CN113447214A - 一种密封腔泄漏量动态测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种密封腔泄漏量动态测量装置，包括密封腔、活塞式平衡缸、气源装置和监控测量系统；密封腔包括呈左右设置的第二密封腔和第一密封腔，第一密封腔和第二密封腔之间连接有泄漏通道；活塞式平衡缸包括平衡缸腔体，平衡缸腔体内设有第一平衡腔和第二平衡腔，第一平衡腔与第一密封腔通过短管连通，第二平衡腔通过管路与气源装置连接；监控测量系统包括压力变送器组、控制阀、位移测量装置和工控机。本发明还提供一种密封腔泄漏量动态测量装置的测量方法。本发明结构简单，测量方法重复性好，利用活塞位移与压力变化的关系精确测得任意时间段内密封腔的泄漏量，避免压力变化以致密封腔泄漏速率不均的问题，使泄漏量测量结果更加精确。

Description

一种密封腔泄漏量动态测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种密封腔泄漏量动态测量装置及方法。

背景技术

泄漏量是衡量密封系统性能好坏的重要参数，泄漏量的精准实时测量对密封系统性能评估与状态监测至关重要。

对于常规密封腔，泄漏液体便于直接收集与测量，可通过直接测量液体体积或流量计法得到液体的泄漏量；而对于在某些极端、恶劣环境下应用的密封结构，密封腔两侧均为承压液体(或多相介质)，当一侧带压介质向另一种带压介质一侧发生泄漏时，泄漏液体往往混入其中难以收集，同时伴随有腔体两侧压力的动态变化与平衡，泄漏量测量存在较大难度，现有常用密封腔泄漏测量技术并不适用，且测量结果缺乏实时性与准确性。

因此，如何提供一种使用方便、测量准确性高、能够适用于复杂承压工况及介质条件的密封腔泄漏量动态测量装置及方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种密封腔泄漏量动态测量装置及方法。

本发明的第一个方面提供一种密封腔泄漏量动态测量装置，包括密封腔、活塞式平衡缸、气源装置和监控测量系统；

所述密封腔包括呈左右设置的第二密封腔和第一密封腔，且第一密封腔的内部压力高于第二密封腔的内部压力；第一密封腔和第二密封腔之间连接有泄漏通道，泄漏通道可开启或关闭；当泄漏通道开启时，第一密封腔内的介质经泄漏通道向第二密封腔流通；

所述活塞式平衡缸包括轴线沿左右方向延伸的平衡缸腔体，平衡缸腔体的侧壁设有对活塞进行限位的限位台阶，限位台阶具有朝左的台阶面；限位台阶的左侧为第一平衡腔，限位台阶的右侧为第二平衡腔，其中，第一平衡腔与第一密封腔通过短管连通，第二平衡腔通过管路与气源装置连接，气源装置向第二平衡腔输送带压气体；

所述第一平衡腔内设有活塞和活塞杆，活塞抵在台阶面上；活塞杆水平设置在第一平衡腔内，活塞杆的一端与活塞连接，另一端从第一平衡腔左端穿出与端盖连接，端盖所在平面垂直于活塞杆的轴线；活塞杆与第一平衡腔左端之间的间隙、活塞与第一平衡腔侧壁之间的间隙均设有O型密封圈组；

所述监控测量系统包括压力变送器组、控制阀、位移测量装置和工控机；压力变送器组包括第一压力变送器和第二压力变送器，第一压力变送器安装于短管上，采集第一密封腔和第一平衡腔的实时压力；第二压力变送器安装于管路上，采集第二平衡腔的实时压力；所述控制阀安装于管路上，实时调整第二密封腔的气体压力；所述位移测量装置包括数显千分表和支架，数显千分表由支架水平固定，数显千分表的测头与端盖的中心始终接触；所述压力变送器组、控制阀、位移测量装置分别与工控机电连接，工控机实时接收和处理压力变送器组的压力信号和位移测量装置的位移信号，输出对应信号并反馈调节控制阀的开度。

进一步，所述O型密封圈组包括活塞密封圈组和活塞杆密封圈组，活塞密封圈组、活塞杆密封圈组均包括两个均匀布置的O型密封圈；所述活塞密封圈组与活塞过盈配合，所述活塞杆密封圈组与活塞杆过盈配合。

本发明的第二个方面提供一种密封腔泄漏量动态测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1，在初始状态下，泄漏通道为关闭状态，密封腔为零泄漏状态，第一密封腔、第一平衡腔和短管中充满试验介质一，第二密封腔中充满试验介质二，第一密封腔内部初始压力p_1i高于第二密封腔内部初始压力p_2i；

