CN107806993B - 多工况下液体动压膜测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多工况下液体动压膜测试实验装置，包括介质槽、试样夹具和摄像头，介质槽的下端通过一透明底面封口，试样夹具通过一连接杆悬挂设置在介质槽内用于夹持试样，连接杆的上端设置加载装置，试样与透明底面之间相对转动配合，摄像头设置在透明底面下方，摄像头正对透明底面进行图像采集。本发明通过简化实验，研究波形结构的单个波形的参数，再将波形结构简化为矩形橡胶块，通过调整矩形橡胶块与相对运动之间的角度，模拟不同幅度的波形；通过对橡胶块施加载荷，模拟不同的压缩率；通过加热环可以模拟高温环境；向试验环境中通入高压气体，模拟高温环境；使用蓝宝石玻璃作为摩擦副，通过高清相机拍摄动压膜产生的过程。

Description

多工况下液体动压膜测试实验装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种多工况下液体动压膜测试实验装置。

背景技术

在现有技术中，旋转动密封件是深井设备的关键易损零部件，在深井高温高压和磨粒介质综合作用下的恶劣工况下，橡胶密封件寿命很短，而寿命较高的组合式密封密封方案一般结构复杂；一种延长橡胶密封件寿命的方法是将密封界面设计为特殊的波形结构，以加速动压膜在密封界面的形成，从而极大得减小摩擦力，降低摩擦损耗，提高密封件的使用寿命；针对特殊的波形密封件结构，进行优化参数试验，测试出不同结构参数对产生动压膜效率的影响在工程中具有重要意义，利用完整的密封件试样进行试验成本高，试样制作周期长，会极大的增加研究成本；动压膜通常难以检测，观察动压膜的形成过程对研究动压膜的形成机理具有重要意义，目前市面上的摩擦学试验机无法观测有介质情况下旋转动密封件动压膜的形成过程。

发明内容

针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种多工况下液体动压膜测试实验装置，能够模拟高温、高压、多种液体介质、不同转速条件下密封件在密封界面处液体动压膜形成过程的测试，以达到为动压密封件波形结构参数的确定提供实验依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多工况下液体动压膜测试实验装置，包括介质槽、试样夹具和摄像头，所述介质槽的下端通过一透明底面封口，所述试样夹具通过一连接杆悬挂设置在介质槽内用于夹持试样，连接杆的上端设置加载装置，所述试样与所述透明底面之间相对转动配合，摄像头设置在透明底面下方，摄像头正对透明底面进行图像采集。

优选地，所述试样夹具包括上表盘、下压板和试样槽，上表盘与连接杆下端固定连接；在上表盘上开有两条以圆点为中心呈中心对称的弧形跑道，所述试样槽下端面开有盛放试样的凹槽，在试样和凹槽槽底之间设置有压力传感器，所述试样通过下压板禁锢在凹槽内；试样槽的四个边缘均开有竖直通孔，在下压板对应位置也开有通孔，对应每个通孔装配螺栓，所述螺栓依次穿过下压板和试样槽上的通孔插入至弧形跑道内，每个弧形跑道内各插入两个螺栓，所述螺栓与弧形跑道之间螺纹连接，所述上表盘的下表面刻画有刻度盘，试样槽对应刻度盘设置有刻度指针。

优选地，所述加载装置包括水平设置于连接杆上端的砝码盘和砝码，通过调节砝码盘上砝码的数量调节载重大小。

优选地，所述试样为橡胶块，所述橡胶块具有与透明底面相互摩擦的矩形结构；在下压板上开有供所述矩形结构凸出下压板与透明底面接触的矩形通孔。

优选地，所述试样夹具与连接杆下端通过法兰连接，连接试样夹具的下法兰上开有两个位于同一条直线上的键孔，连接杆下端的上法兰对应两个键孔开有两个通孔，每一对键孔和通孔装配螺栓，通过螺栓连接上法兰和下法兰。

