一種全海深模擬摩擦腐蝕學(xué)試驗(yàn)臺(tái)的密封與冷卻系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種全海深模擬摩擦腐蝕學(xué)試驗(yàn)臺(tái)的密封與冷卻系統(tǒng)，主要包括旋轉(zhuǎn)主軸密封與冷卻一體化結(jié)構(gòu)、高壓進(jìn)水管密封組件、工作電極封裝結(jié)構(gòu)、高壓溫度傳感器密封組件、深海水聽器密封組件。旋轉(zhuǎn)主軸采用復(fù)合材料、間隙密封組件，解決了高壓密封與試驗(yàn)力在高壓釜體內(nèi)、外之間精確傳遞的矛盾，同時(shí)間隙處的泄漏海水能帶走絕大部分摩擦產(chǎn)熱，使得系統(tǒng)具有良好的散熱能力；工作電極采用先封裝后密封的結(jié)構(gòu)，具有受力平衡、耐壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，使試驗(yàn)臺(tái)具備研究不同海深壓力條件下的腐蝕和磨損能力。本發(fā)明專利技術(shù)能夠模擬任意海深環(huán)境壓力，實(shí)現(xiàn)模擬海深環(huán)境下不同配對副的摩擦磨損試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)。

Sealing and cooling system for full sea depth simulation friction corrosion test bed

The invention discloses a full simulation of deep sea friction corrosion sealing and cooling system test bench, including rotating shaft sealing and cooling integrated structure, high-pressure water inlet pipe sealing components, working electrode, temperature sensor package structure high pressure sealing components, sealing components of deep-sea hydrophone. Rotary spindle made of composite materials, sealing components, solve the contradiction between the high pressure seal test force and accurate transfer between autoclave in vivo and in vitro, and the clearance leakage of seawater can take away most of the friction heat production, the system has good heat dissipating ability; the first working electrode structure after packaging sealing, has the characteristics of the the balance of power, high compressive strength, so that the test bench has the corrosion of different conditions of deep sea pressure and wear ability. The invention can simulate the pressure of any deep sea environment, and realize the friction and wear test and the dynamic corrosion test of different pairs of pairs in the simulated sea deep environment.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種利用高壓釜模擬全海深極端海洋環(huán)境，進(jìn)行摩擦副試驗(yàn)的摩擦腐蝕的試驗(yàn)臺(tái)，更具體地涉及一種全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)的密封與冷卻系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著陸上各類資源日益枯竭，進(jìn)行海洋資源的勘探、開采對改善人類生存和發(fā)展環(huán)境具有重要戰(zhàn)略意義?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》進(jìn)一步指出加強(qiáng)深海、深地、深空、深藍(lán)等領(lǐng)域的戰(zhàn)略高技術(shù)部署。