CN107505108A - 密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置及方法，包括实验台主体装置、口环加载及测量装置和循环管路系统，其中口环加载及测量装置包括动态加载测量装置和静态加载测量装置；动态加载测量装置包括依次连接的激振器组件、力传感器组件和激振器探针组件，以及位于口环定子上的加速度传感器组件和正对口环转子的位移传感器组件，其中激振器探针组件与口环定子相接触；静态加载测量装置包括依次相连的加载连杆、弹簧罩、力传感器Ⅲ、滑轮和气动加载装置，其中加载连杆与口环定子相连。本发明不但可对待测口环密封进行动态激励力加载，也可对其进行静态加载，从而弥补了所缺失的静态加载装置所测试的参数，使测试参数更全面。

Description

密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种离心泵口环测试装置及方法，具体涉及一种密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置及方法。
背景技术
随着工业的发展，高压及大功率密度要求下的离心泵转子系统不断向着多级、高转速发展，此类高压多级离心泵中存在多组叶轮密封口环、级间密封、平衡鼓等环形密封结构，其主要作用是维持压差，减少泄漏。在“洛马金效应”的影响下，环形密封内流体激振力对离心泵转子系统的固有频率、振动、响应等动力学特性与动力学行为有着重要影响。
1965年，J.S.Alford提出流体切向速度是影响航空发动机转子系统共振的主要因素，并提出了Thomas-Alford激振力计算模型。
高压多级离心泵作为流体输送核心装置，在航天、石油化工、核电等行业受到广泛应用。在此类装置，特别是高压多级离心泵中，由于平衡压力及密封的需要，存在大量如密封口环、级间密封及平衡鼓等环流密封结构。随着工业的迅猛发展，用户及设计人员对离心泵水力性能及动力学性能的要求也不断提高，目前广泛应用于离心泵中的光滑液体环流密封的密封性能及动为学性能正面临巨大挑战。
现今紧缺高压大功率多级离心泵内的叶轮密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置，即高压大功率条件下密封口环流体静态载荷及动态激振力测试装置。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是提供能够对待测口环进行动态激振力加载的同时也能进行静态加载的一种密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置，以及采用该装置对密封口环动静态激振力作用特性参数的测试方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；
所述测试装置包括实验台主体装置、口环加载及测量装置和循环管路系统；
所述实验台主体装置包括机架和与驱动电机组件相连的主轴，所述主轴的中段套装有与主轴固定相连的口环转子；在主轴上分别设有左轴承组件和右轴承组件；左轴承组件和右轴承组件分别位于口环转子的左右两侧；
所述左轴承组件由滚动轴承Ⅰ和左轴承座组成，滚动轴承Ⅰ与主轴转动相连；所述左轴承座上设有与循环管路系统相连的进水口；所述右轴承组件由滚动轴承Ⅱ和右轴承座组成，滚动轴承Ⅱ与主轴转动相连；所述右轴承座上设有与循环管路系统相连的出水口；在滚动轴承Ⅰ和口环转子之间设置紧贴滚动轴承Ⅰ的挡油盘Ⅰ，在滚动轴承Ⅱ和口环转子之间设置紧贴滚动轴承Ⅱ的挡油盘Ⅱ；
所述口环转子的外表面套装有口环定子，其中口环定子分别与左轴承座和右轴承座固定相连；所述口环转子与口环定子间隙配合；在口环转子的外表面还套装有与口环转子间隙配合的密封组件Ⅰ和密封组件Ⅱ，所述口环定子通过密封组件Ⅰ与左轴承座密封相连，所述口环定子通过密封组件Ⅱ与右轴承座密封相连；
所述口环转子、密封组件Ⅰ、左轴承座和挡油盘Ⅰ围合形成左侧腔体；所述口环转子、密封组件Ⅱ、右轴承座和挡油盘Ⅱ围合形成右侧腔体；所述进水口与左侧腔体相连通，出水口与右侧腔体相连通，左侧腔体通过口环转子与口环定子之间的间隙与右侧腔体相连通；
所述口环加载测量装置包括动态加载测量装置和静态加载测量装置；
所述动态加载测量装置包括依次连接的激振器组件、力传感器组件和激振器探针组件，以及位于口环定子上的加速度传感器组件和正对口环转子的位移传感器组件；其中激振器探针组件与口环定子相接触；
所述静态加载测量装置包括依次相连的加载连杆、弹簧罩、力传感器Ⅲ、滑轮和气动加载装置；所述加载连杆与口环定子相连。
