[发明专利]分腔施压检测密封性能的实验装置

说明书

一种分腔施压检测密封性能的试验装置，解决了现有试验装置无法模拟橡胶密封圈在复杂工况下进行密封性能研究等问题，包括机座、组装在机座上的实验机构、换向机构、加料机构、加压机构，其技术要点是：实验机构的箱体利用外周套装密封圈的旋转活塞分隔成左、右密封腔，中心旋转轴上的旋转活塞与转矩转速传感器和液压马达连接在同一轴线上，叶轮与搅拌电机连接在同一轴线上；加料机构的左、右加料漏斗固定在左、右密封腔进料口的上方，加压机构的左、右高压接头分别与左、右密封腔连通。其结构设计合理，准确地模拟现场工况，加载均匀，调整方便，操作容易，施压范围广，完全满足在不同流体压力、不同转速、不同工作介质情况下的密封性能要求。

技术领域

本发明涉及一种用于测试盾构机主驱动密封性能的实验装置，特别是一种分腔施压检测密封性能的试验装置。主要是模拟主驱动的密封圈，在与旋转活塞凹槽底面和侧面以及外圈内壁形成面接触摩擦副，左右密封腔在含润滑脂、泥沙等介质以及不同流体压力的工况下，测试密封圈的密封性能的摩擦磨损试验。

背景技术

目前，泥水盾构机在挖掘地下或海底隧道中应用广泛。在实际使用过程中，泥水盾构机的工况比较复杂，既需要承受一定的流体压力，又需要密封住泥水等介质。传统的土压平衡盾构机用唇形密封圈来保证密封性能，但是唇形密封圈承受最大流体压力在0.8MPa，而海底隧道中流体压力一般在1.5MPa，因此，需要重新选择合理的密封圈，来保证盾构机主驱动的密封性能，现阶段应用O形密封圈和星形密封圈的实例比较多，当前实验阶段优先选择这两种密封圈。为了防止外界的渣土、泥水等腐蚀性介质的侵入，无论橡胶密封圈应用在动密封还是静密封，都必须保证合理的密封性能。橡胶密封圈不仅受到外界的渣土、泥水等腐蚀性介质中固体颗粒的挤压与剪切造成材料的流失，而且还受到液体介质本身的溶胀腐蚀，致使橡胶材料的密封性能大大降低。投入使用时，为了保证密封圈有合理的压缩率，密封圈与外轴之间初始压缩率一般选用最大值。当旋转运动一段时间后，沙粒的切削以及外轴的挤压与剪切，将使橡胶密封圈发生磨损，橡胶密封圈与外轴之间的压缩率就会减小，当压缩率减小到一定程度，受挤压产生的接触应力小于流体压力，橡胶密封圈发生密封失效。可以看出，橡胶密封圈在动密封的运动过程中，随着密封圈的磨损，压缩率会变小，压缩率选择过大，橡胶密封圈与外轴接触面积过大，又会发生过热卡死。橡胶密封圈从初始压缩率到磨损失效的问题，会直接关系到泥水盾构机的使用性能及寿命，这一直是泥水盾构机领域最为关注的问题。为了研究并提高橡胶密封圈的耐磨性能和使用寿命，必须选用合适的与实际工况相适应的摩擦磨损试验机，来对橡胶密封圈进行耐压摩擦磨损试验。

目前针对盾构橡胶密封技术，国内先进技术能达到1.7MPa，国外先进技术却能达到4.4MPa。满足上述要求的实验装置正常工作水压应达0~3MPa，要求可以良好地模拟高水压环境。当橡胶密封圈受到流体压力作用时，不仅仅在接触面上发生形变和接触应力，还将在接触面上产生附加应力，即高水压在橡胶密封圈与上下接触面产生的接触应力大于液体压力时，亦应满足密封性能。

如专利公告号为CN105158100B的“磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机”，记载的是一种橡胶试块与金属试环配副在含固体颗粒的液体介质中进行摩擦学性能研究的磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机。其公开的技术方案：包括机座，固定在机座上的动力与传动机构和设置有加载机构、试验机构的料箱，以及测量控制回路，动力与传动机构包括通过联轴器连接在同一轴心线上的组装在主轴箱中的主轴、固定有转矩转速传感器的传动轴和伺服电机的输出轴，试验机构采用由试环和橡胶试块构成的线接触摩擦副。其主要解决了现有技术中存在的在试验过程中，无法模拟在混杂泥沙等现实工况中橡胶环的摩擦磨损等问题。该实验机构虽然可以对满足橡胶试块与试环有间隙时在含固体颗粒的粘稠液体介质工况下的摩擦学性能进行研究，但是，却满足不了模拟在橡胶环的侧面施加流体压力等复杂工况下，研究橡胶密封圈在水下等需要承受压强环境下的密封性能和摩擦磨损实验的要求。