Стенд для натурных испытаний уплотнений подвижных соединений Л.В.Карсавина - В.И.Никитушкина Советский патент 1990 года по МПК G01M3/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для исследования износа и разрушений уплотнений при возвратно-поступательном движении. Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем обеспечения натурных циклов нагружения уплотнений.

На чертеже изображена схема стенда для нйтурных испытаний уплотне-i ний подвижных соединений.

Стенд содержит полый корпус 1 с каналом 2 и первой магистралью 3 соответственно давлений входа и выхода. Каналы 4 и 5 высокого давления соединены с кольцевыми проточками . Ь и 7 первой втулки 8. Последняя, а также вторая втулка 9, испытуемые уплотнения 10 подвижных соединений, например различные манжеты и кольца из синтетических материалов и металла, разделительные втулки 11 уста- новлены соосно с поршнем 12. Последний установлен в корпусе 1 соосно с ним и выполнен со сквозным центральным каналом 13, между втулками 8 и 9 и гнездами для испытуемых уплотнс- ний 10 образованы изолированные кольцевые полости 14 и 15 соответственно Продольные каналы 16 и 17, выполненные в поршне 12, одним концом через радиальные каналы 18 и 19 первой втулки 8 сообщены е проточками 6 и 7 а другим - через отверстия 20 втулок 11 - с изолированными кольцевыми полостями 14 и 15.,Боковой дополнительный канал 21, выполненный в поршне 12, соединяет изолированную полость 7.2 между гнездами уплотнений 10 с каналом 13 и магистралью 3. Крепежный элемент 23 соединяет все

элементы, собранные на поршне 12, кольцевая проточка 24 выполнена в первом торце поршня 12.. Заслонка 25, перекрывающая канал 13 и кольцевую проточку 24, размещена во второй полости 26 корпуса 1, а сам поршень 12 - в первой полости. Регулируемая пружина 27 (элементы регулирования не обозначены) концевыми витками жестко закреплена с заслонкой 25 и шайбой 28, герметично установленой в корпусе 1, причем между наружным и внутренним диаметрами пружины 27, заслонкой 25 к корпусом 1 образованы большие кольцевые зазоры айв, исключающие взаимные сухие трения пружины 27, заслонки 25 и стенок полости 26 корпуса 1. Полость 29 первой втулки 8 сообщена с полостью 26. Силовая пружина 30 размещена в полости 31 корпуса 1, усилием которой поршень 12 пригнан к шайбе 28. Вторая маг. 32, вход которой соединен с разветвляющимся каналом 33, каждая из ветвей которого через каналы 34 и 35 сообщена с прб- точками 6 и 7 втулки 8, выходом соединена с полостью 26. Выход расходомера 36 соединен с входом второй магистрали 32. а вход - с каналом 37 высокого давления стенда. Регулируемый дроссель 38 установлен в канале 2 давления входа. Запорные эл.р.- менты 39 установлены в каналах 4,5, 34 и 35 и.на магистрали 32, Приборы 40 предназначены для измерения давления (например, манометры), прибор 41 - для регистрации и записи числа импульсов давлений (циклов возвратно-поступательных перемещений испытуемых уплотнений 10) в полости 26, датчик 42 -дли измерения темпер

J1

туры (и записи) испытаний и включен непосредственно в зону испытуемых уплотнений 10. Дифманометр A3 соеди нел через импульсные линии 44 и 45 соответственно с первой магистралью 3 и входом второй Maiистрали 32. Стабилизатор 46 давления установлен в канале 2. Насос 47 соединен с резервуаром 48 рабочей жидкости. Регуляторы 49 и 50 соответственно плюсовой и минусовой темпе ратур испытаний, i, редукционные клапаны 51 и 52 соответственно давлений выхода высокого и входа установлены на магистрали 3. Предохранительный клапан 53 установлен параллельно дифманометру 43 и на участках 54 и 55 магистрали 3. Фильтры 56 установлены на первой магистрали 3. Кожух 57, в котором размещен корпус 1 с образованием зам утого кругового зазора 58, заполнен возду

окружающей среды на процесс испытаний. При этом между высоким, входным, выходным и низким давлениями существует зависимость, при которой

РЙЧС РВ PBt(v РНИЗК, 1 Де Р киэк давление в трубопроводах, сообщенных с атмосферой.