作为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置的改进：
所述循环管路系统包括通过管道依次连接的水箱、增压泵、稳流罐、绝对过滤器、阀门和电磁流量计，电磁流量计的出口与进水口相连通；出水口与水箱的进口相接通。
作为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置的进一步改进：
所述动态加载测量装置还包括安装在口环定子用于检测水压的压力传感器；
所述激振器组件包括两个正交放置的液压激振器Ⅰ和液压激振器Ⅱ，力传感器组件包括两个正交放置的力传感器Ⅰ和力传感器Ⅱ，激振器探针组件包括两支呈正交位置的激振器探针Ⅰ和激振器探针Ⅱ；
所述液压激振器Ⅰ、力传感器Ⅰ和激振器探针Ⅰ从上至下依次相连；
所述液压激振器Ⅱ、力传感器Ⅱ和激振器探针Ⅱ从上至下依次相连；
所述激振器探针Ⅰ和激振器探针Ⅱ均与口环定子相接触；
所述加速度传感器组件包括位于激振器探针Ⅰ180°对向位置的加速度传感器Ⅰ，以及位于激振器探针Ⅱ180°对向位置的加速度传感器Ⅱ；所述加速度传感器Ⅰ和加速度传感器Ⅱ均固定在口环定子上；
所述位移传感器组件包括正对口环转子左侧的位移传感器Ⅰ和正对口环转子右侧的位移传感器Ⅱ。
作为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置的进一步改进：
在主轴的两端还分别设有驱动端端盖和轴端端盖；
所述驱动端端盖与左轴承座的左端部密封相连；
所述轴端端盖与右轴承座的右端部密封相连；
所述主轴的驱动端轴端密封的伸出驱动端端盖并与驱动电机组件相连；
所述驱动端端盖、左轴承座和挡油盘Ⅰ围合形成驱动端通道；
所述轴端端盖、右轴承座和挡油盘Ⅱ围合形成非驱动端通道，在非驱动端通道内设有用于给主轴施加轴向预紧力的预紧弹簧，即，所述主轴非驱动端轴端设有相抵接的预紧弹簧。
作为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置的进一步改进：
所述滚动轴承Ⅱ外套设有压紧套筒，滚动轴承Ⅱ通过压紧套筒与右轴承座相连；
所述有压紧套筒上设有用于放置预紧弹簧的弹簧架；所述弹簧架与压紧套筒固定相连。
作为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置的进一步改进：
所述密封组件Ⅰ包括依次密封相连的入口端盖、驱动端定子定位套筒和密封圈Ⅰ；所述入口端盖套装在口环转子的外表面，与口环转子间隙配合，密封圈Ⅰ与左轴承座密封相连；
所述密封组件Ⅱ包括依次密封相连的出口端盖、非驱动端定子定位套筒和密封圈Ⅱ；所述出口端盖套装在口环转子的外表面，与口环转子间隙配合，密封圈Ⅱ与右轴承座密封相连；
所述入口端盖和出口端盖均与口环定子密封相连；
所述位移传感器Ⅰ安装在入口端盖上，位移传感器Ⅱ安装在出口端盖；所述位移传感器Ⅰ和位移传感器Ⅱ均包括两支正交放置的非接触式位移传感器。
作为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置的进一步改进：
所述口环定子通过稳定杆组件分别与左轴承座和右轴承座固定连接；
所述稳定杆组件至少包括稳定杆Ⅰ和稳定杆Ⅱ；
所述稳定杆Ⅰ一端与口环定子固定相连，另一端穿过入口端盖与左轴承座固定相连；
所述稳定杆Ⅱ一端与口环定子固定相连，另一端穿过出口端盖与右轴承座固定相连。
作为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置的进一步改进：
所述与主轴驱动端轴端相连的驱动电机组件包括依次连接的驱动电机、增速器和转矩转速传感器；所述转矩转速传感器与主轴驱动端轴端通过联轴器相连；
所述增速器为增速比1:7的增速器。
作为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置的进一步改进：
所述机架包括激振器支架和安装基板；所述激振器组件的液压激振器Ⅰ和液压激振器Ⅱ均安装在激振器支架上；
所述左轴承座包括固定相连的上轴承座Ⅰ和下轴承座Ⅰ；
所述右轴承座包括固定相连的上轴承座Ⅱ和下轴承座Ⅱ；
所述下轴承座Ⅰ和下轴承座Ⅱ均固定在安装基板上；
所述激振器支架两端分别固定在上轴承座Ⅰ和上轴承座Ⅱ上。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种密封口环动静态激振力作用特性参数测试方法；
