專利名稱：高溫結構密封性能地面模擬測試裝置及測試方法
技術領域：
本發明涉及的是一種針對結構高溫密封性能的測試裝置，具體涉及一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置及測試方法。
背景技術：
高速飛行器外殼，各類航天與航空用動力裝置，各類燃燒環境艙室，高溫用傳感器等均存在大量使用環境溫度較高的密封結構，這類結構要求在密封兩端介質泄露率低于某一個設計閾值，因而在使用前對該類結構進行高溫密封性能試驗評價是其工程應用的先決條件。當前對這類結構的模擬考核通常以常溫打壓、爐內加熱后打壓這兩類靜態試驗方式，模擬結構工作過程中初態與峰值態溫度兩個工況點，溫度試驗后通過開放的機械接口與各類氣壓或液壓裝置連接進行壓力試驗。而對于大量高溫密封結構，其溫度邊界始終處于非穩態工況，表面熱流密度、結構升溫速率，結構密封兩端壓差等是決定此類高溫密封結構性能的關鍵參量，并伴隨了結構溫度、壓力、密封材料性能的梯度性變化，這些均為傳統靜態的試驗手段無法復現的，因此上述參量的模擬能力是正確評估該類結構性能的重要工程基礎與技術手段，本發明正是基于此而進行的本專利提出的測試裝置，首次將密封測試與高溫加載整合為一體，通過有效的單向熱源向密封表面施加類型多樣，幅值可調的熱邊界載荷，模擬被試結構工作狀態的時變受熱過程；同時通過將被試結構密封夾持于一個耐高溫艙體內，通過加壓或抽壓形成艙內外大氣壓力差，模擬被試結構工作狀態的內外壓力。通過傳感器監測試件表面與內部溫度，及艙內外壓力，最終實現密封結構在高溫條件下密封性能動態過程表征。
發明內容
本發明的目的是針對各類高溫密封結構形式，提供一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置及測試方法。本發明的目的是這樣實現的:一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置，包括加熱裝置、試驗段、測試件、高溫密封裝置、進水口、出水口、通用密封接口、進氣孔、壓力傳感器、電阻真空計、抽氣閥門、壓力艙，試驗段通過定位孔固定于試樣臺上，測試件裝夾到試驗段中并通過高溫密封裝置、O型圈、內嵌密封鋼圈、橡膠楔密封環、和裝卡蓋板密封，試驗段上設有水冷套，水冷套的上端與進水口連接，水冷套的下端與出水口連接，水冷套內設有導流板形成冷卻回路，裝卡蓋板上設有氣孔，試驗段通過密封接口與壓力艙連接，壓力艙底部設有進氣孔，壓縮氣體由氣瓶經減壓閥、流量計、電磁閥、針形截止閥、截止閥、壓力表和進氣孔進入壓力艙，壓力艙頂部設置有壓力傳感器接口和電阻真空計接口，壓力傳感器接口與壓力傳感器連接，壓力艙后部開有抽氣孔，壓力艙內氣體經真空法蘭、抽氣閥門、真空電磁閥由真空泵排出。本發明還有這樣一些技術特征:
所述加熱裝置是燃氣加熱裝置或紅外加熱裝置。所述燃氣加熱裝置采用燃料與氧氣的混合。所述紅外加熱裝置采用高溫石英管熱輻射及光學匯聚。首先利用塞式量熱計標定試驗熱流密度狀態，確定加熱裝置出口與測試件表面的距離和進氣體流量，測試件裝夾到試驗段中并通過專用高溫密封裝置、O型圈、內嵌密封鋼圈、橡膠楔密封環、和裝卡蓋板密封；調節測試件表面與加熱裝置出口的距離至標定值，通過通用密封接口將試驗段與壓力艙相連，關閉真空泵、抽氣閥門、真空電磁閥和電阻真空計，開啟氣瓶、減壓閥、截止閥、針形截止閥、電磁閥，利用流量計、壓力表控制進氣量至標定參數后開啟加熱裝置，通過壓力傳感器檢測整個加載過程中壓力艙內的壓力變化，試驗結束后，記錄試驗相關參數。首先利用塞式量熱計標定試驗熱流密度狀態，確定加熱裝置出口與測試件表面的距離和進氣體流量，測試件裝夾到試驗段中并通過專用高溫密封裝置、O型圈、內嵌密封鋼圈、橡膠楔密封環、和裝卡蓋板密封；調節測試件表面與加熱裝置出口的距離至標定值，通過通用密封接口將試驗段與壓力艙相連，關閉氣瓶，減壓閥、截止閥、針形截止閥、電磁閥和流量計，開啟真空泵、抽氣閥門、真空電磁閥，利用電阻真空計檢測整個加載過程中壓力艙內的壓力變化，試驗結束后，記錄試驗相關參數。所述的測試件為組合結構測試件。所述的測試件為高溫合金螺紋密封結構件。