一種測定密封材料低溫密封比壓性能參數(shù)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測定密封材料低溫密封比壓性能參數(shù)的系統(tǒng)和方法，該技術(shù)可應(yīng) 用在低溫加注管路法蘭密封墊規(guī)格的選取，從而進(jìn)一步確定法蘭螺栓的擰緊力矩，確保低 溫加注管路的安全性和可靠性，也可推廣至其他低溫介質(zhì)輸送管路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 法蘭螺栓連接是低溫加注系統(tǒng)中低溫設(shè)備或元件的重要連接方式，由于液氫、液 氧、液氮等介質(zhì)低溫的特點(diǎn)，必需保證在低溫介質(zhì)加注過程中低溫介質(zhì)無泄漏。為了保證法 蘭在常溫和低溫下的可靠密封，必需通過給螺栓施加一定的預(yù)緊力，保證墊片在各種工況 下滿足密封比壓的要求。
[0003] 目前在有關(guān)密封計(jì)算的手冊等相關(guān)資料中給出的都是密封材料在常溫下的密封 比壓性能參數(shù)，可以由此計(jì)算保證常溫密封所需要的螺栓擰緊力矩。然而，由于低溫法蘭在 低溫下相關(guān)零部件會收縮，且因各零件溫度變化值不同、尺寸不同、材料不同，都導(dǎo)致各零 件收縮程度不一致，同時密封材料在低溫下的密封比壓力將增加、對于F4材料來說還存在 冷流問題，因此低溫下法蘭擰緊力矩值如何確定是一個難題和需要解決的基礎(chǔ)性問題。
[0004] 對于低溫截止閥等低溫設(shè)備來說，在設(shè)計(jì)時必須確定閥瓣密封材料在常溫和低溫 下的密封比壓性能參數(shù)值。通常，為了保證密封，低溫下所需要的密封比壓性能參數(shù)要優(yōu)于 常溫值，從而帶來密封墊壓緊力的變化，也將導(dǎo)致手動機(jī)構(gòu)或氣動機(jī)構(gòu)需求的不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于測定密封材料低 溫(-196 °C)密封比壓性能參數(shù)的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明能夠確定不同密封材料在低溫工況下 的密封性能參數(shù)，包括最小壓緊應(yīng)力或比壓力y和墊片系數(shù)m。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0007] -種測定密封材料低溫密封比壓性能參數(shù)的系統(tǒng)包括:密封比壓測試裝置、液氮 槽、安裝支架、控制模塊和檢漏裝置；
[0008] 檢漏裝置又包括氣瓶、氣瓶閥、減壓器、壓力表P1、檢漏氣管路、檢漏管路、檢漏閥 和檢漏容器;控制模塊又包括氣源、控制氣閥、壓力表P2和控制氣管路;密封比壓測試裝置 包括低溫截止閥組件、檢漏接管嘴和充壓接管嘴，其中低溫截止閥組件又包括汽缸、活塞、 閥桿、閥體、波紋管、密封件、〇形圈、關(guān)閉接管嘴和打開接管嘴；
[0009] 安裝支架中間開孔，用于安裝密封比壓測試裝置;安裝支架和密封比壓測試裝置 組裝好后放置于液氮槽中；
[0010] 檢漏氣管路的一端與氣瓶的輸出端相連，另一端依次通過氣瓶閥、減壓器相連、壓 力表P1和密封比壓測試裝置的充壓接管嘴相連;檢漏管路的一端連接到密封比壓測試裝置 的檢漏接管嘴，檢漏管路的另外一端通過檢漏閥，放置到檢漏容器液位以下；
[0011]控制氣管路的一端與氣源的輸出端相連，控制氣管路的另外一端依次通過控制氣 閥、壓力表P2與密封比壓測試裝置的關(guān)閉接管嘴和打開接管嘴供氣相連。
[0012] -種基于測試系統(tǒng)的測定密封材料低溫密封比壓性能參數(shù)的方法，計(jì)算密封材料 低溫密封比壓性能參數(shù)，包括比壓力y和墊片系數(shù)m，具體步驟如下：
[0013] (1)測量和計(jì)算密封比壓測試裝置的活塞、閥桿和波紋管的總重力G，汽缸內(nèi)活塞 受力面積A1，密封墊受壓力面積A2,并測試在低溫狀態(tài)下密封比壓測試裝置中的閥桿、密封 波紋管產(chǎn)生的推力F以及0形圈與密封比壓測試裝置所有部件接觸部分的綜合摩擦力f;
[0014] (la)向液氮槽中注入液氮，液氮高度為Η;
[0015] (lb)關(guān)閉氣瓶閥和檢漏閥；
[0016] (lc)將密封比壓測試裝置連同安裝支架放入液氮槽中；
[0017] (Id)維持液氮槽中液氮液面高度為H，待液面波動停止時，關(guān)閉控制氣閥，調(diào)整氣 源壓力SP a，并供氣至控制氣閥；
