[发明专利]一种气体密封实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体端面机械密封实验技术领域，具体涉及用于检测各类气体端面密封的端面气体泄漏率和气膜厚度的密封实验装置及方法。

背景技术

机械密封是防止旋转式流体机械轴端泄漏的主要手段，其中干式气体端面密封由于具有功耗低、工作寿命较长、泄漏量小甚至零泄漏等突出优点，在石化、天然气等行业的应用越来越广，是大型压缩机和特殊介质泵等旋转式流体机械轴端密封的首选形式，在反应釜上应用也越来越广泛。

随着干气密封的广泛应用，形成统一的干气密封优化设计准则就显得尤为重要，但是到目前为止尚没有公开文献系统阐述干气密封的统一设计理论与方法，这不仅形成了干气密封设计理论的盲区，而且不利于干气密封新产品的开发，在一定程度上阻碍了干气密封的发展和应用。在设计理论不完善的情况下，通过实验的方法进行干气密封的性能研究和产品开发是一条十分有效的途径，这对理论研究结果的验证、密封结构的优化和产品的小试具有重要意义。

泄漏率和端面气膜厚度是反映干气密封性能的两个重要参数。目前干气密封泄漏率的测量基本上是采用在实验密封的静环侧增加一个腔体用于收集泄漏气体然后再测量气体流量的方法，使用这种测量方法测量气体泄漏率时，气体要先充满收集泄漏气体的腔体，然后流量计才可以测量到，这样对泄漏量的测量就有一定的时间延迟，影响密封启动阶段泄漏率的测量。

电涡流传感器由于灵敏度高、可以实现非电触测量等优点而广泛应用于气体密封实验装置中气膜厚度的测量。由于电涡流传感器的作用对象必须是金属导体，这就大大限制了非金属材料密封端面气膜厚度的测量，同时被测表面的面积应该大于电涡流传感器直径的1.83倍，当密封环较窄时其使用也受到限制。目前常见的电涡流传感器的安装方法是在静环上打孔，将电涡流传感器装在孔内，如果打通孔则会影响端面工作状态，如果打盲孔则电涡流传感器与动环端面间的密封环材料将会影大大影响传感器的灵敏度。另外由于密封面存在一定的周向波度，这种安装方法会使测量的结果包含有周向波度，端面气膜厚度为微米级与表面粗糙度为同一数量级，而表面波度大于粗糙度，故测量结果存在较大误差。

发明内容

为克服现有气密封泄漏率和气膜厚度的测量设备的上述不足，降低由于设计不当造成的经济损失，本发明提供一种可在线测量各类气体端面密封的端面气体泄漏率和气膜厚度、气体泄漏率的测量方法简单易行、动态响应好、气膜厚度的测量不受密封环材质、端面宽度和密封环面波度的影响的气体密封实验装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种气体密封实验装置，包括密封腔、驱动系统、供气回路和测试系统，其特征在于：所述密封腔通过螺钉竖直固定在支架上，所述密封腔包含位于密封腔上部的实验密封和位于密封腔下部的辅助密封，实验密封动环和辅助密封动环均安装在动环座上，动环座通过紧定螺钉固定在轴套上，所述实验密封静环通过销钉与端盖相连，端盖通过螺钉与密封腔连接在一起，所述辅助密封静环通过销钉与密封腔相连，所述密封腔上设置有进气口和出气口，所述密封腔上安装有防护罩；所述驱动系统包括电机、联轴器、轴承箱、转轴，所述电机通过螺钉固定在支架上，所述电机和所述转轴通过所述的联轴器相连，所述轴承箱通过转轴设置在联轴器上方；所述供气回路包括压缩机、气压管、调压阀，所述压缩机通过气压管与密封腔的进气口相连，所述气压管上设置有所述调压阀；所述的测试系统包括电涡流传感器、动环定位片、流量计和压力传感器，所述电涡流传感器和流量计均安装于所述实验密封静环上，所述动环定位片安装在实验密封动环上，所述压力传感器与所述密封腔相连。

进一步，本发明所述的测试系统还包括计算机，所述计算机与所述驱动系统中的电机相连。

本发明所述实验密封的密封静环上装有上静环定位片和下静环定位片，所述上静环定位片和下静环定位片通过螺钉相连，与实验密封静环固定在一起，所述上静环定位片上设置有气动接头，所述气压管的一端连在气动接头上，另一端与流量计相连，所述动环定位片和所述实验密封动环通过粘合剂粘在一起。

本发明所述动环定位片外侧有定位凸堰，所述定位凸堰上周向均匀分布有多个阻尼孔，所述阻尼孔为通孔。

一种气体密封实验装置的测量方法，其特征在于：所述方法按照如下步骤进行：

(1)膜厚测量方法：实验前先调整电涡流传感器的初始位置，实验过程中实验密封动环离开实验密封静环一定距离，此时电涡流传感器可以测得动环定位片的位置变化量，那么实验密封静环和实验密封动环之间的气膜厚度即为动环定位片的位置变化量；