[发明专利]一种自紧密封式定容弹光学玻璃窗口

说明书

技术领域

本发明涉及一种自紧密封式定容弹光学玻璃窗口，属于定容弹设计和密封技术领域。

背景技术

定容弹由于成本较低，方便改变单一参数对燃烧过程产生影响而广泛应用于模拟活塞在上止点附近时燃烧室的燃烧情况。定容弹的密封性是开展内燃机燃烧基础研究的前提，特别是研究用高速数据采集系统和高速摄影仪拍照定容弹内混合气燃烧的相关数据和图像和不同背景因素下对气体燃料预混定容燃烧的影响分析时，需要保证定容弹具有足够的密封性能，防止可燃气体介质泄漏，从而提高实验的精度和实验人员的安全性。现有国内的定容弹光学玻璃窗口的结构设计主要存在以下问题：(1)光学玻璃窗口的密封一般只有一道，只是依靠光学玻璃的一端压紧密封垫片来达到密封效果，这种密封方式容易出现气体泄漏，密封效果还须取决于垫片的种类和对密封垫片压紧力的大小；(2)光学玻璃窗口的安装，几乎都直接利用螺栓强制地把端盖压在光学玻璃的边缘上。这种方式使得光学玻璃缺乏保护，而且螺栓预紧时出现压紧力不均可能造成光学玻璃局部受力过大而压碎光学玻璃。(3)实验过程一般需要频繁拆卸端盖来清洁光学玻璃，以提高实验效率和保证摄影图像的清晰度，但是频繁拆卸和安装所用的时间较长和容易导致密封垫片失效而经常更换。

发明内容

本发明目的在于克服现有定容弹光学玻璃窗口设计中存在的密封不可靠，密封效果欠佳，且光学玻璃安装易损坏，安装费时和频繁拆卸与安装密封垫片导致密封垫片失效而需要经常更换的缺陷等情况，提出一种自紧密封式定容弹光学玻璃窗口。

本发明的光学玻璃窗口包括端盖、套筒、光学玻璃、螺栓、密封垫。

所述的端盖包括观察孔、三级台阶状端面以及外沿，所述的三级台阶状端面分别是圆柱环凸出端面、螺纹孔端面、光学玻璃沉孔座端面。观察孔为位于 端盖中心的圆孔，向外依次为光学玻璃沉孔座端面、螺纹孔端面、圆柱环凸出端面，圆柱环凸出端面的外围为端盖外沿。所述圆柱环凸出端面是端盖与定容弹本体间最主要的一道密封，密封面采用榫面和槽面相配合的密封形式，其凸出的圆柱环加上垫片后的高度比定容弹本体的槽面稍高，圆柱环凸出端面上设置有两道截面为正方形的密封环槽，以提高密封性能；螺纹孔端面的高度低于圆柱环凸出端面，其上均匀设置多个螺纹孔(个数最好为4的倍数)，供螺栓封装光学玻璃使用；光学玻璃沉孔座端面是光学玻璃窗口产生自紧式密封最主要的设计之一，其高度低于螺纹孔端面，上表面设有一道截面为正方形的密封环槽，增强密封效果；光学玻璃沉孔座端面的深度大于放置于其上的第一密封垫厚度，防止密封垫在压紧时被挤出。所述端盖外沿为圆环形，其上设有多个通孔(个数最好为4的倍数)，供与定容弹本体固定时使用；要求外沿通孔与螺纹孔端面的螺纹孔互相错开相同的角度分布。端盖的三级台阶状端面与观察孔中心线的垂直度在0.06mm内，圆柱环凸出端面和光学玻璃沉孔座端面加工时表面粗糙度应保证在6.4μm内。

所述的密封垫包括两个大小一样的圆环形密封垫，分别为第一密封垫和第二密封垫；其外径与光学玻璃沉孔座端面直径相同，并与观察孔中心线同轴以便于安装，内径稍大于或等于端盖观察孔内径。优选为带内环的石墨金属缠绕垫，回弹性良好，使用寿命长，并与光学玻璃沉孔座端面间形成凹凸形式的密封面，使石墨金属缠绕垫压紧时不易被挤出。

所述的套筒为中空的圆柱形，其一端有一圆环状外沿，另一端有一圆环状内沿；圆柱形的内径与光学玻璃沉孔座端面直径相同，圆环状内沿的内径与端盖观察孔的内径一样，由此形成观察光学玻璃的通孔；圆环状内沿的内侧用于放置第二密封垫；圆环状外沿上均匀布置多个套筒通孔，其数量与螺纹孔数量一致，用于安装套筒到端盖上。套筒的高度和光学玻璃沉孔座端面的总体高度比光学玻璃和两个密封垫的总体高度小，螺栓安装时的预紧力使密封垫压紧，实现初始密封条件。当光学玻璃安装于套筒圆柱内时，与圆柱形的内壁之间留有不超过1mm的间隙。套筒内表面加工时表面粗糙度应保证在6.4μm内，圆环状内沿、外沿和端盖观察孔中心线的垂直度在0.06mm内。

所述光学玻璃的透过性、强度、温度的要求根据具体实验目的及环境确定。

所述的螺栓为多个高强度螺栓，强度在8.8级以上。

所述各组成部分的连接关系为：端盖的光学玻璃沉孔座端面上依次放置第一密封垫、光学玻璃、第二密封垫，四者的中心同轴；套筒置于第二密封垫的另一端，覆盖光学玻璃和第二密封垫，其通孔与端盖螺纹孔端面的螺纹孔对上，通过螺栓固定使光学玻璃压紧，形成初始的密封条件。