优选地，还包括实验台架和高压加热腔体，所述高压加热腔体固定安装在实验台架上，所述介质槽通过轴承支撑于高压加热腔体内，在高压加热腔体上方设置有端盖，端盖上开有密封孔、高压进气口和泄气口，所述连接杆上端穿出密封孔，密封孔处设置有密封块，密封块与端盖密封孔的配合间隙以及密封块与连接杆之间的配合间隙均设置有密封圈或密封垫，通过高压进气口和泄气口调节高压加热腔体内的气压，模拟高压环境。

优选地，在密封块上开有两条与供连接杆穿过的竖直通孔交叉的水平通道，两条水平通道位于同一直线上，在两条水平通道内均设置有用于限制连接杆旋转的止动杆，连接杆朝向两侧止动杆的侧壁为平面。

优选地，在高压加热腔体外侧壁上安装有加热环，所述加热环通过凸台设置于高压加热腔体外侧壁上，所述加热环的发热面正对高压加热腔体内的介质槽，通过加热换对高压加热腔体内加热，模拟高温环境。

优选地，还包括旋转空心轴，所述介质槽外侧壁上具有凸台，介质槽通过所述凸台悬挂安装在旋转空心轴上方，所述旋转空心轴通过所述轴承悬挂支撑于高压加热腔体内；高压加热腔体与旋转空心轴之间的配合间隙通过密封圈密封；所述摄像头设置于旋转空心轴内，旋转空心轴外壁上套设有从动齿轮，对应从动齿轮设置有与其啮合并驱动其转动的电机和主动齿轮。

优选地，所述摄像头通过升降装置调节与透明底面之间的距离；所述透明底面为蓝宝石玻璃；所述蓝宝石玻璃通过旋转空心轴内的台阶面和介质槽的下端开口夹持固定对介质槽下端封口，蓝宝石玻璃与介质槽下端开口和旋转空心轴内的台阶面的配合间隙均通过密封垫密封。

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：

本发明通过简化实验，研究波形结构的单个波形的参数，再将波形结构简化为矩形橡胶块，通过调整矩形橡胶块与蓝宝石玻璃摩擦副之间相对运动时的角度，模拟不同幅度的波形；通过对橡胶块施加载荷，模拟不同的压缩率；通过加热环可以模拟高温环境；向试验环境中通入高压气体，模拟高压环境；使用蓝宝石玻璃作为摩擦副，通过高清相机拍摄动压膜产生的过程。其中主要特点：

1.试样角度可调：刻度表盘能精确调节试样的角度，从而测试不同角度对动压膜形成的影响。

2.实验环境的温度、压力可调：通入高压气体调节试验环境的压力，使用加热环调节实验环境的温度。

3.动压膜形成过程观测：通过高清视频摄像机可以拍摄密封界面的实时画面，观察动压膜的形成过程。

4.多介质：介质槽内能够容纳多种介质，进行多介质环境下的旋转动密封测试实验。

附图说明

图1为本发明多工况下液体动压膜测试实验装置的结构示意图；

图2为本发明多工况下液体动压膜测试实验装置的连接杆与加载装置和试样夹具之间的装配结构示意图；

图3为本发明多工况下液体动压膜测试实验装置的试样夹具的仰视图；

图4为本发明多工况下液体动压膜测试实验装置的下法兰结构示意图；

图5为本发明多工况下液体动压膜测试实验装置的旋转空心轴与介质槽之间的装配结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种多工况下液体动压膜测试实验装置，包括介质槽1、试样夹具和摄像头2，所述介质槽1的下端通过一透明底面4封口，所述试样夹具通过一连接杆3悬挂设置在介质槽1内用于夹持试样，连接杆3的上端设置加载装置，所述试样与所述透明底面4之间相对转动配合，摄像头2设置在透明底面4下方，摄像头2正对透明底面4进行图像采集。