2016年，我國啟動(dòng)了“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”專項(xiàng)，重點(diǎn)研究全海深潛水器相關(guān)的技術(shù)。因?yàn)樯詈Ｑb備是海洋技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，而在全海深極端高壓環(huán)境下具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的配對副是深海海洋裝備運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)研制的基礎(chǔ)。目前，深海裝備中部分關(guān)鍵元、器件的摩擦副直接在苛刻的海洋環(huán)境下工作，如海水泵的滑靴/斜盤、柱塞/柱塞套、潛器浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、系泊鏈、推進(jìn)器等，配對副的摩擦磨損、腐蝕及其相互作用嚴(yán)重制約著深海裝備的效率、壽命和可靠性。然后，現(xiàn)有摩擦學(xué)相關(guān)研究尚未延伸至深海領(lǐng)域，人們?nèi)狈Ω鞣N材料配對副在深海水環(huán)境中的摩擦性能、磨損機(jī)理的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。沿用陸地的摩擦副的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，已無法全海深裝備的研究需求。因而需要研制“全海深全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)”，用于探索不同材料配對副在極端海洋環(huán)境下的摩擦磨損腐蝕行為、規(guī)律以及服役失效機(jī)理，從而完成海洋材料篩選、找到改善材料摩擦學(xué)性能的方法，進(jìn)而保障海洋裝備安全可靠運(yùn)行的目的，填補(bǔ)深海摩擦學(xué)領(lǐng)域空白，推進(jìn)海洋技術(shù)向深海發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于大直徑的超高壓釜體制作成本高昂，加之適應(yīng)全海深高壓環(huán)境壓力的水密接插件、深海電機(jī)、高壓電極等元件極度匱乏，全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)通常采用高壓泵壓縮海水，在高壓釜內(nèi)模擬深海高壓，試驗(yàn)試件放置在高壓釜體內(nèi)，加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)位于高壓釜體外。因此，試驗(yàn)力、加載力需要在高壓釜體內(nèi)、外精確傳遞與準(zhǔn)確測量。然而，運(yùn)動(dòng)部件在高壓釜上的超高壓密封為接觸密封，接觸密封產(chǎn)生的軸向摩擦力及摩擦力矩難以從測量數(shù)據(jù)中剔除，直接影響試驗(yàn)力、加載力的測量精度。全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)需在密閉的高壓釜內(nèi)進(jìn)行摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)，考慮到高壓釜的制作成本，通常高壓釜具有容積小、壁厚大的特點(diǎn)，散熱條件差。同時(shí)，高壓釜內(nèi)的實(shí)驗(yàn)試件摩擦磨損產(chǎn)熱量大。因此，有必要設(shè)計(jì)一種摩擦學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，用于解決全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)面臨的密封與冷卻問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)實(shí)施例的目的在于提供一種摩擦學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，旨在解決全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)所面臨的密封與冷卻問題，降低高壓釜內(nèi)的實(shí)驗(yàn)試件摩擦磨損產(chǎn)熱對模擬溫度環(huán)境的影響。