1)、通过加速度传感器Ⅰ测量口环定子相对于口环转子在x方向的加速度；通过加速度传感器Ⅱ测量口环定子相对于口环转子在y方向的加速度；
2)、通过与激振器探针Ⅰ相连的力传感器Ⅰ测量液压激振器Ⅰ在x方向的原激振力分量；通过与激振器探针Ⅱ相连的力传感器Ⅱ测量液压激振器Ⅱ在y方向的原激振力分量；
3)、通过含有两支正交放置的非接触式位移传感器的位移传感器Ⅰ测量口环定子和口环转子在x和y方向的相对位移；通过含有两支正交放置的非接触式位移传感器的位移传感器Ⅱ测量口环定子和口环转子在x和y方向的相对位移；
4)、将上述步骤1)至步骤3)所得的测量值进行特性参数计算。
本发明与现有技术相比，具有如下技术优势：
1、本发明结构简单，便于更换口环转子；将轴端端盖打开，将联轴器从主轴上卸下后，将主轴及套装在主轴上的各元件一同拉出，再更换口环转子，无需拆卸激振器支架、上轴承座Ⅰ和上轴承座Ⅱ。
2、本发明便于更换口环定子；只需将激振器支架，和位于主轴非驱动端的上轴承座Ⅱ和下轴承座Ⅱ拆卸下后，再将稳定杆从待测口环定子中取出，即可更换待测口环定子。
3、本发明不但可对待测口环密封进行动态激励力加载，也可对其进行静态加载，测试数据更系统、更全面；气动加载装置与滑轮相连，通过滑轮对向待测口环定子施加加载力，实验装置更精简、测试结果更准确。与现有技术相比，弥补了所缺失的静态加载装置所测试的参数，使测试参数更全面。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置中实验台主体装置的装配示意图；
图2为图1中口环定子17的结构示意图；(左图为口环定子17的主视示意图；右图为口环定子17右视示意图)
图3为本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置中循环管路系统的连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置，如图1-3所示，包括实验台主体装置、口环加载测量装置和循环管路系统。
如图1所示，所述实验台主体装置包括机架和主轴2，主轴2的驱动端连有驱动电机组件，主轴2中段套装有与主轴2固定相连的口环转子18；本实施例中主轴2采用阶梯轴，主轴2与口环转子18的具体连接方式为，在口环转子18的右侧设置套装在主轴2上的转子定位套筒34，在口环转子18的左侧设置止动垫片Ⅲ42和圆螺母Ⅲ43；定位套筒34的一端与主轴2上的定位轴肩抵接，另一侧与所定位的口环转子18抵接，口环转子18被圆螺母Ⅲ43夹紧在止动垫片Ⅲ42和定位套筒34之间，从而使口环转子18密封固定在主轴2上，随着主轴2的转动而转动；其中圆螺母Ⅲ43和止动垫片Ⅲ42的工作原理如下，在主轴2与圆螺母Ⅲ43的配合处，主轴2表面加工成外螺纹的形式，圆螺母Ⅲ43的内孔加工成内螺纹孔形式，工作时，将圆螺母Ⅲ43拧到口环转子18的轴向端面，同时，为了防止圆螺母Ⅲ43由于主轴2的转动而松脱，使用时止动垫片Ⅲ42装在圆螺母Ⅲ43开槽的那一侧，紧固后将内外止动耳折弯放到槽里。圆螺母Ⅲ43紧固后，分别将内外耳朵扳成轴向，分别卡在主轴2上的键槽和圆螺母Ⅲ43的开口处从而使圆螺母Ⅲ43和止动垫片Ⅲ42起到定位轴肩的作用，定位口环转子18，并令口环转子18与主轴2固定连接。
在主轴2上分别设有左轴承组件和右轴承组件；左轴承组件和右轴承组件分别位于口环转子18的左右两侧；左轴承组件由滚动轴承Ⅰ7和左轴承座组成，滚动轴承Ⅰ7与主轴2转动相连，滚动轴承Ⅰ7与左轴承座为可拆卸式固定相连；右轴承组件由滚动轴承Ⅱ24和右轴承座组成，滚动轴承Ⅱ24与主轴2转动相连，滚动轴承Ⅱ24与右轴承座为可拆卸式固定相连；在滚动轴承Ⅰ7和口环转子18之间设置紧贴滚动轴承Ⅰ7的挡油盘Ⅰ8，在滚动轴承Ⅱ24与和口环转子18之间设置紧贴滚动轴承Ⅱ24的挡油盘Ⅱ32；其中挡油盘Ⅰ8通过轴肩定位安装在滚动轴承Ⅰ7的右侧，滚动轴承Ⅰ7的左侧设置止动垫片Ⅰ5和圆螺母Ⅰ4，令挡油盘Ⅰ8紧贴滚动轴承Ⅰ7，并使挡油盘Ⅰ8和滚动轴承Ⅰ7均固定在主轴2上，此时挡油盘Ⅰ8分别与左轴承座和主轴2相密封配合(迷宫密封)；挡油盘Ⅱ32通过轴肩定位安装在滚动轴承Ⅱ24的左侧，滚动轴承Ⅱ24的右侧设置止动垫片Ⅱ26和圆螺母Ⅱ27，令挡油盘Ⅱ32紧贴滚动轴承Ⅱ24，并使挡油盘Ⅱ32和滚动轴承Ⅱ24均固定在主轴2上，此时挡油盘Ⅰ8分别与右轴承座和主轴2相密封配合(迷宫密封)；上述止动垫片Ⅰ5和圆螺母Ⅰ4，以及止动垫片Ⅱ26和圆螺母Ⅱ27的工作原理均与圆螺母Ⅲ43和止动垫片Ⅲ42的工作原理相同。滚动轴承Ⅱ24外套设有压紧套筒23，滚动轴承Ⅱ24通过压紧套筒23与右轴承座相连，压紧套筒23与滚动轴承Ⅱ24之间设有橡胶圈，用以减少工作中的振动造成的磨损。