所述试样夹具包括上表盘5、下压板6和试样槽7，上表盘5与连接杆3下端固定连接；在上表盘5上开有两条以圆点为中心呈中心对称的弧形跑道8，所述试样槽7下端面开有盛放试样的凹槽，在试样和凹槽槽底之间设置有压力传感器10，所述试样通过下压板6禁锢在凹槽内；试样槽7的四个边缘均开有竖直通孔，在下压板6对应位置也开有通孔，对应每个通孔装配螺栓，所述螺栓依次穿过下压板6和试样槽7上的通孔插入至弧形跑道8内，每个弧形跑道8内各插入两个螺栓，所述螺栓与弧形跑道8之间螺纹连接，所述上表盘5的下表面刻画有刻度盘，试样槽7对应刻度盘设置有刻度指针9。

所述加载装置包括水平设置于连接杆3上端的砝码盘11和砝码，通过调节砝码盘11上砝码的数量调节载重大小，砝码的压力通过连接杆3传递给试样。

所述试样为橡胶块12，所述橡胶块12具有与透明底面4相互摩擦的矩形结构；在下压板6上开有供所述矩形结构凸出下压板6与透明底面4接触的矩形通孔13。而在具体实施时，为了促进介质流动，使介质被挤进橡胶块12与透明底面4之间的接触面(产生油膜润滑效果)，一般在橡胶块12朝向其转动方向的一侧加工出一斜面(即将橡胶块12的矩形结构更正为梯形结构)来产生力的作用分量。

所述试样夹具与连接杆3下端通过法兰连接，连接试样夹具的下法兰15上开有两个位于同一条直线上的键孔，连接杆3下端的上法兰14对应两个键孔开有两个通孔，每一对键孔和通孔装配螺栓，通过螺栓连接上法兰14和下法兰15，下法兰15上的键孔(滑槽16)使得下法兰15能够相对上法兰14沿滑槽16方向移动，进而调节试样的位置。

还包括实验台架17和高压加热腔体18，所述高压加热腔体18固定安装在实验台架17上，所述介质槽1通过轴承31支撑于高压加热腔体18内，在高压加热腔体18上方设置有端盖19，端盖19上开有密封孔、高压进气口20和泄气口21，所述连接杆3上端穿出密封孔，密封孔处设置有密封块22，密封块22与端盖19密封孔的配合间隙以及密封块22与连接杆3之间的配合间隙均设置有密封圈或密封垫。

在密封块22上开有两条与供连接杆3穿过的竖直通孔交叉的水平通道，两条水平通道位于同一直线上，在两条水平通道内均设置有用于限制连接杆3旋转的止动杆23，连接杆3朝向两侧止动杆23的侧壁为平面。

在高压加热腔体18外侧壁上安装有加热环，所述加热环通过凸台24设置于高压加热腔体18外侧壁上，所述加热环的发热面正对高压加热腔体18内的介质槽1。

还包括旋转空心轴26，所述介质槽1外侧壁上具有凸台25，介质槽1通过所述凸台25悬挂安装在旋转空心轴26上方，所述旋转空心轴26通过所述轴承31悬挂支撑于高压加热腔体18内；高压加热腔体18与旋转空心轴26之间的配合间隙通过密封圈密封；所述摄像头2设置于旋转空心轴26内，旋转空心轴26外壁上套设有从动齿轮30，对应从动齿轮30设置有与其啮合并驱动其转动的电机28和主动齿轮29。