S2，启动气源装置，工控机控制控制阀全开，气体由气源装置提供并经管路充入第二平衡腔，工控机实时监测记录第一压力变送器和第二压力变送器的压力信号，当第一压力变送器的压力p₃和第二压力变送器的压力p₄均等于p_1i时，工控机控制控制阀关闭，活塞式平衡缸两侧第一平衡腔和第二平衡腔处于压力平衡状态，此时将数显千分表调零；

S3，开启泄漏通道，开始密封腔泄漏量的动态测量；受密封腔两侧初始压差影响，第一密封腔内的试验介质一经泄漏通道向第二密封腔泄漏，第一密封腔和第一平衡腔的压力降低，活塞式平衡缸的活塞向左移动；工控机监测到第一压力变送器的压力p₃<p_1i，反馈调节控制阀的开度恢复供气，以实时调整第二平衡腔的压力p₂，活塞式平衡缸的活塞继续向左移动，使第一压力变送器的压力p₃快速恢复至p_1i，保证在测量泄漏量期间第一密封腔和第一平衡腔压力趋于平稳；测量时上述稳压过程不断循环进行，数显千分表实时记录活塞的位移S，并将位移数据传给工控机；

S4，测量周期结束后，关闭泄漏通道、气源装置和控制阀；已知活塞式平衡缸的内径D和活塞杆的外径d，根据所测活塞实时位移S可得到任意测量时间段(t₁～t₂)内密封腔试验介质一的泄漏量Q，计算公式为：

若再次测量某时间段内密封腔的实时泄漏量，重复以上步骤即可。

本发明的有益效果是：

(1)密封腔泄漏量动态测量装置结构简单，使用及拆装灵活方便，测量方法重复性好，通过将密封腔与活塞式平衡缸相连，在测量过程中保持密封腔与活塞式平衡缸压力动态平衡，巧妙利用活塞位移与压力变化的关系精确测得任意时间段内密封腔的泄漏量。

(2)由气源装置为活塞式平衡缸提供带压气体作为辅助测量介质，利用气体的可压缩性对介质泄漏造成的活塞两侧压力失衡状况进行自适应调节，有效提高活塞在平衡缸中运动的灵敏度，并及时补压维持密封腔两侧的压差稳定性。

(3)采用集成化监控测量系统实时监测并记录密封腔和活塞式平衡缸的压力以及活塞位移，同时反馈控制气源装置对活塞式平衡缸的供气量，动态调整活塞式压力缸两侧压力平衡，保证密封腔压差基本恒定，避免压力变化以致密封腔泄漏速率不均的问题，使泄漏量测量结果更加精确。

附图说明

图1为本发明密封腔泄漏量动态测量装置的结构示意图。

图2a～2c为本发明密封腔泄漏量动态测量方法的原理示意图，其中，图2a中t＝0时刻，图2b中t＝t₁时刻，图2c中t＝t₂时刻。

附图标记说明：1、密封腔；11、第一密封腔；12、第二密封腔；13、泄漏通道；2、活塞式平衡缸；21、平衡缸腔体；211、第一平衡腔；212、第二平衡腔；22、活塞；23、O型密封圈组；231、活塞密封圈组；232、活塞杆密封圈组；24、活塞杆；25、端盖；3、气源装置；4、监控测量系统；41、工控机；42、压力变送器组；421、第一压力变送器；422、第二压力变送器；43、控制阀；44、位移测量装置；441、数显千分表；442、支架；5、测头；6、短管；7、管路。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，本发明的第一个实施例提供一种密封腔泄漏量动态测量装置，包括密封腔1、活塞式平衡缸2、气源装置3和监控测量系统4；

所述密封腔1包括呈左右设置的第二密封腔12和第一密封腔11，且第一密封腔11的内部压力高于第二密封腔12的内部压力；第一密封腔11和第二密封腔12之间连接有泄漏通道13，泄漏通道13可开启或关闭；当泄漏通道13开启时，第一密封腔11内的介质经泄漏通道13向第二密封腔12流通；

所述活塞式平衡缸2包括轴线沿左右方向延伸的平衡缸腔体21，平衡缸腔体21的侧壁设有对活塞22进行限位的限位台阶，限位台阶具有朝左的台阶面；限位台阶的左侧为第一平衡腔211，限位台阶的右侧为第二平衡腔212，其中，第一平衡腔211与第一密封腔11通过短管6连通，第二平衡腔212通过管路7与气源装置3连接，气源装置3向第二平衡腔212输送带压气体；

