一種空化可視的多功能密封實驗裝置製造方法
2023-06-06 17:53:36
一種空化可視的多功能密封實驗裝置製造方法
【專利摘要】一種空化可視的多功能密封實驗裝置，包括實驗臺架、驅動裝置、加載裝置、測試裝置和控制器，實驗臺架上安裝多根立柱，立柱之間分別固定上支架和中支架；驅動裝置包括驅動電機、轉軸箱、轉軸、同步帶輪以及同步帶；轉軸的另一端與所述加載裝置的動環相連；加載裝置包括動環、靜環、靜環座、彈簧座、彈簧、上壓板、下壓板和絲杆，測試裝置包括上定位片、下定位片、電渦流傳感器、金屬傳力杆、側邊壓力傳感器，所述的驅動電機、電渦流傳感器、所述的側邊壓力傳感器均與所述的控制器連接。本實用新型有益效果是：可直觀觀測潤滑液膜的空化現象；準確、全面的測試各種密封性能參數；方便的調節彈簧的壓縮率；還可用於環-環試件間的摩擦磨損試驗研究。
【專利說明】一種空化可視的多功能密封實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種空化可視的多功能密封實驗裝置，屬於液體潤滑機械密封實驗裝置領域。
【背景技術】
[0002]在目前已知的傳統機械密封實驗裝置中，機械密封位於密封腔體內部，難以進行直接的觀測。而眾所周知的液體潤滑機械密封，正因為有了空化現象存在，才不致於使密封端面流體膜因為正負壓力相抵消而失去承載能力，相反地在流體動壓效應下具有的承載能力和相應的密封性能，所以通過設計一種全新的開放式實驗裝置能夠方便、直觀的觀測空化現象，以此來分析空化的產生機理和密封機理制關重要。傳統機械密封試驗裝置多適用於內流型機械密封，機械密封及密封轉軸均浸泡於密封介質之中，且密封轉軸均為懸臂梁結構，即一端安裝於軸承箱中，從而平衡主軸的軸向力，由此導致在不同軸向載荷、不同轉速條件下的測得的密封端面的摩擦扭矩包含了軸承間的摩擦扭矩和密封腔體密封介質及軸承箱內潤滑油與旋轉軸浸潤部分的粘性剪切阻力矩，此部分額外的阻力矩通過試驗標定是難以去除的，且此力矩值也隨操作工況的不同而不同，因此如何精確測量密封端面摩擦扭矩，尤其是非接觸流體動壓型機械密封的摩擦扭矩是亟需解決的問題。還有傳統的密封實驗裝置調節密封端面的間隙都是通過改變彈簧座在軸套上的位置來進行調節的，此方法每改變一次彈簧座位置就需要把整個密封腔拆卸下來進行調節，這樣既費時又費事，且由於密封間隙一般為微米級，通過人為改變彈簧座在軸套上的定位來改變密封間隙極其不準確。
【發明內容】
[0003]為解決傳統密封實驗裝置空化現象不可視、對密封性能參數測量方法不準確和不全面、不能夠方便的調節密封端面間隙等問題，本實用新型提供了一種能夠直觀、方便的觀測空化現象、準確測試各種密封性能參數的空化可視的多功能密封實驗裝置。
[0004]本實用新型所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:包括實驗臺架、驅動裝置、加載裝置、測試裝置和控制器，所述的實驗臺架上安裝多根立柱，所述的立柱之間分別固定上支架和中支架；所述的驅動裝置包括驅動電機、轉軸箱、轉軸、同步帶輪以及同步帶，所述的驅動電機和所述的轉軸箱固定在所述的上支架上，所述的轉軸安裝在所述的轉軸箱的軸承上，並且所述的轉軸的一端通過同步帶輪和同步帶與所述的驅動電機的輸出軸相連；所述的轉軸的另一端與所述加載裝置的動環相連；
[0005]所述的加載裝置包括動環、靜環、靜環座、彈簧座、彈簧、上壓板、下壓板和絲杆，所述的動環的端面與安裝在靜環座上的靜環端面接觸形成密封腔，所述的靜環端面上設置至少一個密封流體動壓槽；所述的靜環座的側面設置分別設置介質入口、介質出口，底面與彈簧的一端連接，所述的彈簧的另一端連接在位於靜環座正下方的彈簧座上；所述的彈簧座通過平面軸承與所述的上壓板固定；與上壓板匹配的下壓板位於所述的上壓板的正下方，並且所述的下壓板固定在絲杆的上端的軸承上，所述的絲杆通過螺栓固定在所述的中支架上；
