封试件，进行下一组实验或结束测试工作。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。