一種微動往復密封動態特性實驗臺的制作方法
【專利摘要】一種微動往復密封動態特性實驗臺，包括變頻電機，變頻電機輸出軸通過深溝球軸承和曲柄連桿連接，曲柄連桿通過力傳感器和滑塊連接，滑塊套在軸上，滑塊和軸之間設有第二被測密封，軸固定在支撐軸上，支撐軸安裝在支架上，滑塊通過第一被測密封和端蓋連接，端蓋固定連接在支架上，位移傳感器固定在底板上，聲發射傳感器緊貼著第一被測密封、第二被測密封的密封圈運動表面，本發明模擬副密封軸向的實際運動，獲得副密封在某種工況下完整動態特性參數；改變過盈量下測試副密封的動態特性參數，能夠研究在不同的介質壓力、不同的運動頻率下動態特性參數變化規律；同時能夠實現多種密封軸徑的副密封動態特性的測量。
【專利說明】一種微動往復密封動態特性實驗臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械密封【技術領域】，特別涉及一種微動往復密封動態特性實驗臺。
【背景技術】
[0002]高溫、高壓、高速的工況下，非接觸式機械密封能通過流體靜壓或動壓效應實現密封環的微小磨損，因此被廣泛應用于各種流體機械和設備中。其結構中，安裝在補償環處的密封圈是關鍵部件，被稱為副密封，通常采用O形圈、彈簧加載密封圈。副密封和補償環之間的作用力及相對運動是影響補償環追隨非補償環的主要因素。
[0003]副密封與補償環之間的運動，按照其在軸向的移動距離分為兩種表現形式:一種是依靠自身的彈性變形適應補償環的整體運動，一種是和軸之間的滑動。前者，副密封靠自身的彈性變形適應很小的運動行程，一般為幾微米，運動頻率和補償環的轉動頻率一致；后者，副密封和軸之間發生滑動，補償環軸向運動距離較大。因此，研究副密封的動態特性就是研究副密封彈性變形時的剛度和阻尼模型以及滑動時的摩擦力。
[0004]目前，主要通過實驗的方式得到副密封的剛度和阻尼參數以及摩擦力數據。測量副密封的剛度和阻尼參數，通常采用基座激振質量共振法，具體方案為:給基座輸入一個正弦的位移信號測量質量塊的位移響應，然后換算為副密封的剛度和阻尼參數；測量副密封圈的摩擦力，采用測量副密封在軸向滑動時的軸向力間接得到。
[0005]然而，上述任何一種測量方式都無法兼顧副密封在軸向的全部運動方式，不能得到完整的動態特性；另一方面，測量剛度和阻尼參數時，還無法實現高壓下的動態參數測量；再則由于激振器功率的限制，所測頻率寬度有限；同時，采用基座激振質量共振法，給定一個位移輸入，測量質量塊的響應，不能保證副密封在此工況下相對于質量塊沒有發生滑動，因此得到的剛度和阻尼數據不準確。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種微動往復密封動態特性實驗臺，能夠獲得副密封在某種工況下完整動態特性參數，同時能夠實現多種密封軸徑的副密封動態特性的測量。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0008]一種微動往復密封動態特性實驗臺，包括變頻電機7，變頻電機7通過凸緣定位安裝在電機支架4上，電機支架4通過定位件3安裝在底板2上，變頻電機7、電機支架4、定位件3、底板2構成了驅動機構；外花鍵6安裝在變頻電機7輸出軸上，外花鍵6與內花鍵5嚙合，內花鍵5與深溝球軸承19連接，深溝球軸承19和曲柄連桿8的一端連接組成了轉動副擴大的曲柄結構；曲柄連桿8的另一端通過力傳感器9和滑塊12的一端連接，滑塊12套在軸13上，滑塊12和軸13之間設有第二被測密封18，軸13固定在支撐軸16上，支撐軸16安裝在支架15上，滑塊12另一端通過第一被測密封17和端蓋14連接，端蓋14固定連接在支架15上，滑塊12、軸13、端蓋14、支架15、支撐軸16構成滑塊機構；力傳感器9用于測量副密封軸向摩擦力，位移傳感器10固定在底板2上間接測量副密封的軸向位移，聲發射傳感器11緊貼著第一被測密封17、第二被測密封18的密封圈運動表面，力傳感器9、位移傳感器10、聲發射傳感器11三者構成測試機構。
[0009]所述的第一被測密封17、第二被測密封18的密封直徑相同。
[0010]所述的安裝在滑塊12上的第一被測密封17、第二被測密封18，相對于軸13完成周期性的往復運動，運動的頻率5?25Hz可調，運動的幅值O?2mm可調。
[0011]本發明的優點:模擬副密封軸向的實際運動，獲得副密封在某種工況下完整動態特性參數；改變過盈量下測試副密封的動態特性參數，能夠研究在不同的介質壓力、不同的運動頻率下動態特性參數變化規律；同時能夠實現多種密封軸徑的副密封動態特性的測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的結構示意圖。