[0006]所述的測試裝置包括上定位片、下定位片、電渦流傳感器、金屬傳力杆、側邊壓力傳感器，所述的上定位片、所述的下定位片分別安裝在動環和所述的靜環對應的位置，所述的電渦流傳感器安裝下定位片上；所述的彈簧座的左、右側對稱各固定一根金屬傳力杆，其中一根金屬傳力杆的自由端與安裝在立柱上的側邊壓力傳感器垂直接觸；所述的驅動電機、所述的電渦流傳感器、所述的側邊壓力傳感器均與所述的控制器連接。
[0007]所述的靜環與所述的靜環座間設有防轉銷。
[0008]所述的動環採用透明材料製成，並且所述的動環上方空間固定攝像機，所述的攝像機的攝像頭對準動環和靜環形成的密封密端面。
[0009]所述的上支架與所述的中支架均處於水平方向。
[0010]所述的實驗平臺上對稱的安裝4根立柱。
[0011 ] 所述的靜環座上開有洩漏口，所述的洩漏口通過接管與收集容器連通。
[0012]所述的靜環座和所述的靜環背面離密封端面Imm設置用於插入熱電偶的插孔。
[0013]所述的上壓板和所述的下壓板之間安裝受控於控制器的垂直壓力傳感器。
[0014]工作原理:驅動電機通過同步帶輪和同步帶帶動轉軸旋轉,驅動電機與轉軸均固定於上支架上，且轉軸安裝於軸承箱中，軸承箱的作用是支撐轉軸並將試驗時的軸向載荷傳遞到上支架上，而上支架通過四根立柱固定於實驗平臺上；轉軸下端安裝的動環在空化試驗時用於觀察潤滑液膜的空化現象；而靜環座底部通過彈簧與彈簧座相連，改變彈簧的個數可根據實驗的穩定程度和密封試驗壓力進行增減；彈簧的存在可保證動靜環端面保持時刻貼合，避免了安裝不對中帶來的環的偏擺；密封流體動壓槽開於靜環端面，使得空化區在空間上是固定的，便於觀察和研究；試驗時動靜環相對旋轉，存在摩擦扭矩，此摩擦扭矩通過防轉銷、彈簧和螺釘以及彈簧座傳遞，彈簧座固定於平面軸承上，可使組件繞中心線無阻力自由旋轉，彈簧座側邊對稱安裝的其中一根金屬傳力杆與側邊壓力傳感器接觸，從而阻礙了上述組件的旋轉，由此密封端面的摩擦扭矩與力傳感器產生的阻力矩相等，讀得力傳感器數據F並乘以力臂(側邊壓力傳感器與轉軸中軸線間的垂直距離R)，即為密封端面的摩擦扭矩M,此時M=FX R ;垂直壓力傳感器讀數為軸向載荷與垂直壓力傳感器之上所有組件的質量之和；通過調節絲槓上下位置，一方面可以對密封環試件進行更換，另一方面可調節密封軸向載荷，實現不同載荷下的密封性能試驗研究；密封端面上的溫度採用熱電偶進行測量，動靜環間的液膜厚度通過電渦流傳感器測量，洩漏率通過接漏法測量。
[0015]本實用新型有益效果是:1.本實驗裝置可直觀、方便的觀測潤滑液膜的空化現象；2.本實驗裝置能夠較準確、全面的測試各種密封性能參數(如密封端面間開啟力、摩擦扭矩，洩漏率、溫度和膜厚)；3.本實驗裝置能夠很方便的調節彈簧的壓縮率，以此來控制密封端面間的間隙，實現密封端面間的接觸或非接觸；4.本試驗裝置不僅能用於進行機械密封試驗研究，而且可用於環-環試件間的摩擦磨損試驗研究。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0017]圖2是圖1的局部結構放大圖。[0018]圖3是摩擦扭矩測試原理圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖進一步說明本實用新型
[0020]參照附圖:
[0021]本實用新型所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，包括實驗臺架1、驅動裝置2、加載裝置3、測試裝置4和控制器，所述的實驗臺架I上安裝多根立柱11，所述的立柱11之間分別固定上支架12和中支架13 ;所述的驅動裝置2包括驅動電機21、轉軸箱22、轉軸23、同步帶輪24以及同步帶25，所述的驅動電機21和所述的轉軸23箱固定在所述的上支架12上，所述的轉軸23安裝在所述的轉軸箱22的軸承221上，並且所述的轉軸23的一端通過同步帶輪24和同步帶25與所述的驅動電機21的輸出軸相連；所述的轉軸23的另一端與所述加載裝置3的動環31相連；
