專利名稱：一種氣體密封實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及氣體端面機械密封實驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于檢測各類氣體端面密封的端面氣體泄漏率和氣膜厚度的密封實驗裝置。
背景技術(shù)：
機械密封是防止旋轉(zhuǎn)式流體機械軸端泄漏的主要手段，其中干式氣體端面密封由于具有功耗低、工作壽命較長、泄漏量小甚至零泄漏等突出優(yōu)點，在石化、天然氣等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣，是大型壓縮機和特殊介質(zhì)泵等旋轉(zhuǎn)式流體機械軸端密封的首選形式，在反應(yīng)釜上應(yīng)用也越來越廣泛。隨著干氣密封的廣泛應(yīng)用，形成統(tǒng)一的干氣密封優(yōu)化設(shè)計準則就顯得尤為重要，但是到目前為止尚沒有公開文獻系統(tǒng)闡述干氣密封的統(tǒng)一設(shè)計理論與方法，這不僅形成了干氣密封設(shè)計理論的盲區(qū)，而且不利于干氣密封新產(chǎn)品的開發(fā)，在一定程度上阻礙了干氣密封的發(fā)展和應(yīng)用。在設(shè)計理論不完善的情況下，通過實驗的方法進行干氣密封的性能研究和產(chǎn)品開發(fā)是一條十分有效的途徑，這對理論研究結(jié)果的驗證、密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和產(chǎn)品的小試具有重要意義。泄漏率和端面氣膜厚度是反映干氣密封性能的兩個重要參數(shù)。目前干氣密封泄漏率的測量基本上是采用在實驗密封的靜環(huán)側(cè)增加一個腔體用于收集泄漏氣體然后再測量氣體流量的方法，使用這種測量方法測量氣體泄漏率時，氣體要先充滿收集泄漏氣體的腔體，然后流量計才可以測量到，這樣對泄漏量的測量就有一定的時間延遲，影響密封啟動階段泄漏率的測量。電渦流傳感器由于靈敏度高、可以實現(xiàn)非電觸測量等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于氣體密封實驗裝置中氣膜厚度的測量。由于電渦流傳感器的作用對象必須是金屬導體，這就大大限制了非金屬材料密封端面氣膜厚度的測量，同時被測表面的面積應(yīng)該大于電渦流傳感器直徑的I. 83倍，當密封環(huán)較窄時其使用也受到限制。目前常見的電渦流傳感器的安裝方法是在靜環(huán)上打孔，將電渦流傳感器裝在孔內(nèi)，如果打通孔則會影響端面工作狀態(tài)，如果打盲孔則電渦流傳感器與動環(huán)端面間的密封環(huán)材料將會影大大影響傳感器的靈敏度。另外由于密封面存在一定的周向波度，這種安裝方法會使測量的結(jié)果包含有周向波度，端面氣膜厚度為微米級與表面粗糙度為同一數(shù)量級，而表面波度大于粗糙度，故測量結(jié)果存在較大誤差。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有氣密封泄漏率和氣膜厚度的測量設(shè)備的上述不足，降低由于設(shè)計不當造成的經(jīng)濟損失，本實用新型提供一種可在線測量各類氣體端面密封的端面氣體泄漏率和氣膜厚度、氣體泄漏率的測量方法簡單易行、動態(tài)響應(yīng)好、氣膜厚度的測量不受密封環(huán)材質(zhì)、端面寬度和密封環(huán)面波度的影響的氣體密封實驗裝置。本實用新型所采用的技術(shù)方案是、[0008]一種氣體密封實驗裝置，包括密封腔、驅(qū)動系統(tǒng)、供氣回路和測試系統(tǒng)，其特征在于所述密封腔通過螺釘豎直固定在支架上，所述密封腔包含位于密封腔上部的實驗密封和位于密封腔下部的輔助密封，實驗密封動環(huán)和輔助密封動環(huán)均安裝在動環(huán)座上，動環(huán)座通過緊定螺釘固定在軸套上，所述實驗密封靜環(huán)通過銷釘與端蓋相連，端蓋通過螺釘與密封腔連接在一起，所述輔助密封靜環(huán)通過銷釘與密封腔相連，所述密封腔上設(shè)置有進氣口和出氣口，所述密封腔上安裝有防護罩；所述驅(qū)動系統(tǒng)包括電機、聯(lián)軸器、軸承箱、轉(zhuǎn)軸，所述電機通過螺釘固定在支架上，所述電機和所述轉(zhuǎn)軸通過所述的聯(lián)軸器相連，所述軸承箱通過轉(zhuǎn)軸設(shè)置在聯(lián)軸器上方 ；所述供氣回路包括壓縮機、氣壓管、調(diào)壓閥，所述壓縮機通過氣壓管與密封腔的進氣口相連，所述氣壓管上設(shè)置有所述調(diào)壓閥；所述的測試系統(tǒng)包括電渦流傳感器、動環(huán)定位片、流量計和壓力傳感器，所述電渦流傳感器和流量計均安裝于所述實驗密封靜環(huán)上，所述動環(huán)定位片安裝在實驗密封動環(huán)上，所述壓力傳感器與所述密封腔相連。進一步，本實用新型所述的測試系統(tǒng)還包括計算機，所述計算機與所述驅(qū)動系統(tǒng)中的電機相連。本實用新型所述實驗密封的密封靜環(huán)上裝有上靜環(huán)定位片和下靜環(huán)定位片，所述上靜環(huán)定位片和下靜環(huán)定位片通過螺釘相連，與實驗密封靜環(huán)固定在一起，所述上靜環(huán)定位片上設(shè)置有氣動接頭，所述氣壓管的一端連在氣動接頭上，另一端與流量計相連，所述動環(huán)定位片和所述實驗密封動環(huán)通過粘合劑粘在一起。本實用新型所述動環(huán)定位片外側(cè)有定位凸堰，定位凸堰上周向均勻分布有多個阻尼孔，所述阻尼孔為通孔。一種氣體密封實驗裝置的測量方法，其特征在于所述方法按照如下步驟進行(I)膜厚測量方法實驗前先調(diào)整電渦流傳感器的初始位置，實驗過程中實驗密封動環(huán)離開實驗密封靜環(huán)一定距離，此時電渦流傳感器可以測得動環(huán)定位片的位置變化量，那么實驗密封靜環(huán)和實驗密封動環(huán)之間的氣膜厚度即為動環(huán)定位片的位置變化量；(2)泄漏率測量方法當實驗密封靜環(huán)和實驗密封動環(huán)相分離時，密封介質(zhì)氣體沿實驗密封靜環(huán)和實驗密封動環(huán)之間的縫隙由外徑處向內(nèi)徑處泄漏，由于上靜環(huán)定位片和實驗密封靜環(huán)之間間隙有O型密封圈密封，故泄漏的氣體只沿著氣動接頭和氣壓管泄漏，氣壓管又與流量計相連，那么流量計測得的氣體流量即為實驗密封靜環(huán)和實驗密封動環(huán)之間的端面氣體泄漏率。進一步，本實用新型所述的輔助密封靜環(huán)是一種孔槽結(jié)合的端面密封。本實用新型所述的輔助密封靜環(huán)外徑處加工有柳葉形微孔環(huán)帶，內(nèi)徑處加工有螺旋槽-圓孔環(huán)帶。本實用新型所述的電渦流傳感器、流量計、壓力傳感器測得的信號均通過數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)接嬎銠C，氣膜厚度、端面氣體泄漏率和密封腔內(nèi)氣體壓力數(shù)值都可在計算機上顯示。本實用新型的工作原理是密封腔、軸承箱和電機通過螺釘固定在支架上，電機通過聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，電機的轉(zhuǎn)速可通過計算機調(diào)節(jié)或手動調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)軸靠軸承箱內(nèi)的一對圓錐滾子軸承支撐。密封腔內(nèi)裝有兩套密封一套是位于密封腔下部的輔助密封，主要用于防止密封腔內(nèi)的氣體泄漏；另一套是實驗密封，除用于密封氣體外，還作為實驗的試件，實驗中測量的密封端面氣膜厚度和氣體泄漏率均為該密封的密封性能參數(shù)。壓縮機通過密封腔的進氣口向密封腔內(nèi)提供一定壓力的氣體，氣體壓力通過手動調(diào)節(jié)氣壓管路上的調(diào)壓閥控制，密封腔上還裝有一個壓力傳感器，密封腔內(nèi)的氣體壓力可在計算機上實時顯示。實驗時，動環(huán)座可帶動實驗密封和輔助密封的動環(huán)隨轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)，在端面氣膜壓力作用下密封動環(huán)端面和靜環(huán)端面之間會分開一定距離，該距離即為密封端面間的氣膜厚度，實驗密封動環(huán)和靜環(huán)間的氣膜厚度可由固定在上靜環(huán)定位片上的電渦流傳感器測得，電渦流傳感器的作用對象為粘貼在實驗密封動環(huán)上的動環(huán)定位片，通過動環(huán)定位片的位置變化量反映實驗密封端面間的氣膜厚度。