CN109708823B - 一种用于旋转密封结构测试的试验装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于旋转密封结构测试的试验装置及测试方法，装置包括数据采集单元和试验测试单元，所述试验测试单元包括试验台，试验台设置冷媒储存罐和旋转密封组件，两者通过第一管道连接，所述旋转密封组件连接电动机，所述第一管道内设置第一流量计，所述旋转密封组件采用3D打印制得，由第一组件和第二组件两部分组成，两者通过第二管道连接，所述第二管道内设置第二流量计，所述第一流量计与第二流量计均与数据采集单元连接，所述第一流量计与第二流量计的差值为旋转密封组件的气体泄漏量，本发明试验成本低且试验形式简单灵活，试验方法正确合理。
Description
技术领域
本发明涉及超导电机领域，具体涉及一种用于旋转密封结构测试的试验装置及测试方法。
背景技术
在超导电机中，将冷氦气从静止的制冷机集成装置传输至旋转的转子，需要一种旋转密封结构，旋转密封结构的密封效果直接影响到超导电机的总体性能，是超导电机的一个关键设备。针对现有超导电机多采用的非接触式旋转密封-迷宫密封结构，对其密封性能进行泄露特性的研究十分必要。
专利CN103148998A公开了一种车用旋转密封环实验装置，其技术方案是，它用于测试密封环的性能，它包括：驱动电机、泵、过滤器、油箱、溢流阀、压力传感器A、流量计、扭矩传感器、变频驱动电机、进油套、配油套、压力传感器B、温度传感器、散热冷却装置和用于固定所述进油套的箱体。该发明虽然能真实模拟旋转密封环实际工作环境，并能通过调速、调压、控温等手段提供多种不同工况，但不能试验密封间隙和密封结构对密封环性能的影响，且装置结构复杂，成本高，操作不便。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于旋转密封结构测试的试验装置及测试方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于旋转密封结构测试的试验装置，包括数据采集单元和试验测试单元，所述试验测试单元包括试验台，试验台设置冷媒储存罐和旋转密封组件，两者通过第一管道连接，所述旋转密封组件连接电动机，所述第一管道内设置第一流量计，所述旋转密封组件采用3D打印制得，由第一组件和第二组件两部分组成，两者通过第二管道连接，所述第二管道内设置第二流量计，所述第一流量计与第二流量计均与数据采集单元连接，所述第一流量计与第二流量计的差值为旋转密封组件的气体泄漏量。
所述第一组件包括静止元件和旋转元件，旋转元件套装于静止元件里，两者之间存在间隙。
所述旋转元件表面设有凸齿，所述旋转元件表面的凸齿的齿形为梯形、弧形、三角形或长方形中的一种。
所述第一管道内设有第一电磁阀和减压阀，减压阀设置在冷媒储存罐的出口。
所述第一组件的入口与冷媒储存罐相连，第二组件的出口与大气相通，所述第二管道在第二流量计的后部设有用于调节压力的第二电磁阀，所述第一电磁阀、减压阀和第二电磁阀均与数据采集单元连接，通过电磁阀调节压力，在两侧形成压差，可用于模拟超导电机中电机内部压降。
所述第一流量计和第二流量计为单向测量的流量计。
所述数据采集单元包括依次连接的计算机、数据采集器和压力传感器，所述压力传感器设置在旋转密封组件上。
所述冷媒储存罐储存常温氮气或常温空气。
一种用于旋转密封结构测试的试验装置的测试方法，根据测试需要，通过3D打印制得待测的旋转密封组件，将其安装到所述试验装置中，启动电动机，打开冷媒储存罐，通过数据采集单元采集第一流量计与第二流量计流量数据，以第一流量计与第二流量计的差值作为旋转密封组件的气体泄漏量。
本发明试验设计并搭建一套基于3D打印技术的旋转密封试验装置，对旋转密封结构的泄漏特性进行研究。为降低试验成本和丰富试验的普遍性，针对迷宫密封试验模型采用3D打印技术，达到试验模型对精度的要求并且试验成本较低，试验冷媒将采用常温氮气或者空气代替低温氦气。通过改变旋转密封结构的压降、转速、密封间隙、齿厚、齿高、齿形等因素，研究这些因素分别对密封结构泄露特性的影响，并与数值模拟结果进行对比，找出旋转密封泄漏特性与影响因素之间的关系。最后根据流体力学雷诺相似性原理，推算出低温氦气下旋转密封组件的泄露特性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明搭建的基于3D打印技术的旋转密封试验平台，试验成本低且试验形式简单灵活，试验方法正确合理，对旋转密封结构的泄漏特性的研究有较强的指导意义，并可对超导电机旋转密封组件的设计提供的丰富的试验数据和指导方法。
具体来说，具有以下有益效果：
1、旋转密封组件采用3D打印技术制作而成，精度可达0.1mm，满足试验对于精度的要求，同时相比现有旋转密封试验平台大多通过工厂加工制作而成，大大降低成本，且灵活性好，加工时间短；
2、试验装置简单，易于搭建，试验成本低且试验形式简单灵活；
3、利用流量计差值的方式确定泄漏量，并将数据实时传输至数据采集单元，便于及时了解泄漏情况，大大提高测试的精度；
4、通过电磁阀调节压力，在两侧形成压差，可用于模拟超导电机中电机内部压降。
附图说明
图1为本发明基一种于3D打印技术的旋转密封结构试验装置的结构示意图；
图2为旋转密封组件的第一组件的结构示意图；
图3为旋转密封组件的结构示意图；
图4为旋转元件的梯形齿形结构示意图；
图5为旋转元件的弧形齿形结构示意图；
图6为旋转元件的三角形齿形结构示意图；
图7为旋转元件的长方形齿形结构示意图；
图8为本发明基一种于3D打印技术的旋转密封结构试验装置流体仿真图；