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)的密封與冷卻系統(tǒng)，包括：高壓釜、旋轉(zhuǎn)主軸密封組件、高壓進(jìn)水管接頭、水箱；高壓釜用于注入海水模擬壓力海水環(huán)境，包括下罐體以及注水口；高壓進(jìn)水管接頭安裝在高壓釜的注水口上并密封；旋轉(zhuǎn)主軸密封組件包括第一鎖緊螺母、軸套、旋轉(zhuǎn)主軸、加載軸、泄漏水接頭；第一鎖緊螺母沿軸向從上至下開設(shè)有軸套孔、連通孔、加載軸孔，連通孔連通軸套孔和加載軸孔；軸套下部置于軸套孔內(nèi)，加載軸上部置于加載軸孔內(nèi)；旋轉(zhuǎn)主軸依次穿過軸套和連通孔，與加載軸對接，以使加載軸能夠帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)主軸與軸套為間隙配合，加載軸與第一鎖緊螺母的加載軸孔之間形成空腔；第一鎖緊螺母沿徑向開設(shè)連通空腔的出水口，泄漏水接頭安裝在出水口上；加載軸與第一鎖緊螺母的加載軸孔之間的密封位置設(shè)在出水口下方；軸套通過第一鎖緊螺母固定在下罐體上，相對于下罐體靜止，且與下罐體密封；旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的間隙的上部暴露在高壓釜內(nèi)；水箱通過高壓輸水管路連接高壓進(jìn)水管接頭，出水口連接水箱，高壓輸水流量大于旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的間隙泄漏流量，以使水箱中的海水加壓后通過高壓進(jìn)水管接頭注入高壓釜制造高壓海水環(huán)境，高壓釜內(nèi)的一部分海水通過旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的間隙泄漏到第一鎖緊螺母與加載軸之間的空腔，再經(jīng)出水口引回水箱。進(jìn)一步地，高壓進(jìn)水管接頭與注水口之間采用錐面硬密封，密封壓力由高壓進(jìn)水管密封組件提供，高壓進(jìn)水管密封組件包括依次套在高壓進(jìn)水管接頭外的防松螺母、防松套、第二鎖緊螺母；防松螺母與高壓進(jìn)水管接頭通過螺紋連接，第二鎖緊螺母通過螺紋與注水口連接，防松套的外錐面與第二鎖緊螺母內(nèi)錐面接觸，防松套與螺母抵接。進(jìn)一步地，高壓進(jìn)水管接頭及螺母的螺紋方向相同，與第二鎖緊螺母的螺紋方向相反。進(jìn)一步地，高壓進(jìn)水管接頭與注水口之間的密封錐面為59°。進(jìn)一步地，加載軸與第一鎖緊螺母的加載軸孔之間通過迷宮密封動(dòng)環(huán)和迷宮密封靜環(huán)配合密封；迷宮密封動(dòng)環(huán)固定在加載軸上，跟隨加載軸同步旋轉(zhuǎn)，迷宮密封靜環(huán)位于第一鎖緊螺母下端面。進(jìn)一步地，迷宮密封動(dòng)環(huán)與加載軸之間采用第二O形圈密封。進(jìn)一步地，迷宮密封動(dòng)環(huán)在加載軸軸向的位置可調(diào)，以使迷宮密封動(dòng)環(huán)與迷宮密封靜環(huán)的間隙可調(diào)。進(jìn)一步地，高壓釜上還設(shè)有測溫口，高壓溫度傳感器密封組件安裝在測溫口上，包括：高壓溫度傳感器、紫銅墊；高壓溫度傳感器的主體部分固定在測溫口內(nèi)，紫銅墊緊壓于高壓溫度傳感器在測溫口外的部分與測溫口的外端面之間。進(jìn)一步地，測溫口的外端面開設(shè)有鋸齒狀的密封槽與紫銅墊配合密封。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下技術(shù)效果：1.水箱中的海水加壓后通過高壓進(jìn)水管接頭注入高壓釜制造高壓海水環(huán)境，高壓釜內(nèi)的一部分海水通過旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的間隙泄漏到第一鎖緊螺母與加載軸之間的空腔，將受到摩擦熱影響的海水排出高壓釜，并不斷補(bǔ)充新的海水，從而將摩擦熱通過海水的循環(huán)帶走，降低了摩擦熱對模擬海洋溫度環(huán)境的影響，保持模擬海洋溫度環(huán)境的穩(wěn)定；2.旋轉(zhuǎn)主軸采用組合密封形式，位于高壓釜內(nèi)承受海水高壓的高壓端采用間隙密封，通過間隙泄漏的海水采用徑向的迷宮密封實(shí)現(xiàn)二次密封，較之傳統(tǒng)摩擦試驗(yàn)臺(tái)的接觸式密封，排除了動(dòng)密封產(chǎn)生的軸向摩擦力及摩擦力矩對精確測量加載力、摩擦力矩的干擾；3.旋轉(zhuǎn)主軸間隙密封處泄漏的海水通過徑向迷宮密封的形式完成二次密封，并將海水引回水箱；由于高壓釜內(nèi)的海水通過間隙泄漏不斷與水箱中的海水交換，循環(huán)水帶走高壓釜內(nèi)絕大部分產(chǎn)熱；因此，該摩擦學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)具有良好的散熱能力；4.高壓輸水工作流量大于旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的最大間隙泄漏流量，故高壓釜仍能根據(jù)使用需求模擬相應(yīng)海深環(huán)境；5.高壓水入口采用59°錐面硬密封，帶防松功能的接頭能避免因高壓管震動(dòng)引起接頭螺母松動(dòng)而造成的泄漏；這種接頭既能防震，抗疲勞，而且結(jié)構(gòu)緊湊。附圖說明附圖1所示為水循環(huán)示意圖；附圖2所示為旋轉(zhuǎn)主軸密封組件剖視圖；附圖3所示為高壓進(jìn)水管密封組件剖視圖；附圖4所示為高壓溫度傳感器密封組件剖視圖。