一种低温高压密封试验系统设计_黄世朋.pdf

液压气动与密封年第期南理工大学，秦俊，杨晓东，畅思琦，等 机械内锁紧式液压缸自动化测试技术研究 液压气动与密封，（）：王积伟 液压传动第 版 北京：机械工业出版社，丁问司，陈康，熊艳伦，等 自锁型液压支腿的有限元分析及性能测试 机床与液压，（）：，张志军，顾克秋，张鑫磊 液压缸刚度有限元计算方法火炮发射与控制学报，（）：，引用本文：杨明，李纪友，张振华，等 重载过盈锁紧液压缸锁紧刚度特性分析 液压气动与密封，（）：，o，o o o ，（）：一种低温高压密封试验系统设计黄世朋，刘 伟，徐 钰，刘亚喆，王永芝 o o g，Y，Y，Yg（河南航天工业总公司，河南 郑州）摘 要：详细介绍了一种低温高压密封试验系统，低温高压密封试验系统用于进行高低压气动零部件常温密封、低温静态密封性试验，温度范围 。关键词：低温；高压；密封；试验系统中图分类号：文献标志码：文章编号：（）引言低温高压密封试验系统用于进行高低压气动零部件常温密封、低温静态密封性试验，温度范围 。试验台具有良好的稳定性，能够稳定可靠地完成常温、低温密封试验。低温高压密封试验系统由液氮供应系统、气体增压系统、压力供应系统、检漏系统、控制和数据采集系统组成。其中，液氮供应系统包括液氮储罐、液氮槽、低温真空试验箱、阀门及管路等，用于提供低温试验环境；气体增压系统包括气体增压泵、高压气瓶组、配气台、阀门及管路等，用于提供试验用气体介质；压力供应系统包括压力机、液体增压泵等，用于提供压力环境；检漏系统包括氦质谱检漏仪、检漏工装、真空泵、阀门及管路等，用于实现低温环境下的密封泄漏量收稿日期：作者简介：黄世朋（），男，河南封丘人，工程师，学士，主要从事液压气动系统及元件的设计研究工作。测量；控制和数据采集系统包括压力机控制系统、试验测控系统等，用于实现试验控制和数据采集。系统可开展常温气密试验、低温气密试验。技术要求工作压力：；压力控制精度：；温度范围：。介质：非腐蚀性气体、液氮。配气系统设计2.1 原理设计气体增压系统包括高压气源（气体增压泵、高压气瓶组）、配气台、连接管路及阀门等，作用是为试验件提供最高 的试验用氦气 氮气、真空试验箱吹除氮气、气驱泵驱动氮气。试验现场 氮气气源通过配气台调节后通过不锈钢管路为气体增压泵提供驱动气，为吹除路提供吹除气。驱动气路设有集气管保证驱动气的稳定输出。气瓶组氦气通过气体增压泵 增 压 至 o，存储于 个 高压氦气瓶组中，经过滤器过滤后，通过 管路输送至配气台，配气台内部通过手动截止阀和减压器调节出口压力，设有高压（）和低压（）出口，氦气经配气台减压后，通过 管路经手动开关、过滤器为试验件提供试验用氦气。）高压气源高压气源包括中压进气管汇系统、增压泵、高压气瓶以及相关控制阀门、传感器等部分，作用是将不大于 的气瓶内的氦气进行增压，增压到 的气体，存储在高压气瓶内备用。高压气源的气瓶组包括高压气瓶组和中压气瓶组，中压气瓶组有管汇连接，每个气瓶可以随时更换任意一个，不影响其他气瓶的工作；高压气瓶组管汇连接一起，带压力表、安全阀，高压部分的管路封闭在金属壳体内，阀门与增压等部分以及主要管汇集中在操作台上，操作台与气瓶组在一个底座上，主要阀门和管路在操作台钣金壳体内。高压气源气路原理图如图 所示。气瓶阀 手动截止阀 金属软管 减压过滤器 过滤器 单向阀 中压 气瓶 高压 气瓶 电磁阀 安全阀图 高压气源气路原理图增压泵由 的低压气供气，气体经过减压过滤器的净化和减压后，压力控制在 ，由电磁阀控制增压泵供气的通断，电磁阀控制的电气附件集成在钣金箱体内，在操作面板上有按钮控制开关。