CN114965071A - 一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置，包括：固定框架；试验密封组件，所述试验密封组件设置在所述固定框架上，用于形成气膜；轴向力加载组件，所述轴向力加载组件设置在所述试验密封组件和所述固定框架之间，用于对所述试验密封组件施加轴向力；偏转力矩加载组件，所述偏转力矩加载组件设置在所述试验密封组件上方，用于对所述试验密封组件施加偏转力；密封间隙测试组件，所述密封间隙测试组件用于检测所述气膜分别在所述轴向力加载组件工作下的密封间隙值和在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状，从而分别计算得到干气密封的轴向气膜刚度值和角向气膜刚度值。

Description

一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置

技术领域

本申请涉及密封测试装置技术领域，尤其涉及一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置。

背景技术

干气密封通过在密封环端面上开设各种动静压型槽，在旋转时通过流体动静压效应将气体泵入密封间隙，在密封端面之间形成一层微米级厚度的气膜，从而保持非接触运行，延长密封使用寿命，且因其非接触运行、低泄漏和长使用寿命等优异特性而在离心泵、压缩机和搅拌釜等旋转设备中得到广泛应用。干气密封在运行过程中，不可避免地会受到来自转轴的轴向或角向扰动力和扰动位移等扰动。在轴向扰动力作用下，干气密封气膜厚度会整体增大或减小，其轴向气膜刚度越大，在相同轴向扰动力作用下引起的膜厚变化越小。在角向偏转力矩作用下，干气密封间隙会出现非对称偏斜，其角向气膜刚度越大，在相同角向偏转力矩作用下引起的膜厚偏角越小。由此可见，干气密封较大的轴向和角向气膜刚度是保证其在受到外界扰动力条件下仍能保持气膜厚度稳定的关键。在低速搅拌釜等旋转设备中，因其细长搅拌轴在搅拌过程中易出现角向偏摆，对安装于其轴端的干气密封会产生角向偏转力矩，故搅拌设备轴端干气密封的角向气膜刚度特性十分重要。

目前公开文献中已有关于气体推力轴承和干气密封气膜刚度的测试方法及其装置的报道。在现有的干气密封气膜刚度测试装置中，通过加载砝码、调节密封静环背压或改变弹簧压缩量等方式以实现密封补偿环所受闭合力的微调，并对应测出动静环端面之间的气膜厚度变化，进而获得干气密封轴向气膜刚度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

上述装置只能实现密封补偿环所受闭合力的整体增大或减小，无法构造周向不均匀作用力以形成偏转力矩；另一方面，一般也只测试密封端面单点的密封间隙值，无法实现对整体密封间隙形状的测试，故其只能实现干气密封轴向气膜刚度的测试，而无法用于干气密封角向气膜刚度的测试。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置，以解决相关技术中存在的无法构造周向不均匀作用力以实现角向气膜刚度的技术问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置，包括：

固定框架；

试验密封组件，所述试验密封组件设置在所述固定框架中，用于形成气膜；

轴向力加载组件，所述轴向力加载组件设置在所述试验密封组件上方，用于对所述试验密封组件施加轴向力；

偏转力矩加载组件，所述偏转力矩加载组件设置在所述试验密封组件上方，用于对所述试验密封组件施加偏转力；

密封间隙测试组件，所述密封间隙测试组件用于检测所述气膜分别在所述轴向力加载组件工作下的密封间隙值和在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状，从而分别计算得到干气密封的轴向气膜刚度值和角向气膜刚度值。

进一步地，所述固定框架包括下面板和上面板，所述下面板和上面板之间有一密封腔体，所述试验密封组件、轴向力加载组件和偏转力矩加载组件均设置在所述密封腔体内，所述偏转力矩加载组件的上端伸出所述密封腔体并固定在所述上面板的上方。

进一步地，所述试验密封组件包括：

配对环，所述配对环设置在所述试验密封环的下方，用于设置所述密封间隙测试组件；

试验密封环座，所述试验密封环座设置在所述固定框架中；

试验密封环，所述试验密封环设置在所述试验密封环座上，所述配对环和所述试验密封环在带压气体介质下形成微米级气膜。

进一步地，所述试验密封环为端面开设微米级浅槽的动压型密封环。

进一步地，所述试验密封环为静压型密封环，所述试验密封环的端面上开有周向均布的节流孔，所述试验密封环的背面上开有周向均布的通气孔，所述节流孔与所述通气孔一一对应连通。