[0022]所述的加載裝置3包括動環31、靜環32、靜環座33、彈簧座34、彈簧35、上壓板36、下壓板37和絲杆38，所述的動環31的端面與安裝在靜環座33上的靜環32端面接觸形成密封腔，所述的靜環32端面上設置至少一個密封流體動壓槽；所述的靜環座33的側面設置分別設置介質入口 331、介質出口 332，底面與彈簧35的一端連接、所述的彈簧35的另一端連接在位於靜環座33正下方的彈簧座34上；所述的彈簧座34通過平面軸承341與所述的上壓板36固定；與上壓板36匹配的下壓板37位於所述的上壓板36的正下方，並且所述的下壓板37固定在絲杆38的上端的軸承381上，所述的絲杆38通過螺栓382固定在所述的中支架13上；
[0023]所述的測試裝置4包括上定位片41、下定位片42、電渦流傳感器43、金屬傳力杆44、側邊壓力傳感器45，所述的上定位片41、所述的下定位片42分別安裝在動環31和所述的靜環32對應的位置，所述的電渦流傳感器43安裝下定位片42上；所述的彈簧座34的左、右側對稱各焊接一根金屬傳力杆44,其中一根金屬傳力杆的自由端與安裝在立柱11上的側邊壓力傳感器45垂直接觸；所述的驅動電機21、所述的電渦流傳感器43、所述的側邊壓力傳感器45均與所述的控制器連接。
[0024]所述的靜環32與所述的靜環座33間設有防轉銷。
[0025]所述的動環31採用透明材料製成，並且所述的動環31上方空間固定攝像機311，所述的攝像機311的攝像頭對準動環31和靜環32形成的密封端面。
[0026]所述的上支架12與所述的中支架13均處於水平方向。
[0027]所述的實驗平臺I上對稱的安裝4根立柱11。
[0028]所述的靜環座33上開有洩漏口 333，所述的洩漏口 333通過接管與收集容器連通。
[0029]所述的靜環座33和所述的靜環32背面離密封端面Imm設置用於插入熱電偶334的插孔。
[0030]所述的上壓板36和所述的下壓板37之間安裝受控於控制器的垂直壓力傳感器39。
[0031]工作原理:驅動電機21通過同步帶輪24和同步帶25帶動轉軸23旋轉,驅動電機21與轉軸23均固定於上支架12上，且轉軸23安裝於軸承箱22中，軸承箱22的作用是支撐轉軸23並將試驗時的軸向載荷傳遞到上支架12上，而上支架12通過四根立柱11固定於實驗平臺I上；轉軸23下端安裝的動環31在空化試驗時用於觀察潤滑液膜的空化現象；而靜環座33底部通過彈簧35與彈簧座34相連，改變彈簧35的個數可根據實驗的穩定程度和密封試驗壓力進行增減；彈簧35的存在可保證動靜環32端面保持時刻貼合，避免了安裝不對中帶來的環的偏擺；密封流體動壓槽開於靜環32端面，使得空化區在空間上是固定的，便於觀察和研究；試驗時動靜環32相對旋轉，存在摩擦扭矩，此摩擦扭矩通過防轉銷、彈簧和螺釘以及彈簧座，彈簧座34固定於平面軸承341上，可使組件繞中心線無阻力自由旋轉，彈簧座34側邊對稱安裝的其中一根金屬傳力杆44與側邊壓力傳感器45接觸，從而阻礙了上述組件的旋轉，由此密封端面的摩擦扭矩與力傳感器產生的阻力矩相等，讀得力傳感器數據F並乘以力臂(側邊壓力傳感器與轉軸中軸線間的垂直距離R)，即為密封端面的摩擦扭矩M，此時M=FX R ;垂直壓力傳感器讀數為軸向載荷與垂直壓力傳感器之上所有組件的質量之和；通過調節絲槓38上下位置，一方面可以對密封環試件進行更換，另一方面可調節密封軸向載荷，實現不同載荷下的密封性能試驗研究；密封端面上的溫度採用熱電偶進行測量，動靜環間的液膜厚度通過電渦流傳感器測量，洩漏率通過接漏法測量。
