一种可调式膜盒承压疲劳性能试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测试材料强度特性的装置及使用方法，具体涉及一种可调式膜盒承压疲劳性能试验装置及方法，用于通过施以重复力来测试膜盒的承压疲劳性能。

背景技术

膜盒是一种由多个膜片焊接而成的元件，其在轴向上具有优良的压缩性能，能够适应低温、高温或高压环境，用以代替弹簧或配合弹簧提供弹力，多用于旋转机械中，由于一些特殊领域，如航空航天、船舶兵器等对于旋转机械的工况要求较高，因此膜盒在特殊工况下的承压疲劳性能试验十分关键。

目前，膜盒的承压疲劳性能试验通常是向腔内通入空气进行加压，使膜盒受压至最高值后再排气减压，通过多次重复试验测试膜盒的承压疲劳性能。中国专利CN107328671B提出了一种测试交变压力下膜盒疲劳性能的试验系统，该系统能够对膜盒所承受的最低压力进行调节，这样的试验虽能在一定程度上反映膜盒在交变压力下的疲劳性能，但无法反映膜盒在高、低温下的承压疲劳性能，也不能测试膜盒在不同初始压缩量下的承压疲劳性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术所存在的无法测试膜盒在高、低温下以及不同初始压缩量下承压疲劳性能的不足之处，而提供一种可调式膜盒承压疲劳性能试验装置及方法。

本发明提供一种可调式膜盒承压疲劳性能试验装置，其特殊之处在于：包括下法兰、膜盒连接块、静密封环、上法兰、连接轴、和连接盘；所述下法兰的下端用于和外部拉伸试验机下接头连接，上端设置有中心腔室，并且下法兰上还设有与中心腔室连通的气孔；所述上法兰安装于下法兰的上方，且下法兰和上法兰之间设有静密封环；所述膜盒连接块位于中心腔室内；待测膜盒位于中心腔室内且固定设置在上法兰与膜盒连接块之间；所述连接轴的一端依次穿过上法兰、待测膜盒后与膜盒连接块连接，连接轴另一端与连接盘固连；所述上法兰中部设置有环形凸台，连接轴从环形凸台中部穿过，环形凸台上设置有垂直于连接轴且带有螺纹的定位孔；所述连接盘用于与拉伸试验机上接头连接。

进一步地，所述连接盘圆周均布有轴向键槽型通孔。

进一步地，所述定位孔圆周均布在环形凸台侧壁。

同时，本发明还提供了一种可调式膜盒承压疲劳性能试验方法，其特殊之处在于，使用上述一种可调式膜盒承压疲劳性能试验装置，包括如下步骤：

1)将待测膜盒固定连接在膜盒连接块和上法兰之间，将静密封环放在下法兰与上法兰之间，再将下法兰和上法兰连接固定，将连接轴依次穿过上法兰、待测膜盒与膜盒连接块连接，从上法兰侧壁定位孔处拧入紧定螺钉，并将连接轴与连接盘连接固定，通过连接盘的键槽型通孔对中设备，，固定连接轴与上法兰，再将连接轴与连接盘连接固定，然后连接连接盘与拉伸试验机上接头，并将下法兰与拉伸试验机下接头连接，读取此时拉伸试验机示数为作为膜盒压缩量零点，然后拆下上法兰侧壁定位孔处的紧定螺钉；

2)控制拉伸试验机上接头在垂直方向的位置，设置待测膜盒的初始压缩量；

3)通过调整或更换中心腔室内的压力大小、充压介质、环境温度来控制试验条件；

4)按照预设要求，进行相应的膜盒承压疲劳性能试验，即可得到待测膜盒在预设压力、温度、介质等多种环境下的承压疲劳性能；

5)根据预设条件，多次更换待测膜盒，重复步骤1)至步骤4)，并改变步骤3)中的试验条件，即可得到待测膜盒在不同环境试验条件下的承压疲劳性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过上法兰侧壁的定位孔可以进行调零，并且通过控制拉伸试验机上接头在垂直方向的位置可以设置待测膜盒的初始压缩量，提高了试验的压缩精度。

(2)本发明通过在下法兰侧壁上的气孔来调节试验环境压力，将气孔与不同的管路连接，可以形成不同的试验环境压力，包括常压下膜盒疲劳性能试验、充压下膜盒疲劳性能试验以及真空膜盒疲劳性能试验。

