[发明专利]用于模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟风沙环境下工作的旋转唇封试验技术，特别涉及实时监测环境颗粒物侵入旋转唇封的试验装置。

背景技术

密封装置是装备制造业中关键的核心零部件，往往直接决定着重大装备和主机的性能、质量和可靠性。密封一旦失效轻则造成润滑剂变质或泄漏，增加机器磨损、功耗并缩短其使用寿命，造成环境污染或设备的腐蚀，重则引起失火爆炸甚至人身安全等严重事故。旋转轴唇形密封(简称唇封)因其结构紧凑、价格低廉以及性能可靠等优点，广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工和生物制药等领域，它依靠工作压力(包括预紧力和介质压力)作用于唇部，使唇部压紧密封偶合面实现密封效果，它是防止润滑剂外泄、抵御污染物入侵的重要屏障。

旋转唇封常常暴露于外界外环境、被迫服役于风沙、扬尘及雾霾等各类沙尘环境并承受苛刻考验。实际使用表明：磨粒磨损是除安装、使用不当和胶料老化外导致橡胶密封件过早失效的主要原因之一。然而，沙尘环境下颗粒诱导旋转唇封破坏的磨损机制和失效机理、颗粒形态特性对旋转唇封密封失效的影响规律仍有待深入探究。另一方面，实现外界环境颗粒物浸入旋转唇封的实时监测和示踪可以为评价沙尘环境下服役的唇形密封提供理论依据。因此，对外界环境颗粒侵入旋转唇封的实时监测与示踪装置显得尤为重要。

目前，国内外已在唇封寿命预测和接触区油膜特性分析等方面取得了一定进展。如专利[CN103411761A]公开了一种用于研究唇封寿命的测试实验台；专利[CN103033353A]公开了一种唇封接触区油膜特性测试装置。然而，当前考察风沙环境下旋转唇封密封性能和使用寿命相关的许多工作仍亟待解决。但目前对于风沙环境下颗粒浸入旋转唇封进行密封性能试验并能实时监测与示踪颗粒运动特性的相关工作尚缺乏有效的技术手段。

发明内容

为了克服现有技术无法实现风沙环境下颗粒浸入旋转唇封进行密封性能试验的不足，本发明提供了一种模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，该试验装置利用风沙环境模拟系统真实模拟实际风沙环境并与可视化监测系统和数据采集与控制系统相结合，综合评估旋转唇封的密封性能和使用寿命，更能较真实地模拟风沙侵蚀环境破坏旋转唇封的损伤过程，并可实时监测环境颗粒物侵入旋转唇封的过程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于模拟风沙环境下实时监测颗粒物侵入旋转唇封的试验装置，所述试验装置包括旋转唇封系统1、风沙环境模拟系统2和可视化监测系统3，所述旋转唇封系统1包括介质腔1b、唇型密封1g、唇封盖板1c、中空透明轴1f和可调速变频电机1j，所述介质腔1b一端安装有唇型密封1g，所述介质腔1b另一端与可调速变频电机1j相连，所述中空透明轴1f置于介质腔1b中，所述中空透明轴1f一端与唇型密封1g唇口弹性接触，所述中空透明轴1f的另一端由固定在基座上的鞍式支座1i固定；

所述风沙环境模拟系统2的风沙出口位于所述中空透明轴1f一端与唇型密封1g的密封面，所述密封面位于所述可视化监测系统3的视觉范围内。

进一步，所述的中空透明轴1f与唇型密封1g、介质腔1b和可调速变频电机轴1j的回转中心轴在同一直线上。

再进一步，所述的风沙循环模拟系统2风沙腔2a、循环风机2b和连通管道2c，所述风沙腔2a为半封闭结构，其开口侧与旋转唇封空气侧相通，风沙腔2a上下各开设有进风口2a₁和出风口2a₂，进风口2a₁和出风口2a₂经连通管道2c与循环风机2b相连。

所述的可视化监测系统3高速CCD相机3c、平面镜3b和聚光灯3a，所述聚光灯3a对准唇封1g最上方唇口部位，平面镜3b调整好设定角度通过改变光路保证高速CCD相机3c透过中空透明轴1f能拍摄到聚光灯3a对准的密封面。

所述试验装置还包括数据采集与控制系统4，所述数据采集与控制系统4包括数据采集系统工控机4a和动态扭矩传感器4b，所述介质腔1b另一端经动态扭矩传感器4b与可调速变频电机1j相连；所述可调速变频电机1j和数据采集与控制系统4电连接，以实现变频电机转速和动作时间可控。

所述循环风机2b和数据采集与控制系统4电连接，以实现风沙循环模拟系统中风速和流量可控。

所述高速CCD相机和数据采集与控制系统4电连接，以实现唇封1g最上方唇口部位密封面的实时监测。

所述介质腔1b上分别钻排气孔1a和注油孔1d。