所述第一平衡腔211内设有活塞22和活塞杆24，活塞22抵在台阶面上；活塞杆24水平设置在第一平衡腔211内，活塞杆24的一端与活塞22连接，另一端从第一平衡腔211左端穿出与端盖25连接，使活塞22和端盖25的运动保持一致，端盖25所在平面垂直于活塞杆24的轴线；活塞杆24与第一平衡腔211左端之间的间隙、活塞22与第一平衡腔211侧壁之间的间隙均设有O型密封圈组23；O型密封圈组23包括活塞密封圈组231和活塞杆密封圈组232，活塞密封圈组231、活塞杆密封圈组232均包括两个均匀布置的O型密封圈；所述活塞密封圈组231与活塞22过盈配合，所述活塞杆密封圈组232与活塞杆24过盈配合。

所述监控测量系统4包括压力变送器组42、控制阀43、位移测量装置44和工控机41；压力变送器组42包括第一压力变送器421和第二压力变送器422，第一压力变送器421安装于短管6上，采集第一密封腔11和第一平衡腔211的实时压力；第二压力变送器422安装于管路7上，采集第二平衡腔212的实时压力；所述控制阀43安装于管路7上，实时调整第二密封腔212的气体压力；所述位移测量装置44包括数显千分表441和支架442，数显千分表441由支架442水平固定，数显千分表441的测头5与端盖25的中心始终接触；所述压力变送器组42、控制阀43、位移测量装置44分别与工控机41电连接，工控机41实时接收和处理压力变送器组42的压力信号和位移测量装置44的位移信号，输出对应信号并反馈调节控制阀43的开度。

本发明的第二个实施例提供一种密封腔泄漏量动态测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1，在初始状态下，泄漏通道13为关闭状态，密封腔1为零泄漏状态，第一密封腔11、第一平衡腔211和短管6中充满试验介质一，第二密封腔12中充满试验介质二，第一密封腔11内部初始压力p_1i高于第二密封腔12内部初始压力p_2i；

S2，启动气源装置3，工控机41控制控制阀43全开，气体由气源装置3提供并经管路7充入第二平衡腔212，工控机41实时监测记录第一压力变送器421和第二压力变送器422的压力信号，当第一压力变送器421的压力p₃和第二压力变送器422的压力p₄均等于p_1i时，工控机41控制控制阀43关闭，活塞式平衡缸2两侧第一平衡腔211和第二平衡腔212处于压力平衡状态，此时将数显千分表441调零；

S3，开启泄漏通道13，开始密封腔1泄漏量的动态测量；受密封腔两侧初始压差影响，第一密封腔11内的试验介质一经泄漏通道13向第二密封腔12泄漏，第一密封腔11和第一平衡腔211的压力降低，活塞式平衡缸2的活塞22向左移动；工控机41监测到第一压力变送器421的压力p₃<p_1i，反馈调节控制阀43的开度恢复供气，以实时调整第二平衡腔212的压力p₂，活塞式平衡缸2的活塞22继续向左移动，使第一压力变送器421的压力p₃快速恢复至p_1i，保证在测量泄漏量期间第一密封腔11和第一平衡腔211压力趋于平稳；测量时上述稳压过程不断循环进行，数显千分表441实时记录活塞22的位移S，并将位移数据传给工控机41；

S4，测量周期结束后，关闭泄漏通道13、气源装置3和控制阀43；已知活塞式平衡缸2的内径D和活塞杆24的外径d，根据所测活塞22实时位移S可得到任意测量时间段t₁～t₂内密封腔试验介质一的泄漏量Q，计算公式为：

若再次测量某时间段内密封腔的实时泄漏量，重复以上步骤即可。

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及于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 (3)

1.一种密封腔泄漏量动态测量装置，其特征在于：包括密封腔(1)、活塞式平衡缸(2)、气源装置(3)和监控测量系统(4)；

所述密封腔(1)包括呈左右设置的第二密封腔(12)和第一密封腔(11)，且第一密封腔(11)的内部压力高于第二密封腔(12)的内部压力；第一密封腔(11)和第二密封腔(12)之间连接有泄漏通道(13)，泄漏通道(13)可开启或关闭；当泄漏通道(13)开启时，第一密封腔(11)内的介质经泄漏通道(13)向第二密封腔(12)流通；

所述活塞式平衡缸(2)包括轴线沿左右方向延伸的平衡缸腔体(21)，平衡缸腔体(21)的侧壁设有对活塞(22)进行限位的限位台阶，限位台阶具有朝左的台阶面；限位台阶的左侧为第一平衡腔(211)，限位台阶的右侧为第二平衡腔(212)，其中，第一平衡腔(211)与第一密封腔(11)通过短管(6)连通，第二平衡腔(212)通过管路(7)与气源装置(3)连接，气源装置(3)向第二平衡腔(212)输送带压气体；