所述測試件為高溫合金螺紋密封結構件，結構尺寸為0 60mmX100mm，結構件裝夾于試樣段中，采用燃氣火焰加載，噴嘴中心與試樣中心重合距離100mm，熱流密度0.2MW/m2 ;高壓狀態時初始壓力200kPa，測試件表面最高溫度1300±30°C，加載時間30s，得到壓力變化曲線。所述測試件為高溫合金螺紋密封結構件，結構尺寸為0 60mmX100mm，結構件裝夾于試樣段中，采用燃氣火焰加載，噴嘴中心與試樣中心重合距離100mm，熱流密度0.2MW/m2 ;低壓狀態時初始壓力lkPa，測試件表面最高溫度1300±30°C，加載時間30s，得到壓力變化曲線。本裝置利用燃氣或紅外設備部分再現高熱流密度地面模擬環境，通過檢測高溫環境下熱防護密封結構在不同壓力條件下的壓力差測試與評價熱防護結構的高溫密封性能；該裝置操作簡單，調節范圍寬，具有通用接口，可對任何熱防護密封結構進行測試與評價。試驗測試表明，本發明可以提供熱流密密度0.1 4.18MW/m2、壓力-0.108Mpa +0.655Mpa獨立調節的氣動環境，能夠滿足熱防護結構高溫密封性能地面模擬測試與評價的基本要求。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是壓力艙電氣原理示意圖；圖3是典型試驗段結構圖；圖4是壓力艙結構圖；圖5是典型密封件壓力變化歷程圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例進一步闡明本發明的實質性特點和顯著進步，但本發明的內容不僅僅只局限于下面的實施例:本發明還具有如下結構特征:1.試驗段殼壁中空水冷，確保在熱源作用下結構完整性與本體密封性能，根據不同熱被試密封結構的尺寸特征，可設計相應的試驗段進行裝卡。試件裝卡采用了獨特的多層密封設計，通過周向密封膠，裝卡蓋板、內嵌式密封鋼圈、楔形橡膠環，形成四道密封；試驗段后端為Φ IOmm/Φ 16mm/Φ 20mm的專用密封接口與壓力艙相連確保整個試驗段和壓力艙內的氣密性；2.針對高溫密封原理性試驗試件和熱防護結構密封件，通過測量密封件在高熱流密度條件下的壓力變化，評價其密封性能；
權利要求
1.一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置，包括加熱裝置(I)、試驗段(2)、測試件(3)、高溫密封裝置(4)、進水口(5)、出水口(6)、通用密封接口(7)、進氣孔(8)、壓力傳感器(9)、電阻真空計(10)、抽氣閥門(11)、壓力艙(12)，其特征在于:試驗段⑵通過定位孔(29)固定于試樣臺上，測試件(3)裝夾到試驗段(2)中并通過高溫密封裝置(4)、0型圈(24)、內嵌密封鋼圈(26)、橡膠楔密封環(27)、和裝卡蓋板(28)密封，試驗段(2)上設有水冷套(22)，水冷套(22)的上端與進水口(5)連接，水冷套(22)的下端與出水口(6)連接，水冷套(22)內設有導流板(23)形成冷卻回路，裝卡蓋板(28)上設有氣孔(25)，試驗段(2)通過密封接口(7)與壓力艙(12)連接，壓力艙(12)底部設有進氣孔(8)，壓縮氣體由氣瓶(21)經減壓閥(20)、流量計(19)、電磁閥(18)、針形截止閥(17)、截止閥(16)、壓力表(15)和進氣孔(8)進入壓力艙(12)，壓力艙(12)頂部設置有壓力傳感器接口(30)和電阻真空計接口(31)，壓力傳感器接口(30)與壓力傳感器(9)連接，壓力艙(12)后部開有抽氣孔(32)，壓力艙(12)內氣體經真空法蘭(33)、抽氣閥門(11)、真空電磁閥(13)由真空泵(14)排出。
2.如權利要求1所述的一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置，其特征在于:所述加熱裝置I是燃氣加熱裝置或紅外加熱裝置。
3.如權利要求2所述的一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置，其特征在于:所述燃氣加熱裝置采用燃料與氧氣的混合。
4.如權利要求2所述的一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置，其特征在于:所述紅外加熱裝置采用高溫石英管熱輻射及光學匯聚。