所述摄像头2(高清视频摄像头)通过升降装置27(电动推杆、液压缸或气压缸等)调节与透明底面4之间的距离；所述透明底面4为蓝宝石玻璃，透过蓝宝石玻璃可以观察密封界面动压膜的形成情况；所述蓝宝石玻璃通过旋转空心轴26内的台阶面和介质槽1的下端开口夹持固定对介质槽1下端封口，蓝宝石玻璃与介质槽1下端开口和旋转空心轴26内的台阶面的配合间隙均通过密封垫密封，防止介质槽1内的介质泄漏。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多工况下液体动压膜测试实验装置，其特征在于，包括介质槽、试样夹具和摄像头，所述介质槽的下端通过一透明底面封口，所述试样夹具通过一连接杆悬挂设置在介质槽内用于夹持试样，连接杆的上端设置加载装置，所述试样与所述透明底面之间相对转动配合，摄像头设置在透明底面下方，摄像头正对透明底面进行图像采集；所述试样夹具包括上表盘、下压板和试样槽，上表盘与连接杆下端固定连接；在上表盘上开有两条以圆点为中心呈中心对称的弧形跑道，所述试样槽下端面开有盛放试样的凹槽，在试样和凹槽槽底之间设置有压力传感器，所述试样通过下压板禁锢在凹槽内；试样槽的四个边缘均开有竖直通孔，在下压板对应位置也开有通孔，对应每个通孔装配螺栓，所述螺栓依次穿过下压板和试样槽上的通孔插入至弧形跑道内，每个弧形跑道内各插入两个螺栓，所述螺栓与弧形跑道之间螺纹连接，所述上表盘的下表面刻画有刻度盘，试样槽对应刻度盘设置有刻度指针；还包括实验台架和高压加热腔体，所述高压加热腔体固定安装在实验台架上，所述介质槽通过轴承支撑于高压加热腔体内，在高压加热腔体上方设置有端盖，端盖上开有密封孔、高压进气口和泄气口，所述连接杆上端穿出密封孔，密封孔处设置有密封块，密封块与端盖密封孔的配合间隙以及密封块与连接杆之间的配合间隙均设置有密封圈或密封垫。

2.根据权利要求1所述的多工况下液体动压膜测试实验装置，其特征在于，所述加载装置包括水平设置于连接杆上端的砝码盘和砝码，通过调节砝码盘上砝码的数量调节载重大小。

3.根据权利要求1或2所述的多工况下液体动压膜测试实验装置，其特征在于，所述试样为橡胶块，所述橡胶块具有与透明底面相互摩擦的矩形结构；在下压板上开有供所述矩形结构凸出下压板与透明底面接触的矩形通孔。

4.根据权利要求1所述的多工况下液体动压膜测试实验装置，其特征在于，所述试样夹具与连接杆下端通过法兰连接，连接试样夹具的下法兰上开有两个位于同一条直线上的键孔，连接杆下端的上法兰对应两个键孔开有两个通孔，每一对键孔和通孔装配螺栓，通过螺栓连接上法兰和下法兰。

5.根据权利要求1所述的多工况下液体动压膜测试实验装置，其特征在于，在密封块上开有两条与供连接杆穿过的竖直通孔交叉的水平通道，两条水平通道位于同一直线上，在两条水平通道内均设置有用于限制连接杆旋转的止动杆，连接杆朝向两侧止动杆的侧壁为平面。

6.根据权利要求1或5所述的多工况下液体动压膜测试实验装置，其特征在于，在高压加热腔体外侧壁上安装有加热环，所述加热环通过凸台设置于高压加热腔体外侧壁上，所述加热环的发热面正对高压加热腔体内的介质槽。

7.根据权利要求1或5所述的多工况下液体动压膜测试实验装置，其特征在于，还包括旋转空心轴，所述介质槽外侧壁上具有凸台，介质槽通过所述凸台悬挂安装在旋转空心轴上方，所述旋转空心轴通过所述轴承悬挂支撑于高压加热腔体内；高压加热腔体与旋转空心轴之间的配合间隙通过密封圈密封；所述摄像头设置于旋转空心轴内，旋转空心轴外壁上套设有从动齿轮，对应从动齿轮设置有与其啮合并驱动其转动的电机和主动齿轮。

8.根据权利要求7所述的多工况下液体动压膜测试实验装置，其特征在于，所述摄像头通过升降装置调节与透明底面之间的距离；所述透明底面为蓝宝石玻璃；所述蓝宝石玻璃通过旋转空心轴内的台阶面和介质槽的下端开口夹持固定对介质槽下端封口，蓝宝石玻璃与介质槽下端开口和旋转空心轴内的台阶面的配合间隙均通过密封垫密封。