口环转子18的外表面套装有口环定子17，其中口环定子17分别与左轴承座和右轴承座固定相连；口环转子18与口环定子17间隙配合；口环定子17是通过稳定杆组件11实现与左轴承座和右轴承座相固定连接；稳定杆组件11至少包括两个两端均设有螺纹的稳定杆，即，稳定杆Ⅰ和稳定杆Ⅱ；稳定杆Ⅰ一端与口环定子17通过螺纹相连，另一端穿过入口端盖13与左轴承座通过螺纹相连，稳定杆Ⅱ一端与口环定子17通过螺纹相连，另一端穿过出口端盖19与右轴承座通过螺纹相连，使口环定子17、入口端盖13和出口端盖19形成一个整体。本实施例中为了提高口环定子17的稳定性，稳定杆组件11采用3个，并沿周向均布。
口环转子18外表面还套装有与口环转子18间隙配合的密封组件Ⅰ和密封组件Ⅱ；其中口环定子17通过密封组件Ⅰ与左轴承座密封相连，口环定子17通过密封组件Ⅱ与右轴承座密封相连；口环转子18、密封组件Ⅰ、左轴承座和挡油盘Ⅰ8围合形成左侧腔体；口环转子18、密封组件Ⅱ、右轴承座和挡油盘Ⅱ32围合形成右侧腔体；其中左轴承座上设有与循环管路系统相连的进水口45，该进水口45与左侧腔体相连通，右轴承座上设有与循环管路系统相连的出水口30，出水口30该与右侧腔体相连通。
密封组件Ⅰ包括依次密封相连的入口端盖13、驱动端定子定位套筒12和密封圈Ⅰ10，其中入口端盖13套装在口环转子18的外表面，与口环转子18间隙配合，驱动端定子定位套筒12与左轴承座之间通过压紧密封圈Ⅰ10实现径向密封；密封组件Ⅱ包括依次密封相连的出口端盖19、非驱动端定子定位套筒20和密封圈Ⅱ21，其中出口端盖19套装在口环转子18的外表面，与口环转子18间隙配合，非驱动端定子定位套筒20与右轴承座之间通过压紧密封圈Ⅱ21实现径向密封；入口端盖13和出口端盖19均与口环定子17密封相连。
左侧腔体依次通过间隙均相同(小于1mm)的入口端盖13与口环转子18之间的间隙、口环转子18与口环定子17之间的间隙，以及出口端盖19与口环转子18之间的间隙与右侧腔体相连通。
主轴2的两端分别设有驱动端端盖3和轴端端盖29；驱动端端盖3与左轴承座的左端部密封相连；轴端端盖29与右轴承座的右端部密封相连；主轴2的驱动端轴端密封的伸出驱动端端盖3并与驱动电机组件相连，驱动电机组件包括依次连接的驱动电机、增速器和转矩转速传感器；该增速器的增速比为1:7，转矩转速传感器与主轴2驱动端轴端通过联轴器1相连。
驱动端端盖3、左轴承座和挡油盘Ⅰ8围合形成驱动端通道44；轴端端盖29、右轴承座和挡油盘Ⅱ32围合形成有非驱动端通道31，在非驱动端通道31内设有用于给主轴2施加轴向预紧力的预紧弹簧25。压紧套筒23上设有用于放置预紧弹簧25的弹簧架28，弹簧架28与压紧套筒23固定相连。预紧弹簧25的弹簧架28配合工作，用于给主轴2以及套装在主轴2上的各元件施加轴向预紧力，主轴2上的各元件包括转子定位套筒34、口环转子18、止动垫片Ⅲ42、圆螺母Ⅲ43、挡油盘Ⅰ8、滚动轴承Ⅰ7、止动垫片Ⅰ5、圆螺母Ⅰ4、挡油盘Ⅱ32、滚动轴承Ⅱ24、止动垫片Ⅱ26和圆螺母Ⅱ27等元件；由于口环定子17与口环转子18之间间隙非常小，口环转子18在运转时，口环定子17与口环转子18之间不但会产生径向流体激励力，还会产生轴向流体激励力，为了防止轴向流体激励力导致轴向转动，所以此处用预紧弹簧25来抵消轴向流体激励力。
机架包括激振器支架9和安装基板35；本实施例中激振器支架9为倒V型顶角为90°的激振器支架9；左轴承座包括通过螺栓固定相连的上轴承座Ⅰ6和下轴承座Ⅰ41；右轴承座包括通过螺栓固定相连的上轴承座Ⅱ22和下轴承座Ⅱ33；下轴承座Ⅰ41和下轴承座Ⅱ33均固定在安装基板35上；激振器支架9两端分别固定在上轴承座Ⅰ6和上轴承座Ⅱ22上；口环定子17和入口端盖13通过稳定杆Ⅰ与上轴承座Ⅰ6固定相连；口环定子17和出口端盖19通过稳定杆Ⅱ和上轴承座Ⅱ22固定相连。
口环加载测量装置包括动态加载测量装置和静态加载测量装置；动态加载测量装置包括依次连接的激振器组件14、力传感器组件15和激振器探针组件16，其中激振器组件14安装在激振器支架9上，激振器探针组件16与口环定子17相接触；激振器组件14包括两个正交放置的液压激振器Ⅰ和液压激振器Ⅱ，完成触发5000N以下的动态拉力与动态压力，频率低于1000Hz；力传感器组件15包括正交放置的力传感器Ⅰ和力传感器Ⅱ，用于测量实际发出的激振力大小；激振器探针组件16包括两支呈正交位置的激振器探针Ⅰ49和激振器探针Ⅱ47；液压激振器Ⅰ、力传感器Ⅰ和激振器探针Ⅰ49从上至下依次相连；液压激振器Ⅱ、力传感器Ⅱ和激振器探针Ⅱ47从上至下依次相连；激振器探针Ⅰ49和激振器探针Ⅱ47均与口环定子17相接触；