5.如權利要求1所述的一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置，其特征在于:首先利用塞式量熱計標定試驗熱流密度狀態，確定加熱裝置(I)出口與測試件(3)表面的距離和進氣體流量，測試件(3)裝夾到試驗段(2)中并通過專用高溫密封裝置(4)、0型圈(24)、內嵌密封鋼圈(26)、橡膠楔密封環(27)、和裝卡蓋板(28)密封；調節測試件(3)表面與加熱裝置⑴出口的距離至標定值，通過通用密封接口(7)將試驗段(2)與壓力艙(12)相連，關閉真空泵(14)、抽氣閥門(11)、真空電磁閥(13)和電阻真空計(10)，開啟氣瓶(21)、減壓閥(20)、截止閥(16)、針形截止閥(17)、電磁閥(18)，利用流量計(19)、壓力表(15)控制進氣量至標定參數后開啟加熱裝置(I)，通過壓力傳感器(9)檢測整個加載過程中壓力艙內的壓力變化，試驗結束后，記錄試驗相關參數。
6.如權利要求1所述的一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置，其特征在于:首先利用塞式量熱計標定試驗熱流密度狀態，確定加熱裝置(I)出口與測試件(3)表面的距離和進氣體流量，測試件(3)裝夾到試驗段(2)中并通過專用高溫密封裝置(4)、0型圈(24)、內嵌密封鋼圈(26)、橡膠楔密封環(27)、和裝卡蓋板(28)密封；調節測試件(3)表面與加熱裝置⑴出口的距離至標定值，通過通用密封接口(7)將試驗段(2)與壓力艙(12)相連，關閉氣瓶(21)，減壓閥(20)、截止閥(16)、針形截止閥(17)、電磁閥(18)和流量計(19)，開啟真空泵(14)、抽氣閥門(11)、真空電磁閥(13)，利用電阻真空計(10)檢測整個加載過程中壓力艙內的壓力變化，試驗結束后，記錄試驗相關參數。
7.如權利要求5或6所述的高溫結構密封性能地面模擬測試方法，其特征在于:所述的測試件為組合結構測試件。
8.如權利要求5或6所述的高溫結構密封性能地面模擬測試方法，其特征在于:所述的測試件為高溫合金螺紋密封結構件。
9.如權利要求5所述的高溫結構密封性能地面模擬測試方法，其特征在于:所述測試件為高溫合金螺紋密封結構件，結構尺寸為Φ60_Χ IOOmm,結構件裝夾于試樣段中，采用燃氣火焰加載，噴嘴中心與試樣中心重合距離100mm，熱流密度0.2MW/m2 ;高壓狀態時初始壓力200kPa，測試件表面最高溫度1300±30°C，加載時間30s，得到壓力變化曲線。
10.如權利要求5所述的高溫結構密封性能地面模擬測試方法，其特征在于:所述測試件為高溫合金螺紋密封結構件，結構尺寸為Φ60_Χ 100mm,結構件裝夾于試樣段中，采用燃氣火焰加載，噴嘴中心與試樣中心重合距離100mm，熱流密度0.2MW/m2 ;低壓狀態時初始壓力lkPa，測試件表面最 高溫度1300±30°C，加載時間30s，得到壓力變化曲線。
全文摘要
本發明提供一種高溫結構密封性能地面模擬測試裝置，包括加熱裝置、試驗段、測試件、高溫密封裝置、進水口、出水口、通用密封接口、進氣孔、壓力傳感器、電阻真空計、抽氣閥門、壓力艙，試驗段通過定位孔固定于試樣臺上，測試件裝夾到試驗段中并通過高溫密封裝置、O型圈、內嵌密封鋼圈、橡膠楔密封環、和裝卡蓋板密封。本裝置利用燃氣或紅外設備部分再現高熱流密度地面模擬環境，通過檢測高溫環境下熱防護密封結構在不同壓力條件下的壓力差測試與評價熱防護結構的高溫密封性能；該裝置操作簡單，調節范圍寬，具有通用接口，可對任何熱防護密封結構進行測試與評價。
文檔編號G01M3/32GK103207054SQ20131014596
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月25日 優先權日2013年4月25日
發明者孟松鶴, 丁小恒, 金華, 易法軍, 許承海, 解維華 申請人:哈爾濱工業大學
專業數控銑床產品供應商
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