王 琛, 刘环宇, 杨远超, 樊双蛟, 曹 进, 庞桂兵

(1. 大连工业大学 机械工程与自动化学院, 辽宁 大连 116034; 2. 中国计量科学研究院, 北京 100029;3. 重庆市计量质量检测研究院, 重庆 400050)

1 引 言

活塞式压力计具有计量精度高、长期稳定性好等优点，作为压力计量的基准级仪器得到广泛应用[1,2]。随着现代科学技术的发展，深海探测、高速铁路、能源核电等领域对高压、超高压计量的需求日益迫切，研制高压及超高压活塞式压力计具有重要而紧迫的意义[3,4]。活塞系统是活塞式压力计的关键部件，由相互配合的活塞杆和活塞筒组成[5]。活塞系统承担着将重力量向压力量转化的核心功能，直接决定了仪器的可靠性、安全性和精准性[6,7]。相关研究表明活塞式压力计的故障多数来自于活塞系统，尤其是在高压计量时，为实现较小的砝码质量标定较高的压力，需要活塞截面尺寸尽可能小。因此活塞系统设计时需要考虑的问题主要包括3个方面：1)当活塞杆截面面积较小,活塞杆伸出活塞筒长度较长时，要避免活塞杆的失稳导致的活塞杆断裂，以保证活塞系统的可靠性；2)当活塞筒外径较小导致厚度较薄时要避免活塞筒受力超过应力极限而胀裂，以保证活塞系统的安全性；3)当活塞系统受到高压产生弹性变形时，要避免活塞筒在圆周方向受到约束使之处于自由变形状态，以保证计量的精准性[8～10]。

本文以500 MPa活塞式压力计的活塞系统为设计对象，结合力学理论对活塞杆截面直径、活塞杆伸出活塞筒最大长度、活塞筒外径以及活塞筒与固定套的安装间隙值进行设计计算。……