一種空化可視的多功能密封實驗裝置制造方法
【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(qū)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(qū)動裝置包括驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)軸箱、轉(zhuǎn)軸、同步帶輪以及同步帶；轉(zhuǎn)軸的另一端與所述加載裝置的動環(huán)相連；加載裝置包括動環(huán)、靜環(huán)、靜環(huán)座、彈簧座、彈簧、上壓板、下壓板和絲桿，測試裝置包括上定位片、下定位片、電渦流傳感器、金屬傳力桿、側(cè)邊壓力傳感器，所述的驅(qū)動電機、電渦流傳感器、所述的側(cè)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(xiàn)象；準確、全面的測試各種密封性能參數(shù)；方便的調(diào)節(jié)彈簧的壓縮率；還可用于環(huán)-環(huán)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(shù)領(lǐng)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，屬于液體潤滑機械密封實驗裝置領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前已知的傳統(tǒng)機械密封實驗裝置中，機械密封位于密封腔體內(nèi)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(xiàn)象存在，才不致于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(yīng)下具有的承載能力和相應(yīng)的密封性能，所以通過設(shè)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(xiàn)象，以此來分析空化的產(chǎn)生機理和密封機理制關(guān)重要。傳統(tǒng)機械密封試驗裝置多適用于內(nèi)流型機械密封，機械密封及密封轉(zhuǎn)軸均浸泡于密封介質(zhì)之中，且密封轉(zhuǎn)軸均為懸臂梁結(jié)構(gòu)，即一端安裝于軸承箱中，從而平衡主軸的軸向力，由此導(dǎo)致在不同軸向載荷、不同轉(zhuǎn)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(zhì)及軸承箱內(nèi)潤滑油與旋轉(zhuǎn)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(tǒng)的密封實驗裝置調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)，這樣既費時又費事，且由于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(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決傳統(tǒng)密封實驗裝置空化現(xiàn)象不可視、對密封性能參數(shù)測量方法不準確和不全面、不能夠方便的調(diào)節(jié)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(xiàn)象、準確測試各種密封性能參數(shù)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，其特征在于:包括實驗臺架、驅(qū)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(qū)動裝置包括驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)軸箱、轉(zhuǎn)軸、同步帶輪以及同步帶，所述的驅(qū)動電機和所述的轉(zhuǎn)軸箱固定在所述的上支架上，所述的轉(zhuǎn)軸安裝在所述的轉(zhuǎn)軸箱的軸承上，并且所述的轉(zhuǎn)軸的一端通過同步帶輪和同步帶與所述的驅(qū)動電機的輸出軸相連；所述的轉(zhuǎn)軸的另一端與所述加載裝置的動環(huán)相連；
[0005]所述的加載裝置包括動環(huán)、靜環(huán)、靜環(huán)座、彈簧座、彈簧、上壓板、下壓板和絲桿，所述的動環(huán)的端面與安裝在靜環(huán)座上的靜環(huán)端面接觸形成密封腔，所述的靜環(huán)端面上設(shè)置至少一個密封流體動壓槽；所述的靜環(huán)座的側(cè)面設(shè)置分別設(shè)置介質(zhì)入口、介質(zhì)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于靜環(huán)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于所述的上壓板的正下方，并且所述的下壓板固定在絲桿的上端的軸承上，所述的絲桿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、金屬傳力桿、側(cè)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(huán)和所述的靜環(huán)對應(yīng)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(cè)對稱各固定一根金屬傳力桿，其中一根金屬傳力桿的自由端與安裝在立柱上的側(cè)邊壓力傳感器垂直接觸；所述的驅(qū)動電機、所述的電渦流傳感器、所述的側(cè)邊壓力傳感器均與所述的控制器連接。
[0007]所述的靜環(huán)與所述的靜環(huán)座間設(shè)有防轉(zhuǎn)銷。
[0008]所述的動環(huán)采用透明材料制成，并且所述的動環(huán)上方空間固定攝像機，所述的攝像機的攝像頭對準動環(huán)和靜環(huán)形成的密封密端面。
[0009]所述的上支架與所述的中支架均處于水平方向。
[0010]所述的實驗平臺上對稱的安裝4根立柱。
[0011 ] 所述的靜環(huán)座上開有泄漏口，所述的泄漏口通過接管與收集容器連通。
[0012]所述的靜環(huán)座和所述的靜環(huán)背面離密封端面Imm設(shè)置用于插入熱電偶的插孔。