Стенд содержит также запорные элементы,39, установленные на участках 59-61 магистрали 3, и объединяющий канал и канал 62, образующие 1 параллельную ветвь магистрали 3.

Стенд работает следующим образом

Поршень 12 с собранными втулками 8 и 9, испытуемыми уплотнениями 10 и втулками 11 закрепляется элементом 23, вставляется со стороны первой магистрали 3 в корпус 1 и пружиной 30 пригоняется к шайбе 28. При этом центральный канал 13 и проточка 24 поршня 12 перекрываются торцом заслонки 25, взвешенной относительно поршня 12 посредством пружины 27 с регулируемым натягом (не обозначено). При нулевом давлении в канапе 2 и полости 26 поршень 12 занимает указанное положение (насос 47 выключен). При включении насоса 47 на участке 54 устанавливается высокое давление, величина которого задается редукционным клапаном 52. При этом открываются запорные элементы 39 в каналах 4 и 5 ;и давление через проточки 6 и 7 и каналы 18 и 19 втулки 8 нагружает продольные каналы 16 и 17 поршня 12, через от0

196

5

0

5

0

5

26,

5

5

0

6

верстия 20 втулки 11 нагружаются независимо замкнутые полости 14 и 15 Далее давление входа (редуцирован- ное) по каналу 2 нагружает полость корпуса 1. При этом магистраль 32 перекрыта запорным элементом 39, а запорные элементы 39 каналов 34 и 35 также закрыты. Давление в полостях 26 и 29 начинает расти, так как заслонка 25 перекрывает центральный канал 13 поршня 12 и он, сжимая силовую пружину 30, начинает перемещаться вниз. Скорость перемещения поршня 12 вниз регулируется расходом рабочей жидкости в полость 26 через регулируемый дроссель 38 канала 2. Пружина 27 начинает работать на сжатие (ее концевые витки закреплены с заслонкой 25 и шайбой 28). При этом заслонка 25 прижата торцом к торцу поршня 12 с усилием, равным действию перепада давления Р Р gx РЙК на площадь сечения проточки 24. При определенном ходе поршня 12 вниз, что определяется регулированием жесткости пружины (не показано), пружина 27 развивает усилие, достаточное, чтобы преодолеть силу прижатия заслонки 25 к поршню 12 и отрывает ее от него. При этом пружина 27 возвращает заслонку

25в положение, близкое к исходному, но несколько ниже, чем при нулевом давлении в системе. Давление в по- логтях 26 и 29 ptзкс снижается,

так как через канал 13 идет расход из полостей 26 и 29 в полость 31 давления выхода. Перепад давления на поршне 12 выравнивается, и он усилием пружины 30 возвращается вверх, где поршень 12 мягко встречается с заслонкой 25, и его канал 13 вновь перекрывается. При этом втулка 8 не доходит до жесткого упора в шайбу 28, так как давление в полостях

26и 29 вновь возрастает, поршень 12 останавливаете 1, и цикл повторяется автоматически с частотой, пропорциональной расходу через дроссель 38

в полости 26 и 29. Рабочая жидкость через магистраль 3 давления выхода, величина которого определяется редукционным клапаном 51, возвращается через открытый запорный элемент 39 участка 55 в резервуар 48, и из него вновь нагнетается насосом 47 в участок 54 высокого давления, и т.д. При этом рабочая жидкость с давлением