操作面板上带二次仪表，其数显表可以设置增压压力，工作时，高压气瓶中的压力达到设定值后，自动停止增压，降低到下限值后，自动开始增压。高压气源在开启后，自动工作，正常工作时无需人工干预。系统设有安全阀硬件安全保护，同时有压力开关，通过电气控制，自动保护，通过编程设定增压压力后，系统自动保持高压气瓶的压力在设定的范围内，实现双重的安全保护。）配气台及低温配气箱气路如图 所示，左方的虚线框为配气台，有两个气源入口，一个接高压气源的压缩氦气，一个接用户提供的压缩氮气。路入口为氮气入口，截止阀入口为高压氦气入口。氮气经过 和过滤器、截止阀、过滤器、减压阀、截止阀 对外供气，供气完毕，可以通过 放掉管内和被试件内部的气体。高压氦气经过、过滤器，分成两路，分别通过减压器减压到最大 （减压器最大输出能力不低于 ，减压阀后的管路和阀门的耐压能力不低于 ）和最大 输出，用于试验，试验完毕，分别通过几个单向阀对 路输出支路及输入端管路的气体进行回收。手动截止阀 过滤器 减压器 安全阀 单向阀 压力变送器 高压消音器图 配气台及低温配气箱气路原理图低温配气箱用于配气台和低温试验系统的气路连接，为了安全及使用便利，用一个钣金壳体将所有管路及阀门集成在内，留一个压力传感器的仪表可以外部观察压力，个截止阀现场控制低温试验系统的供气。该组件包含的部件见图 右边的虚线框。液压试验系统原理设计3.1 液氮供应系统液氮供应系统包括液氮储罐、液氮槽、低温真空试验箱、阀门及连接管路等，用于为试验件提供低温检漏的温度环境，系统原理图如图 所示。液氮储罐用于液氮存储，通过 低温真空管路、低温手动球阀（、）向低温真空试验箱和液氮槽输送液氮。液氮槽内腔 ，不锈钢内腔，外覆保温层，通过液氮加注口、排液口向内灌注和向外排放液氮，液氮加注接口为 法兰，可拆卸。液氮槽设有上液位温度测点（），采用 型热电偶。当其温度达到液氮温区时，液氮加注达到上液液压气动与密封年第期位，可手动停止加注。液氮槽配有上端盖，可有效降低液氮挥发量，减少消耗。图 液氮供应及检漏系统原理图低温真空试验箱内腔 ，不锈钢箱体，承压范围真空至小于 ，上端开盖，箱体设液氮加注、排液、吹除、试验件供气、排气 抽空 检漏、标准漏孔、温度传感器、安全阀、预留等接口。排气、抽空、检漏路并为一路，液氮预冷和加注过程中开启排气路手动阀（）以及时排出蒸发的氮气。同时箱顶设有安全阀（），当排气路不能满足排气流量要求时，安全阀在内压作用下克服阀芯重力将其顶开，保证试验箱内部压力小于 。抽真空过程中，排气路手动阀关闭，同时安全阀阀芯回位，可确保可靠密封。设有上液位温度传感器（）监测加注过程中的液位，并在达到上液位时手动停止加注。温度传感器采用 型热电偶。试验件温度通过 型热电偶温度传感器（）监测，通过低温胶粘贴于试验件表面。在液氮槽侧面有加注阀，用于液氮槽的液氮加注；为加快低温试验箱内的温度下降，试验时也可以通过加注阀向低温箱体内加注部分液氮，低温试验箱加注阀选择小通径的加注阀，以方便控制。低温试验箱外圆壁厚为 ，上下堵板厚度为，低温试验箱采用法兰密封结构，不锈钢金属垫进行密封，外形尺寸图如图 所示。图 低温试验箱法兰密封外形尺寸图液氮管路使用真空管，真空管最大工作压力为 ，管子由内管、外管及多层绝热材料组成，夹层为多层绝热材料复合而成，以减少辐射传热，并将夹层抽成高真空状态，以降低对流热传导，内外管之间低导热系数材料隔离，减少固体传热，从而把内管损失控制到最低。检漏系统设计检漏系统包括氦质谱检漏仪、真空泵、阀门及连接管路，主要作用是常温、低温气密试验中的漏率检测。