一种可实现泄漏分区定位的C型密封环性能测试装置的制作方法

本发明涉及于密封元件检测，具体而言，涉及一种可实现泄漏分区定位的c型密封环多工况性能测试装置，适用于核电、能源化工、航空航天领域金属c型密封环试样开展高温-高压-轴向载荷耦合条件下密封性能试验、局部泄漏失效位置定位以及失效机理研究。

背景技术：

1、在核电装备、高压化工容器等高温高压设备中，金属c型密封环依靠介质压力实现自紧式密封，是保障设备承压边界完整性的关键零部件。c型密封环服役过程同时承受内部介质高压、温度载荷以及装配轴向预紧载荷，密封环因材料缺陷、加工误差、装配不均容易出现周向局部泄漏，多点局部泄漏累积后会造成整体密封失效。

2、现有c型密封环试验工装大多采用整体集漏腔结构，通过流量计或者称重法只能够获取密封环总的泄漏量，所有周向位置泄漏介质全部汇集混合，无法区分泄漏发生在哪一段周向区域；当出现多处局部微泄漏时，只能判断密封发生泄漏，不能定位泄漏对应的周向区段，无法获得不同位置独立泄漏参数，难以解析c型密封环局部失效机理。少数分区检测工装存在腔室介质串扰、密封干涉、拆装复杂问题，不能同时监测筋条贴合面与密封环主密封面两处泄漏，定位精度有限。

3、因此，亟需开发一种可以阻断腔室串流、同时采集多区域压力信号、精准定位泄漏周向位置，兼容多载荷耦合工况的c型密封环性能实验装置。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是现有技术只能检测总泄漏量，不能定位c型密封环周向局部泄漏位置，难以获取高温-高压-轴向载荷耦合下分区密封性能参数的缺陷，本发明提供一种可实现泄漏分区定位的c型密封环多工况性能测试装置；本装置将密封环周向划分为多个相互隔离扇形测压腔，采集各腔室压力信号，依靠压力异常直接锁定泄漏周向区段，同时兼容高温高压介质模拟、可控轴向预紧加载，为c型密封环局部失效分析提供量化试验数据。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种可实现泄漏分区定位的c型密封环性能测试装置，其包括：液压动力单元、高压容器组件、密封测试工装、压力采集单元；液压动力单元包含驱动电机、增压泵、蓄能器、溢流阀、排气阀；驱动电机输出端连接增压泵，增压泵管路依次连通蓄能器、溢流阀、排气阀，管路末端接入高压容器内腔；高压容器组件包含高压容器本体，高压容器顶部开口处装配密封测试工装；密封测试工装包含下法兰、c型密封环试样、上法兰、紧固螺栓；下法兰上端端面沿周向均匀布置多组周向分隔筋；周向分隔筋侧面轮廓曲率与c型密封环试样外侧圆弧面相适配，周向分隔筋侧面与c型密封环试样侧面圆弧紧密贴合，将下法兰与c型密封环试样之间环形空间分隔成若干个互不连通的扇形测压腔；周向分隔筋上下两侧设置一体成型的环形接触筋；环形接触筋与c型密封环试样最大外径圆周形成线接触密封；周向分隔筋本体中部开设第一类泄漏检测通孔，扇形测压腔侧壁开设第二类泄漏检测通孔；第一类泄漏检测通孔、第二类泄漏检测通孔均为带内螺纹的贯穿通道；上法兰下端面开设数量、位置与周向分隔筋一一对应的安装槽；装配状态下周向分隔筋嵌入安装槽内部；上法兰上端中心位置设置轴向压紧凸台；轴向压紧凸台外接外部液压加载机构用于施加可控轴向压紧载荷；上法兰通过多根紧固螺栓与下法兰锁紧，压紧夹持c型密封环试样；压力采集单元包含若干压力传感器以及外部显示处理单元；压力传感器螺纹装配在各泄漏检测通孔外端，压力传感器信号线接入外部显示处理单元，采集各个扇形测压腔、周向分隔筋贴合位置的压力信号。

3、根据本发明的实施例，周向分隔筋可设置12组，沿下法兰端面圆周方向均匀分布；相邻两组周向分隔筋对应的扇形测压腔覆盖周向角度30°；每一组周向分隔筋的两侧面分别构成相邻两个扇形测压腔的隔离壁，周向分隔筋的侧面轮廓与c型密封环外圆弧完全贴合实现腔室之间介质隔离，消除扇形测压腔之间介质串流。

4、根据本发明的实施例，环形接触筋与下法兰可一体加工成型；环形接触筋线接触位置落在c型密封环试样最大直径圆周处；环形接触筋截面为尖角式凸筋结构，凸筋尖角与c型密封环外壁形成环形线密封。

