CN103471771A - 一种空化可视的多功能密封实验装置 - Google Patents

Abstract

一种空化可视的多功能密封实验装置，包括实验台架、驱动装置、加载装置、测试装置和控制器，实验台架上安装多根立柱，立柱之间分别固定上支架和中支架；驱动装置包括驱动电机、转轴箱、转轴、同步带轮以及同步带；转轴的另一端与所述加载装置的动环相连；加载装置包括动环、静环、静环座、弹簧座、弹簧、上压板、下压板和丝杆，测试装置包括上定位片、下定位片、电涡流传感器、金属传力杆、侧边压力传感器，所述的驱动电机、电涡流传感器、所述的侧边压力传感器均与所述的控制器连接。本发明有益效果是：可直观观测润滑液膜的空化现象；准确、全面的测试各种密封性能参数；方便的调节弹簧的压缩率；还可用于环-环试件间的摩擦磨损试验研究。

Description

一种空化可视的多功能密封实验装置

技术领域

本发明涉及一种空化可视的多功能密封实验装置，属于液体润滑机械密封实验装置领域。

背景技术

在目前已知的传统机械密封实验装置中，机械密封位于密封腔体内部，难以进行直接的观测。而众所周知的液体润滑机械密封，正因为有了空化现象存在，才不致于使密封端面流体膜因为正负压力相抵消而失去承载能力，相反地在流体动压效应下具有的承载能力和相应的密封性能，所以通过设计一种全新的开放式实验装置能够方便、直观的观测空化现象，以此来分析空化的产生机理和密封机理至关重要。传统机械密封试验装置多适用于内流型机械密封，机械密封及密封转轴均浸泡于密封介质之中，且密封转轴均为悬臂梁结构，即一端安装于轴承箱中，从而平衡主轴的轴向力，由此导致在不同轴向载荷、不同转速条件下的测得的密封端面的摩擦扭矩包含了轴承间的摩擦扭矩和密封腔体密封介质及轴承箱内润滑油与旋转轴浸润部分的粘性剪切阻力矩，此部分额外的阻力矩通过试验标定是难以去除的，且此力矩值也随操作工况的不同而不同，因此如何精确测量密封端面摩擦扭矩，尤其是非接触流体动压型机械密封的摩擦扭矩是亟需解决的问题。还有传统的密封实验装置调节密封端面的间隙都是通过改变弹簧座在轴套上的位置来进行调节的，此方法每改变一次弹簧座位置就需要把整个密封腔拆卸下来进行调节，这样既费时又费事，且由于密封间隙一般为微米级，通过人为改变弹簧座在轴套上的定位来改变密封间隙极其不准确。

发明内容

为解决传统密封实验装置空化现象不可视、对密封性能参数测量方法不准确和不全面、不能够方便的调节密封端面间隙等问题，本发明提供了一种能够直观、方便的观测空化现象、准确测试各种密封性能参数的空化可视的多功能密封实验装置。

本发明所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：包括实验台架、驱动装置、加载装置、测试装置和控制器，所述的实验台架上安装多根立柱，所述的立柱之间分别固定上支架和中支架；所述的驱动装置包括驱动电机、转轴箱、转轴、同步带轮以及同步带，所述的驱动电机和所述的转轴箱固定在所述的上支架上，所述的转轴安装在所述的转轴箱的轴承上，并且所述的转轴的一端通过同步带轮和同步带与所述的驱动电机的输出轴相连；所述的转轴的另一端与所述加载装置的动环相连；

所述的加载装置包括动环、静环、静环座、弹簧座、弹簧、上压板、下压板和丝杆，所述的动环的端面与安装在静环座上的静环端面接触形成密封腔，所述的静环端面上设置至少一个密封流体动压槽；所述的静环座的侧面设置分别设置介质入口、介质出口，底面与弹簧的一端连接，所述的弹簧的另一端连接在位于静环座正下方的弹簧座上；所述的弹簧座通过平面轴承与所述的上压板固定；与上压板匹配的下压板位于所述的上压板的正下方，并且所述的下压板固定在丝杆的上端的轴承上，所述的丝杆通过螺栓固定在所述的中支架上；

所述的测试装置包括上定位片、下定位片、电涡流传感器、金属传力杆、侧边压力传感器，所述的上定位片、所述的下定位片分别安装在动环和所述的静环对应的位置，所述的电涡流传感器安装下定位片上；所述的弹簧座的左、右侧对称各固定一根金属传力杆，其中一根金属传力杆的自由端与安装在立柱上的侧边压力传感器垂直接触；所述的驱动电机、所述的电涡流传感器、所述的侧边压力传感器均与所述的控制器连接。