所述第一平衡腔(211)内设有活塞(22)和活塞杆(24)，活塞(22)抵在台阶面上；活塞杆(24)水平设置在第一平衡腔(211)内，活塞杆(24)的一端与活塞(22)连接，另一端从第一平衡腔(211)左端穿出与端盖(25)连接，端盖(25)所在平面垂直于活塞杆(24)的轴线；活塞杆(24)与第一平衡腔(211)左端之间的间隙、活塞(22)与第一平衡腔(211)侧壁之间的间隙均设有O型密封圈组(23)；

所述监控测量系统(4)包括压力变送器组(42)、控制阀(43)、位移测量装置(44)和工控机(41)；压力变送器组(42)包括第一压力变送器(421)和第二压力变送器(422)，第一压力变送器(421)安装于短管(6)上，采集第一密封腔(11)和第一平衡腔(211)的实时压力；第二压力变送器(422)安装于管路(7)上，采集第二平衡腔(212)的实时压力；所述控制阀(43)安装于管路(7)上，实时调整第二密封腔(212)的气体压力；所述位移测量装置(44)包括数显千分表(441)和支架(442)，数显千分表(441)由支架(442)水平固定，数显千分表(441)的测头(5)与端盖(25)的中心始终接触；所述压力变送器组(42)、控制阀(43)、位移测量装置(44)分别与工控机(41)电连接，工控机(41)实时接收和处理压力变送器组(42)的压力信号和位移测量装置(44)的位移信号，输出对应信号并反馈调节控制阀(43)的开度。

2.如权利要求1所述的一种密封腔泄漏量动态测量装置，其特征在于：所述O型密封圈组(23)包括活塞密封圈组(231)和活塞杆密封圈组(232)，活塞密封圈组(231)、活塞杆密封圈组(232)均包括两个均匀布置的O型密封圈；所述活塞密封圈组(231)与活塞(22)过盈配合，所述活塞杆密封圈组(232)与活塞杆(24)过盈配合。

3.如权利要求1-2任一项所述的一种密封腔泄漏量动态测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在初始状态下，泄漏通道(13)为关闭状态，密封腔(1)为零泄漏状态，第一密封腔(11)、第一平衡腔(211)和短管(6)中充满试验介质一，第二密封腔(12)中充满试验介质二，第一密封腔(11)内部初始压力p_1i高于第二密封腔(12)内部初始压力p_2i；

S2，启动气源装置(3)，工控机(41)控制控制阀(43)全开，气体由气源装置(3)提供并经管路(7)充入第二平衡腔(212)，工控机(41)实时监测记录第一压力变送器(421)和第二压力变送器(422)的压力信号，当第一压力变送器(421)的压力p₃和第二压力变送器(422)的压力p₄均等于p_1i时，工控机(41)控制控制阀(43)关闭，活塞式平衡缸(2)两侧第一平衡腔(211)和第二平衡腔(212)处于压力平衡状态，此时将数显千分表(441)调零；

S3，开启泄漏通道(13)，开始密封腔(1)泄漏量的动态测量；受密封腔两侧初始压差影响，第一密封腔(11)内的试验介质一经泄漏通道(13)向第二密封腔(12)泄漏，第一密封腔(11)和第一平衡腔(211)的压力降低，活塞式平衡缸(2)的活塞(22)向左移动；工控机(41)监测到第一压力变送器(421)的压力p₃<p_1i，反馈调节控制阀(43)的开度恢复供气，以实时调整第二平衡腔(212)的压力p₂，活塞式平衡缸(2)的活塞(22)继续向左移动，使第一压力变送器(421)的压力p₃快速恢复至p_1i，保证在测量泄漏量期间第一密封腔(11)和第一平衡腔(211)压力趋于平稳；测量时上述稳压过程不断循环进行，数显千分表(441)实时记录活塞(22)的位移S，并将位移数据传给工控机(41)；

S4，测量周期结束后，关闭泄漏通道(13)、气源装置(3)和控制阀(43)；已知活塞式平衡缸(2)的内径D和活塞杆(24)的外径d，根据所测活塞(22)实时位移S可得到任意测量时间段(t₁～t₂)内密封腔试验介质一的泄漏量Q，计算公式为：

若再次测量某时间段内密封腔的实时泄漏量，重复以上步骤即可。

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