5、根据本发明的实施例，上法兰安装槽的宽度可大于周向分隔筋厚度，安装槽深度适配环形接触筋高度，装配后不挤压干涉环形接触筋；安装槽槽底与周向分隔筋顶端之间预留微小装配间隙，避免上下法兰锁紧过程中周向分隔筋承受挤压发生塑性变形。

6、根据本发明的实施例，第一类泄漏检测通孔可用于监测周向分隔筋与c型密封环侧面贴合位置泄漏；第二类泄漏检测通孔用于监测c型密封环与环形接触筋线密封面的泄漏；第一类泄漏检测通孔沿周向分隔筋厚度方向贯通；第二类泄漏检测通孔沿扇形测压腔径向贯穿下法兰本体。

7、根据本发明的实施例，高压容器本体可通入高温高压气体介质，试验压力范围5-40mpa；轴向压紧凸台配合外部液压机构控制c型密封环试样压缩量维持在10%-30%。

8、根据本发明的实施例，高压容器组件还可包括温度采集模块，温度采集模块包含至少一支容器内部介质温度传感器、至少一支壁面温度传感器；高压容器本体外壁设置加热套以及温度传感器，用于实现高温工况模拟；介质温度传感器伸入高压容器内腔，壁面温度传感器贴合高压容器内壁；温度采集模块信号输出端连接外部显示处理单元，实现试验介质温度实时采集。

9、根据本发明的另一方面，提供一种针对以上装置的测试方法，其中，包含如下步骤：s1试样装配：将c型密封环试样安放在下法兰的环形接触筋上完成定位；将上法兰盖合，使下法兰的周向分隔筋对应嵌入上法兰下端的安装槽；使用紧固螺栓完成上法兰、下法兰预锁紧；s2轴向加载：外部液压加载机构作用于轴向压紧凸台，对c型密封环试样施加轴向压紧力，将密封环压缩量控制在10%-30%；s3系统充压准备：启动驱动电机带动增压泵工作，开启排气阀，向高压容器内部通入试验介质，将容器内部空气完全排出之后关闭排气阀；s4工况建立：继续增压，调节溢流阀，使高压容器内部压力稳定至预设试验压力5-40mpa；s5信号采集与泄漏判定：外部显示处理单元实时读取全部压力传感器输出压力数据；当某一路或者多路压力传感器检测压力异常升高，判定该传感器对应的扇形测压腔周向区段发生泄漏；根据异常传感器编号直接得到泄漏发生对应的周向角度区间；s6多组工况迭代：改变容器内部介质压力、介质温度、轴向压紧载荷，重复s4-s5步骤，得到多耦合工况下各分区泄漏特征参数；试验结束后泄压、卸载，拆卸取出试样。

10、根据本发明的实施例，步骤s1装配完成之后还可执行预检漏步骤：向高压容器通入低压示踪气体，采集全部扇形测压腔压力信号，确认各扇形测压腔之间无压力串扰，确认工装自身无泄漏后，再进入s2轴向加载步骤。

11、根据本发明的实施例，步骤s6中，还可包括梯度变载试验：保持温度不变，阶梯式升高高压容器内部介质压力，记录每级压力下各个扇形测压腔压力数据，获取c型密封环不同周向区段的临界泄漏压力。

12、与现有技术相比，本发明的实施例所提供的技术方案至少可实现如下有益效果：

13、根据本发明的可实现泄漏分区定位的c型密封环性能测试装置，能够实现c型密封环泄漏周向精准定位，采用12组均分周向分隔筋划分12个相互隔离扇形测压腔，单区周向覆盖30°；依靠不同腔室压力传感器压力变化直接锁定泄漏周向区段；各腔室之间被分隔筋隔绝，介质不会发生串流，多点泄漏之间互不干扰，克服传统整体集漏结构只可以测总泄漏量，无法定位局部泄漏的缺陷。

14、根据本发明的可实现泄漏分区定位的c型密封环性能测试装置，双位置同步泄漏监测，同时设置周向分隔筋中部通道、扇形腔侧壁通道，既能够监测c型密封环主密封线接触位置泄漏，又可以监测分隔筋与密封环侧面贴合面泄漏，提升泄漏检测完整度。

15、根据本发明的可实现泄漏分区定位的c型密封环性能测试装置，支持多载荷耦合试验：高压容器模拟高温高压介质，轴向压紧凸台配合外部液压机构提供可控轴向预紧力，可以开展压力-温度-轴向载荷耦合试验，获得多工况下分区密封性能参数，为c型密封环局部失效机理分析提供量化试验依据。

16、根据本发明的可实现泄漏分区定位的c型密封环性能测试装置，装配便捷可靠，周向分隔筋和上法兰安装槽对位配合，拆装简单；压力传感器螺纹连接，更换方便；一次装夹即可完成全周向分区检测，缩短试样试验周期。