通過實驗密封端面泄漏的氣體經(jīng)過安裝于上靜環(huán)定位片上的氣動接頭流入氣壓管，氣壓管與流量計相連，測得的流量即為端面氣體泄漏率。電渦流傳感器和流量計測得的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換可在計算機上實時顯示。[0019]本實用新型所述動環(huán)定位片外側(cè)有定位凸堰，定位凸堰上呈圓心中心均勻分布有多個阻尼孔，阻尼孔為通孔。定位凸堰用于定位動環(huán)定位片粘結(jié)在實驗密封動環(huán)上時的定位。實驗測量過程中，由于動環(huán)O型圈的密封作用，動環(huán)定位片與軸套之間形成一個封閉氣腔，腔內(nèi)氣體只能通過動環(huán)定位片上的阻尼通孔流動，從而構(gòu)成一個阻尼減震器，減弱軸套轉(zhuǎn)動時實驗密封動環(huán)的軸向振動，保持實驗密封動環(huán)和靜環(huán)間氣膜厚度的穩(wěn)定性，實現(xiàn)密封氣膜厚度的穩(wěn)定測量。本實用新型中輔助密封為一種孔槽結(jié)合的耐磨損、零泄漏機械端面密封，靜環(huán)端面外徑處加工有“柳葉形”微孔環(huán)帶，“柳葉形”微孔組包括徑向的供氣槽以及在供氣槽左右側(cè)分布的方向性微孔，微孔在半徑方向上至少有三列；內(nèi)徑處加工有“螺旋槽-圓孔”環(huán)帶，螺旋槽之間的密封堰上分布有一定數(shù)量的圓形微孔。無論旋轉(zhuǎn)軸正向旋轉(zhuǎn)或是逆向旋轉(zhuǎn)，“柳葉形”微孔環(huán)帶都可以使動靜環(huán)密封端面之間形成連續(xù)穩(wěn)定的流體膜，而且流體膜的承載能力和剛度較大，這樣當實驗密封需要雙向旋轉(zhuǎn)時，輔助密封亦可滿足要求。內(nèi)徑處螺旋槽傾斜方向與外徑處微孔傾斜方向相反，不僅可以增加動壓效應(yīng)，而且實現(xiàn)下游流體沿螺旋槽傾斜方向的向上游泵送，實現(xiàn)零泄漏，這樣就可以防止實驗過程中輔助密封泄漏率過大造成密封腔內(nèi)壓力下降或達不到預(yù)定壓力。同時由于氣體密封啟動階段端面為邊界潤滑或混合潤滑，密封端面易產(chǎn)生磨粒，而外徑處的傾斜微孔及內(nèi)徑處螺旋槽密封堰上的圓形微孔可以吸納端面間的微粒進一步提高了密封端面的耐磨性，使得密封低壓條件下啟停效果好、耐磨損，可以滿足密封實驗臺頻繁啟動的需求。由于本實用新型中泄漏氣體直接進入與流量計相連的氣壓管，省去了用于收集泄漏氣體的腔體，泄漏率的測量延遲時間較短，動態(tài)響應(yīng)較好。電渦流傳感器的作用對象是金屬動環(huán)定位片，這樣無論密封環(huán)材質(zhì)是否為金屬，均可由電渦流傳感器測得密封端面的氣膜厚度；同時，在旋轉(zhuǎn)過程中，動環(huán)端面各點處的表面特征對膜厚測量的影響不盡相同，唯有密封環(huán)端面回轉(zhuǎn)中心不受表面波度的影響，該點處的測量結(jié)果可代表端面平均膜厚，由本實用新型中電渦流傳感器的作用位置是動環(huán)定位片的中心，也就是動環(huán)的旋轉(zhuǎn)中心，那么膜厚的測量結(jié)果可以不受密封面波度的影響。本實用新型的有益效果是I.可在線測量各類氣體端面密封的端面氣體泄漏率和氣膜厚度；2.壓力和轉(zhuǎn)速可調(diào)，可測量不同密封壓力及轉(zhuǎn)速下的氣體端面密封的密封性能；3.氣體泄漏率的測量方法簡單易行、動態(tài)響應(yīng)好；[0026]4.氣膜厚度的測量不受密封環(huán)材質(zhì)、端面寬度和密封環(huán)面波度的影響，適用范圍廣、測量精度高。

