一种用于测量密封圈安装刚度和阻尼的实验台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械密封技术领域，特别涉及一种用于测量密封圈安装刚度和阻尼的实验台。
【背景技术】
[0002]高温、高压、高速的工况下，非接触式机械密封(或称为非接触端面密封)能通过流体静压或动压效应实现密封环的分离，在两个密封端面间形成流体间隙，从而为密封提供一个长期稳定的工作条件。因此被广泛应用于石化、能源、航空航天等领域。在非接触式机械密封的典型结构中，补偿环组件挠性安装在密封圈上，此密封圈为关键零部件，被称为副密封。如果副密封损坏，会造成整个密封系统的失效；如果副密封的预压缩量过大，会导致补偿环与密封圈之间的摩擦力过大，补偿环的追随特性则变差。表面上，这个装置在补偿环上的密封类似静密封，但是，由于补偿环的跟随作用，机械密封工作时副密封和补偿环之间有微动存在。因此，研宄副密封的动态特性显得非常急切和必要。
[0003]副密封通常采用O形圈、弹簧加载密封圈、组合密封圈的方式。机械密封运行时，受压力波动、轴的振动、变形、密封环的端面偏摆等因素影响，补偿环会发生轴向移动、角向摆动，需要补偿环能够做出相应的调整，保证两者之间的流体膜维持一定的厚度和刚度。这种自适应式的调整性能，称为补偿环对非补偿环的追随性。
[0004]研宄表明，副密封和补偿环之间的作用力及相对运动是影响补偿环追随非补偿环的主要因素。当补偿环的运动传递到副密封处，副密封通过自身的变形或者低幅滑动，适应补偿环相对的运动。追随性得不到满足，油膜的厚度变大则会导致泄漏增加，油膜的刚度降低；油膜厚度变小可能导致机械密封环的两个端面发生直接碰摩，造成故障、降低机械密封的寿命。因此，分析副密封密封的动态特性具有重要的理论意义和实际应用价值。
[0005]理论研宄表明，可以建立整个密封系统轴向和角向的微幅振动方程来研宄非接触式机械密封的动态特性。
[0006]在完整的机械密封密封系统的弹簧-阻尼-质量动力学模型中，包含流体膜、支撑弹簧、副密封以及补偿环、非补偿环。补偿环、非补偿环看成质量块；流体膜的刚度和阻尼主要和密封副端面的锥度、膜厚、流体粘度、流体温度有关；弹簧刚度可以在生产过程中得到控制。所以，一个准确的完整的非接触式机械密封动力学模型中只欠缺了副密封的刚度和阻尼参数。另一方面，在微幅振动的条件下，副密封角向的刚度和阻尼分别与轴向的刚度和阻尼成固定的比例关系，测得了副密封安装状态下的轴向刚度和阻尼也能间接得到其在角向的数据。
[0007]综上所述，副密封在安装状态下的微幅振动时刚度和阻尼数据相当缺乏，国内关于测试副密封刚度和阻尼的专利少之又少，所以亟需一个简单可靠的测试系统来填补这方面的空白。
【发明内容】
[0008]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于测量密封圈安装刚度和阻尼的实验台，能够研宄不同直径、不同材料的密封圈在不同预压缩量下密封圈安装后的刚度和阻尼参数。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0010]一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台，包括基座12，基座12上连接有底板11，支柱9下端连接在底板11上，激振台10通过弹簧支撑环7、支柱安装板8和支柱9上端连接，定位圆环6和激振台10的输出端刚性相连，支撑环3固定于定位圆环6上，支撑环3内部沟槽安装被测密封圈4，质量环5挠性安装于被测密封圈4上并和支撑环3形成间隙配合，支撑环3连接有传感器安装板1，质量环5上连接有传感器反光板2。
[0011]函数发生器13的信号输出端通过功率放大器14和激振台10的信号控制端连接，高压流体子系统15和支撑环3连接，安装在传感器安装板I上的两个激光位移传感器19-1,19-2信号输出端通过控制器16和计算机17连接，控制器16和电源18连接。
[0012]所述的支撑环3内部设有两个沟槽，两个沟槽之间形成密封腔，平衡轴向力以达到最小驱动力的要求。
[0013]所述的一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台的测试方法，包括以下步骤:函数发生器13产生的周期性正弦信号通过功率放大器14输入到激振台10，激振台10发出振动，并传递到支撑环3处产生支承激励振动，挠性安装被测密封圈4上的质量环5产生受迫振动，用安装在传感器安装板I上的两个激光位移传感器19-1、19-2分别记录支撑环3和质量环5的位移，质量环5的位移通过传感器反光板2来采集，然后将位移信号通过控制器16输入计算机17，通过求解支承激励引起的强迫振动模型方程，即得到被测密封圈4的刚度和阻尼的参数。
[0014]通过激振台10产生一系列不同频率、振幅的往复运动；通过调节高压流体子系统15，研宄不同介质压力下的刚度和阻尼参数；通过改变支撑环3内部沟槽的尺寸，研宄被测密封圈4在不同预压缩量下的刚度和阻尼参数；通过选用不同尺寸组合的支撑环3、质量环5研宄不同密封直径或材料的被测密封圈4的刚度和阻尼参数，实现测量不同材料被测密封圈4在不同直径、预压缩量、介质压力的刚度和阻尼系数。
[0015]本发明的优点:激振台能够产生不同频率、不同幅值的周期往复运动，能够测量被测密封圈刚度和阻尼参数，能够研宄不同直径、不同材料的被测密封圈在不同预压缩量下密封圈安装后的刚度和阻尼参数。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的机械结构示意图。
[0017]图2为本发明的测量连接示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做详细描述。