氦质谱检漏仪具有吸枪、真空检漏模式，满足常温、低温气密试验中的漏率检测需求。配有校准漏孔，便于设备状态检测和试验数据分析。低温气密试验中，首先开启真空泵将真空试验箱内压力降至 左右。开启氦质谱检漏仪路进行漏率检测，检漏仪进入精检模式后，通过真空泵和氦质谱检漏仪抽速比进行漏率计算。氦质谱检漏仪真空模式最小可检漏率 ，精检状态氦气抽速 ，出口为 卡套连接形式，通过金属波纹管、真空截止阀与抽空路、排气路并联至真空试验箱。检漏仪具有防止氦污染保护功能。控制和数据采集系统设计控制和数据采集系统共设置三种信号类型：电磁阀控制采用工业标准 数字量输出；压力、液位、位移传感器均采用 标准电流信号；温度传感器均采用 型热电偶。控制和数据采集系统基于先进的工控机进行采集与控制，以 为软件平台编制，实现精密测控。其中，控制系统用于接收压力机报警信号，在常温试验中自动完成电磁阀通断、实现安全保护；数据采集系统用于实现试验系统状态监测和试验数据记录。本系统包括现场测控单元和测控间总控单元两部分。其中，现场测控单元集成为、的便携式设备，可实现完整的试验测控功能；测控间总控单元与现场测控单元通过以太网通讯实现远程测控。系统架构如图 所示。现场触摸屏控制器选用 系列单点触摸屏。其具有 触摸屏，分辨率，。集成 o 双核，内存，卡存储，能够运行 o o 以及 o oo 操作系统。o图 控制与数据采集系统架构电磁阀控制选用 数字量输出模块。其具备 通道 、每通道 驱动能力，开启 关闭时间 ，通过外接继电器控制电磁阀。压力、液位、位移等传感器采集选用 高精度模拟量输入模块。其具备 通道 电流信号采集能力，采样分辨率 位，最高采样频率，测量误差 。温度传感器采集选用 高精度模拟量输入模块。其具备 通道全类型热电偶信号采集能力，采样分辨率 位，转换时间最小为 ，测 量 误差 。软件部分，底层采用 编写，主要用于实现实时测量和控制；上层部分采用高级语言（或 o、等）编写，主要用于实现人机界面。结论本系统现已投入使用。通过在实际工况下的试验证明，本系统可以准确稳定地进行高低压常温、低温密封性试验。通过服务器 客户端的结构，可以对数据进行实时显示、存储，同时软件具有数据查询、打印报表等功能，方便用户操作。参考文献 孙志和 一种用于低温阀门的深冷试验装置研制 低温与超导，（）：杨凯 液压导管脉冲试验系统设计 液压气动与密封，（）：王姗姗 一种可远程控制的自动微压调节系统 液压气动与密封，（）：王炜 低温低应力设计方法的判定及应用 工业技术，（）：陈国邦 低温工程材料 杭州：浙江大学出版社，成大先 机械设计手册 北京：化学工业出版社，路甬祥 液压气动技术手册 北京：机械工业出版社，章宏甲 液压与气压传动 北京：机械工业出版社，引用本文：黄世朋，刘伟，徐钰，等 一种低温高压密封试验系统设计 液压气动与密封，（）：，o o ，（）：液压气动与密封杂志 年广告征集启事液压气动与密封杂志是中国液压气动密封件工业协会的会刊、中国科技核心期刊，是 展会的指定宣传媒体。杂志发行量大、发行领域宽、发行渠道广、读者群体多，并有微信公众号、视频号、网站、电子刊等平台为客户提供增值服务，是企业展示形象和宣传产品的理想载体。杂志的“企业之声”栏目及时报道行业和企业新动态、新技术、新工艺和资讯等，助推液压、液力、气动和密封行业的旗舰企业，得到企业的欢迎和读者的一致认可。杂志多渠道发行：邮局订阅发行；行业主管部门、企业经理、销售经理、行业专家跟踪发行；各主机企业、上下游用户定向发行；行业展会、主机行业展会、国内外相关展会现场发行。欢迎各企业刊登广告。联系人：黎平 电话：，：o