выхода через боковой дополнительный канал 21, соединенный с каналом 13 поршня 12, нагружает независимую полость 22 испытуемых уплотнений 10. Перепад рабочих давлений на испытуемых уплотнениях 10 регулируется на дифманометре 43 при открытых запорных элементах 39 в импупьсной линии 44 и каналах 34 и 35, при закрытом запорном элементе 39 канала 37 и магистрали 32. При этом предохранительный элемент 53 дифманометра 43 срабатывает при возможных односторон них перегрузках и выравнивает давление в линиях 44 и 45,предохраняя дифмано- метр 43 от разрушений.Таким образом, осуществляется испытание уплотнений 10 при постоянных перепадах давлений Р Pgx - P6t(X. При этом температура рабочей среды-испытаний (плюсовая или минусовая) обеспечивается соответствующими регуляторами 49 ипи 50. Так, например, при плюсовых температурах регулятор 50 системой запорных элементов 39 участка 54 отключается и необходимый расход высокого давления идет через регулятор 49 плюсовой температуры. При этом запорный элемент 39 участка 55 зак- рыт, а участок 59 открыт и расход поступает непосредственно в участок 55 насос аЈ7, а из него через открытый запорный элемент 39 участка 60 - в участок 61 и из него через открытый запорный элемент 39 участка 61 поступает в участок 54 рысокого давления, и т.д. При этом запорный элемент 39 канала 37 закрыт. При минусовых испытаниях регулятор 49 выключается (не показано), запорные . элементы 39 каналов 37 и участков 6 60 и 55 закрыты.

При имитации пульсирующих перепадо давлений на испытуемых уплотнениях 10 закрываются запсоные элементы 39 каналов 4 и 5 корпуса 1 и открывается запорный эпемент 39 магистрали 32. Пульсирующее давление полости 26 через канал 33 и открытые запорные эле- менты 39 каналов 34 и 35 нагружает проточки 6 и 7, каналы 18,19,15 и 1 и полости 14 и 15 испытуемых уплотнений 10, При этом запорный элемент 39 на выходе расходомера 36 закрыт. Величина давления в магистралях 3 и 32 (полостях 14 и 15 испытуемых уплотнений 10) регистрируется приборами 40 давлений.

JQ , 20 25 30 Q ,

,.„

55

Регистрация температуры осуществляется через датчик 42 температуры. Частота циклов и их число регистрируются и записываются на приборе 41, датчик которого включен t полост 26 (через магистраль 32). Работоспособность уплотнений оценивается по ; величине утечек из полости 14 (или 15) в полость 22 давления выхода после заданной наработки циклов при натурных условиях работы уплотнений 10. Определение величины утечек и их регистрация осуществляются при закрытом запорном элементе 39 магистрали 32 и закрытых запорных элементах 38 каналов 4 и 5. При этом открываются один из запорных элементов 39 канала 34 или 35 и запорный элемент 39 на выходе расходомера 36, вход которого нагружается через канал 37 (запорный элемент 39 открыт) высоким давлением, величина которого контролируется на приборе 40 давления, включенном в канал выхода расходомера 36, сообщенный с разветвляющимся каналом 33,т.е. полостью 14 (15) испытуемых уплотнений 10. Таким образом, осуществляется как выборочная проверка конкрет- Hoiо испытуемого уплотнения 10 (при одном открытом запорном элементе .39 .канала 34 или 35), так и суммарная (при обоих открытых клапанах 34 и 35) . Причем величина расхода, пройденною через расходомер 36, соответствует величине утечек через испытуемые уплотнения 10 из полостей 14 и 15 в полость 22, что и характеризует их цикличную работоспособность. При этом начальная величина врзможных утечек по испытуемым уплотнения 10 регистрируется указанным методом перед началом цикличной наработки как Q1§ Величина утечек после цикличной наработки регистрируется как Q.Истинная величина увеличения утечек дО определяется как разность этих величин, т.е. 4Q Q г- Q ,.

После этого поршень 12 демонтируется из корпуса 1, разбирается и испытуемые уплотнения 10 направляются на лабораторный анализ.

Указанная конструкция стенда для натурных испытаний уплотнений подвижных соединений позволяет рас- ипгрить его функциональные возможности и приблизить испытания к натурным условиям эксплуатации, что повышает

качество испытаний и эксплуатационную надежность уплотнений.

Технико-экономическая эффективность заключается в том, что испытывается одновременно несколько образцов уплотнений подвижных соединений в идентичных с натурными условиях, что сокращает потери времени и повышает качество испытаний и производительность стенда.

