[实用新型]多试件高温高压密封元件性能试验装置

说明书

本实用新型提供一种多试件高温高压密封元件性能试验装置。该装置包括介质密封系统、加热温控系统、载荷测控系统、介质给定系统、位移测量系统、泄漏率测量系统、冷却隔热系统、数据采集系统，并能测量密封元件多种性能。采用本实用新型提供的多试件高温高压密封元件性能试验装置能够对不同工况下垫片的压缩回弹率、泄漏率等进行测量，并对垫片的寿命进行评价，能够同时满足工程测试和理论研究的需要。

技术领域

本实用新型提供一种多试件高温高压密封元件性能试验装置，该试验装置能测量垫片压缩回弹性能及密封性能，开展加速寿命试验，并能准确预测其寿命。

背景技术

过程工业的设备和管道中，螺栓法兰密封连接应用十分广泛。随着工业装置向着大型化、高参数化发展，现代工业对密封连接的要求越来越严格，密封连接一旦失效，不仅会带来巨大的经济损失，而且会造成环境污染，甚至酿成重大人员伤亡事故。因此，对垫片进行寿命预测，及早采取有效防治措施，可避免恶性事故发生，具有重要的工程意义。

近年来，国内外对螺栓法兰连接结构的密封特性进行了较为全面研究。在此研究领域最富成果的就是对垫片性能的深入研究。早在1974年美国压力容器委员会(PVRC)的螺栓法兰连接分会开始了垫片常温性能的研究，对ASME锅炉和压力容器规范给出的垫片系数m、y进行评定。采用美国材料试验学会(ASTM)标准，对石棉垫和缠绕垫进行了常温氮气和水密封试验，研究垫片预紧应力和法兰表面光洁度对密封性能的影响，以及m、y与垫片宽度、预紧载荷、泄漏率和介质压力之间的相互关系。后来又提出了更为广泛的包括里程碑试验和工况试验的“垫片试验计划Ⅱ”，作为提供更有效的规范设计参数和ASTM试验标准的基础。历时十多年的研究，PVRC对垫片室温性能有了较充分的了解，在试验基础上可预测各种预紧载荷和室温操作条件下垫片的密封性能。

1982年，垫片试验与高温连接性能研究小组(S/C ON GTETJB)启动了垫片高温性能研究计划，开始了一系列法兰垫片连接在高温循环载荷下密封性能的试验和分析工作。探讨了螺栓法兰垫片各个连接件的高温行为及连接的密封机理，研究了影响连接系统泄漏的诸因素及它们之间的关系，并建立了一系列设计方法，使连接系统在高温工况下的泄漏率减至最小。

Bazergui，Marchand和Payne于1988年研制出了垫片热时效试验装置和热紧密性装置。可以分别作单试件的蠕变松弛试验和短期密封试验。他们模拟实际的操作工况，对热态垫片的特性进行了系统的试验研究。法国的Birembaut和Bravo在1988年试验研究了石棉橡胶垫片和石棉缠绕垫片的高温性能。这一试验研究比较全面地揭示了垫片的力学性能和密封性能，但缺乏对其性能的定量研究。

PVRC的BFC分委员会与高温设计分委员会联合组成一个研究小组于1988年和1989年建立了垫片长期热态性能研究的试验装置，探讨了垫片应力、蠕变与松弛对系统紧密性的影响。1998年，L Marchand等人又研制了一套老化松弛夹具，可以对垫片材料进行长期老化，进一步研究垫片的长期热态性能。

国内研制了多功能全自动的垫片性能试验机和垫片高温性能试验装置，用于常温和高温时垫片材料性能试验。石油大学在参考美国ASTM F586-79标准和美国PVRC推荐的A、B试验方法的基础上，对缠绕垫、耐油石棉橡胶板、金属包覆垫、八角和金属椭圆等型式的垫片性能进行了研究，获得了大量试验数据，标绘了力学和密封特性曲线。在此基础上，指出了各种垫片的结构尺寸、使用范围、制造要求及其密封参数值，推荐了法兰连接密封设计的新方法。

现代工业的飞速发展对垫片密封的要求愈来愈严格，减少泄漏率、延长密封元件的使用寿命是环境保护、节约能源、安全生产十分迫切的要求。严格定量控制泄漏率是保证现代系统和设备安全运行的重要条件，PVRC于1977年提出了泄漏率的定量指标，推荐一般工业泄漏率指标为10^-3Pa·m3/s，对原子能和某些化学工业，泄漏率指标控制在10^-7Pa·m3/s以下，当装置的泄漏率达到指标量即可认为密封已经失效。PVRC认为也可以以螺栓载荷松弛至初始载荷的75％作为密封失效的判据。