所述的静环与所述的静环座间设有防转销。

所述的动环采用透明材料制成，并且所述的动环上方空间固定摄像机，所述的摄像机的摄像头对准动环和静环形成的密封端面。

所述的上支架与所述的中支架均处于水平方向。

所述的实验平台上对称的安装4根立柱。

所述的静环座上开有泄漏口，所述的泄漏口通过接管与收集容器连通。

所述的静环座和所述的静环背面离密封端面1mm设置用于插入热电偶的插孔。

所述的上压板和所述的下压板之间安装受控于控制器的垂直压力传感器。

工作原理：驱动电机通过同步带轮和同步带带动转轴旋转，驱动电机与转轴均固定于上支架上，且转轴安装于轴承箱中，轴承箱的作用是支撑转轴并将试验时的轴向载荷传递到上支架上，而上支架通过四根立柱固定于实验平台上；转轴下端安装的动环在空化试验时用于观察润滑液膜的空化现象；而静环座底部通过弹簧与弹簧座相连，改变弹簧的个数可根据实验的稳定程度和密封试验压力进行增减；弹簧的存在可保证动静环端面保持时刻贴合，避免了安装不对中带来的环的偏摆；密封流体动压槽开于静环端面，使得空化区在空间上是固定的，便于观察和研究；试验时动静环相对旋转，存在摩擦扭矩，此摩擦扭矩通过防转销、弹簧和螺钉以及弹簧座，弹簧座固定于平面轴承上，可使组件绕中心线无阻力自由旋转，弹簧座侧边对称安装的其中一根金属传力杆与侧边压力传感器接触，从而阻碍了上述组件的旋转，由此密封端面的摩擦扭矩与力传感器产生的阻力矩相等，读得力传感器数据F并乘以力臂(侧边压力传感器与转轴中轴线间的垂直距离R)，即为密封端面的摩擦扭矩M，此时M=F×R；垂直压力传感器读数为轴向载荷与垂直压力传感器之上所有组件的质量之和；通过调节丝杠上下位置，一方面可以对密封环试件进行更换，另一方面可调节密封轴向载荷，实现不同载荷下的密封性能试验研究；密封端面上的温度采用热电偶进行测量，动静环间的液膜厚度通过电涡流传感器测量，泄漏率通过接漏法测量。

本发明有益效果是：1.本实验装置可直观、方便的观测润滑液膜的空化现象；2.本实验装置能够较准确、全面的测试各种密封性能参数(如密封端面间开启力、摩擦扭矩，泄漏率、温度和膜厚)；3.本实验装置能够很方便的调节弹簧的压缩率，以此来控制密封端面间的间隙，实现密封端面间的接触或非接触；4.本试验装置不仅能用于进行机械密封试验研究，而且可用于环-环试件间的摩擦磨损试验研究。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的局部结构放大图。

图3是摩擦扭矩测试原理图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

本发明所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，包括实验台架1、驱动装置2、加载装置3、测试装置4和控制器，所述的实验台架1上安装多根立柱11，所述的立柱11之间分别固定上支架12和中支架13；所述的驱动装置2包括驱动电机21、转轴箱22、转轴23、同步带轮24以及同步带25，所述的驱动电机21和所述的转轴23箱固定在所述的上支架12上，所述的转轴23安装在所述的转轴箱22的轴承221上，并且所述的转轴23的一端通过同步带轮24和同步带25与所述的驱动电机21的输出轴相连；所述的转轴23的另一端与所述加载装置3的动环31相连；

所述的加载装置3包括动环31、静环32、静环座33、弹簧座34、弹簧35、上压板36、下压板37和丝杆38，所述的动环31的端面与安装在静环座33上的静环32端面接触形成密封腔，所述的静环32端面上设置至少一个密封流体动压槽；所述的静环座33的侧面设置分别设置介质入口331、介质出口332，底面与弹簧35的一端连接、所述的弹簧35的另一端连接在位于静环座33正下方的弹簧座34上；所述的弹簧座34通过平面轴承341与所述的上压板36固定；与上压板36匹配的下压板37位于所述的上压板36的正下方，并且所述的下压板37固定在丝杆38的上端的轴承381上，所述的丝杆38通过螺栓382固定在所述的中支架13上；

所述的测试装置4包括上定位片41、下定位片42、电涡流传感器43、金属传力杆44、侧边压力传感器45，所述的上定位片41、所述的下定位片42分别安装在动环31和所述的静环32对应的位置，所述的电涡流传感器43安装下定位片42上；所述的弹簧座34的左、右侧对称各固定一根金属传力杆44，其中一根金属传力杆的自由端与安装在立柱11上的侧边压力传感器45垂直接触；所述的驱动电机21、所述的电涡流传感器43、所述的侧边压力传感器45均与所述的控制器连接。