进一步地，所述轴向力加载组件包括：

调压腔体，所述调压腔体的底面设置有调压腔下板，所述调压腔下板与所述调压腔体紧密配合，用于通过改变所述调压腔体的腔内气压对所述试验密封组件施加轴向力；

测力传感器，所述测力传感器用于检测所述气膜的承载力。

进一步地，所述偏转力矩加载组件包括若干施力杆和与所述施力杆一一对应的施力杆腔体，所述施力杆的下端固定在所述试验密封环座上，所述施力杆的上端与所述施力杆腔体紧密配合，所述施力杆腔体内充满了压力可调的带压气体，用于通过改变所述施力杆腔体的腔内气压对所述试验密封组件施加偏转力。

进一步地，所述偏转力矩加载组件包括：

若干施力杆，所述施力杆的下端固定在所述试验密封环座上；

配重件，所述配重件设置于所述施力杆的上端，用于改变任意所述施力杆的轴向作用力，从而对所述试验密封组件施加偏转力。

进一步地，所述密封间隙测试组件包括：

若干金属感应片，所述金属感应片固定在所述试验密封组件的下方；

与所述金属感应片一一对应的第一位移传感器，所述第一位移传感器的探头对准所述金属感应片的下端面，用于检测所述气膜在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状，从而计算得到干气密封角向气膜刚度值；

金属夹持座，所述金属夹持座安装在所述试验密封组件的中心；

第二位移传感器，所述第二位移传感器的探头对准所述金属夹持座的下端面，用于检测所述气膜在所述轴向力加载组件工作下的密封间隙值，从而计算得到干气密封的轴向气膜刚度值。

进一步地，通过在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状计算得到干气密封的角向气膜刚度值的过程包括：

获取所述偏转力矩加载组件工作下的轴向作用力；

根据所述轴向作用力，计算在水平轴线x,y轴的偏转力矩；

根据所述密封间隙形状，计算给定截面上的密封间隙偏角，其中所述给定截面为所述气膜在所述轴向作用力下的倾斜面；

根据所述偏转力矩和密封间隙偏角，绘制所述给定截面上“偏转力矩值-密封间隙偏角”散点图；

根据所述散点图，通过数值拟合和求导处理得到不同密封间隙偏角条件下的角向气膜刚度值。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本申请通过偏转力矩加载组件和轴向力加载组件，可对试验密封施加不同的轴向作用力和角向偏转力矩，以模拟干气密封实际运行过程中所受到的轴向和角向扰动力作用，通过密封间隙测试组件检测所述气膜分别在所述轴向力加载组件工作下的密封间隙值和在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状，从而分别计算得到干气密封的轴向气膜刚度值和角向气膜刚度值。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置(试验密封环为动压型密封环)的剖视图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置(试验密封环为静压型密封环)的剖视图。

图3是根据一示例性实施例示出的动压型密封试验环的三维结构示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的静压型密封试验环的三维结构示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的气压加载的轴向力加载组件和偏转力矩加载组件的结构示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的试验密封环座上端面轴向受力示意图。

图7是根据一示例性实施例示出的密封副之间不同位置处密封间隙的示意图。

图8是根据一示例性实施例示出的试验密封环的轴向受力分析图。

图9是根据一示例性实施例示出的砝码加载的一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置的剖视图。

图10是根据一示例性实施例示出的配对环及密封间隙测试组件三维结构示意图。

图中的附图标记包括：

1、固定框架；11、下面板；12、上面板；13、密封腔体；2、试验密封组件；21、试验密封环；211、节流孔；212、通气孔；213、微米级浅槽；22、试验密封环座；221、第一辅助密封圈；222、第二辅助密封圈；23、配对环；24、金属夹持座；3、密封间隙测试组件； 31、第一位移传感器；32、金属感应片；33、第二位移传感器；34、金属夹持座；4、轴向力加载组件；41、测力传感器；42、调压腔体；43、调压腔下板；44、第三辅助密封圈；5、偏转力矩加载组件；51、施力杆；52、施力杆腔体；53、第四辅助密封圈；54、砝码。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

