一种环槽高压自密封机构及用于喷注器盘的液流检测装置
阅读说明：本技术 一种环槽高压自密封机构及用于喷注器盘的液流检测装置 (Ring groove high-pressure self-sealing mechanism and liquid flow detection device for injector plate ) 是由 赵越 李强 彭中伟 王兵骁 许元 刘成胜 张文娇 于 2021-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种环槽高压式自密封机构及用于某喷注器的液流检测装置,解决喷注器盘环槽密封,存在密封效果差、密封装配较复杂且密封可靠性低的问题。该密封机构包括环状骨架和橡胶圈,环状骨架下部沿径向设有圆周布置的N个通孔；橡胶圈包括内环橡胶圈本体、外环橡胶圈本体和N个橡胶连接杆,内环橡胶圈本体同轴设置在环状骨架的内环面上,外环橡胶圈本体同轴设置在环状骨架的外环面上,N个橡胶连接杆分别设置在N个通孔内,且两端分别与内环橡胶圈本体、外环橡胶圈本体下部连接；内环橡胶圈本体上部向内倾斜,外环橡胶圈本体上部向外倾斜,形成唇型结构,通过介质压力挤压使橡胶圈的唇边与被密封环槽壁之间产生挤压变形而达到密封效果。(The invention provides a high-pressure self-sealing mechanism for an annular groove and a liquid flow detection device for an injector, and solves the problems of poor sealing effect, complex sealing assembly and low sealing reliability of the disk annular groove seal of the injector. The sealing mechanism comprises an annular framework and a rubber ring, wherein N through holes which are circumferentially arranged are arranged at the lower part of the annular framework along the radial direction; the rubber ring comprises an inner ring rubber ring body, an outer ring rubber ring body and N rubber connecting rods, the inner ring rubber ring body is coaxially arranged on the inner ring surface of the annular framework, the outer ring rubber ring body is coaxially arranged on the outer ring surface of the annular framework, the N rubber connecting rods are respectively arranged in the N through holes, and two ends of the N rubber connecting rods are respectively connected with the lower parts of the inner ring rubber ring body and the outer ring rubber ring body; the inner ring rubber ring body upper portion is leaned in, and outer ring rubber ring body upper portion leans out, forms lip type structure, and the lip limit that makes the rubber circle through medium pressure extrusion produces extrusion deformation and reaches sealed effect between by the sealing ring cell wall.)
