CN103837303A - 一种微动往复密封动态特性实验台 - Google Patents

Abstract

一种微动往复密封动态特性实验台，包括变频电机，变频电机输出轴通过深沟球轴承和曲柄连杆连接，曲柄连杆通过力传感器和滑块连接，滑块套在轴上，滑块和轴之间设有第二被测密封，轴固定在支撑轴上，支撑轴安装在支架上，滑块通过第一被测密封和端盖连接，端盖固定连接在支架上，位移传感器固定在底板上，声发射传感器紧贴着第一被测密封、第二被测密封的密封圈运动表面，本发明模拟副密封轴向的实际运动，获得副密封在某种工况下完整动态特性参数；改变过盈量下测试副密封的动态特性参数，能够研究在不同的介质压力、不同的运动频率下动态特性参数变化规律；同时能够实现多种密封轴径的副密封动态特性的测量。

Description

一种微动往复密封动态特性实验台

技术领域

本发明涉及机械密封技术领域，特别涉及一种微动往复密封动态特性实验台。

背景技术

高温、高压、高速的工况下，非接触式机械密封能通过流体静压或动压效应实现密封环的微小磨损，因此被广泛应用于各种流体机械和设备中。其结构中，安装在补偿环处的密封圈是关键部件，被称为副密封，通常采用O形圈、弹簧加载密封圈。副密封和补偿环之间的作用力及相对运动是影响补偿环追随非补偿环的主要因素。

副密封与补偿环之间的运动，按照其在轴向的移动距离分为两种表现形式：一种是依靠自身的弹性变形适应补偿环的整体运动，一种是和轴之间的滑动。前者，副密封靠自身的弹性变形适应很小的运动行程，一般为几微米，运动频率和补偿环的转动频率一致；后者，副密封和轴之间发生滑动，补偿环轴向运动距离较大。因此，研究副密封的动态特性就是研究副密封弹性变形时的刚度和阻尼模型以及滑动时的摩擦力。

目前，主要通过实验的方式得到副密封的刚度和阻尼参数以及摩擦力数据。测量副密封的刚度和阻尼参数，通常采用基座激振质量共振法，具体方案为：给基座输入一个正弦的位移信号测量质量块的位移响应，然后换算为副密封的刚度和阻尼参数；测量副密封圈的摩擦力，采用测量副密封在轴向滑动时的轴向力间接得到。

然而，上述任何一种测量方式都无法兼顾副密封在轴向的全部运动方式，不能得到完整的动态特性；另一方面，测量刚度和阻尼参数时，还无法实现高压下的动态参数测量；再则由于激振器功率的限制，所测频率宽度有限；同时，采用基座激振质量共振法，给定一个位移输入，测量质量块的响应，不能保证副密封在此工况下相对于质量块没有发生滑动，因此得到的刚度和阻尼数据不准确。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微动往复密封动态特性实验台，能够获得副密封在某种工况下完整动态特性参数，同时能够实现多种密封轴径的副密封动态特性的测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种微动往复密封动态特性实验台，包括变频电机7，变频电机7通过凸缘定位安装在电机支架4上，电机支架4通过定位件3安装在底板2上，变频电机7、电机支架4、定位件3、底板2构成了驱动机构；外花键6安装在变频电机7输出轴上，外花键6与内花键5啮合，内花键5与深沟球轴承19连接，深沟球轴承19和曲柄连杆8的一端连接组成了转动副扩大的曲柄结构；曲柄连杆8的另一端通过力传感器9和滑块12的一端连接，滑块12套在轴13上，滑块12和轴13之间设有第二被测密封18，轴13固定在支撑轴16上，支撑轴16安装在支架15上，滑块12另一端通过第一被测密封17和端盖14连接，端盖14固定连接在支架15上，滑块12、轴13、端盖14、支架15、支撑轴16构成滑块机构；力传感器9用于测量副密封轴向摩擦力，位移传感器10固定在底板2上间接测量副密封的轴向位移，声发射传感器11紧贴着第一被测密封17、第二被测密封18的密封圈运动表面，力传感器9、位移传感器10、声发射传感器11三者构成测试机构。