如图2所示，动态加载测量装置还包括正对口环转子18的位移传感器组件，以及安装在口环定子17的加速度传感器组件和用于检测水压的压力传感器48；本实施例中，压力传感器48与口环定子17的具体连接方式为，口环定子17上设有凹槽，压力传感器48插入凹槽中与口环定子17相固定，从而实现压力传感器48检测口环定子17与口环转子18间隙中所流过的水受口环转子18产生的离心力对口环定子17产生的水压的压力值；
加速度传感器组件包括位于激振器探针Ⅰ49的180°对向位置的加速度传感器Ⅰ46，以及位于激振器探针Ⅱ47的180°对向位置的加速度传感器Ⅱ50，本实施例中加速度传感器Ⅰ46和加速度传感器Ⅱ50均为压电式加速度传感器，用于测量口环定子17相对于口环转子18在x和y方向的绝对加速度，x和y的方向如图2中箭头所示。本实施例中，口环定子17上设有与压电式加速度传感器相适配的螺纹孔，压电式加速度传感器与口环定子17通过螺纹固定相连；
位移传感器组件包括安装在入口端盖13上，并正对口环转子18左侧的位移传感器Ⅰ51；以及安装在出口端盖19上，并正对口环转子右侧的位移传感器Ⅱ52；位移传感器Ⅰ51和位移传感器Ⅱ52均包括两支正交放置的非接触式位移传感器，用于检测口环定子17相对口环转子18在x和y方向的相对位移。上述两支正交放置的非接触式位移传感器测量所正对口环转子18上两个点的相对位移，并将所得数据进行平均计算，使测量结果更为准确。
静态加载测量装置包括依次相连的加载连杆36、弹簧罩37、力传感器Ⅲ40、滑轮39和气动加载装置38；加载连杆36与口环定子17相连。
气动加载装置38向口环定子17提供竖直方向的力。本实施例中气动加载装置38采用气缸，并安装在安装基板35上；口环定子17通过加载连杆36与位于口环定子17正下方的弹簧罩37相连，弹簧罩37用于加载静态载荷；加载连杆36通过弹簧罩37再与力传感器Ⅲ40连接，力传感器Ⅲ40用于测量加载的载荷；利用加载线连接力传感器Ⅲ40和滑轮39，然后将滑轮39中心直接与气动加载装置38相连，气动加载装置38通过滑轮39将静态加载力传递到弹簧罩37，最终加载到口环定子17上；静态加载测量装置弥补了现有技术中仅有动态加载测量装置使其测试的参数不全面的情况。
如图3所示，循环管路系统包括通过管道依次连接的水箱58、增压泵57、稳流罐56、绝对过滤器55、阀门54和电磁流量计53，其中电磁流量计53的出口与进水口45相连通；出水口30与水箱58的进口相接通。循环管路系统是开式循环，用于输送介质并满足测量过程中密封两端的压差要求。实验介质通过增压泵57从水箱58进入循环管路，首先实验介质通过稳流罐53减少输送过程中介质的压力脉动，然后通过绝对过滤器55去介质中的杂质，再通过电磁流量计53测量实验介质的进口流量，最终实验介质流入通过进水口45流入实验台主体装置的左侧腔体中，并流过口环定子17和口环转子18之间的间隙进入右侧腔体中，最后从出水口30重新回到水箱58中。
本发明密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置实际使用时：
1、将密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置安装完成，进行测试：
转速转矩测量：开启驱动电机，并调节驱动电机的转速，使其通过增速器后达到所需转速，此时分别与增速器和主轴2相连的转矩转速传感器开始工作，进行转速转矩测量。
激振力测量：开启激振器组件14，两个液压激振器开始工作，力传感器Ⅰ测量液压激振器Ⅰ实际发出的激振力大小，力传感器Ⅱ测量液压激振器Ⅱ实际发出的激振力大小。
口环定子17的绝对加速度测量：通过加速度传感器Ⅰ46测量口环定子17相对于口环转子18在x方向的加速度；通过加速度传感器Ⅱ50测量口环定子17相对于口环转子18在y方向的加速度。
5)口环定子17和口环转子18相对位移测量：通过含有两支正交放置的非接触式位移传感器的位移传感器Ⅰ51测量口环定子17和口环转子18在x和y方向的相对位移；通过含有两支正交放置的非接触式位移传感器的位移传感器Ⅱ52测量口环定子17和口环转子18在x和y方向的相对位移；分别将位移传感器Ⅰ51和位移传感器Ⅱ52所检测x方向的相对位移进行平均计算，y方向的相对位移进行平均计算，使测量的相对位移更为准确。
