CN207066677U - 模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，包括旋转唇封系统、风沙环境模拟系统和可视化监测系统，旋转唇封系统中，介质腔一端安装有唇型密封，介质腔另一端与可调速变频电机相连，中空透明轴置于介质腔中，中空透明轴一端与唇型密封唇口弹性接触，中空透明轴的另一端由固定在基座上的鞍式支座固定；风沙环境模拟系统的风沙出口位于中空透明轴一端与唇型密封的密封面，密封面位于可视化监测系统的视觉范围内。本实用新型成本低、安装方便，能够模拟风沙环境下旋转唇封的密封性能和使用寿命，更能较真实地模拟风沙侵蚀环境破坏旋转唇封的损伤过程，并可实时监测环境颗粒物侵入旋转唇封的过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模拟风沙环境下工作的旋转唇封试验技术，特别涉及实时监测环境颗粒物侵入旋转唇封的试验装置。
背景技术
密封装置是装备制造业中关键的核心零部件，往往直接决定着重大装备和主机的性能、质量和可靠性。密封一旦失效轻则造成润滑剂变质或泄漏，增加机器磨损、功耗并缩短其使用寿命，造成环境污染或设备的腐蚀，重则引起失火爆炸甚至人身安全等严重事故。旋转轴唇形密封(简称唇封)因其结构紧凑、价格低廉以及性能可靠等优点，广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工和生物制药等领域，它依靠工作压力(包括预紧力和介质压力)作用于唇部，使唇部压紧密封偶合面实现密封效果，它是防止润滑剂外泄、抵御污染物入侵的重要屏障。
旋转唇封常常暴露于外界外环境、被迫服役于风沙、扬尘及雾霾等各类沙尘环境并承受苛刻考验。实际使用表明：磨粒磨损是除安装、使用不当和胶料老化外导致橡胶密封件过早失效的主要原因之一。然而，沙尘环境下颗粒诱导旋转唇封破坏的磨损机制和失效机理、颗粒形态特性对旋转唇封密封失效的影响规律仍有待深入探究。另一方面，实现外界环境颗粒物浸入旋转唇封的实时监测和示踪可以为评价沙尘环境下服役的唇形密封提供理论依据。因此，对外界环境颗粒侵入旋转唇封的实时监测与示踪装置显得尤为重要。
目前，国内外已在唇封寿命预测和接触区油膜特性分析等方面取得了一定进展。如专利[CN103411761A]公开了一种用于研究唇封寿命的测试实验台；专利[CN103033353A]公开了一种唇封接触区油膜特性测试装置。然而，当前考察风沙环境下旋转唇封密封性能和使用寿命相关的许多工作仍亟待解决。但目前对于风沙环境下颗粒浸入旋转唇封进行密封性能试验并能实时监测与示踪颗粒运动特性的相关工作尚缺乏有效的技术手段。
发明内容
为了克服现有技术无法实现风沙环境下颗粒浸入旋转唇封进行密封性能试验的不足，本实用新型提供了一种模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，该试验装置利用风沙环境模拟系统真实模拟实际风沙环境并与可视化监测系统和数据采集与控制系统相结合，综合评估旋转唇封的密封性能和使用寿命，更能较真实地模拟风沙侵蚀环境破坏旋转唇封的损伤过程，并可实时监测环境颗粒物侵入旋转唇封的过程。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，所述试验装置包括旋转唇封系统1、风沙环境模拟系统2和可视化监测系统3，所述旋转唇封系统1包括介质腔1b、唇封1g、唇封盖板 1c、中空透明轴1f和可调速变频电机1j，所述介质腔1b一端安装有唇封1g，所述介质腔1b另一端与可调速变频电机1j相连，所述中空透明轴1f置于介质腔1b中，所述中空透明轴1f一端与唇封1g唇口弹性接触，所述中空透明轴1f的另一端由固定在基座上的鞍式支座 1i固定；
所述风沙环境模拟系统2的风沙出口位于所述中空透明轴1f一端与唇封1g的密封面，所述密封面位于所述可视化监测系统3的视觉范围内。
进一步，所述的中空透明轴1f与唇封1g、介质腔1b和可调速变频电机1j的回转中心轴在同一直线上。
再进一步，所述的风沙循环模拟系统2风沙腔2a、循环风机2b 和连通管道2c，所述风沙腔2a为半封闭结构，其开口侧与旋转唇封空气侧相通，风沙腔2a上下各开设有进风口2a1和出风口2a2，进风口2a1和出风口2a2经连通管道2c与循环风机2b相连。
所述的可视化监测系统3高速CCD相机3c、平面镜3b和聚光灯3a，所述聚光灯3a对准唇封1g最上方唇口部位，平面镜3b调整好设定角度通过改变光路保证高速CCD相机3c透过中空透明轴1f 能拍摄到聚光灯3a对准的密封面。
所述试验装置还包括数据采集与控制系统4，所述数据采集与控制系统4包括数据采集系统工控机4a和动态扭矩传感器4b，所述介质腔1b另一端经动态扭矩传感器4b与可调速变频电机1j相连；所述可调速变频电机1j和数据采集与控制系统4电连接，以实现变频电机转速和动作时间可控。