技术领域
本发明属于工艺装备及密封
技术领域
，具体涉及一种环槽高压自密封机构以及用于喷注器盘的液流检测装置。背景技术
如图1所示，为一个液体火箭发动机喷注器盘(以下简称“产品”)的结构示意图，该喷注器盘3为环槽式结构，其以轴心为圆心由内向外依次开设有同心设置且不连通的第一环槽31、第二环槽32、第三环槽33、第四环槽34、第五环槽35、第六环槽36、第七环槽37共7个环槽，第一环槽31、第三环槽33、第五环槽35、第七环槽37为氧化剂路，第二环槽32、第四环槽34、第六环槽36为燃料路；且每个环槽底部分布有切向孔，7个环槽的切向孔大小和角度均不同。依据设计指标要求，需要设计一种检测装置，对单个环槽或者多个环槽的切向孔同时进行密封，然后对其余环槽的切向孔进行液流检测检查试验。
目前，检测装置主要采用的密封方式为O形橡胶圈密封、垫片和压环密封；前者需要设计O形圈限位工装以达到密封，由于该产品环槽较窄，工装设计余量以及O型圈选取无法实现；后者采用垫片和压环，为目前使用的密封方式，在密封多个环槽时，多个压环需要同时受力进而挤压垫片达到密封，对压环的加工精度及装配要求较高，且各环槽之间密封压缩量容易产生干扰，需要多次返修压环及垫片，才可实现密封，使得环槽的密封过程较为复杂，且密封的可靠性较低。
发明内容
为了解决目前密封装配过程复杂、密封可靠性低的技术问题，本发明提供了一种环槽高压自密封机构及用于喷注器盘的液流检测装置。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种环槽高压自密封机构，其特殊之处在于：包括环状骨架和橡胶圈；
所述环状骨架的下部沿径向设有圆周布置的N个通孔，N为大于1的整数；
所述橡胶圈包括内环橡胶圈本体、外环橡胶圈本体和N个橡胶连接杆，内环橡胶圈本体同轴设置在环状骨架的内环面上，外环橡胶圈本体同轴设置在环状骨架的外环面上，N个橡胶连接杆分别设置在N个通孔内，且两端分别与内环橡胶圈本体、外环橡胶圈本体的下部连接；
所述内环橡胶圈本体的上部向内倾斜，外环橡胶圈本体的上部向外倾斜，形成唇型结构。
进一步地，所述环状骨架的内环面中部具有内环形槽，以及外环面中部具有外环形槽；
所述内环橡胶圈本体的上部外表面具有与内环形槽配合的第一环形凸起；
所述外环橡胶圈本体的上部内表面具有与外环形槽配合的第二环形凸起。
进一步地，所述橡胶圈的密封压缩率为12％～30％。
进一步地，所述内环橡胶圈本体、外环橡胶圈本体和橡胶连接杆均采用天然胶；
所述环状骨架采用不锈钢材料。
同时，本发明提供了一种用于喷注器盘的液流检测装置，其特殊之处在于：包括氧化剂入口组件、燃料入口组件以及用于与待测喷注器盘上M个环槽配合的M个环槽高压自密封机构；
所述氧化剂入口组件包括上端开口的下盖、同轴设置在下盖内腔的中心筒、设置在下盖外壁的下测压接头以及设置在下盖外侧壁且与下盖内腔连通的氧化剂入口；
所述中心筒上端面用于支撑待测喷注器盘，中心筒外壁与下盖之间形成与待测喷注器盘上节流孔连通的氧化剂环腔；
所述燃料入口组件包括下端开口的上盖、设置在上盖外壁的上测压接头以及设置在上盖外侧壁且与上盖内腔连通的燃料入口；
所述上盖设置在下盖上，通过紧固件将上盖和下盖固连，实现待测喷注器盘固定在上盖和下盖之间；
所述环槽高压自密封机构包括环状骨架和橡胶圈；
所述环状骨架的下部沿径向设有圆周布置的N个通孔，N为大于1的整数；
所述橡胶圈包括内环橡胶圈本体、外环橡胶圈本体和N个橡胶连接杆，内环橡胶圈本体同轴设置在环状骨架的内环面上，外环橡胶圈本体同轴设置在环状骨架的外环面上，N个橡胶连接杆分别设置在N个通孔内，且两端分别与内环橡胶圈本体、外环橡胶圈本体的下部连接；
所述内环橡胶圈本体的上部向内倾斜，外环橡胶圈本体的上部向外倾斜，形成唇型结构。
进一步地，所述环状骨架的内环面中部具有内环形槽，以及外环面中部具有外环形槽；
所述内环橡胶圈本体的上部外表面具有与内环形槽配合的第一环形凸起；
所述外环橡胶圈本体的上部内表面具有与外环形槽配合的第二环形凸起。
进一步地，所述橡胶圈的密封压缩率为12％～30％。
进一步地，所述内环橡胶圈本体、外环橡胶圈本体和橡胶连接杆均采用天然胶；
所述环状骨架采用不锈钢材料。
进一步地，所述上盖下端内环面设有与待测喷注器盘上端外环面相配合的环形槽。
进一步地，所述上盖的下端外壁设有上法兰盘，所述下盖的上端外壁设有下法兰盘；
所述紧固件为连接上法兰盘和下法兰盘的螺钉；