名词解释：

干气密封轴向气膜刚度：轴向扰动力与其对应引起的密封间隙变化量比值的绝对值，是表征干气密封抵抗轴向扰动力的性能参数。

干气密封角向气膜刚度：某一作用面上角向偏转力矩与其对应引起的密封间隙偏角比值的绝对值，是表征干气密封抵抗角向偏转力矩能力的性能参数。

图1是根据一示例性实施例示出的动压型干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置剖视图，

图2是根据一示例性实施例示出的静压型干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置剖视图，如图1和图2所示，该装置可以包括固定框架1、试验密封组件2、轴向力加载组件4、偏转力矩加载组件5及密封间隙测试组件3，所述试验密封组件2设置在所述固定框架1中，用于形成气膜；所述轴向力加载组件4设置在所述试验密封组件2上方，用于对所述试验密封组件2施加轴向力；所述偏转力矩加载组件5设置在所述试验密封组件2上方，用于对所述试验密封组件2施加偏转力；所述密封间隙测试组件3用于检测所述气膜分别在所述轴向力加载组件4工作下的密封间隙值和在所述偏转力矩加载组件5工作下的密封间隙形状，从而分别计算得到干气密封的轴向气膜刚度值和角向气膜刚度值。

由上述实施例可知，本申请通过偏转力矩加载组件5和轴向力加载组件4，可对试验密封施加不同的轴向作用力和角向偏转力矩，以模拟干气密封实际运行过程中所受到的轴向和角向扰动力作用，通过密封间隙测试组件3检测所述气膜分别在所述轴向力加载组件4工作下的密封间隙值和在所述偏转力矩加载组件5工作下的密封间隙形状，从而分别计算得到干气密封的轴向气膜刚度值和角向气膜刚度值。

具体地，所述固定框架1可以包括下面板11和上面板12，所述下面板11和上面板12之间有一密封腔体13，所述试验密封组件2、轴向力加载组件4和偏转力矩加载组件5均设置在所述密封腔体13内，所述偏转力矩加载组件5的上端伸出所述密封腔体13并固定在所述上面板12的上方。

在具体实施中，密封腔体13通过紧固螺钉固定在上面板12的下方，上面板12通过支撑柱固定于下面板11上方。

具体地，所述试验密封组件2可以包括配对环23、试验密封环座22、试验密封环21，所述配对环23设置在所述试验密封环21的下方，用于设置所述密封间隙测试组件3；所述试验密封环座22设置在所述固定框架1中；所述试验密封环21设置在所述试验密封环座22上，所述配对环23和所述试验密封环21在带压气体介质下形成微米级气膜。

在具体实施中，试验密封环21固定安装于试验密封环座22内，试验密封环21与配对环 23组成一对密封副，试验密封环21端面与配对环23端面之间具有一层流体膜而实现非接触。

在一实施例中，如图3所示，所述试验密封环21可以为端面开设微米级浅槽213的动压型密封环，为了在密封副外径侧构造出封闭的介质压力腔，在密封腔体13与配对环23之间设有第一辅助密封圈221，在试验密封环座22与密封腔体13之间设有第二辅助密封圈222。可以通过改变上面板12在支撑立柱上的位置以调控密封腔体13的高度，进而改变第一辅助密封圈221的压缩量。

在另一实施例中，所述试验密封环21可以为静压型密封环，所述试验密封环21的端面上开有周向均布的节流孔211，所述试验密封环21的背面上开有周向均布的通气孔212，所述节流孔211与所述通气孔212一一对应连通。

参照图4，试验密封环21为静压型密封环，试验密封环21端面开设有周向均布的节流孔211，试验密封环21背面开设有周向均布的通气孔212，节流孔211与通气孔212一一对应连通。试验密封环21的背部设有节流气腔，该节流气腔通过试验密封环座22和密封腔体13上的通孔与外界气体管路相连通。

具体地，所述轴向力加载组件4可以包括调压腔体42、测力传感器41，所述调压腔体 42的底面设置有调压腔下板43，所述调压腔下板43与所述调压腔体42紧密配合，用于通过改变所述调压腔体42的腔内气压对所述试验密封组件2施加轴向力；所述测力传感器41用于检测所述气膜的承载力。

在具体实施中，如图5所示，轴向力加载组件4从上至下依次包括测力传感器41、调压腔体42和调压腔下板43，测力传感器41为环形测力传感器41，测力传感器41的上端面与上面板12的下端面相接触，调压腔下板43下端面与试验密封环座22上端面相接触，调压腔体42与调压腔下板43之间设有第三辅助密封圈44以构成封闭压力腔，调压腔体42上设有与外界气体管路相连通的进气口，通过改变调压腔体42内气体压力可实现对密封间隙的整体调节，通过气压调控试验密封组件2所受轴向力具有调节方便、轴向载荷均匀的优势。第三辅助密封圈44设置于调压腔体42与调压腔下板43之间的柱面间隙中，如此可不妨碍配对环23和试验密封环21端面之间的间隙变化。

