一种测定密封材料低温密封比压性能参数的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种测定密封材料低温密封比压性能参数的系统和方法，低温密封比压测试系统由密封比压测试装置、液氮槽、安装支架、控制模块、管路以及供气和检漏装置等构成。通过控制气源和检漏气压力的方法，结合活塞、阀杆、密封件、密封垫等部件的结构参数，可以计算密封垫材料在低温工况下的最小压紧应力或比压力y和垫片系数m，并通过试验时更换不同规格的密封垫来确定不同规格的密封垫在低温状态下的密封比压性能参数。本发明专利技术以液氮温度(-196℃)作为密封材料低温密封比压性能参数测试的环境，真实再现低温介质管路中密封垫密封的实际工况，能够为低温介质管路密封件参数的选择提供参考，具有较强的针对性和客观性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测定密封材料低温密封比压性能参数的系统和方法，该技术可应用在低温加注管路法兰密封垫规格的选取，从而进一步确定法兰螺栓的拧紧力矩，确保低温加注管路的安全性和可靠性，也可推广至其他低温介质输送管路系统。
技术介绍
法兰螺栓连接是低温加注系统中低温设备或元件的重要连接方式，由于液氢、液氧、液氮等介质低温的特点，必需保证在低温介质加注过程中低温介质无泄漏。为了保证法兰在常温和低温下的可靠密封，必需通过给螺栓施加一定的预紧力，保证垫片在各种工况下满足密封比压的要求。目前在有关密封计算的手册等相关资料中给出的都是密封材料在常温下的密封比压性能参数，可以由此计算保证常温密封所需要的螺栓拧紧力矩。然而，由于低温法兰在低温下相关零部件会收缩，且因各零件温度变化值不同、尺寸不同、材料不同，都导致各零件收缩程度不一致，同时密封材料在低温下的密封比压力将增加、对于F4材料来说还存在冷流问题，因此低温下法兰拧紧力矩值如何确定是一个难题和需要解决的基础性问题。对于低温截止阀等低温设备来说，在设计时必须确定阀瓣密封材料在常温和低温下的密封比压性能参数值。通常，为了保证密封，低温下所需要的密封比压性能参数要优于常温值，从而带来密封垫压紧力的变化，也将导致手动机构或气动机构需求的不同。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于测定密封材料低温(-196℃)密封比压性能参数的系统和方法，本专利技术能够确定不同密封材料在低温工况下的密封性能参数，包括最小压紧应力或比压力y和垫片系数m。本专利技术的技术解决方案是：一种测定密封材料低温密封比压性能参数的系统包括：密封比压测试装置、液氮槽、安装支架、控制模块和检漏装置；检漏装置又包括气瓶、气瓶阀、减压器、压力表P1、检漏气管路、检漏管路、检漏阀和检漏容器；控制模块又包括气源、控制气阀、压力表P2和控制气管路；密封比压测试装置包括低温截止阀组件、检漏接管嘴和充压接管嘴，其中低温截止阀组件又包括汽缸、活塞、阀杆、阀体、波纹管、密封件、O形圈、关闭接管嘴和打开接管嘴；安装支架中间开孔，用于安装密封比压测试装置；安装支架和密封比压测试装置组装好后放置于液氮槽中；检漏气管路的一端与气瓶的输出端相连，另一端依次通过气瓶阀、减压器相连、压力表P1和密封比压测试装置的充压接管嘴相连；检漏管路的一端连接到密封比压测试装置的检漏接管嘴，检漏管路的另外一端通过检漏阀，放置到检漏容器液位以下；控制气管路的一端与气源的输出端相连，控制气管路的另外一端依次通过控制气阀、压力表P2与密封比压测试装置的关闭接管嘴和打开接管嘴供气相连。