多试件高温高压密封元件性能试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种多试件高温高压密封元件性能试验装置及试验方法。该装置包括介质密封系统、加热温控系统、载荷测控系统、介质给定系统、位移测量系统、泄漏率测量系统、冷却隔热系统、数据采集系统，并能测量密封元件多种性能。采用本发明专利技术提供的多试件高温高压密封元件性能试验装置及试验方法能够对不同工况下垫片的压缩回弹率、泄漏率等进行测量，并对垫片的寿命进行评价，能够同时满足工程测试和理论研究的需要。

【技术实现步骤摘要】
多试件高温高压密封元件性能试验装置及试验方法
本专利技术提供一种多试件高温高压密封元件性能试验装置及试验方法，该试验装置及试验方法能测量垫片压缩回弹性能及密封性能，开展加速寿命试验，并能准确预测其寿命。
技术介绍
过程工业的设备和管道中，螺栓法兰密封连接应用十分广泛。随着工业装置向着大型化、高参数化发展，现代工业对密封连接的要求越来越严格，密封连接一旦失效，不仅会带来巨大的经济损失，而且会造成环境污染，甚至酿成重大人员伤亡事故。因此，对垫片进行寿命预测，及早采取有效防治措施，可避免恶性事故发生，具有重要的工程意义。近年来，国内外对螺栓法兰连接结构的密封特性进行了较为全面研究。在此研究领域最富成果的就是对垫片性能的深入研究。早在1974年美国压力容器委员会(PVRC)的螺栓法兰连接分会开始了垫片常温性能的研究，对ASME锅炉和压力容器规范给出的垫片系数m、y进行评定。采用美国材料试验学会(ASTM)标准，对石棉垫和缠绕垫进行了常温氮气和水密封试验，研究垫片预紧应力和法兰表面光洁度对密封性能的影响，以及m、y与垫片宽度、预紧载荷、泄漏率和介质压力之间的相互关系。后来又提出了更为广泛的包括里程碑试验和工况试验的“垫片试验计划Ⅱ”，作为提供更有效的规范设计参数和ASTM试验标准的基础。历时十多年的研究，PVRC对垫片室温性能有了较充分的了解，在试验基础上可预测各种预紧载荷和室温操作条件下垫片的密封性能。1982年，垫片试验与高温连接性能研究小组(S/CONGT&ETJB)启动了垫片高温性能研究计划，开始了一系列法兰垫片连接在高温循环载荷下密封性能的试验和分析工作。探讨了螺栓法兰垫片各个连接件的高温行为及连接的密封机理，研究了影响连接系统泄漏的诸因素及它们之间的关系，并建立了一系列设计方法，使连接系统在高温工况下的泄漏率减至最小。Bazergui，Marchand和Payne于1988年研制出了垫片热时效试验装置和热紧密性装置。可以分别作单试件的蠕变松弛试验和短期密封试验。他们模拟实际的操作工况，对热态垫片的特性进行了系统的试验研究。法国的Birembaut和Bravo在1988年试验研究了石棉橡胶垫片和石棉缠绕垫片的高温性能。这一试验研究比较全面地揭示了垫片的力学性能和密封性能，但缺乏对其性能的定量研究。PVRC的BFC分委员会与高温设计分委员会联合组成一个研究小组于1988年和1989年建立了垫片长期热态性能研究的试验装置，探讨了垫片应力、蠕变与松弛对系统紧密性的影响。1998年，LMarchand等人又研制了一套老化松弛夹具，可以对垫片材料进行长期老化，进一步研究垫片的长期热态性能。国内研制了多功能全自动的垫片性能试验机和垫片高温性能试验装置，用于常温和高温时垫片材料性能试验。石油大学在参考美国ASTMF586-79标准和美国PVRC推荐的A、B试验方法的基础上，对缠绕垫、耐油石棉橡胶板、金属包覆垫、八角和金属椭圆等型式的垫片性能进行了研究，获得了大量试验数据，标绘了力学和密封特性曲线。在此基础上，指出了各种垫片的结构尺寸、使用范围、制造要求及其密封参数值，推荐了法兰连接密封设计的新方法。现代工业的飞速发展对垫片密封的要求愈来愈严格，减少泄漏率、延长密封元件的使用寿命是环境保护、节约能源、安全生产十分迫切的要求。严格定量控制泄漏率是保证现代系统和设备安全运行的重要条件，PVRC于1977年提出了泄漏率的定量指标，推荐一般工业泄漏率指标为10-3cm3/s，对原子能和某些化学工业，泄漏率指标控制在10-7cm3/s以下，当装置的泄漏率达到指标量即可认为密封已经失效。