静态载荷测量：启动气动加载装置38，气动加载装置38将加载力通过滑轮39传递到弹簧罩37，最终将加载到口环定子17上；其中分别与弹簧罩37和滑轮39相连的力传感器Ⅲ40测量所加载的载荷。
实验介质的进口流量测量：循环管道系统中，实验介质在管道中通过阀门54、电磁流量计53和进水口45进入实验台主体装置(具体为口环转子18、密封组件Ⅰ、左轴承座和挡油盘Ⅰ8围合形成左侧腔体)中，此时电磁流量计53测量实验介质所进入实验台主体装置的实际流量。
压力传感器48：实验介质进入实验台主体装置的左侧腔体中后，从口环转子18与口环定子17之间的间隙流过，此时实验介质受口环转子18产生的离心力对口环定子17产生压力，压力传感器48安装在口环定子17上，用于测量所产生此处水压(即，口环转子18与口环定子17之间的间隙)的压力值。
2、测量完成后更换口环定子17和口环转子18并重复步骤1-2：
更换口环转子18：打开轴端端盖29，将联轴器1从主轴2上拆卸下来后，再将放置预紧弹簧23的弹簧架28和压紧套筒23连同主轴2整体一同拉出，此主轴2整体具体包括主轴2和与主轴2相连的各元件，即，转子定位套筒34、口环转子18、止动垫片Ⅲ42、圆螺母Ⅲ43、挡油盘Ⅰ8、滚动轴承Ⅰ7、止动垫片Ⅰ5、圆螺母Ⅰ4、挡油盘Ⅱ32、滚动轴承Ⅱ24、止动垫片Ⅱ26和圆螺母Ⅱ27等元件；操作人员将上述元件与主轴2一同拉出后拆卸口环转子18左侧的圆螺母Ⅲ43和止动垫片Ⅲ42，即可更换口环转子18，无需拆卸激振器支架9、上轴承座Ⅱ22和下轴承座Ⅱ33。更换完毕后再重新将上述元件放回原位，无需整体拆卸实验台装置。本发明与现今更换口环转子18需要将上轴承座Ⅱ22、下轴承座Ⅱ33、激振器支架9、口环定子17等设备完全拆除相比下，更换口环转子18更为方便，提高了工作效率。
更换口环定子17：将激振器支架9、上轴承座Ⅱ22和下轴承座Ⅱ33从主体实验台装置拆卸下来后，再将稳定杆组件11的稳定杆，即，与上轴承座Ⅰ6相固定的稳定杆Ⅰ，以及与上轴承座Ⅱ22相固定的稳定杆Ⅱ，均拧出口环定子17的内螺纹口，即可更换口环定子17。本发明与现今更换口环定子17时需要先将主体实验台装置完全拆除相比更为便捷，提高了工作效率，且避免了由于完全拆除主体实验台装置时对主体实验台装置中传感器较造成的损伤。
本发明还提供一种采用上述装置进行密封口环动静态激振力作用特性参数测试的方法：
1)、通过加速度传感器Ⅰ46测量口环定子17相对于口环转子18在x方向的加速度；通过加速度传感器Ⅱ50测量口环定子17相对于口环转子18在y方向的加速度；
2)、通过与激振器探针Ⅰ49相连的力传感器Ⅰ测量液压激振器Ⅰ在x方向的原激振力分量；通过与激振器探针Ⅱ47相连的力传感器Ⅱ测量液压激振器Ⅱ在y方向的原激振力分量；
3)、通过含有两支正交放置的非接触式位移传感器的位移传感器Ⅰ51测量口环定子17和口环转子18在x和y方向的相对位移；通过含有两支正交放置的非接触式位移传感器的位移传感器Ⅱ52测量口环定子17和口环转子18在x和y方向的相对位移；
4)、将上述步骤1)至步骤3)所得的测量值进行特性参数计算。测试方法如下：
fx:x方向原始激振力分量N；
fy:y方向原始激振力分量N；
Ms:定子质量kg；
ax：x方向定子加速度mm/s2；
ay：y方向定子加速度mm/s2；
kxx、kyy：直接刚度N/mm；
kxy、kyx：耦合刚度N/mm；
Cxx、Cyy：直接阻尼N/(m/s)；
Cxy、Cyx：耦合阻尼N/(m/s)；
Mxx、Myy：直接附加质量kg；
Mxy、Myx：耦合附加质量kg；
Δx：定子相对于转子x方向位移mm；
Δy：定子相对于转子y方向位移mm；
定子相对于转子x方向的速度mm/s(由公式计算得到)；
定子相对于转子y方向的速度mm/s(由公式计算得到)；
定子相对于转子x方向的加速度mm/s2(由公式计算得到)；
定子相对于转子x方向的加速度mm/s2(由公式计算得到)；
上述fx、fy是通过分别位于激振器探针Ⅰ49和激振器探针Ⅱ47末端的力传感器Ⅰ15测得的激振器组件21中两个液压激振器在x、y方向发生的原始激振力分量；ax、ay是通过加速度传感器Ⅰ46和加速度传感器Ⅱ50测得的口环定子17在x，y方向的加速度；Δx，Δy是通过位移传感器Ⅰ51和位移传感器Ⅱ52测得的口环定子17和口环转子18间的相对位移的平均值。
用激振器组件21对口环定子17相正交的两个位置进行交替振动，在正交方向(x和y)化简上式，构建2个方程和2个未知数组成的矩阵方程：
Fx：fx通过FFT(快速傅里叶变换)得到Hz；
Fy：fy通过FFT(快速傅里叶变换)得到Hz；
Ms：定子质量kg；