所述上盖下端面和下盖上端面之间设有O形密封垫；
所述中心筒上端面用于支撑待测喷注器盘的位置设有密封垫。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明密封机构采用橡胶圈+支撑骨架组合的方式，橡胶圈的下部和环状骨架的下部固连为一体，橡胶圈的上部形成唇型结构，通过介质压力挤压使橡胶圈的唇边与被密封环槽壁之间产生挤压变形而达到密封效果；并可通过多个密封机构实现喷注器盘多个环槽的独立密封，避免各环槽密封互相干扰；环状骨架有效支撑和固定橡胶圈，避免橡胶圈变形而失去密封作用，同时环状骨架可以方便橡胶圈与待测产品的安装和拆卸。
2、本发明密封机构具有安装及拆卸简单方便、密封可靠性高的特点，可应用于类似多环槽结构的密封，实用价值和工程价值较大，应用前景较为广阔。
3、本发明液流检测装置对产品进行密封固定，通过高压密封机构对需要密封的环槽进行密封，检测装置和多个环槽相互之间独立密封，有效降低试验风险，提高了喷注器盘整体密封的可靠性，介质通过入口进入喷注器盘的入口端，并从喷注器盘的环槽切向孔处流出，通过测压接头可直接获得环槽切向孔的流阻；该检测装置具有结构简单、检测方便的特点。
4、本发明将橡胶圈密封压缩率设计为12％～30％，为了保证密封的同时，橡胶圈不变形，且可以长期使用，材料选用天然胶，环状骨架采用不锈钢材料。
附图说明
图1是液体火箭发动机喷注器盘的结构示意图；
图2是本发明环槽高压自密封机构的结构示意图；
图3是本发明环槽高压自密封机构中环状骨架的结构示意图；
图4是本发明环槽高压自密封机构中橡胶圈的结构示意图；
图5是本发明用于喷注器盘的液流检测装置的结构示意图(安装有待测喷注器盘)；
图6是图5中喷注器盘上安装有密封机构的局部放大示意图；
图7是本发明用于喷注器盘的液流检测装置中燃料入口组件结构示意图；
图8是本发明用于喷注器盘的液流检测装置中氧化剂入口组件结构示意图；
其中，附图标记如下：
1-氧化剂入口组件，11-下盖，12-中心筒，13-下测压接头，14-氧化剂入口，141-第二入水接头，142-第二连接管，15-下法兰盘；
2-燃料入口组件，21-上盖，22-上测压接头，23-燃料入口，231-第一入水接头，232-第一连接管，24-上法兰盘；
3-喷注器盘，31-第一环槽，32-第二环槽，33-第三环槽，34-第四环槽，35-第五环槽，36-第六环槽，37-第七环槽，38-节流孔；
4-密封垫；
5-密封机构，51-环状骨架，511-通孔，512-内环形槽，513-外环形槽，52-橡胶圈，521-内环橡胶圈本体，5211-第一环形凸起，522-外环橡胶圈本体，5221-第二环形凸起，523-橡胶连接杆；
6-O形密封垫，7-紧固件。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
如图2所示，本发明一种环槽高压自密封机构5，由环状骨架51和橡胶圈52组成。
如图3所示，环状骨架51的内环面中部开设有内环形槽512，以及外环面中部开设有外环形槽513，则环状骨架51的竖截面为工字型结构；环状骨架51的下部沿径向设有圆周布置的N个通孔511，N为大于1的整数。
如图4所示，橡胶圈52包括内环橡胶圈本体521、外环橡胶圈本体522和N个橡胶连接杆523，内环橡胶圈本体521同轴设置在环状骨架51的内环面上，环状骨架51内环面下部设有用于放置内环橡胶圈本体521下部的内环安装槽；外环橡胶圈本体522同轴设置在环状骨架51的外环面上，环状骨架51外环面下部设有用于放置外环橡胶圈本体522下部的外环安装槽；N个橡胶连接杆523分别设置在N个通孔511内，且两端分别与内环橡胶圈本体521的下部、外环橡胶圈本体522的下部连接，用于内环橡胶圈本体521下部、外环橡胶圈本体522下部与环状骨架51下部的密封连接；内环橡胶圈本体521的上部外表面具有第一环形凸起5211，第一环形凸起5211下部位于内环形槽512的下部内，其上部向内倾斜，外环橡胶圈本体522的上部内表面具有第二环形凸起5221，第二环形凸起5221的下部位于外环形槽513的下部内，其上部向外倾斜，内环橡胶圈本体521上部和外环橡胶圈本体522上部形成唇型结构。
本发明密封机构采用橡胶圈+支撑骨架组合自密封结构方式，通过介质压力挤压使橡胶圈52上部的唇边，使其与被密封环槽壁之间产生挤压变形而达到密封效果，多个环槽通过多个自密封机构5独立密封，避免各环槽密封互相干扰；环状骨架51有效支撑和固定橡胶圈52，避免橡胶圈52变形而失去密封作用，同时支撑骨架可以方便橡胶圈52与环槽的安装和拆卸。