圖I是本實用新型氣體密封實驗裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型氣體密封實驗裝置的測量原理圖。圖3是本實用新型氣體密封實驗裝置的動環(huán)定位片結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型氣體密封實驗裝置的輔助密封靜環(huán)端面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照圖I、圖2、圖3和圖4，本實用新型的氣體密封實驗裝置，包括密封腔11、驅(qū)動 系統(tǒng)、供氣回路和測試系統(tǒng)，特點是所述密封腔11通過螺釘豎直固定在支架12上，所述密封腔11包含位于密封腔上部的實驗密封和位于密封腔下部的輔助密封，實驗密封動環(huán)6和輔助密封動環(huán)9均安裝在動環(huán)座8上，動環(huán)座8通過緊定螺釘固定在軸套7上，實驗密封動環(huán)6與軸套7之間安裝有O型密封圈32，實驗密封靜環(huán)5通過銷釘與端蓋3相連，端蓋3通過螺釘與密封腔11連接在一起，所述輔助密封靜環(huán)10通過銷釘與密封腔11連接在一起，所述密封腔11上有進氣口 23和出氣口 4，所述密封腔11上安裝有防護罩2 ;所述驅(qū)動系統(tǒng)包括電機16、聯(lián)軸器15、軸承箱13、轉(zhuǎn)軸14，所述電機16通過螺釘固定在支架12上，所述電機16和所述轉(zhuǎn)軸14通過所述的聯(lián)軸器15相連，所述軸承箱13通過轉(zhuǎn)軸14設(shè)置在聯(lián)軸器15上方；所述供氣回路包括壓縮機19、氣壓管17、調(diào)壓閥18、22，所述壓縮機19通過氣壓管17與密封腔11的進氣口 23相連，所述氣壓管17上設(shè)置有所述調(diào)壓閥18、22 ;所述的測試系統(tǒng)包括電渦流傳感器25、流量計I和壓力傳感器21，所述電渦流傳感器25和流量計I均安裝于所述實驗密封靜環(huán)5上，所述壓力傳感器21與所述密封腔11相連。進一步，本實用新型所述的測試系統(tǒng)還包括計算機20，所述計算機20與所述驅(qū)動系統(tǒng)中的電機16相連。本實用新型所述實驗密封靜環(huán)5上裝有上靜環(huán)定位片28和下靜環(huán)定位片30，所述上靜環(huán)定位片28和下靜環(huán)定位片30通過螺釘27相連，與實驗密封靜環(huán)5固定在一起，所述上靜環(huán)定位片28和實驗密封靜環(huán)5之間的安裝間隙由O型圈29密封，所述上靜環(huán)定位片28上設(shè)置有氣動接頭25，所述氣壓管24的一端連在氣動接頭25上，另一端與流量計I相連。所述動環(huán)定位片31和所述實驗密封動環(huán)6通過粘合劑粘在一起。進一步，本實用新型所述動環(huán)定位片31外側(cè)有定位凸堰31a，定位凸堰上周向均勻分布有多個阻尼孔31b，阻尼孔31b為通孔。一種氣體密封實驗裝置的測量方法，特點是所述方法按照如下步驟進行(I)膜厚測量方法實驗前先調(diào)整電渦流傳感器26的初始位置，實驗過程中實驗密封動環(huán)6離開實驗密封靜環(huán)5 —定距離，由于動環(huán)定位片31和實驗密封動環(huán)6粘合固定，此時電渦流傳感器26可以測得動環(huán)定位片31的位置變化量，那么實驗密封靜環(huán)5和實驗密封動環(huán)6之間的氣膜厚度即為動環(huán)定位片31的位置變化量。(2)泄漏率測量方法當實驗密封靜環(huán)5和實驗密封動環(huán)6相分離時，密封介質(zhì)氣體沿實驗密封靜環(huán)5和實驗密封動環(huán)6之間的縫隙由外徑處向內(nèi)徑處泄漏，由于上靜環(huán)定位片28和實驗密封靜環(huán)5之間間隙有O型密封圈29密封，故氣體只沿著氣動接頭25和氣壓管24泄漏，氣壓管24又與流量計I相連，那么流量計I測得的氣體流量即為實驗密封靜環(huán)5和實驗密封動環(huán)6之間的端面氣體泄漏率。進一步，本實用新型所述的輔助密封靜環(huán)10是一種孔槽結(jié)合的端面密封。本實用新型所述的輔助密封靜環(huán)10外徑處加工有柳葉形微孔環(huán)帶10a，內(nèi)徑處加工有螺旋槽-圓孔環(huán)帶10b。電渦流傳感器26、流量計I、壓力傳感器21測得的信號均通過數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)接嬎銠C20，使得實驗中測得的端面氣膜厚度、端面氣體泄漏率和密封腔內(nèi)氣體壓力數(shù)值都可在計算機20上實時顯示。