所述循环风机2b和数据采集与控制系统4电连接，以实现风沙循环模拟系统中风速和流量可控。
所述高速CCD相机和数据采集与控制系统4电连接，以实现唇封1g最上方唇口部位密封面的实时监测。
所述介质腔1b上分别钻排气孔1a和注油孔1d。
本实用新型装置所采用的沙是取至不同风沙地区，并且将不同规格的沙按一定比例进行混合。
本实用新型试验装置不但成本低、安装方便，而且能模拟风沙环境下旋转唇封的密封性能和使用寿命，更能真实地模拟风沙侵蚀环境破坏旋转唇封的损伤过程，并可实时监测环境颗粒物侵入旋转唇封的过程为旋转唇封抗沙耐磨性能测试及提高旋转唇封使用寿命具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型风沙腔的透视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详述。
参照图1和图2，一种模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，所述试验装置包括旋转唇封系统1、风沙环境模拟系统2和可视化监测系统3，所述旋转唇封系统1包括介质腔1b、唇封1g、唇封盖板1c、中空透明轴1f和可调速变频电机1j，所述介质腔1b一端安装有唇封1g，所述介质腔1b另一端与可调速变频电机 1j相连，所述中空透明轴1f置于介质腔1b中，所述中空透明轴1f 一端与唇封1g唇口弹性接触，所述中空透明轴1f的另一端由固定在基座上的鞍式支座1i固定；
所述风沙环境模拟系统2的风沙出口位于所述中空透明轴1f一端与唇封1g的密封面，所述密封面位于所述可视化监测系统3的视觉范围内。
进一步，所述的风沙循环模拟系统2风沙腔2a、循环风机2b和连通管道2c，所述风沙腔2a为半封闭结构，其开口侧与旋转唇封空气侧相通，风沙腔2a上下各开设有进风口2a1和出风口2a2，进风口 2a1和出风口2a2经连通管道2c与循环风机2b相连。
所述的可视化监测系统3高速CCD相机3c、平面镜3b和聚光灯3a，所述聚光灯3a对准唇封1g最上方唇口部位，平面镜3b调整好设定角度通过改变光路保证高速CCD相机3c透过中空透明轴1f 能拍摄到聚光灯3a对准的密封面。
所述试验装置还包括数据采集与控制系统4，所述数据采集与控制系统4包括数据采集系统工控机4a和动态扭矩传感器4b，所述介质腔1b另一端经动态扭矩传感器4b与可调速变频电机1j相连；所述可调速变频电机1j和数据采集与控制系统4电连接，以实现变频电机转速和动作时间可控。
所述循环风机2b和数据采集与控制系统4电连接，以实现风沙循环模拟系统中风速和流量可控。所述高速CCD相机和数据采集与控制系统4电连接，以实现唇封1g最上方唇口部位密封面的实时监测。
所述可调速变频电机1j机身通过螺栓固定在基座上转轴通过动态扭矩传感器4b与介质腔1b的定位槽螺栓连接以保证回转中心轴在同一直线上，中空透明轴1f被固定在基座上的鞍式支座1i固定并保证其与可调速变频电机1j介质腔1b同轴线。介质腔1b上分别钻排气孔1a和注油孔1d，旋转唇封1g以弹性接触方式安装于介质腔1b 和中空透明轴1f之间并被唇封盖板1c固定。风沙腔2a、循环风机 2b和连通管2a用于模拟实际的风沙环境。聚光灯3a平面镜3b和高速CCD相机3c分别固定在L形支架3d上，聚光灯3a对准唇封1g 最上方唇口部位，平面镜3b调整好一定角度通过改变光路保证高速 CCD相机3c透过中空透明轴1f能拍摄到聚光灯3a对准的密封面，高速CCD相机3c拍摄的信息传输到工控机4a实现可视化监测。
如图2所示，风沙腔2a外壳侧与唇封盖板1c接触部位安装毛毡密封圈2a3，风沙腔2a内壳侧与中空透明轴1f接触部分同样安装毛毡密封圈2a4，防止风沙在风沙腔2a部位泄露。
本实用新型的工作原理为：实验台安装完成后，通过注油孔1d 向介质腔1b注油空气通过排气孔1a排出，直到整个介质腔1b注满，而后密封注油孔1d和排气孔1a。打开循环风机2b模拟实际风沙环境，使风沙颗粒浸入旋转唇封1g，聚光灯3a对准唇封1g最上方唇口部位，平面镜3b调整好一定角度通过改变光路保证高速CCD相机 3c透过中空透明轴1f能拍摄到聚光灯3a对准的密封面，可调速变频电机1j通电转动，通过动态扭矩传感器4b带动介质腔1b转动。高速CCD相机和数据采集与控制系统4电连接，以实现唇封1g最上方唇口部位密封面的实时监测，拍摄的信息和动态扭矩传感器4b测量的数据传输工控机4a显示。从而达到真实地模拟风沙侵蚀环境破坏旋转唇封的损伤过程以及实时监测环境颗粒物侵入旋转唇封的过程达实验目的。
本实用新型装置实时监测颗粒进入旋转唇封时运动轨迹，利用示踪方法统计学原理通过工控机分析环境颗粒物侵入旋转唇封的过程。