PVRC认为也可以以螺栓载荷松弛至初始载荷的75％作为密封失效的判据。国内外对垫片密封寿命已作过一系列的研究。国内南京工业大学顾伯勤等设计了一套多功能多试件密封垫片寿命评价试验装置，并对非金属垫片寿命进行预测；陆晓峰等对垫片密封作了高温情况下变形协调分析，以最大允许泄漏率为失效准则，提出了基于高温蠕变的垫片密封寿命预测方法，袁立明等建立了非石棉纤维橡胶垫片的老化损伤模型，并结合热氧老化试验得到寿命预测公式，胡少波提出用二级模糊综合评判法对垫片密封寿命进行评估。国外Sassoulas等研究了金属垫片长期蠕变松弛的规律，结合力学分析，得到了垫片残余应力与温度、时间的关系，Paunescu等在常温试验的基础上确定了振动载荷下以紧密性为评判依据的垫片密封的安全工作周期。尽管已出现不少垫片密封寿命的评价方法，但是这些方法主要集中在力学理论推导和试件数量很少的试验研究基础上，尚未有与工程实际相吻合的以泄漏率指标为评判依据，以及相应的试验方法和装置。因此开发与改进试件性能试验装置及试验方法就显得极为重要。
技术实现思路
为了弥补现有垫片密封试验装置功能分散、试件数量少、试验温度低等缺点，本专利技术提供一种多试件高温高压密封元件性能试验装置。基于本试验装置，本专利技术还提供一种多试件高温高压密封元件性能试验方法。本专利技术所采用技术方案如下：一种多试件高温高压密封元件性能试验装置，该装置包括介质密封系统、加热温控系统、载荷测控系统、介质给定系统、位移测量系统、泄漏率测量系统、冷却隔热系统、数据采集系统；介质密封系统，用于承载试验垫片并形成密封的试验腔；加热温控系统，用于介质密封系统的加热控温；载荷测控系统，用于对介质密封系统施加载荷；介质给定系统，用于向介质密封系统输送介质；位移测量系统，用于测量介质密封系统中试验垫片变形产生的位移；泄漏率测量系统，用于测量试验腔内泄漏出的介质；冷却隔热系统，用于介质密封系统与载荷测控系统之间的保温隔热；数据采集系统，用于采集各传感器的测量数据；所述介质密封系统包括依次密封连接的多级密封单元，每级密封单元包括上法兰、下法兰和波纹管式集漏套，其中上、下法兰相套装，试验垫片设置在上、下法兰之间，上、下法兰固定连接；所述波纹管式集漏套用于收集试验腔内泄漏出的介质，分为波纹管、以及上连接面和下连接面，所述波纹管套装在上、下法兰外，上连接面与上法兰密封连接，下连接面与下法兰密封连接，由此在上、下法兰外周与波纹管式集漏套之间形成一个密封的集漏腔；每级密封单元的上、下法兰均设有中心孔，最上级的上法兰中心孔上端封闭，最下级下法兰中心孔下端封闭，其余上、下法兰的中心孔均为通孔；组装后各级密封单法兰中心孔连通，介质的进气管可设置在任一密封单元的上法兰上，每级密封单元的下法兰上均设置一个出气管，每级中集漏腔经连接孔与出气管连通；所述进气管与介质给定系统连接，出气管与泄漏率测量系统连接。进一步地，每级密封单元中，上法兰为T型，顶部为凸台，下法兰上为凹型，上法兰与下法兰相适配。进一步地，波纹管式集漏套与上法兰和下法兰之间采用密封垫片和压紧螺钉连接；级与级之间的密封采用级间密封垫片进行密封。进一步地，所述介质密封系统由八级密封单元组成。进一步地，所述加热温控系统，包括加热炉、加热板、热电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多试件高温高压密封元件性能试验装置，该装置包括介质密封系统、加热温控系统、载荷测控系统、介质给定系统、位移测量系统、泄漏率测量系统、冷却隔热系统、数据采集系统，其特征在于：/n介质密封系统，用于承载试验垫片并形成密封的试验腔；/n加热温控系统，用于介质密封系统的加热控温；/n载荷测控系统，用于对介质密封系统施加载荷；/n介质给定系统，用于向介质密封系统输送介质；/n位移测量系统，用于测量介质密封系统中试验垫片变形产生的位移；/n泄漏率测量系统，用于测量试验腔内泄漏出的介质；/n冷却隔热系统，用于介质密封系统与载荷测控系统之间的保温隔