[0032]本說明書實施例所述的內容僅僅是對實用新型構思的實現形式的列舉，本實用新型的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護範圍也包括本領域技術人員根據本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:包括實驗臺架、驅動裝置、加載裝置、測試裝置和控制器，所述的實驗臺架上安裝多根立柱，所述的立柱之間分別固定上支架和中支架；所述的驅動裝置包括驅動電機、轉軸箱、轉軸、同步帶輪以及同步帶，所述的驅動電機和所述的轉軸箱固定在所述的上支架上，所述的轉軸安裝在所述的轉軸箱的軸承上，並且所述的轉軸的一端通過同步帶輪和同步帶與所述的驅動電機的輸出軸相連；所述的轉軸的另一端與所述加載裝置的動環相連； 所述的加載裝置包括動環、靜環、靜環座、彈簧座、彈簧、上壓板、下壓板和絲杆，所述的動環的端面與安裝在靜環座上的靜環端面接觸形成密封腔，所述的靜環端面上設置至少一個密封流體動壓槽；所述的靜環座的側面設置分別設置介質入口、介質出口，底面與彈簧的一端連接，所述的彈簧的另一端連接在位於靜環座正下方的彈簧座上；所述的彈簧座通過平面軸承與所述的上壓板固定；與上壓板匹配的下壓板位於所述的上壓板的正下方，並且所述的下壓板固定在絲杆上端的軸承上，所述的絲杆通過螺栓固定在所述的中支架上； 所述的測試裝置包括上定位片、下定位片、電渦流傳感器、金屬傳力杆、側邊壓力傳感器，所述的上定位片、所述的下定位片分別安裝在動環和所述的靜環對應的位置，所述的電渦流傳感器安裝於下定位片上；所述的彈簧座的左、右側對稱各固定一根金屬傳力杆，其中一根金屬傳力杆的自由端與安裝在立柱上的側邊壓力傳感器垂直接觸；所述的驅動電機、所述的電渦流傳感器、所述的側邊壓力傳感器均與所述的控制器連接。
2.如權利要求1所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:所述的靜環與所述的靜環座間設有防轉銷。
3.如權利要求2所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:所述的動環採用透明材料製成，並且所述的動環上方空間固定攝像機，所述的攝像機的攝像頭對準動環和靜環形成的密封端面。
4.如權利要求3所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:所述的上支架與所述的中支架均處於水平方向。
5.如權利要求4所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:所述的實驗平臺上對稱的安裝4根立柱。
6.如權利要求5所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:所述的靜環座上開有洩漏口，所述的洩漏口通過接管與收集容器連通。
7.如權利要求6所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:所述的靜環座和所述的靜環背面離密封端面Imm設置用於插入熱電偶的插孔。
8.如權利要求7所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特徵在於:所述的上壓板和所述的下壓板之間安裝受控於控制器的垂直壓力傳感器。
【文檔編號】G01M13/00GK203414237SQ201320489713
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月12日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】孟祥鎧, 佘寶瑛, 沈明學, 白少先, 李紀雲, 彭旭東 申請人:浙江工業大學