在一实施例中，所述偏转力矩加载组件5可以包括若干施力杆51和与所述施力杆51一一对应的施力杆腔体52，所述施力杆51的下端固定在所述试验密封环座22上，所述施力杆 51的上端与所述施力杆腔体52紧密配合，所述施力杆腔体52内充满了压力可调的带压气体，用于通过改变所述施力杆腔体52的腔内气压对所述试验密封组件2施加偏转力。

在具体实施中，如图5所示，气压加载的偏转力矩加载组件5包括施力杆51、施力杆腔体52，3个周向均匀分布的施力杆腔体52通过螺钉固定于上面板12上方，施力杆腔体52上设有与外界气体管路相连通的进气口，且3个施力杆腔体52内的气压可独立调节；施力杆51的下端固定于试验密封环座22上，施力杆51的上端伸入施力杆腔体52内部，且施力杆腔体52与施力杆51之间设有第四辅助密封圈53以构造封闭压力腔，气体压力作用于施力杆51上端面。通过调节3个施力杆腔体52内的气体压力实现对试验密封环21和试验密封环座22侧向转矩的控制，且气压调节方法简便，能实现连续调节。

参照图6、7和8，试验密封环座22上方受到来自于调压腔体42内的气压作用力F1，而在半径为r1的圆周处沿周向均匀分布有3个施力杆51，其受到来自于施力杆腔体52内的气压作用力F21、F22和F23，测力传感器41的读数为F3，第二辅助密封圈222与第三辅助密封圈44的摩擦力分别为Ff1和Ff2，调压腔体42的重力为G1，试验密封环21、试验密封环座22、调压腔下板43的重力合为G2，密封间隙内气膜承载力(也称为密封开启力)为Fo。以测力传感器41为受力对象，气压作用力F1＝F3+G1±Ff2；以试验密封环21、试验密封环座 22和调压腔下板43为受力对象，气压作用力F1＝Fo-G1-F21-F22-F23±Ff1；联立上述两个式子，则可在测试过程中根据各作用力计算获得密封开启力Fo。

由试验密封环21和配对环23组成的一对密封副，其密封环中心处的密封间隙h0通过固定于配对环23中心的第二位移传感器33测出，在半径为r2的圆周处沿周向均匀分布有3个固定于配对环23上的第一位移传感器31，其测出的密封间隙值分别为h1、h2和h3，通过h1、h2和h3这三个密封间隙值可确定出整体的密封间隙形状，进而获得其在任意截面处的密封间隙偏角。

在另一实施例中，所述偏转力矩加载组件5可以包括若干施力杆51、配重件，所述施力杆51的下端固定在所述试验密封环座22上；所述配重件设置于所述施力杆51的上端，用于改变任意所述施力杆51的轴向作用力，从而对所述试验密封组件2施加偏转力。参照图9，砝码加载的偏转力矩加载组件5包括施力杆51、砝码54，作为作用力加载的砝码54置于施力杆51的上方。通过改变砝码54重量以实现对试验密封环21和试验密封环座22侧向转矩的控制。需要说明的是，以上仅给出一种配重件的示例，具体配重件是选取可根据实际情况自行设定，只需确认配重件的质量即可，该设定为本领域常规手段。

具体地，所述密封间隙测试组件3可以包括若干金属感应片32、与所述金属感应片32 一一对应的第一位移传感器31、金属夹持座24、第二位移传感器33，所述金属感应片32固定在所述试验密封组件2的下方；所述第一位移传感器31的探头对准所述金属感应片32的下端面，用于检测所述气膜在所述偏转力矩加载组件5工作下的密封间隙形状，从而计算得到干气密封角向气膜刚度值；所述金属夹持座24安装在所述试验密封组件2的中心；所述第二位移传感器33的探头对准所述金属夹持座24的下端面，用于检测所述气膜在所述轴向力加载组件4工作下的密封间隙值，从而计算得到干气密封的轴向气膜刚度值。

在具体实施中，如图10所示，密封间隙测试组件3包括3个固定于配对环23上并沿其周向均匀分布的第一位移传感器31和固定于试验密封环座22下方的金属感应片32，其中第一位移传感器31为电涡流传感器，第一位移传感器31的探头对准金属感应片32下端面，用于监测在不同轴向力条件下密封间隙形状变化；在配对环23中心安装有1个第二位移传感器 33，其中第二位移传感器33为电涡流传感器，试验密封环21中心安装有金属夹持座24，第二位移传感器33的探头对准金属夹持座24下端面中心，用于监测密封副之间中心处的密封间隙。为了避免介质压力腔内带压介质沿着第一位移传感器31与配对环23安装螺纹处泄漏，一般需在第一位移传感器31的安装螺纹处做密封处理，如缠绕生料带或用密封胶。