(3)本发明可以满足不同的试验环境温度，上法兰与下法兰间的静密封圈可以根据试验环境温度更换适宜的材质。

(4)本发明可以通过下法兰侧壁的气孔向中心腔室内充入包括液氢、液氧、甲烷、富氧燃气、四氧化二氮、肼类介质、水、氮气、空气、煤油、燃油等多种介质，应用范围较广。

附图说明

图1为本发明一个实施例的剖面结构示意图；

图2为本发明一个实施例的爆炸结构示意图。

附图标记说明如下：1-下法兰，2-膜盒连接块，3-静密封环，4-上法兰，5-连接轴，6-连接盘，7-中心腔室，8-待测膜盒，9-环形凸台，10-定位孔。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。

参照图1和图2，本发明提供了一种可调式膜盒承压疲劳性能试验装置，包括下法兰1、膜盒连接块2、静密封环3、上法兰4、连接轴5、连接盘6；所述下法兰1的下端用于和外部拉伸试验机的下接头连接，上端设置有中心腔室7，并且下法兰1上还设有与中心腔室7及外部连通的气孔；所述上法兰4通过螺栓安装于下法兰1的上方，且下法兰1和上法兰4之间设有静密封环3；所述膜盒连接块2位于中心腔室7内；待测膜盒8位于中心腔室7内且焊接在上法兰4与膜盒连接块2之间；所述连接轴5的一端依次穿过上法兰4、待测膜盒8后与膜盒连接块2螺纹连接，连接轴5另一端与连接盘6采用沉头螺栓固连；所述上法兰4中部设置有环形凸台9，连接轴5从环形凸台9中部穿过，环形凸台9上设置有垂直于连接轴5且带有螺纹的定位孔10；所述连接盘6用于与外部拉伸试验机的上接头连接。

为了得知待测膜盒8在不受其他因素影响下的压缩量零点，本发明在上法兰4的环形凸台9侧壁设有垂直于连接轴的定位孔10。当待测膜盒8水平方向放置，且连接轴5依次穿过上法兰4、待测膜盒8与膜盒连接块2螺纹连接，将紧定螺钉拧入定位孔，固定连接轴5与上法兰4，再固定连接轴5与连接盘6，然后连接连接盘6与拉伸试验机上接头，并将下法兰1与拉伸试验机下接头连接，此时拉伸试验机示数即为待测膜盒的压缩量零点。

所述下法兰1侧壁设有连接内部的气孔，根据预设条件可以通过气孔调节膜盒试验环境的压力。若进行膜盒充压环境试验，气孔连接充压进气管路接头，对中心腔室7进行充压；若进行膜盒常压环境试验，气孔放空；若进行膜盒真空环境试验，气孔连接真空泵管路接头，对中心腔室7进行抽真空处理。

所述中心腔室7可以通过下法兰1侧壁上的气孔注入液氢、液氧、甲烷、富氧燃气、四氧化二氮、肼类介质、水、氮气、空气、煤油、燃油等介质。

为了满足不同试验环境温度，所述静密封环3可以进行适应性调整。在低温工况下，所述静密封环3可以采用聚四氟乙烯材料制作；在高温工况下，所述静密封环3可以采用高温合金材料制作；在常温工况下，所述静密封环3可以采用O形橡胶圈；在高、低温变化工况下，所述静密封环3可以采用柔性石墨材料制作。

为了保证设备在装配时不发生错位，可以通过圆周均布在连接盘6上的键槽型通孔对中设备，再拧入紧定螺钉固定连接盘6与试验机上接头。

一种可调式膜盒承压疲劳性能试验方法，采用上述可调式膜盒承压疲劳性能试验装置，包括如下步骤：

1)将待测膜盒8焊接在膜盒连接块2和上法兰4之间，将静密封环3放在下法兰1与上法兰之间，再将上法兰4和下法兰1通过螺栓连接固定，将连接轴5依次穿过上法兰4、待测膜盒8，与膜盒连接块2螺纹固定；从上法兰4侧壁定位孔10处拧入紧定螺钉，固定连接轴5与上法兰4，再将连接轴5与连接盘6采用沉头螺栓连接固定，通过连接盘6的键槽型通孔对中设备，再连接连接盘6与拉伸试验机上接头，并将下法兰1与拉伸试验机下接头连接，读取此时拉伸试验机示数为作为膜盒压缩量零点，然后拆下上法兰4上环形凸台9侧壁定位孔10处的紧定螺钉；

2)控制拉伸试验机上接头在垂直方向的位置，设置待测膜盒8的初始压缩量；

3)通过调整或更换中心腔室7内的压力大小、充压介质、环境温度来控制试验条件；

4)按照预设要求，进行相应的膜盒承压疲劳性能试验，即可得到待测膜盒8在预设压力、温度、介质等多种环境下的承压疲劳性能。

5)根据预设条件，多次更换待测膜盒8，重复步骤1)至步骤4)，并改变步骤3)中的试验条件，即可得到待测膜盒8在不同环境试验条件下的承压疲劳性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。