本发明密封机构5满足产品密封的同时，安装拆卸方便，有效降低试验风险，提高了密封的可靠性，满足目前高质量、高效率试验要求。
上述密封机构5在喷注器盘3环槽上的应用，如图5和图6所示，本实施例提供一种用于喷注器盘的液流检测装置，包括氧化剂入口组件1、燃料入口组件2以及环槽高压自密封机构5；环槽高压自密封机构5的数量与喷注器盘3上环槽的数量相同，需要对每个环槽进行独立密封，所有环槽高压自密封机构5的结构相同，区别在于尺寸不同，每个环槽高压自密封机构5的尺寸与其需要密封的环槽尺寸相适配；通过环槽高压自密封机构5对喷注器盘3上的部分环槽进行密封，可对未密封环槽的切向孔进行液流流阻及雾化检查试验。
如图7所示，燃料入口组件2包括下端开口的上盖21、设置在上盖21外壁的上测压接头22以及设置在上盖21外侧壁且与上盖21内腔连通的燃料入口23，燃料入口23由第一入水接头231以及连接第一入水接头231和上盖21内腔的第一连接管232组成，上盖21下端内环面设有与待测喷注器盘3上端外环面相配合的环形槽。
如图8所示，氧化剂入口组件1包括上端开口的下盖11、同轴设置在下盖11内腔的中心筒12、设置在下盖11外壁的下测压接头13以及设置在下盖11外侧壁且与下盖11内腔连通的氧化剂入口14，氧化剂入口14由第二入水接头141以及连接第二入水接头141和下盖11内腔的第二连接管142组成，氧化剂入口14可为圆周均布的2个；中心筒12上端面用于支撑待测喷注器盘3，中心筒12外壁与下盖11之间形成与待测喷注器盘3上节流孔38连通的氧化剂环腔。
上盖21设置在下盖11上，下盖11的上端外壁设有下法兰盘15，上盖21的下端外壁设有上法兰盘24，通过螺钉依次穿过上法兰盘24、下法兰盘15，将上盖21和下盖11固连，实现待测喷注器盘3固定在上盖21和下盖11之间；为了保证密封性，在上盖21下端面和下盖11上端面之间设有O形密封垫6，中心筒12上端面与待测喷注器盘3配合位置设有密封垫4。
根据试验要求，在喷注器盘3上需要密封的环槽位置安装环槽高压自密封机构5，实现相应环槽的密封，通过液腔压力挤压使内环橡胶圈本体521、外环橡胶圈本体522所形成的唇边向环状骨架51两侧挤压变形，而达到密封效果，同时环槽高压自密封机构5设计环状骨架51结构，可保证密封机构5的整体强度，同时方便拆卸和安装。
本实施例液流检测装置的工作过程：
喷注器盘3结构如图1所示，其上的七个环槽分为氧化剂路和燃料路，且每个环槽底部分布有切向孔，切向孔的大小和角度均不同，通过介质水对氧化剂路和燃料路环槽切向孔的流阻进行检测，
当进行氧化剂路环形槽切向孔流阻检测时，采用相应环槽高压自密封机构5对燃料路环槽进行密封，介质水经氧化剂入口14处进水，经氧化剂环腔、喷注器盘3上节流孔38进入氧化剂路，并从氧化剂路的切向孔流出，模拟产品真实的入水流态，从下测压接头13处检测氧化剂路环槽切向孔的流阻；
同样，当进行燃料路环形槽切向孔流阻检测时，采用环槽高压自密封机构5对氧化剂路环槽进行密封，介质水经燃料入口23、上盖21内腔进入燃料路，并从燃料路的切向孔流出，模拟产品真实的入水流态，从上测压接头22处检测燃料路环槽切向孔的流阻。
本实施例检测装置的密封机构5需要多次从喷注器盘3(产品)的环槽中进行拆卸和安装，试验介质为水；根据发动机液流试验的特点，采用橡胶圈+支撑骨架结构，选择了适用于液流试验的密封材质，通过试验摸索出适用于发动机冷流试验所需的橡胶压缩量及密封结构，橡胶圈52安装在喷注器盘3(产品)环槽中的预压缩量10％～12％，橡胶圈52进行检测试验时密封压缩率12％～30％，为了保证密封的同时，橡胶圈52不变形，且可以长期使用，选用的材料为天然胶(1160HG6-407-79)，洛氏硬度HR(42～48)，压缩率范围0～30％(永久变形(32％～40％))，状骨架51采用不锈钢材料，采用I型结构，与橡胶圈52合为一起，可支撑橡胶圈52，同时方便橡胶圈52的拆卸。
本实施例密封结构的密封方式简单，易于装配，密封无泄漏，满足喷注器盘3液流试验要求，为液体火箭发动机多环槽结构喷注器盘3液流试验的密封提供了有效的检测手段。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。
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