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)，且所有位置關(guān)系中的方向均是針對圖示方向而言，當(dāng)組件、元件的安裝位置發(fā)生變化時(shí)，其相應(yīng)的方向也會(huì)變化，但是相對位置關(guān)系并未改變。此外，下面所描述的本專利技術(shù)各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。附圖1為水循環(huán)示意圖，圖中有旋轉(zhuǎn)主軸密封組件1、水箱2、高壓進(jìn)水管密封組件3、工作電極密封組件4、水聽器密封組件5、溫度傳感器密封組件6、高壓釜7。通過動(dòng)力源將水箱中的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)的密封與冷卻系統(tǒng)，其特征在于，包括：高壓釜、旋轉(zhuǎn)主軸密封組件、高壓進(jìn)水管接頭、水箱；高壓釜用于注入海水模擬壓力海水環(huán)境，包括下罐體以及注水口；高壓進(jìn)水管接頭安裝在高壓釜的注水口上并密封；旋轉(zhuǎn)主軸密封組件包括第一鎖緊螺母、軸套、旋轉(zhuǎn)主軸、加載軸、泄漏水接頭；第一鎖緊螺母沿軸向從上至下開設(shè)有軸套孔、連通孔、加載軸孔，連通孔連通軸套孔和加載軸孔；軸套下部置于軸套孔內(nèi)，加載軸上部置于加載軸孔內(nèi)；旋轉(zhuǎn)主軸依次穿過軸套和連通孔，與加載軸對接，以使加載軸能夠帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)主軸與軸套為間隙配合，加載軸與第一鎖緊螺母的加載軸孔之間形成空腔；第一鎖緊螺母沿徑向開設(shè)連通空腔的出水口，泄漏水接頭安裝在出水口上；加載軸與第一鎖緊螺母的加載軸孔之間的密封位置設(shè)在出水口下方；軸套通過第一鎖緊螺母固定在下罐體上，相對于下罐體靜止，且與下罐體密封；旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的間隙的上部暴露在高壓釜內(nèi)；水箱通過高壓輸水管路連接高壓進(jìn)水管接頭，出水口連接水箱，高壓輸水流量大于旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的最大間隙泄漏流量，以使水箱中的海水加壓后通過高壓進(jìn)水管接頭注入高壓釜制造高壓海水環(huán)境，高壓釜內(nèi)的一部分海水通過旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的間隙泄漏到第一鎖緊螺母與加載軸之間的空腔，再經(jīng)出水口引回水箱。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)的密封與冷卻系統(tǒng)，其特征在于，包括：高壓釜、旋轉(zhuǎn)主軸密封組件、高壓進(jìn)水管接頭、水箱；高壓釜用于注入海水模擬壓力海水環(huán)境，包括下罐體以及注水口；高壓進(jìn)水管接頭安裝在高壓釜的注水口上并密封；旋轉(zhuǎn)主軸密封組件包括第一鎖緊螺母、軸套、旋轉(zhuǎn)主軸、加載軸、泄漏水接頭；第一鎖緊螺母沿軸向從上至下開設(shè)有軸套孔、連通孔、加載軸孔，連通孔連通軸套孔和加載軸孔；軸套下部置于軸套孔內(nèi)，加載軸上部置于加載軸孔內(nèi)；旋轉(zhuǎn)主軸依次穿過軸套和連通孔，與加載軸對接，以使加載軸能夠帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)主軸與軸套為間隙配合，加載軸與第一鎖緊螺母的加載軸孔之間形成空腔；第一鎖緊螺母沿徑向開設(shè)連通空腔的出水口，泄漏水接頭安裝在出水口上；加載軸與第一鎖緊螺母的加載軸孔之間的密封位置設(shè)在出水口下方；軸套通過第一鎖緊螺母固定在下罐體上，相對于下罐體靜止，且與下罐體密封；旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的間隙的上部暴露在高壓釜內(nèi)；水箱通過高壓輸水管路連接高壓進(jìn)水管接頭，出水口連接水箱，高壓輸水流量大于旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的最大間隙泄漏流量，以使水箱中的海水加壓后通過高壓進(jìn)水管接頭注入高壓釜制造高壓海水環(huán)境，高壓釜內(nèi)的一部分海水通過旋轉(zhuǎn)主軸與軸套之間的間隙泄漏到第一鎖緊螺母與加載軸之間的空腔，再經(jīng)出水口引回水箱。2.如權(quán)利要求1所述的一種全海深模擬摩擦腐蝕試驗(yàn)臺(tái)的密封與冷卻系統(tǒng)，其特征在于，高壓進(jìn)水管接頭與注水口之間采用錐面硬密封，密封壓力由高壓進(jìn)水管密封組件提供，高壓進(jìn)水管密封組件包括依次套在高壓進(jìn)水管接頭外的防松螺母、防松套、第二鎖緊螺母；防...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳德發(fā)，劉勇，劉銀水，李超，程謙，鄧亦攀，韓明興，李東林，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42