[0013]所述的上壓板和所述的下壓板之間安裝受控于控制器的垂直壓力傳感器。
[0014]工作原理:驅(qū)動電機通過同步帶輪和同步帶帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),驅(qū)動電機與轉(zhuǎn)軸均固定于上支架上，且轉(zhuǎn)軸安裝于軸承箱中，軸承箱的作用是支撐轉(zhuǎn)軸并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于實驗平臺上；轉(zhuǎn)軸下端安裝的動環(huán)在空化試驗時用于觀察潤滑液膜的空化現(xiàn)象；而靜環(huán)座底部通過彈簧與彈簧座相連，改變彈簧的個數(shù)可根據(jù)實驗的穩(wěn)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(huán)端面保持時刻貼合，避免了安裝不對中帶來的環(huán)的偏擺；密封流體動壓槽開于靜環(huán)端面，使得空化區(qū)在空間上是固定的，便于觀察和研究；試驗時動靜環(huán)相對旋轉(zhuǎn)，存在摩擦扭矩，此摩擦扭矩通過防轉(zhuǎn)銷、彈簧和螺釘以及彈簧座傳遞，彈簧座固定于平面軸承上，可使組件繞中心線無阻力自由旋轉(zhuǎn)，彈簧座側(cè)邊對稱安裝的其中一根金屬傳力桿與側(cè)邊壓力傳感器接觸，從而阻礙了上述組件的旋轉(zhuǎn)，由此密封端面的摩擦扭矩與力傳感器產(chǎn)生的阻力矩相等，讀得力傳感器數(shù)據(jù)F并乘以力臂(側(cè)邊壓力傳感器與轉(zhuǎn)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(shù)為軸向載荷與垂直壓力傳感器之上所有組件的質(zhì)量之和；通過調(diào)節(jié)絲杠上下位置，一方面可以對密封環(huán)試件進行更換，另一方面可調(diào)節(jié)密封軸向載荷，實現(xiàn)不同載荷下的密封性能試驗研究；密封端面上的溫度采用熱電偶進行測量，動靜環(huán)間的液膜厚度通過電渦流傳感器測量，泄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(xiàn)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(shù)(如密封端面間開啟力、摩擦扭矩，泄漏率、溫度和膜厚)；3.本實驗裝置能夠很方便的調(diào)節(jié)彈簧的壓縮率，以此來控制密封端面間的間隙，實現(xiàn)密封端面間的接觸或非接觸；4.本試驗裝置不僅能用于進行機械密封試驗研究，而且可用于環(huán)-環(huán)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(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1的局部結(jié)構(gòu)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(jié)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(qū)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(qū)動裝置2包括驅(qū)動電機21、轉(zhuǎn)軸箱22、轉(zhuǎn)軸23、同步帶輪24以及同步帶25，所述的驅(qū)動電機21和所述的轉(zhuǎn)軸23箱固定在所述的上支架12上，所述的轉(zhuǎn)軸23安裝在所述的轉(zhuǎn)軸箱22的軸承221上，并且所述的轉(zhuǎn)軸23的一端通過同步帶輪24和同步帶25與所述的驅(qū)動電機21的輸出軸相連；所述的轉(zhuǎn)軸23的另一端與所述加載裝置3的動環(huán)31相連；
[0022]所述的加載裝置3包括動環(huán)31、靜環(huán)32、靜環(huán)座33、彈簧座34、彈簧35、上壓板36、下壓板37和絲桿38，所述的動環(huán)31的端面與安裝在靜環(huán)座33上的靜環(huán)32端面接觸形成密封腔，所述的靜環(huán)32端面上設(shè)置至少一個密封流體動壓槽；所述的靜環(huán)座33的側(cè)面設(shè)置分別設(shè)置介質(zhì)入口 331、介質(zhì)出口 332，底面與彈簧35的一端連接、所述的彈簧35的另一端連接在位于靜環(huán)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位于所述的上壓板36的正下方，并且所述的下壓板37固定在絲桿38的上端的軸承381上，所述的絲桿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、金屬傳力桿44、側(cè)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(huán)31和所述的靜環(huán)32對應(yīng)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(cè)對稱各焊接一根金屬傳力桿44,其中一根金屬傳力桿的自由端與安裝在立柱11上的側(cè)邊壓力傳感器45垂直接觸；所述的驅(qū)動電機21、所述的電渦流傳感器43、所述的側(cè)邊壓力傳感器45均與所述的控制器連接。
[0024]所述的靜環(huán)32與所述的靜環(huán)座33間設(shè)有防轉(zhuǎn)銷。
[0025]所述的動環(huán)31采用透明材料制成，并且所述的動環(huán)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(huán)31和靜環(huán)32形成的密封端面。
[0026]所述的上支架12與所述的中支架13均處于水平方向。
[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(huán)座33上開有泄漏口 333，所述的泄漏口 333通過接管與收集容器連通。
[0029]所述的靜環(huán)座33和所述的靜環(huán)32背面離密封端面Imm設(shè)置用于插入熱電偶334的插孔。
[0030]所述的上壓板36和所述的下壓板37之間安裝受控于控制器的垂直壓力傳感器39。