所述的第一被测密封17、第二被测密封18的密封直径相同。

所述的安装在滑块12上的第一被测密封17、第二被测密封18，相对于轴13完成周期性的往复运动，运动的频率5～25Hz可调，运动的幅值0～2mm可调。

本发明的优点：模拟副密封轴向的实际运动，获得副密封在某种工况下完整动态特性参数；改变过盈量下测试副密封的动态特性参数，能够研究在不同的介质压力、不同的运动频率下动态特性参数变化规律；同时能够实现多种密封轴径的副密封动态特性的测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中滑块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1和图2，一种微动往复密封动态特性实验台，包括变频电机7，变频电机7通过凸缘定位安装在电机支架4上，电机支架4通过定位件3安装在底板2上，变频电机7、电机支架4、定位件3、底板2构成了驱动机构；外花键6安装在变频电机7输出轴上，外花键6与内花键5啮合，内花键5与深沟球轴承19连接，深沟球轴承19和曲柄连杆8的一端连接组成了转动副扩大的曲柄结构；曲柄连杆8的另一端通过力传感器9和滑块12的一端连接，滑块12套在轴13上，滑块12和轴13之间设有第二被测密封18，轴13通过螺钉固定在支撑轴16上，支撑轴16安装在支架15上，滑块12另一端通过第一被测密封17和端盖14连接，端盖14固定连接在支架15上，滑块12、轴13、端盖14、支架15、支撑轴16构成滑块机构；力传感器9用于测量副密封轴向摩擦力，位移传感器10固定在底板2上间接测量副密封的轴向位移，声发射传感器11紧贴着第一被测密封17、第二被测密封18的密封圈运动表面，力传感器9、位移传感器10、声发射传感器11三者构成测试机构。

所述的第一被测密封17、第二被测密封18的密封直径相同。

所述的安装在滑块12上的第一被测密封17、第二被测密封18，相对于轴13完成周期性的往复运动，运动的频率5～25Hz可调，运动的幅值0～2mm可调。

本发明的工作原理为：

变频电机7将圆周运动通过曲柄机构转化为滑块12的直线运动；力传感器9测量副密封的摩擦力，位移传感器10记录副密封的位移；从声发射传感器的信号特征参数鉴别副密封不同摩擦状态；再分别进行相关参数的提取。

其中，曲柄结构中的两个花键采用偏心设计，通过改变内花键5和外花键6于不同的齿啮合实现曲柄连杆8的杆长可调，并且两个花键的结构设计保证了任一次调节都能满足机构惯性力的部分平衡；密封腔的结构设计保证安装在滑块12上的第一被测密封圈17与第二被测密封圈18密封直径一致，使得滑块12在往复运动时，密封腔的体积保持不变，密封腔内的压力几乎不发生波动，提高了测量精度；同时两个被测密封圈在运动过程中，变形一致，提高了测量精度。

弹性变形时，副密封发生内摩擦；滑动时，副密封与测试轴发生摩擦。用声发射传感器11采集两种状态下的应力波，则应力波的声发射特征参数会完全不同，以此鉴别出两者的界限。最后，分别提取刚度和阻尼模型以及摩擦力模型得到完整的动态特性参数。

Claims (3)

1.一种微动往复密封动态特性实验台，包括变频电机（7），其特征在于：变频电机（7）通过凸缘定位安装在电机支架（4）上，电机支架（4）通过定位件（3）安装在底板（2）上，变频电机（7）、电机支架（4）、定位件（3）、底板（2）构成了驱动机构；外花键（6）安装在变频电机（7）输出轴上，外花键（6）与内花键（5）啮合，内花键（5）与深沟球轴承（19）连接，深沟球轴承（19）和曲柄连杆（8）的一端连接组成了转动副扩大的曲柄结构；曲柄连杆（8）的另一端通过力传感器（9）和滑块（12）的一端连接，滑块（12）套在轴（13）上，滑块（12）和轴（13）之间设有第二被测密封（18），轴（13）固定在支撑轴（16）上，支撑轴（16）安装在支架（15）上，滑块（12）另一端通过第一被测密封（17）和端盖（14）连接，端盖（14）固定连接在支架（15）上，滑块（12）、轴（13）、端盖（14）、支架（15）、支撑轴（16）构成滑块机构；力传感器（9）用于测量副密封轴向摩擦力，位移传感器（10）固定在底板（2）上间接测量副密封的轴向位移，声发射传感器（11）紧贴着第一被测密封（17）、第二被测密封（18）的密封圈运动表面，力传感器（9）、位移传感器（10）、声发射传感器（11）三者构成测试机构。

2.根据权利要求1所述的一种微动往复密封动态特性实验台，其特征在于：所述的第一被测密封（17）、第二被测密封（18）的密封直径相同。

3.根据权利要求1所述的一种微动往复密封动态特性实验台，其特征在于：所述的安装在滑块（12）上的第一被测密封（17）、第二被测密封（18），相对于轴（13）完成周期性的往复运动，运动的频率5～25Hz可调，运动的幅值0～2mm可调。