一种基于测试系统的测定密封材料低温密封比压性能参数的方法，计算密封材料低温密封比压性能参数，包括比压力y和垫片系数m，具体步骤如下：(1)测量和计算密封比压测试装置的活塞、阀杆和波纹管的总重力G，汽缸内活塞受力面积A1，密封垫受压力面积A2，并测试在低温状态下密封比压测试装置中的阀杆、密封波纹管产生的推力F以及O形圈与密封比压测试装置所有部件接触部分的综合摩擦力f；(1a)向液氮槽中注入液氮，液氮高度为H；(1b)关闭气瓶阀和检漏阀；(1c)将密封比压测试装置连同安装支架放入液氮槽中；(1d)维持液氮槽中液氮液面高度为H，待液面波动停止时，关闭控制气阀，调整气源压力为Pa，并供气至控制气阀；(1e)连接控制气管路与气缸关闭接管嘴连接，并缓慢打开控制气阀给密封比压测试装置的关闭接管嘴供气，同时观察压力表P2的指示值，当密封比压测试装置中的活塞带动阀杆开始运动时记录压力表P2指示值，第一次记录为Pg1，继续供气，直至密封比压测试装置的阀杆不再运动，密封件完全关闭，记录密封件处于完全关闭状态时压力表P2显示的压力值，第一次记录为Pn1，依次类推；(1f)关闭控制气阀，断开控制气管路与气缸关闭接管嘴连接，将控制气管路与气缸打开接管嘴连接；(1g)缓慢打开控制气阀给气缸打开接管嘴供气，观察压力表P2指示值，当密封比压测试装置中的活塞带动阀杆开始运动时记录压力表P2指示值，第一次记录为Pk1；(1h)关闭控制气阀，断开控制气管路与气缸打开接管嘴连接，将控制气管路与气缸关闭接管嘴连接；(1i)重复上述(1a)-(1h)记载的方法步骤，进行10次测试，分别得到10组密封比压测试装置打开和关闭状态下，活塞带动阀杆开始运动时压力表P2显示的压力值，分别记为Pg1，Pg2…Pg9，Pg10；Pn1，Pn2…Pn9，Pn10；Pk1，Pk2…Pk9，Pk10；(1j)分别计算步骤(1i)中密封比压测试装置打开和关闭状态下，活塞带动阀杆开始运动时，10组压力值的平均值，分别计为Pg和Pk；计算密封比压测试装置完全关闭时10组压力值的平均值，计为Pn；(1k)计算在低温状态下密封比压测试装置中的阀杆、密封波纹管产生的推力F以及O形圈与部件接触部分的综合摩擦力f；(1m)计算得到密封垫在低温工况下的比压力y：(2)进行密封垫低温密封比压测试，通过测试得到密封垫性能参数垫片系数m：(2a)将密封垫安装在密封比压测试装置密封件上的下部凹槽中，检查确保密封比压测试装置的阀体与气缸连接正常、控制气管路连接正常、检漏气管路连接正常、检漏管路连接正常；(2b)向液氮槽中注入液氮，液氮高度H；(2c)关闭检漏阀，通过气瓶阀、减压器向充压接管嘴内充入0.4MPa氦气，然后关闭气瓶阀，检漏管路从检漏容器中取出；(2d)将密封比压测试装置连同安装支架放入液氮槽中；(2e)维持液氮槽中液氮液面高度H，待液面波动停止后，调整气源为Pv1，打开控制气阀，通过控制气管路给密封比压测试装置的关闭接管嘴供压力为Pv1的控制气，密封件处于完全关闭状态；(2f)打开检漏阀，待检漏管内无气流时将检漏管路放入检漏容器中；(2g)打开并调整气瓶阀和减压器，通过检漏气管路向充压接管嘴通入初始压力为P0的检测气体，并维持气体压力，通过检漏管路进行泄漏检测；(2h)按照每次0.1MPa的增量在P0的基础上通过检漏气管路增加检测气体压力，在每个压力下检测泄漏量，直至泄漏量不满足要求，记录此时通过检漏气管路的压力值，即压力表P1的显示值Pc1，也就是在气源压力Pv1对应的泄漏量不满足要求时的检测气体压力Pc1；(2i)关闭气瓶阀或减压器，将检漏气管路中的气体放掉；...