本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍的不應(yīng)當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。權(quán)利要求1.一種氣體密封實驗裝置，包括密封腔、驅(qū)動系統(tǒng)、供氣回路和測試系統(tǒng)，其特征在于所述密封腔通過螺釘豎直固定在支架上，所述密封腔包含位于密封腔上部的實驗密封和位于密封腔下部的輔助密封，實驗密封動環(huán)和輔助密封動環(huán)均安裝在動環(huán)座上，動環(huán)座通過緊定螺釘固定在軸套上，所述實驗密封靜環(huán)通過銷釘與端蓋相連，端蓋通過螺釘與密封腔連接在一起，所述輔助密封靜環(huán)通過銷釘與密封腔相連，所述密封腔上設(shè)置有進氣口和出氣口，所述密封腔上安裝有防護罩；所述驅(qū)動系統(tǒng)包括電機、聯(lián)軸器、軸承箱、轉(zhuǎn)軸，所述電機通過螺釘固定在支架上，所述電機和所述轉(zhuǎn)軸通過所述的聯(lián)軸器相連，所述軸承箱通過轉(zhuǎn)軸設(shè)置在聯(lián)軸器上方；所述供氣回路包括壓縮機、氣壓管、調(diào)壓閥，所述壓縮機通過氣壓管與密封腔的進氣口相連，所述氣壓管上設(shè)置有所述調(diào)壓閥；所述的測試系統(tǒng)包括電渦流傳感器、動環(huán)定位片、流量計和壓力傳感器，所述電渦流傳感器和流量計均安裝于所述實驗密封靜環(huán)上，所述動環(huán)定位片安裝在實驗密封動環(huán)上，所述壓力傳感器與所述密封腔相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體密封實驗裝置，其特征在于所述的測試系統(tǒng)還包括計算機，所述計算機與所述驅(qū)動系統(tǒng)中的電機相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體密封實驗裝置，其特征在于所述實驗密封的密封靜環(huán)上裝有上靜環(huán)定位片和下靜環(huán)定位片，所述上靜環(huán)定位片和下靜環(huán)定位片通過螺釘相連，與實驗密封靜環(huán)固定在一起，所述上靜環(huán)定位片上設(shè)置有氣動接頭，所述氣壓管的一端連在氣動接頭上，另一端與流量計相連，所述動環(huán)定位片和所述實驗密封動環(huán)通過粘合劑粘在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體密封實驗裝置，其特征在于所述動環(huán)定位片外側(cè)有定位凸堰，定位凸堰上周向均勻分布有多個阻尼孔，所述阻尼孔為通孔。
專利摘要本實用新型公開了一種氣體密封實驗裝置，包括密封腔、驅(qū)動系統(tǒng)、供氣回路和測試系統(tǒng)，特點是所述密封腔通過螺釘豎直固定在支架上，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括電機、聯(lián)軸器、軸承箱、轉(zhuǎn)軸，所述電機通過螺釘固定在支架上，所述電機和所述轉(zhuǎn)軸通過所述的聯(lián)軸器相連，所述軸承箱通過轉(zhuǎn)軸設(shè)置在聯(lián)軸器上；所述供氣回路包括壓縮機、氣壓管、調(diào)壓閥，所述的測試系統(tǒng)包括電渦流傳感器、動環(huán)定位片、流量計和壓力傳感器。本實用新型可在線測量各類氣體端面密封的端面氣體泄漏率和氣膜厚度，氣體泄漏率的測量方法簡單易行、動態(tài)響應(yīng)好，氣膜厚度的測量不受密封環(huán)材質(zhì)、端面寬度和密封環(huán)面波度的影響，實驗過程中轉(zhuǎn)速和壓力可調(diào)。
文檔編號G01M3/26GK202372319SQ201120384189
公開日2012年8月8日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者孟祥鎧, 彭旭東, 李紀云, 柏林清, 白少先, 盛頌恩 申請人:浙江工業(yè)大學