[0019]参照图1，一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台，包括基座12，基座12上连接有底板11，支柱9下端连接在底板11上，激振台10通过弹簧支撑环7、支柱安装板8和支柱9上端连接，定位圆环6和激振台10的输出端刚性相连，支撑环3固定于定位圆环6上，支撑环3内部沟槽安装被测密封圈4，质量环5挠性安装于被测密封圈4上并和支撑环3形成间隙配合，支撑环3连接有传感器安装板1，质量环5上连接有传感器反光板2。
[0020]参照图2，函数发生器13的信号输出端通过功率放大器14和激振台10的信号控制端连接，高压流体子系统15和支撑环3连接，安装在传感器安装板I上的两个激光位移传感器19-1、19-2信号输出端通过控制器16和计算机17连接，控制器16和电源18连接。
[0021]所述的支撑环3内部设有两个沟槽，两个沟槽之间形成密封腔，平衡轴向力以达到最小驱动力的要求。
[0022]所述的一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台的测试方法，包括以下步骤:函数发生器13产生的周期性正弦信号通过功率放大器14输入到激振台10，激振台10发出振动，并传递到支撑环3处产生支承激励振动，挠性安装被测密封圈4上的质量环5产生受迫振动，用安装在传感器安装板I上的两个激光位移传感器19-1、19-2分别记录支撑环3和质量环5的位移，质量环5的位移通过传感器反光板2来采集，然后将位移信号通过控制器16输入计算机17，通过求解支承激励引起的强迫振动模型方程，即得到被测密封圈4的刚度和阻尼的参数。
[0023]通过激振台10产生一系列不同频率、振幅的往复运动；通过调节高压流体子系统15，研宄不同介质压力下的刚度和阻尼参数；通过改变支撑环3内部沟槽的尺寸，研宄被测密封圈4在不同预压缩量下的刚度和阻尼参数；通过选用不同尺寸组合的支撑环3、质量环5研宄不同密封直径或材料的被测密封圈4的刚度和阻尼参数，实现测量不同材料被测密封圈4在不同直径、预压缩量、介质压力的刚度和阻尼系数。
【主权项】
1.一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台，包括基座(12)，其特征在于:基座(12)上连接有底板(11)，支柱(9)下端连接在底板(11)上，激振台(10)通过弹簧支撑环(7)、支柱安装板⑶和支柱(9)上端连接，定位圆环(6)和激振台(10)的输出端刚性相连，支撑环(3)固定于定位圆环(6)上，支撑环(3)内部沟槽安装被测密封圈(4)，质量环(5)挠性安装于被测密封圈(4)上并和支撑环(3)形成间隙配合，支撑环(3)连接有传感器安装板(1)，质量环(5)上连接有传感器反光板(2); 函数发生器(13)的信号输出端通过功率放大器(14)和激振台(10)的信号控制端连接，高压流体子系统(15)和支撑环(3)连接，安装在传感器安装板(I)上的两个激光位移传感器(19-1、19-2)信号输出端通过控制器(16)和计算机(17)连接，控制器(16)和电源(18)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台，其特征在于:所述的支撑环(3)内部设有两个沟槽，两个沟槽之间形成密封腔，平衡轴向力以达到最小驱动力的要求。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台的测试方法，其特征在于，包括以下步骤:函数发生器产生的周期性正弦信号通过功率放大器输入到激振台(10)，激振台(10)发出振动，并传递到支撑环(3)处产生支承激励振动，挠性安装被测密封圈(4)上的质量环(5)产生受迫振动，用安装在传感器安装板(I)上的两个激光位移传感器(19-1、19-2)分别记录支撑环(3)和质量环(5)的位移，质量环(5)的位移通过传感器反光板(2)来采集，然后将位移信号通过控制器输入计算机，通过求解支承激励引起的强迫振动模型方程，即得到被测密封圈(4)的刚度和阻尼的参数。
4.根据权利要求3所述的一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台的测试方法，其特征在于:通过激振台(10)产生一系列不同频率、振幅的往复运动；通过调节高压流体子系统，研宄不同介质压力下的刚度和阻尼参数；通过改变支撑环(3)内部沟槽的尺寸，研宄被测密封圈(4)在不同预压缩量下的刚度和阻尼参数；通过选用不同尺寸组合的支撑环(3)、质量环(5)研宄不同密封直径或材料的被测密封圈(4)的刚度和阻尼参数，实现测量不同材料被测密封圈(4)在不同直径、预压缩量、介质压力的刚度和阻尼系数。
【专利摘要】一种用于测量密封圈安装状态的刚度和阻尼实验台，包括基座，基座上连接有底板，支柱连接在底板上，激振台和支柱连接，定位圆环和激振台刚性相连，支撑环固定于定位圆环上，支撑环内部沟槽安装被测密封圈，质量环挠性安装于被测密封圈上并和支撑环形成间隙配合，支撑环连接有传感器安装板，函数发生器通过功率放大器和激振台连接，高压流体子系统和支撑环连接，安装在传感器安装板上的两个激光位移传感器通过控制器和计算机连接，通过求解质量环、支撑环的支承激励引起的强迫振动模型方程，即得到被测密封圈的刚度和阻尼的参数，本发明能够研究不同直径、不同材料的被测密封圈在不同预压缩量下密封圈安装后的刚度和阻尼参数。
【IPC分类】G01M7-02
【公开号】CN104634529
【申请号】CN201510078646
【发明人】贾晓红, 李坤, 廖传军, 索双富, 王隆珂
【申请人】清华大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月13日