图中：1-计算机；2-数据采集器；3-压力传感器；401-第一组件；402-第二组件；501-第一流量计；502-第二流量计；601-第一电磁阀；602-第二电磁阀；7-减压阀；8-冷媒储存罐；9-试验台；10-电动机；11-静止元件；12-旋转元件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1-7所示，一种用于旋转密封结构测试的试验装置，包括数据采集单元和试验测试单元，试验测试单元包括试验台9，试验台9内设置冷媒储存罐8和旋转密封组件，两者通过第一管道连接，所述旋转密封组件采用3D打印，包括第一组件401和第二组件402，第一组件401的入口与冷媒储存罐8相连，第二组件402的出口与大气相通，两者通过第二管道连接。旋转密封两段式目的其一就是为了测量泄漏量，两段式具体结构见图3，第二电磁阀602可调节压力，在两侧形成压差，用于模拟超导电机中电机内部压降，压降的数值对泄漏量有很大的影响。电机内部结构对旋转密封的影响因素主要是压差，而电机内部结构形式对旋转密封的密封性能影响不大，所以无论是在计算机模拟中还是在试验模型中电机内部结构都不需要建模，通过采用压差的方式代替，大大简化试验装置。第一组件包括静止元件11和旋转元件12，旋转元件12对称套装于静止元件11里，两者之间存在间隙，旋转元件12表面设有凸齿，根据测试需要，设置不同的齿厚、齿高和齿形，凸齿的齿形选自梯形、弧形、三角形或长方形中的一种，每个旋转密封组件的装配接口都一致。静止元件11的出口端为直径逐渐缩小的锥形，由直径依次缩小的多个台阶管段组成，后接直径大于最细台阶管道的圆筒管段。
数据采集单元包括计算机1、数据采集器2和压力传感器3，计算机1与数据采集器2通过数据线相连，数据采集器2与压力传感器3通过电缆相连，各压力传感器3的压力接口与旋转密封组件上的各监测点相连。
第一管道上设置第一流量计501、第一电磁阀601和减压阀7，第二管道上设置第二流量计502和第二电磁阀602，减压阀7设置在冷媒储存罐8的出口，第一电磁阀601、减压阀7和第二电磁阀602均与数据采集单元连接。第一流量计501和第二流量计502是单向测量的流量计。冷媒储存罐8储存常温氮气或常温空气，并与数据采集器连接。试验测试单元还包括电动机10，与旋转密封组件相连，调节旋转元件12的转速。此装置可探究不同压降、流量、转速、旋转密封组件的结构对泄露特性的影响。
如图8所示，所述的迷宫密封组件在试验气体下的流体仿真结果，其测定的结果与仿真计算结果进行对比；根据流体力学雷诺相似性原理：
替换不同气体物性参数，推算出低温氦气下旋转密封组件的泄露特性。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于旋转密封结构测试的试验装置，其特征在于，包括数据采集单元和试验测试单元，所述试验测试单元包括试验台(9)，试验台(9)设有冷媒储存罐(8)和旋转密封组件，两者通过第一管道连接，所述旋转密封组件连接电动机(10)，所述第一管道内设置第一流量计(501)，所述旋转密封组件采用3D打印制得，由第一组件(401)和第二组件(402)两部分组成，两者通过第二管道连接，所述第二管道内设置第二流量计(502)，所述第一流量计(501)与第二流量计(502)均与数据采集单元连接，所述第一流量计(501)与第二流量计(502)的差值为旋转密封组件的气体泄漏量；
所述第一组件包括静止元件(11)和旋转元件(12)，旋转元件(12)套装于静止元件(11)里，两者之间存在间隙，所述第一组件(401)的入口与冷媒储存罐(8)相连，第二组件(402)的出口与大气相通。
2.根据权利要求1所述的一种用于旋转密封结构测试的试验装置，其特征在于，所述旋转元件(12)表面设有凸齿，所述旋转元件(12)表面凸齿的齿形为梯形、弧形、三角形或长方形中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于旋转密封结构测试的试验装置，其特征在于，所述第一管道内设有第一电磁阀(601)和减压阀(7)，减压阀(7)设置在冷媒储存罐(8)的出口。
4.根据权利要求3所述的一种用于旋转密封结构测试的试验装置，其特征在于，所述第二管道在第二流量计(502)的后部设有用于调节压力的第二电磁阀(602)，所述第一电磁阀(601)、减压阀(7)和第二电磁阀(602)均与数据采集单元连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于旋转密封结构测试的试验装置，其特征在于，所述第一流量计(501)和第二流量计(502)为单向测量的流量计。
6.根据权利要求1所述的一种用于旋转密封结构测试的试验装置，其特征在于，所述数据采集单元包括依次连接的计算机(1)、数据采集器(2)和压力传感器(3)，所述压力传感器(3)设置在旋转密封组件上。
7.根据权利要求1所述的一种用于旋转密封结构测试的试验装置，其特征在于，所述冷媒储存罐(8)储存常温氮气或常温空气。
8.如权利要求1所述的一种用于旋转密封结构测试的试验装置的测试方法，其特征在于，根据测试需要，通过3D打印制得待测的旋转密封组件，将其安装到所述试验装置中，启动电动机(10)，打开冷媒储存罐(8)，通过数据采集单元采集第一流量计(501)与第二流量计(502)流量数据，以第一流量计(501)与第二流量计(502)的差值作为旋转密封组件的气体泄漏量。
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