Ax：ax通过FFT(快速傅里叶变换)得到Hz；
Ay：ay通过FFT(快速傅里叶变换)得到Hz；
Dx：Δx通过FFT(快速傅里叶变换)得到Hz；
Dy：Δy通过FFT(快速傅里叶变换)得到Hz；
求解上述方程，可得复动态刚度矩阵Hxx、Hxy、Hyx、Hyy，用最小二乘法根据如下公式拟合动态可得待测密封口环特性系数。公式为：
Hij＝Kij-MijΩ2+j(ΩCij)
式中H为频率响应函数，K为刚度矩阵，M为附加质量矩阵，C为阻尼矩阵，下标i、j分别代表x和y，Ω代表激振频率单位是Hz，由激振控制器测得，
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：所述测试装置包括实验台主体装置、口环加载测量装置和循环管路系统；
所述实验台主体装置包括机架和与驱动电机组件相连的主轴(2)，所述主轴(2)的中段套装有与主轴(2)固定相连的口环转子(18)；在主轴(2)上分别设有左轴承组件和右轴承组件；左轴承组件和右轴承组件分别位于口环转子(18)的左右两侧；
所述左轴承组件由滚动轴承Ⅰ(7)和左轴承座组成，滚动轴承Ⅰ(7)与主轴(2)转动相连；所述左轴承座上设有与循环管路系统相连的进水口(45)；所述右轴承组件由滚动轴承Ⅱ(24)和右轴承座组成，滚动轴承Ⅱ(24)与主轴(2)转动相连；所述右轴承座上设有与循环管路系统相连的出水口(30)；在滚动轴承Ⅰ(7)和口环转子(18)之间设置紧贴滚动轴承Ⅰ(7)的挡油盘Ⅰ(8)，在滚动轴承Ⅱ(24)和口环转子(18)之间设置紧贴滚动轴承Ⅱ(24)的挡油盘Ⅱ(32)；
所述口环转子(18)的外表面套装有口环定子(17)，其中口环定子(17)分别与左轴承座和右轴承座固定相连；所述口环转子(18)与口环定子(17)间隙配合；在口环转子(18)的外表面还套装有与口环转子(18)间隙配合的密封组件Ⅰ和密封组件Ⅱ，所述口环定子(17)通过密封组件Ⅰ与左轴承座密封相连，所述口环定子(17)通过密封组件Ⅱ与右轴承座密封相连；
所述口环转子(18)、密封组件Ⅰ、左轴承座和挡油盘Ⅰ(8)围合形成左侧腔体；所述口环转子(18)、密封组件Ⅱ、右轴承座和挡油盘Ⅱ(32)围合形成右侧腔体；所述进水口(45)与左侧腔体相连通，出水口(30)与右侧腔体相连通，左侧腔体通过口环转子(18)与口环定子(17)之间的间隙与右侧腔体相连通；
所述口环加载测量装置包括动态加载测量装置和静态加载测量装置；
所述动态加载测量装置包括依次连接的激振器组件(14)、力传感器组件(15)和激振器探针组件(16)，以及位于口环定子(17)上的加速度传感器组件和正对口环转子(18)的位移传感器组件；其中激振器探针组件(16)与口环定子(17)相接触；
所述静态加载测量装置包括依次相连的加载连杆(36)、弹簧罩(37)、力传感器Ⅲ(40)、滑轮(39)和气动加载装置(38)；所述加载连杆(36)与口环定子(17)相连。
2.根据权利要求1所述的密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：
所述循环管路系统包括通过管道依次连接的水箱(58)、增压泵(57)、稳流罐(56)、绝对过滤器(55)、阀门(54)和电磁流量计(53)，电磁流量计(53)的出口与进水口(45)相连通；出水口(30)与水箱(58)的进口相接通。
3.根据权利要求1或2所述的密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：
所述动态加载测量装置还包括安装在口环定子(17)用于检测水压的压力传感器(48)；
所述激振器组件(14)包括两个正交放置的液压激振器Ⅰ和液压激振器Ⅱ，力传感器组件(15)包括两个正交放置的力传感器Ⅰ和力传感器Ⅱ，激振器探针组件(16)包括两支呈正交位置的激振器探针Ⅰ(49)和激振器探针Ⅱ(47)；
所述液压激振器Ⅰ、力传感器Ⅰ和激振器探针Ⅰ(49)从上至下依次相连；
所述液压激振器Ⅱ、力传感器Ⅱ和激振器探针Ⅱ(47)从上至下依次相连；
所述激振器探针Ⅰ(49)和激振器探针Ⅱ(47)均与口环定子(17)相接触；
所述加速度传感器组件包括位于激振器探针Ⅰ(49)180°对向位置的加速度传感器Ⅰ(46)，以及位于激振器探针Ⅱ(47)180°对向位置的加速度传感器Ⅱ(50)；所述加速度传感器Ⅰ(46)和加速度传感器Ⅱ(50)均固定在口环定子(17)上；
所述位移传感器组件包括正对口环转子左侧的位移传感器Ⅰ(51)和正对口环转子右侧的位移传感器Ⅱ(52)。