[0031]工作原理:驅(qū)動電機21通過同步帶輪24和同步帶25帶動轉(zhuǎn)軸23旋轉(zhuǎn),驅(qū)動電機21與轉(zhuǎn)軸23均固定于上支架12上，且轉(zhuǎn)軸23安裝于軸承箱22中，軸承箱22的作用是支撐轉(zhuǎn)軸23并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固定于實驗平臺I上；轉(zhuǎn)軸23下端安裝的動環(huán)31在空化試驗時用于觀察潤滑液膜的空化現(xiàn)象；而靜環(huán)座33底部通過彈簧35與彈簧座34相連，改變彈簧35的個數(shù)可根據(jù)實驗的穩(wěn)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(huán)32端面保持時刻貼合，避免了安裝不對中帶來的環(huán)的偏擺；密封流體動壓槽開于靜環(huán)32端面，使得空化區(qū)在空間上是固定的，便于觀察和研究；試驗時動靜環(huán)32相對旋轉(zhuǎn)，存在摩擦扭矩，此摩擦扭矩通過防轉(zhuǎn)銷、彈簧和螺釘以及彈簧座，彈簧座34固定于平面軸承341上，可使組件繞中心線無阻力自由旋轉(zhuǎn)，彈簧座34側(cè)邊對稱安裝的其中一根金屬傳力桿44與側(cè)邊壓力傳感器45接觸，從而阻礙了上述組件的旋轉(zhuǎn)，由此密封端面的摩擦扭矩與力傳感器產(chǎn)生的阻力矩相等，讀得力傳感器數(shù)據(jù)F并乘以力臂(側(cè)邊壓力傳感器與轉(zhuǎn)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(shù)為軸向載荷與垂直壓力傳感器之上所有組件的質(zhì)量之和；通過調(diào)節(jié)絲杠38上下位置，一方面可以對密封環(huán)試件進行更換，另一方面可調(diào)節(jié)密封軸向載荷，實現(xiàn)不同載荷下的密封性能試驗研究；密封端面上的溫度采用熱電偶進行測量，動靜環(huán)間的液膜厚度通過電渦流傳感器測量，泄漏率通過接漏法測量。
[0032]本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應(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包括本領(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】
1.一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特征在于:包括實驗臺架、驅(qū)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(qū)動裝置包括驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)軸箱、轉(zhuǎn)軸、同步帶輪以及同步帶，所述的驅(qū)動電機和所述的轉(zhuǎn)軸箱固定在所述的上支架上，所述的轉(zhuǎn)軸安裝在所述的轉(zhuǎn)軸箱的軸承上，并且所述的轉(zhuǎn)軸的一端通過同步帶輪和同步帶與所述的驅(qū)動電機的輸出軸相連；所述的轉(zhuǎn)軸的另一端與所述加載裝置的動環(huán)相連； 所述的加載裝置包括動環(huán)、靜環(huán)、靜環(huán)座、彈簧座、彈簧、上壓板、下壓板和絲桿，所述的動環(huán)的端面與安裝在靜環(huán)座上的靜環(huán)端面接觸形成密封腔，所述的靜環(huán)端面上設(shè)置至少一個密封流體動壓槽；所述的靜環(huán)座的側(cè)面設(shè)置分別設(shè)置介質(zhì)入口、介質(zhì)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于靜環(huán)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于所述的上壓板的正下方，并且所述的下壓板固定在絲桿上端的軸承上，所述的絲桿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、金屬傳力桿、側(cè)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(huán)和所述的靜環(huán)對應(yīng)的位置，所述的電渦流傳感器安裝于下定位片上；所述的彈簧座的左、右側(cè)對稱各固定一根金屬傳力桿，其中一根金屬傳力桿的自由端與安裝在立柱上的側(cè)邊壓力傳感器垂直接觸；所述的驅(qū)動電機、所述的電渦流傳感器、所述的側(cè)邊壓力傳感器均與所述的控制器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特征在于:所述的靜環(huán)與所述的靜環(huán)座間設(shè)有防轉(zhuǎn)銷。
3.如權(quán)利要求2所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特征在于:所述的動環(huán)采用透明材料制成，并且所述的動環(huán)上方空間固定攝像機，所述的攝像機的攝像頭對準動環(huán)和靜環(huán)形成的密封端面。
4.如權(quán)利要求3所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特征在于:所述的上支架與所述的中支架均處于水平方向。
5.如權(quán)利要求4所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特征在于:所述的實驗平臺上對稱的安裝4根立柱。
6.如權(quán)利要求5所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特征在于:所述的靜環(huán)座上開有泄漏口，所述的泄漏口通過接管與收集容器連通。
7.如權(quán)利要求6所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特征在于:所述的靜環(huán)座和所述的靜環(huán)背面離密封端面Imm設(shè)置用于插入熱電偶的插孔。
8.如權(quán)利要求7所述的一種空化可視的多功能密封實驗裝置，其特征在于:所述的上壓板和所述的下壓板之間安裝受控于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(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】孟祥鎧, 佘寶瑛, 沈明學(xué), 白少先, 李紀云, 彭旭東 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)