Формула изобретения

1, Стенд для натурных испытаний уплотнений подвижных соединений, содержащий корпус, установленный в нем соосно с корпусом поршень с гнездами для уплотнении, систему подачи контрольной среды в полость между гнездами, систему регистрации утечки контрольной среды и средство перемещения поршня.отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обеспечения натурных циклов нагружения уплотнений, поршень выполнен с осевым сквозным, каналом и с кольцевой проточкой на первом торце, сообш. иной с каналом-, второй торец поршня подпружинен относительно корпуса, средство перемещения поршня выполнено в виде источника давления, линии слива, заслонки, пр/жины и шайбы с центральным отверстием, которая герметично установлена в корпусе соосно с поршнем и делит корпус на две полости, в первой и; которых расположен поршень, заслонка выполнена в виде полого стакана, расположенного во второй полости корпуса с возможностью прохода через отверстие шайбы, а глухой торец стакана перекрывает проточку первого торца поршня, пружина жестко закреплена одним концом на шайбе, а другим - на открытом торце заслонки, соотношение жесткости пружины и площади дна проточки выбрано из условия отрыва заслонки от первого торца поршня в конце его рабочего хода, источник давления соединен первой магистралью с регулируемым дросселем с второй полостью корпуса, а

10

15

20

25

580196Ю

линия слив л соединил с первой полостью корпуса.

2. Стенд поп.1, отличаю- щ и и с я тем, что система подачи контрольной среды выполнена в виде двух втулок, каждая из которых неподвижно установлена на поршне между его соответствующим торцом и гнездом с образованием зазора относительно последнего и образует герметичную полость в зоне контакта с внутренней поверхностью корпуса, одна из втулок имеет два сквозных радиальных канала и две кольцевые проточки на ее боковой поверхности, сообщенные с радиальными каналами, поршень имеет два продольных канала, сообщающих соответственно радиальные каналы втулки с зазорами между соответственно первой и второй втулками и гнездами, и дополнительный канал, сообщающий сквозной канал поршня с его наружной поверхностью в зоне между гнездами, корпус имеет четь ре канала, попарно сообщающих кольцевые проточки с наружной поверхностью корпуса на всем протяжении рабочего хода поршня, первые каналы корпуса соединены через запорные органы с первой магистралью, система регистрации утечки выполнена в виде расходомера и дифманометра, а стенд скабжен второй магистралью и стабилизатором давления, вторые каналы корпуса соединены через запорные органы с входом второй магистрали, выход последней соединен через запорный оргг Н с второй полостью корпуса, первая полость диф- манометра соединена через запорный орган с входом второй магистрали, а вторая полость - с первой полостью камеры, вход р.асходомера соединен с источником высокого давления, а выход - с входом второй магистрали, а стабилизатор давления установлен на первой магистрали между регулируемым дросселем и запорными органами первых каналов.

3. Стенд по п.2, отличаю - щ и и с я тем, что он снабжен предохранительным клапаном, установленным параллельно с дифманометром.

30

35

40

45

50

Изобретение относится к контролю износа и разрушений уплотнений при возвратно-поступательном движении и позволяет расширить технологические возможности путем обеспечения натурных циклов нагружения. Сущность: стенд содержит корпус, установленный в нем соосно с корпусом поршень с гнездами для уплотнений, систему подачи контрольной среды в полость между гнездами, систему регистрации утечки контрольной среды и средство перемещения поршня. Поршень выполнен с осевым сквозным каналом и с кольцевой проточкой на первом торце, сообщенной с каналом, второй торец поршня подпружинен относительно корпуса, средство перемещения поршня выполнено в виде источника давления, линии слива, заслонки, пружины и шайбы с центральным отверстием. Система подачи контрольной среды выполнена в виде двух втулок, каждая из которых неподвижно установлена на поршне между его соответствующим торцом и гнездом с образованием зазора относительно последнего и образует герметичную полость в зоне контакта с внутенней поверхностью корпуса. Стенд снабжен предохранительным клапаном, установленным параллельно с дифманометром. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.