4.根据权利要求3所述的密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：
在主轴(2)的两端还分别设有驱动端端盖(3)和轴端端盖(29)；
所述驱动端端盖(3)与左轴承座的左端部密封相连；
所述轴端端盖(29)与右轴承座的右端部密封相连；
所述主轴(2)的驱动端轴端密封的伸出驱动端端盖(3)并与驱动电机组件相连；
所述驱动端端盖(3)、左轴承座和挡油盘Ⅰ(8)围合形成驱动端通道(44)；
所述轴端端盖(29)、右轴承座和挡油盘Ⅱ(32)围合形成非驱动端通道(31)，在非驱动端通道(31)内设有用于给主轴(2)施加轴向预紧力的预紧弹簧(25)。
5.根据权利要求4所述的密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：
所述滚动轴承Ⅱ(24)外套设有压紧套筒(23)，滚动轴承Ⅱ(24)通过压紧套筒(23)与右轴承座相连；
所述有压紧套筒(23)上设有用于放置预紧弹簧(25)的弹簧架(28)；所述弹簧架(28)与压紧套筒(23)固定相连。
6.根据权利要求5所述的密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：
所述密封组件Ⅰ包括依次密封相连的入口端盖(13)、驱动端定子定位套筒(12)和密封圈Ⅰ(10)；所述入口端盖(13)套装在口环转子(18)的外表面，与口环转子(18)间隙配合，密封圈Ⅰ(10)与左轴承座密封相连；
所述密封组件Ⅱ包括依次密封相连的出口端盖(19)、非驱动端定子定位套筒(20)和密封圈Ⅱ(21)；所述出口端盖(19)套装在口环转子(18)的外表面，与口环转子(18)间隙配合，密封圈Ⅱ(21)与右轴承座密封相连；
所述入口端盖(13)和出口端盖(19)均与口环定子(17)密封相连；
所述位移传感器Ⅰ(51)安装在入口端盖(13)上，位移传感器Ⅱ(52)安装在出口端盖(19)；所述位移传感器Ⅰ(51)和位移传感器Ⅱ(52)均包括两支正交放置的非接触式位移传感器。
7.根据权利要求6所述的密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：
所述口环定子(17)通过稳定杆组件(11)分别与左轴承座和右轴承座固定连接；
所述稳定杆组件(11)至少包括稳定杆Ⅰ和稳定杆Ⅱ；
所述稳定杆Ⅰ一端与口环定子(17)固定相连，另一端穿过入口端盖(13)与左轴承座固定相连；
所述稳定杆Ⅱ一端与口环定子(17)固定相连，另一端穿过出口端盖(19)与右轴承座固定相连。
8.根据权利要求7所述的密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：
所述与主轴(2)驱动端轴端相连的驱动电机组件包括依次连接的驱动电机、增速器和转矩转速传感器；所述转矩转速传感器与主轴(2)驱动端轴端通过联轴器(1)相连；
所述增速器为增速比1:7的增速器。
9.根据权利要求4-8任一所述的密封口环动静态激振力作用特性参数测试装置；其特征在于：
所述机架包括激振器支架(9)和安装基板(35)；所述激振器组件(14)的液压激振器Ⅰ和液压激振器Ⅱ均安装在激振器支架(9)上；
所述左轴承座包括固定相连的上轴承座Ⅰ(6)和下轴承座Ⅰ(41)；
所述右轴承座包括固定相连的上轴承座Ⅱ(22)和下轴承座Ⅱ(33)；
所述下轴承座Ⅰ(41)和下轴承座Ⅱ(33)均固定在安装基板(35)上；
所述激振器支架(9)两端分别固定在上轴承座Ⅰ(6)和上轴承座Ⅱ(22)上。
10.如权利要求1-9任一所述的装置进行的密封口环动静态激振力作用特性参数测试方法；其特征在于如下步骤：
1)、通过加速度传感器Ⅰ(46)测量口环定子(17)相对于口环转子(18)在x方向的加速度；通过加速度传感器Ⅱ(50)测量口环定子(17)相对于口环转子(18)在y方向的加速度；
2)、通过与激振器探针Ⅰ(49)相连的力传感器Ⅰ测量液压激振器Ⅰ在x方向的原激振力分量；通过与激振器探针Ⅱ(47)相连的力传感器Ⅱ测量液压激振器Ⅱ在y方向的原激振力分量；
3)、通过含有两支正交放置的非接触式位移传感器的位移传感器Ⅰ(51)测量口环定子(17)和口环转子(18)在x和y方向的相对位移；通过含有两支正交放置的非接触式位移传感器的位移传感器Ⅱ(52)测量口环定子(17)和口环转子(18)在x和y方向的相对位移；
4)、将上述步骤1)至步骤3)所得的测量值进行特性参数计算。
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