需要说明的是，以上仅给出一种密封间隙测试组件3的示例，具体第一位移传感器31的数量可根据实际情况自行设定，该设定为本领域常规手段。第一位移传感器31的数量应大于等于3个，以确定密封间隙平面，考虑到装置空间大小和传感器成本，一般选取3个。

具体地，通过在所述偏转力矩加载组件5工作下的密封间隙形状计算得到干气密封的角向气膜刚度值的过程可以包括：

步骤S11：获取所述偏转力矩加载组件5工作下的轴向作用力；

具体地，在偏转力矩加载组件5包括施力杆51和施力杆腔体52的实施例中，在外部引入气体前安装调压阀可以控制施力杆腔体52内部气体压力，根据公式F＝P*S，即可得到轴向作用力F。其中P为施力杆腔体52内部气体压力，S为受压面积；在偏转力矩加载组件5包括施力杆51和配重件的实施例中，通过在施力杆51上方施加不同质量的配重件，进而改变施力杆51轴向作用力F，根据公式F＝m*g，即可计算得到轴向作用力F，其中m为配重件的质量。

步骤S12：根据所述轴向作用力，计算在水平轴线x,y轴的偏转力矩；

具体地，轴向作用力F在上述中以求出，由于施力杆51是周向均匀分布的，可以容易的求出力臂R，根据公式M＝F*R，即可得到水平轴线x,y轴的偏转力矩M。

步骤S13：根据所述密封间隙形状，计算给定截面上的密封间隙偏角，其中所述给定截面为所述气膜在所述轴向作用力下的倾斜面；

具体地，根据三点确定一个平面，使用3个第一位移传感器31得到密封间隙形状，其与之前未施加偏转力矩时的水平密封间隙之间的夹角即为密封间隙偏角。

步骤S14：根据所述偏转力矩和密封间隙偏角，绘制所述给定截面上“偏转力矩值-密封间隙偏角”散点图；

具体地，将所得数据绘制在以密封间隙偏角为横坐标，偏转力矩为纵坐标的直角坐标系中，即可得到“偏转力矩值-密封间隙偏角”散点图。

步骤S15：根据所述散点图，通过数值拟合和求导处理得到不同密封间隙偏角条件下的角向气膜刚度值；

具体地，得到上述的散点图后，通过数据分析软件进行数据拟合并求导后即可得到角向气膜刚度值。

本发明的工作原理是：

作为干气密封副之一且位于上部的试验密封环21受到多个轴向作用力：调压腔内带压介质作用于调压腔下板43上端面的作用力，该作用力可在计及调压腔体42与调压腔下板43之间第三辅助密封圈44摩擦力基础上通过位于调压腔体42上方的测力传感器41测出，且改变调压腔内介质压力可实现对试验密封环21所受轴向力的整体调控；偏转力矩加载组件5中多个周向分布的施力杆51作用于试验密封环座22上的轴向作用力，该作用力可根据施力杆51 上方加载砝码54重量或气压值计算获得，且改变周向不同位置施力杆51上方的轴向作用力值可实现偏转力矩的调控；试验密封环座22与密封腔体13之间第二辅助密封圈222摩擦力，该数值可预先标定获得；试验密封环21、试验密封环座22及位于其上方的轴向力加载组件4 和偏转力矩加载组件5的重力，该重力值可在试验前预先称重获得。由此可见，通过改变调压腔内的气体压力值和改变周向不同位置施力杆51上方的作用力可分别实现试验密封环21 所受整体轴向力和偏转力矩的调控。位于下部的配对环23作为干气密封的另一密封副，其周向不同位置安装有多个第一位移传感器31，中心安装有一个第二位移传感器33，通过多个第一位移传感器31和安装于试验密封环座22下方的金属感应片32可实现密封间隙形状的测试，通过中心第二位移传感器33和安装于试验密封环21中心的金属夹持座24可实现密封间隙值的测试。

当本发明用于干气密封轴向气膜刚度测试时，首先通过微调调压腔内的气体介质压力以实现试验密封环21所受轴向力的改变，基于测力传感器41读数可获得密封开启力数值，通过第二位移传感器33对应测出此时的密封间隙值，以密封间隙为横坐标，以密封开启力为纵坐标获得“开启力-密封间隙”的散点图，进一步通过数值拟合和求导处理可获得不同密封间隙条件下的轴向气膜刚度值。