[0018] (le)連接控制氣管路與氣缸關(guān)閉接管嘴連接，并緩慢打開控制氣閥給密封比壓測 試裝置的關(guān)閉接管嘴供氣，同時觀察壓力表P2的指示值，當(dāng)密封比壓測試裝置中的活塞帶 動閥桿開始運(yùn)動時記錄壓力表P2指示值，第一次記錄為Pgl，繼續(xù)供氣，直至密封比壓測試 裝置的閥桿不再運(yùn)動，密封件完全關(guān)閉，記錄密封件處于完全關(guān)閉狀態(tài)時壓力表P2顯示的 壓力值，第一次記錄為Pnl，依次類推；
[0019] (If)關(guān)閉控制氣閥，斷開控制氣管路與氣缸關(guān)閉接管嘴連接，將控制氣管路與氣 缸打開接管嘴連接；
[0020] (lg)緩慢打開控制氣閥給氣缸打開接管嘴供氣，觀察壓力表P2指示值，當(dāng)密封比 壓測試裝置中的活塞帶動閥桿開始運(yùn)動時記錄壓力表P2指示值，第一次記錄為Pkl;
[0021] (lh)關(guān)閉控制氣閥，斷開控制氣管路與氣缸打開接管嘴連接，將控制氣管路與氣 缸關(guān)閉接管嘴連接；
[0022] (li)重復(fù)上述（la)-(lh)記載的方法步驟，進(jìn)行10次測試，分別得到10組密封比壓 測試裝置打開和關(guān)閉狀態(tài)下，活塞帶動閥桿開始運(yùn)動時壓力表P2顯示的壓力值，分別記為 Pgl，Pg2...Pg9，PglO;Ρη1，Ρη2.··Ρη9，PnlO;Pkl，Pk2...Pk9，PklO;
[0023] (lj)分別計(jì)算步驟（li)中密封比壓測試裝置打開和關(guān)閉狀態(tài)下，活塞帶動閥桿開 始運(yùn)動時，10組壓力值的平均值，分別計(jì)為Pg和Pk;計(jì)算密封比壓測試裝置完全關(guān)閉時10組 壓力值的平均值，計(jì)為Pn;
[0024] (Ik)計(jì)算在低溫狀態(tài)下密封比壓測試裝置中的閥桿、密封波紋管產(chǎn)生的推力F以 及〇形圈與部件接觸部分的綜合摩擦力f;
[0025] (lm)計(jì)算得到密封墊在低溫工況下的比壓力y:
[0026] (2)進(jìn)行密封墊低溫密封比壓測試，通過測試得到密封墊性能參數(shù)墊片系數(shù)m:
[0027] (2a)將密封墊安裝在密封比壓測試裝置密封件上的下部凹槽中，檢查確保密封比 壓測試裝置的閥體與氣缸連接正常、控制氣管路連接正常、檢漏氣管路連接正常、檢漏管路 連接正常；
[0028] (2b)向液氮槽中注入液氮，液氮高度Η;
[0029] (2c)關(guān)閉檢漏閥，通過氣瓶閥、減壓器向充壓接管嘴內(nèi)充入0.4MPa氦氣，然后關(guān)閉 氣瓶閥，檢漏管路從檢漏容器中取出；
[0030] (2d)將密封比壓測試裝置連同安裝支架放入液氮槽中；
[0031 ] (2e)維持液氮槽中液氮液面高度H，待液面波動停止后，調(diào)整氣源為Pvl，打開控制 氣閥，通過控制氣管路給密封比壓測試裝置的關(guān)閉接管嘴供壓力為Pvl的控制氣，密封件處 于完全關(guān)閉狀態(tài)；
[0032] (2f)打開檢漏閥，待檢漏管內(nèi)無氣流時將檢漏管路放入檢漏容器中；
[0033] (2g)打開并調(diào)整氣瓶閥和減壓器，通過檢漏氣管路向充壓接管嘴通入初始壓力為 Po的檢測氣體，并維持氣體壓力，通過檢漏管路進(jìn)行泄漏檢測；
[0034] (2h)按照每次O.IMPa的增量在Po的基礎(chǔ)上通過檢漏氣管路增加檢測氣體壓力，在 每個壓力下檢測泄漏量，直至泄漏量不滿足要求，記錄此時通過檢漏氣管路的壓力值，即壓 力表P1的顯示值Pel，也就是在氣源壓力Pvl對應(yīng)的泄漏量不滿足要求時的檢測氣體壓力 Pel；
[0035] (2i)關(guān)閉氣瓶閥或減壓器，將檢漏氣管路中的氣體放掉；
[0036] (2j)以0.5MPa為增量調(diào)整氣源壓力，打開控制氣閥，通過控制氣供氣管路給關(guān)閉 接管嘴供氣，并重復(fù)步驟(2g)-(2i)記載的方法，直到壓力表P1顯示的檢漏氣壓力達(dá)到Pm 時，停止檢漏實(shí)驗(yàn)，記錄檢漏氣壓力達(dá)到Pm之前每次試驗(yàn)壓力表P1的顯示值Pel、Pc2"_Pcn、 Pc(n+l)，n為氣源壓力調(diào)整次數(shù)；
[0037] (2k)根據(jù)公式(4)分別計(jì)算n+1次不同氣源壓力下的墊片系數(shù)ml，m2......mn，m(n+ 1)，并通過求取n+1次墊片系數(shù)的平均值，來確定此密封墊片在低溫工況下的墊片系數(shù)m:
[0038]
[0039] (3)更換其他規(guī)格密封墊，按照上述順序進(jìn)行低溫密封比壓測試，并得到不同規(guī)格 的密封墊的性能參數(shù)y和m。
[0040] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為：
[0041] (