综上所述，利用本实用新型试验台可以通过改变星型给料器的功率模拟实现不同风沙环境下颗粒物侵入旋转唇封，可实时监测不同环境下颗粒物侵入旋转唇封的过程，进而为在风沙环境下评估旋转唇封的密封性能和使用寿命，以及旋转唇封的结构设计提供理论依据。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举,本实用新型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,本实用新型的保护范围也包涵本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (8)
1.一种模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，其特征在于：所述试验装置包括旋转唇封系统(1)、风沙环境模拟系统(2)和可视化监测系统(3)，所述旋转唇封系统(1)包括介质腔(1b)、唇封(1g)、唇封盖板(1c)、中空透明轴(1f)和可调速变频电机(1j)，所述介质腔(1b)一端安装有唇封(1g)，所述介质腔(1b)另一端与可调速变频电机(1j)相连，所述中空透明轴(1f)置于介质腔(1b)中，所述中空透明轴(1f)一端与唇封(1g)唇口弹性接触，所述中空透明轴(1f)的另一端由固定在基座上的鞍式支座(1i)固定；
所述风沙环境模拟系统(2)的风沙出口位于所述中空透明轴(1f)一端与唇封(1g)的密封面，所述密封面位于所述可视化监测系统(3)的视觉范围内。
2.根据权利要求1所述的模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，其特征在于：所述的中空透明轴(1f)与唇封(1g)、介质腔(1b)和可调速变频电机(1j)的回转中心轴在同一直线上。
3.根据权利要求1或2所述的模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，其特征在于：所述的风沙循环模拟系统(2)包括风沙腔(2a)、循环风机(2b)和连通管道(2c)，所述风沙腔(2a)为半封闭结构，其开口侧与旋转唇封空气侧相通，风沙腔(2a)上下各开设有进风口(2a1)和出风口(2a2)，进风口(2a1)和出风口(2a2)经连通管道(2c)与循环风机(2b)相连。
4.根据权利要求1或2所述的模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，其特征在于：所述的可视化监测系统(3)包括高速CCD相机(3c)、平面镜(3b)和聚光灯(3a)，所述聚光灯(3a)对准唇封(1g)最上方唇口部位，平面镜(3b)调整好设定角度通过改变光路保证高速CCD相机(3c)透过中空透明轴(1f)能拍摄到聚光灯(3a)对准的密封面。
5.根据权利要求1或2所述的模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括数据采集与控制系统(4)，所述数据采集与控制系统(4)包括数据采集系统工控机(4a)和动态扭矩传感器(4b)，所述介质腔(1b)另一端经动态扭矩传感器(4b)与可调速变频电机(1j)相连；所述可调速变频电机(1j)和数据采集与控制系统(4)电连接，以实现变频电机转速和动作时间可控。
6.根据权利要求3所述的模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括数据采集与控制系统(4)，所述数据采集与控制系统(4)包括数据采集系统工控机(4a)和动态扭矩传感器(4b)，所述介质腔(1b)另一端经动态扭矩传感器(4b)与可调速变频电机(1j)相连；所述可调速变频电机(1j)和数据采集与控制系统(4)电连接，以实现变频电机转速和动作时间可控；所述循环风机(2b)和数据采集与控制系统(4)电连接，以实现风沙循环模拟系统中风速和流量可控。
7.根据权利要求4所述的模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括数据采集与控制系统(4)，所述数据采集与控制系统(4)包括数据采集系统工控机(4a)和动态扭矩传感器(4b)，所述介质腔(1b)另一端经动态扭矩传感器(4b)与可调速变频电机(1j)相连；所述可调速变频电机(1j)和数据采集与控制系统(4)电连接，以实现变频电机转速和动作时间可控；所述高速CCD相机和数据采集与控制系统(4)电连接，以实现唇封(1g)最上方唇口部位密封面的实时监测。
8.根据权利要求1或2所述的模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，其特征在于：所述介质腔(1b)上分别钻排气孔(1a)和注油孔(1d)。
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