所述的静环32与所述的静环座33间设有防转销。

所述的动环31采用透明材料制成，并且所述的动环31上固定摄像机311，所述的摄像机311的摄像头对准动环31和静环32形成的密封端面。

所述的上支架12与所述的中支架13均处于水平方向。

所述的实验平台1上对称的安装4根立柱11。

所述的静环座33上开有泄漏口333，所述的泄漏口333通过接管与收集容器连通。

所述的静环座33和所述的静环32背面离密封端面1mm设置用于插入热电偶334的插孔。

所述的上压板36和所述的下压板37之间安装受控于控制器的垂直压力传感器39。

工作原理：驱动电机21通过同步带轮24和同步带25带动转轴23旋转，驱动电机21与转轴23均固定于上支架12上，且转轴23安装于轴承箱22中，轴承箱22的作用是支撑转轴23并将试验时的轴向载荷传递到上支架12上，而上支架12通过四根立柱11固定于实验平台1上；转轴23下端安装的动环31在空化试验时用于观察润滑液膜的空化现象；而静环座33底部通过弹簧35与弹簧座34相连，改变弹簧35的个数可根据实验的稳定程度和密封试验压力进行增减；弹簧35的存在可保证动静环32端面保持时刻贴合，避免了安装不对中带来的环的偏摆；密封流体动压槽开于静环32端面，使得空化区在空间上是固定的，便于观察和研究；试验时动静环32相对旋转，存在摩擦扭矩，此摩擦扭矩通过防转销、弹簧和螺钉以及弹簧座，弹簧座34固定于平面轴承341上，可使组件绕中心线无阻力自由旋转，弹簧座34侧边对称安装的其中一根金属传力杆44与侧边压力传感器45接触，从而阻碍了上述组件的旋转，由此密封端面的摩擦扭矩与力传感器产生的阻力矩相等，读得力传感器数据F并乘以力臂(侧边压力传感器与转轴中轴线间的垂直距离R)，即为密封端面的摩擦扭矩M，此时M=F×R；垂直压力传感器读数为轴向载荷与垂直压力传感器之上所有组件的质量之和；通过调节丝杠38上下位置，一方面可以对密封环试件进行更换，另一方面可调节密封轴向载荷，实现不同载荷下的密封性能试验研究；密封端面上的温度采用热电偶进行测量，动静环间的液膜厚度通过电涡流传感器测量，泄漏率通过接漏法测量。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：包括实验台架、驱动装置、加载装置、测试装置和控制器，所述的实验台架上安装多根立柱，所述的立柱之间分别固定上支架和中支架；所述的驱动装置包括驱动电机、转轴箱、转轴、同步带轮以及同步带，所述的驱动电机和所述的转轴箱固定在所述的上支架上，所述的转轴安装在所述的转轴箱的轴承上，并且所述的转轴的一端通过同步带轮和同步带与所述的驱动电机的输出轴相连；所述的转轴的另一端与所述加载装置的动环相连；

所述的加载装置包括动环、静环、静环座、弹簧座、弹簧、上压板、下压板和丝杆，所述的动环的端面与安装在静环座上的静环端面接触形成密封腔，所述的静环端面上设置至少一个密封流体动压槽；所述的静环座的侧面设置分别设置介质入口、介质出口，底面与弹簧的一端连接，所述的弹簧的另一端连接在位于静环座正下方的弹簧座上；所述的弹簧座通过平面轴承与所述的上压板固定；与上压板匹配的下压板位于所述的上压板的正下方，并且所述的下压板固定在丝杆上端的轴承上，所述的丝杆通过螺栓固定在所述的中支架上；

所述的测试装置包括上定位片、下定位片、电涡流传感器、金属传力杆、侧边压力传感器，所述的上定位片、所述的下定位片分别安装在动环和所述的静环对应的位置，所述的电涡流传感器安装于下定位片上；所述的弹簧座的左、右侧对称各固定一根金属传力杆，其中一根金属传力杆的自由端与安装在立柱上的侧边压力传感器垂直接触；所述的驱动电机、所述的电涡流传感器、所述的侧边压力传感器均与所述的控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：所述的静环与所述的静环座间设有防转销。

3.如权利要求2所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：所述的动环采用透明材料制成，并且所述的动环上方空间固定摄像机，所述的摄像机的摄像头对准动环和静环形成的密封端面。

4.如权利要求3所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：所述的上支架与所述的中支架均处于水平方向。

5.如权利要求4所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：所述的实验平台上对称的安装4根立柱。

6.如权利要求5所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：所述的静环座上开有泄漏口，所述的泄漏口通过接管与收集容器连通。

7.如权利要求6所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：所述的静环座和所述的静环背面离密封端面1mm设置用于插入热电偶的插孔。

8.如权利要求7所述的一种空化可视的多功能密封实验装置，其特征在于：所述的上压板和所述的下压板之间安装受控于控制器的垂直压力传感器。

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