[0013]圖2為本發明中滑塊結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明做詳細描述。
[0015]參照圖1和圖2，一種微動往復密封動態特性實驗臺，包括變頻電機7，變頻電機7通過凸緣定位安裝在電機支架4上，電機支架4通過定位件3安裝在底板2上，變頻電機7、電機支架4、定位件3、底板2構成了驅動機構；外花鍵6安裝在變頻電機7輸出軸上，外花鍵6與內花鍵5嚙合，內花鍵5與深溝球軸承19連接，深溝球軸承19和曲柄連桿8的一端連接組成了轉動副擴大的曲柄結構；曲柄連桿8的另一端通過力傳感器9和滑塊12的一端連接，滑塊12套在軸13上，滑塊12和軸13之間設有第二被測密封18，軸13通過螺釘固定在支撐軸16上，支撐軸16安裝在支架15上，滑塊12另一端通過第一被測密封17和端蓋14連接，端蓋14固定連接在支架15上，滑塊12、軸13、端蓋14、支架15、支撐軸16構成滑塊機構；力傳感器9用于測量副密封軸向摩擦力，位移傳感器10固定在底板2上間接測量副密封的軸向位移，聲發射傳感器11緊貼著第一被測密封17、第二被測密封18的密封圈運動表面，力傳感器9、位移傳感器10、聲發射傳感器11三者構成測試機構。
[0016]所述的第一被測密封17、第二被測密封18的密封直徑相同。
[0017]所述的安裝在滑塊12上的第一被測密封17、第二被測密封18，相對于軸13完成周期性的往復運動，運動的頻率5?25Hz可調，運動的幅值O?2mm可調。
[0018]本發明的工作原理為:
[0019]變頻電機7將圓周運動通過曲柄機構轉化為滑塊12的直線運動；力傳感器9測量副密封的摩擦力，位移傳感器10記錄副密封的位移；從聲發射傳感器的信號特征參數鑒別副密封不同摩擦狀態；再分別進行相關參數的提取。
[0020]其中，曲柄結構中的兩個花鍵采用偏心設計，通過改變內花鍵5和外花鍵6于不同的齒嚙合實現曲柄連桿8的桿長可調，并且兩個花鍵的結構設計保證了任一次調節都能滿足機構慣性力的部分平衡；密封腔的結構設計保證安裝在滑塊12上的第一被測密封圈17與第二被測密封圈18密封直徑一致，使得滑塊12在往復運動時，密封腔的體積保持不變，密封腔內的壓力幾乎不發生波動，提高了測量精度；同時兩個被測密封圈在運動過程中，變形一致，提高了測量精度。
[0021]彈性變形時，副密封發生內摩擦；滑動時，副密封與測試軸發生摩擦。用聲發射傳感器11采集兩種狀態下的應力波，則應力波的聲發射特征參數會完全不同，以此鑒別出兩者的界限。最后，分別提取剛度和阻尼模型以及摩擦力模型得到完整的動態特性參數。
【權利要求】
1.一種微動往復密封動態特性實驗臺，包括變頻電機(7)，其特征在于:變頻電機(7)通過凸緣定位安裝在電機支架(4)上，電機支架(4)通過定位件(3)安裝在底板(2)上，變頻電機(7 )、電機支架(4 )、定位件(3 )、底板(2 )構成了驅動機構；外花鍵(6 )安裝在變頻電機(7)輸出軸上，外花鍵(6)與內花鍵(5)嚙合，內花鍵(5)與深溝球軸承(19)連接，深溝球軸承(19)和曲柄連桿(8)的一端連接組成了轉動副擴大的曲柄結構；曲柄連桿(8)的另一端通過力傳感器(9)和滑塊(12)的一端連接，滑塊(12)套在軸(13)上，滑塊(12)和軸(13 )之間設有第二被測密封(18 )，軸(13 )固定在支撐軸(16 )上，支撐軸(16 )安裝在支架(15)上，滑塊(12)另一端通過第一被測密封(17)和端蓋(14)連接，端蓋(14)固定連接在支架(15)上，滑塊(12)、軸(13)、端蓋(14)、支架(15)、支撐軸(16)構成滑塊機構；力傳感器(9)用于測量副密封軸向摩擦力，位移傳感器(10)固定在底板(2)上間接測量副密封的軸向位移，聲發射傳感器(11)緊貼著第一被測密封(17)、第二被測密封(18)的密封圈運動表面，力傳感器(9)、位移傳感器(10)、聲發射傳感器(11)三者構成測試機構。
2.根據權利要求1所述的一種微動往復密封動態特性實驗臺，其特征在于:所述的第一被測密封(17 )、第二被測密封(18 )的密封直徑相同。
3.根據權利要求1所述的一種微動往復密封動態特性實驗臺，其特征在于:所述的安裝在滑塊(12)上的第一被測密封(17)、第二被測密封(18)，相對于軸(13)完成周期性的往復運動，運動的頻率5?25Hz可調,運動的幅值O?2mm可調。
【文檔編號】G01M3/00GK103837303SQ201410112460
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】李坤, 賈曉紅, 索雙富, 迪力夏提·艾海提 申請人:清華大學
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