【技术保护点】
一种测定密封材料低温密封比压性能参数的系统，其特征在于包括：密封比压测试装置、液氮槽、安装支架、控制模块和检漏装置；检漏装置又包括气瓶、气瓶阀、减压器、压力表P1、检漏气管路、检漏管路、检漏阀和检漏容器；控制模块又包括气源、控制气阀、压力表P2和控制气管路；密封比压测试装置包括低温截止阀组件、检漏接管嘴和充压接管嘴，其中低温截止阀组件又包括汽缸、活塞、阀杆、阀体、波纹管、密封件、O形圈、关闭接管嘴和打开接管嘴；安装支架中间开孔，用于安装密封比压测试装置；安装支架和密封比压测试装置组装好后放置于液氮槽中；检漏气管路的一端与气瓶的输出端相连，另一端依次通过气瓶阀、减压器相连、压力表P1和密封比压测试装置的充压接管嘴相连；检漏管路的一端连接到密封比压测试装置的检漏接管嘴，检漏管路的另外一端通过检漏阀，放置到检漏容器液位以下；控制气管路的一端与气源的输出端相连，控制气管路的另外一端依次通过控制气阀、压力表P2与密封比压测试装置的关闭接管嘴和打开接管嘴供气相连。

【技术特征摘要】
1.一种测定密封材料低温密封比压性能参数的系统，其特征在于包括：密
封比压测试装置、液氮槽、安装支架、控制模块和检漏装置；
检漏装置又包括气瓶、气瓶阀、减压器、压力表P1、检漏气管路、检漏管
路、检漏阀和检漏容器；控制模块又包括气源、控制气阀、压力表P2和控制气
管路；密封比压测试装置包括低温截止阀组件、检漏接管嘴和充压接管嘴，其
中低温截止阀组件又包括汽缸、活塞、阀杆、阀体、波纹管、密封件、O形圈、
关闭接管嘴和打开接管嘴；
安装支架中间开孔，用于安装密封比压测试装置；安装支架和密封比压测
试装置组装好后放置于液氮槽中；
检漏气管路的一端与气瓶的输出端相连，另一端依次通过气瓶阀、减压器
相连、压力表P1和密封比压测试装置的充压接管嘴相连；检漏管路的一端连接
到密封比压测试装置的检漏接管嘴，检漏管路的另外一端通过检漏阀，放置到
检漏容器液位以下；
控制气管路的一端与气源的输出端相连，控制气管路的另外一端依次通过
控制气阀、压力表P2与密封比压测试装置的关闭接管嘴和打开接管嘴供气相
连。
2.根据权利要求1所述的一种测定密封材料低温密封比压性能参数的系
统，其特征在于：所述液氮槽中的液氮温度为-196℃。
3.根据权利要求1所述的一种测定密封材料低温密封比压性能参数的方
法，其特征在于：所述气瓶阀中的气体为氦气。
4.根据权利要求1所述的一种测定密封材料低温密封比压性能参数的方
法，其特征在于：所述检漏阀、控制气阀均采用截止阀。
5.一种基于权利要求1所述系统的测定密封材料低温密封比压性能参数的
方法，其特征在于包括：计算密封材料低温密封比压性能参数，包括比压力y
和垫片系数m，具体步骤如下：
(1)测量和计算密封比压测试装置的活塞、阀杆和波纹管的总重力G，汽
缸内活塞受力面积A1，密封垫受压力面积A2，并测试在低温状态下密封比压
测试装置中的阀杆、密封波纹管产生的推力F以及O形圈与密封比压测试装置
所有部件接触部分的综合摩擦力f；
(1a)向液氮槽中注入液氮，液氮高度为H；
(1b)关闭气瓶阀和检漏阀；
(1c)将密封比压测试装置连同安装支架放入液氮槽中；
(1d)维持液氮槽中液氮液面高度为H，待液面波动停止时，关闭控制气
阀，调整气源压力为Pa，并供气至控制气阀；
(1e)连接控制气管路与气缸关闭接管嘴连接，并缓慢打开控制气阀给密
封比压测试装置的关闭接管嘴供气，同时观察压力表P2的指示值，当密封比压
测试装置中的活塞带动阀杆开始运动时记录压力表P2指示值，第一次记录为
Pg1，继续供气，直至密封比压测试装置的阀杆不再运动，密封件完全关闭，
记录密封件处于完全关闭状态时压力表P2显示的压力值，第一次记录为Pn1，
依次类推；
(1f)关闭控制气阀，断开控制气管路与气缸关闭接管嘴连接，将控制气
管路与气缸打开接管嘴连接；
(1g)缓慢打开控制气阀给气缸打开接管嘴供气，观察压力表P2指示值，
当密封比压测试装置中的活塞带动阀杆开始运动时记录压力表P2指示值，第一
次记录为Pk1；
(1h)关闭控制气阀，断开控制气管路与气缸打开接管嘴连接，将控制气
管路与气缸关闭接管嘴连接；
(1i)重复上述(1a)-(1h)记载的方法步骤，进行10次测试，分别得到
10组密封比压测试装置打开和关闭状态下，活塞带动阀杆开始运动时压力表P2
显示的压力值，分别记为Pg1，Pg2…Pg9，Pg10；Pn1，Pn2…Pn9，Pn10；Pk1，
Pk2…Pk9，Pk10；
(1j)分别计算步骤(1i)中密封比压测试装置打开和关闭状态下，活塞带...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐强，张广孟，黄玲艳，何燚，刘海飞，张振华，郭春立，
申请(专利权)人：北京航天发射技术研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11