超高压充气密封试验装置的设计

超高压充气密封试验装置的设计

0试验构件及设备对于运行前的实验设备，应严格按照试验工艺的规定进行调整，压力极限压力为120mpa。该试验件结构如图1所示,由壳体、压盖、密封件及连接螺钉等零件组成。由于该试验件与其他高压容器不同,壳体与压盖是分开形式,没有形成封闭盛气体的空腔且体积小、压力高、无充气接嘴,试压时只能通过拧紧其中2只螺钉来压紧压盖使其封闭。连接螺栓为4只内六角圆柱头螺钉,其中2只螺钉螺纹为左旋,左、右旋螺钉相互按对角圆周均布。所以测试难度较大。为满足上述试验件的试验要求,本人设计制造了一种超高压充气密封试验装置(以下简称试验装置)。1接头工装组件试验装置主要构造(见图2)由壳体、夹紧工装组件、高压密封件、容器盖、压紧螺套、传动杆和管路连接件等组成。夹紧工装组件结构如图3所示。由压紧螺母、填充块、内套筒、间隔套和齿轮箱组件等组成。夹紧工装组件主要作用是安装固定试验件并通过其内部齿轮箱组件把力矩传到试验件压盖上的2只旋向相反的螺钉上,再通过拧紧螺钉使试验件封闭。2传动杆转动试验首先,将试验件按图2要求装入试验装置里,打开充气阀,充入120MPa高压气体,待压力稳定后,关闭充气阀。转动手柄带动传动杆转动,传动杆把转速和力矩传给齿轮箱组件,经齿轮箱组件上的2个输出齿轮轴把力矩传到试验件压盖上的2只螺钉上,通过拧紧螺钉来压紧压盖使试验件形成封闭空腔。即可把高压气体封存到试验件的空腔里。然后,取出试验件,再拧紧剩余的2只螺钉。这样就可以把它放进无水酒精里做密封性试验;检查其各静密封处、结合面处等部位是否有渗漏。3试验设备设计3.1厚壁管及壳体的强度校核壳体是试验装置最关键的受压件,对其材料质量要求非常高,材料采用高强度合金结构钢(40CrNiMoA),毛坯必须经锻造、热处理(HRC30-40)后,再进行超声波检测并达到Ⅲ级要求。并按GB150钢制压力容器的要求对其进行强度验算。对于圆筒形壳体,强度校核采用“材料力学”中的厚壁管强度公式:式中pN——公称压力,MPa;D——外径,mm;σ——工作应力,MPa;[σ]——材料许用应力,MPa。[σ]=σ/n式中n——安全系数,一般取n=1.5。3.2齿轮转动螺钉安装齿轮箱组件是试验装置的重要部件,其性能好坏直接关系到整个试验装置能否满足试验要求。为满足试验件的试验要求,齿轮箱组件必须设计成能将一个外力产生的扭矩分别变成2个旋向相反的扭矩,并经齿轮同步驱动将扭矩传递给试验件上的2只螺钉上,通过拧紧螺钉来压紧压盖使其盛气空腔封闭。其结构(见图4)由箱体、端盖、齿轮轴、同步弹簧等组成。2个带六角头的输出齿轮轴Ⅰ和输出齿轮轴Ⅱ后端均安装了同步弹簧,这样在弹簧力的作用下,2个输出齿轮轴上的六角头始终紧压在2只内六角圆柱头螺钉的内六角孔里。在齿轮转动拧紧螺钉过程中,不会造成输出轴六角头与螺钉上的内六角孔之间产生脱离,避免了六角头接触面积过小或力矩过大可能出现六角头打滑现象。齿轮箱组件同步传动简图如图5所示。3.3进口密封件密封压力的确定该试验装置设计遇到的最大难题也是要必须解决的首要问题就是密封问题,其工作压力达120MPa,这么高压力密封件,国内许多密封件厂都难以满足,经多番寻找论证,最后确定选用德国进口密封件,其密封压力可达30000psi,经测试,完全可以满足试验要求。4试装装置及操作(1)将试验件按下列要求装入夹具工装组件里。试验前将试验件上的内六角圆柱头螺钉全部拧松,再将被试件与齿轮箱总成合在一起(注意要让齿轮箱组件上的2个带六角头的输出齿轮轴插入试验件上其中2只对角的内六角圆柱头螺钉的内六角里);然后,将它们一起装进内套筒里,再依次装入间隔套、填充块,最后装上压紧螺母并拧紧。(2)把已装好试验件的夹具工装组件放入壳体中,再装上由转动杆、容器盖等组成的组件;最后,装上压紧螺套并拧紧;装上旋转手柄。(3)试压时,按超高压气体供气试验系统操作(如图6所示),先启动高压气体压缩机,打开充气阀,向试验装置充气,当气体压力达到120MPa时,关闭充气阀。转动手柄带动传动杆转动,把扭矩分别传到齿轮箱组件上的2个输出齿轮轴Ⅰ和输出齿轮轴Ⅱ上,再经输出齿轮轴Ⅰ和输出齿轮轴Ⅱ上的六角头把扭矩传到内六角圆柱头螺钉上,通过拧紧螺钉来压紧压盖使试验件封闭,将气体封存在试验件里。(4)打开放气阀,放尽试验装置壳体中余气。依次拆卸手柄、容器盖,用专用工具将夹具工装组件从壳体中取出,再拆卸夹具工装组件将试验件拿出,拧紧剩余的2只螺钉。这样就可以放进盛有酒精里进行密封性压力试验。5实际试验验证根据试验件的