热；/n数据采集系统，用于采集各传感器的测量数据；所述介质密封系统(38)包括依次密封连接的多级密封单元，每级密封单元包括上法兰(19)、下法兰(17)和波纹管式集漏套(15)，其中上、下法兰相套装，试验垫片(18)设置在上、下法兰之间，上、下法兰固定连接；/n所述波纹管式集漏套(15)用于收集试验腔内泄漏出的介质，分为波纹管、以及上连接面和下连接面，所述波纹管套装在上、下法兰外，上连接面与上法兰(19)密封连接，下连接面与下法兰(17)密封连接，由此在上、下法兰外周与波纹管式集漏套(15)之间形成一个密封的集漏腔；/n每级密封单元的上、下法兰均设有中心孔，最上级的上法兰(19)中心孔上端封闭，最下级下法兰(17)中心孔下端封闭，其余上、下法兰的中心孔均为通孔；组装后各级密封单法兰中心孔连通，介质的进气管(23)可设置在任一密封单元的上法兰(19)上，每级密封单元的下法兰(17)上均设置一个出气管(10)，每级中集漏腔经连接孔与出气管(10)连通；所述进气管(23)与介质给定系统(30)连接，出气管(10)与泄漏率测量系统连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多试件高温高压密封元件性能试验装置，该装置包括介质密封系统、加热温控系统、载荷测控系统、介质给定系统、位移测量系统、泄漏率测量系统、冷却隔热系统、数据采集系统，其特征在于：
介质密封系统，用于承载试验垫片并形成密封的试验腔；
加热温控系统，用于介质密封系统的加热控温；
载荷测控系统，用于对介质密封系统施加载荷；
介质给定系统，用于向介质密封系统输送介质；
位移测量系统，用于测量介质密封系统中试验垫片变形产生的位移；
泄漏率测量系统，用于测量试验腔内泄漏出的介质；
冷却隔热系统，用于介质密封系统与载荷测控系统之间的保温隔热；
数据采集系统，用于采集各传感器的测量数据；所述介质密封系统(38)包括依次密封连接的多级密封单元，每级密封单元包括上法兰(19)、下法兰(17)和波纹管式集漏套(15)，其中上、下法兰相套装，试验垫片(18)设置在上、下法兰之间，上、下法兰固定连接；
所述波纹管式集漏套(15)用于收集试验腔内泄漏出的介质，分为波纹管、以及上连接面和下连接面，所述波纹管套装在上、下法兰外，上连接面与上法兰(19)密封连接，下连接面与下法兰(17)密封连接，由此在上、下法兰外周与波纹管式集漏套(15)之间形成一个密封的集漏腔；
每级密封单元的上、下法兰均设有中心孔，最上级的上法兰(19)中心孔上端封闭，最下级下法兰(17)中心孔下端封闭，其余上、下法兰的中心孔均为通孔；组装后各级密封单法兰中心孔连通，介质的进气管(23)可设置在任一密封单元的上法兰(19)上，每级密封单元的下法兰(17)上均设置一个出气管(10)，每级中集漏腔经连接孔与出气管(10)连通；所述进气管(23)与介质给定系统(30)连接，出气管(10)与泄漏率测量系统连接。


2.根据权利要求1所述多试件高温高压密封元件性能试验装置，其特征在于：每级密封单元中，上法兰(19)为T型，顶部为凸台，下法兰(17)上为凹型，上法兰(19)与下法兰(17)相适配。


3.根据权利要求2所述多试件高温高压密封元件性能试验装置，其特征在于：波纹管式集漏套(15)与上法兰(19)和下法兰(17)之间采用密封垫片(14)和压紧螺钉(16)连接；级与级之间的密封采用级间密封垫片(21)进行密封。


4.根据权利要求1所述多试件高温高压密封元件性能试验装置，其特征在于：所述介质密封系统(38)由八级密封单元组成。


5.根据权利要求1-4任一所述多试件高温高压密封元件性能试验装置，其特征在于：所述加热温控系统，包括加热炉(3)、加热板(20)、热电偶(22)和温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵春雷，姚炳洋，胡康，陈晔，周剑锋，聂政威，王鹏飞，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32