当本发明用于干气密封角向气膜刚度测试时，在保证调压腔内气压不变的前提下，改变任意一个施力杆51上方的轴向作用力值，计算出此时在给定截面上试验密封环21所受偏转力矩值，再通过3个周向均布的第一位移传感器31测出此时的密封间隙形状，进而计算出同一截面上密封间隙偏角，以密封间隙偏角为横坐标，以偏转力矩为纵坐标获得给定截面上“偏转力矩-密封间隙偏角”的散点图，进一步通过数值拟合和求导处理可获得不同密封间隙偏角条件下的角向气膜刚度值。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置，其特征在于，包括：

固定框架；

试验密封组件，所述试验密封组件设置在所述固定框架中，用于形成气膜；

轴向力加载组件，所述轴向力加载组件设置在所述试验密封组件上方，用于对所述试验密封组件施加轴向力；

偏转力矩加载组件，所述偏转力矩加载组件设置在所述试验密封组件上方，用于对所述试验密封组件施加偏转力；

密封间隙测试组件，所述密封间隙测试组件用于检测所述气膜分别在所述轴向力加载组件工作下的密封间隙值和在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状，从而分别计算得到干气密封的轴向气膜刚度值和角向气膜刚度值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定框架包括下面板和上面板，所述下面板和上面板之间有一密封腔体，所述试验密封组件、轴向力加载组件和偏转力矩加载组件均设置在所述密封腔体内，所述偏转力矩加载组件的上端伸出所述密封腔体并固定在所述上面板的上方。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验密封组件包括：

配对环，所述配对环设置在所述试验密封环的下方，用于设置所述密封间隙测试组件；

试验密封环座，所述试验密封环座设置在所述固定框架中；

试验密封环，所述试验密封环设置在所述试验密封环座上，所述配对环和所述试验密封环在带压气体介质下形成微米级气膜。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述试验密封环为端面开设微米级浅槽的动压型密封环。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述试验密封环为静压型密封环，所述试验密封环的端面上开有周向均布的节流孔，所述试验密封环的背面上开有周向均布的通气孔，所述节流孔与所述通气孔一一对应连通。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴向力加载组件包括：

调压腔体，所述调压腔体的底面设置有调压腔下板，所述调压腔下板与所述调压腔体紧密配合，用于通过改变所述调压腔体的腔内气压对所述试验密封组件施加轴向力；

测力传感器，所述测力传感器用于检测所述气膜的承载力。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏转力矩加载组件包括若干施力杆和与所述施力杆一一对应的施力杆腔体，所述施力杆的下端固定在所述试验密封环座上，所述施力杆的上端与所述施力杆腔体紧密配合，所述施力杆腔体内充满了压力可调的带压气体，用于通过改变所述施力杆腔体的腔内气压对所述试验密封组件施加偏转力。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏转力矩加载组件包括：

若干施力杆，所述施力杆的下端固定在所述试验密封环座上；

配重件，所述配重件设置于所述施力杆的上端，用于改变任意所述施力杆的轴向作用力，从而对所述试验密封组件施加偏转力。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封间隙测试组件包括：

若干金属感应片，所述金属感应片固定在所述试验密封组件的下方；

与所述金属感应片一一对应的第一位移传感器，所述第一位移传感器的探头对准所述金属感应片的下端面，用于检测所述气膜在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状，从而计算得到干气密封角向气膜刚度值；

金属夹持座，所述金属夹持座安装在所述试验密封组件的中心；

第二位移传感器，所述第二位移传感器的探头对准所述金属夹持座的下端面，用于检测所述气膜在所述轴向力加载组件工作下的密封间隙值，从而计算得到干气密封的轴向气膜刚度值。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状计算得到干气密封的角向气膜刚度值的过程包括：

获取所述偏转力矩加载组件工作下的轴向作用力；

根据所述轴向作用力，计算在水平轴线x,y轴的偏转力矩；

根据所述密封间隙形状，计算给定截面上的密封间隙偏角，其中所述给定截面为所述气膜在所述轴向作用力下的倾斜面；

根据所述偏转力矩和密封间隙偏角，绘制所述给定截面上“偏转力矩值-密封间隙偏角”散点图；

根据所述散点图，通过数值拟合和求导处理得到不同密封间隙偏角条件下的角向气膜刚度值。

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