[发明专利]一种轴向可调式迷宫密封实验的测试装置

说明书

本发明涉及一种轴向可调式迷宫密封实验的测试装置，本测试装置包括供压系统和轴向迷宫密封测试结构，供压系统的压缩机连通静压腔，压缩机与静压腔连通的管路上设置有控制阀，静压腔与轴向迷宫密封测试结构连通。本发明解决现有轴向迷宫密封理论及设计手段与实际情况存在差异的问题，本发明通过搭建迷宫密封测试装置试验台，以及更换实验测试块，验证不同结构参数下轴向迷宫的密封性能。

技术领域

本发明属于测试装置技术领域，具体涉及一种轴向可调式迷宫密封实验测试装置。

背景技术

迷宫密封具有结构简单、无摩擦、无需润滑、使用寿命长等众多优点。迷宫密封由若干个依次排列的环状密封齿组成，内外圈间形成一系列节流间隙与膨胀空腔，流体通过迷宫密封通道时，经多次膨胀、压缩而产生能量损耗，从而达到密封效果。

迷宫密封在旋转式密封中得到广泛应用，迷宫密封不受旋转速度和温度的限制，摩擦功耗极小，增加篦齿数目可密封较高压力的气体，多用于透平压缩机和燃气轮机等主轴的密封，也常用于滚动轴承中。迷宫密封用于轴向密封的研究成果较少，其中主要应用之一为用于往复式压缩机的活塞与气缸间密封。往复式压缩机通常采用活塞环进行密封，采用活塞环进行密封，不可避免的会将润滑油与压缩气体一起被送出，然而气缸内需要足够的润滑来保证其使用寿命，两者互为掣肘。此外，LNG(liquefied natural gas即液化天然气)压缩机工作温度达-162℃至-125℃，活塞环无法保证低温下的密封效果，此时迷宫密封的优势得以发挥。

由于轴向迷宫密封的密封机理及结构参数设计的研究相对甚少，以往轴向迷宫密封设计时多借鉴旋转迷宫密封的研究成果。对于旋转和轴向往复方向的密封，其内部流体变化形式存在较大区别，通过模拟和实验进行测试，对于密封性能验证和迷宫密封参数优化设计是十分重要的。

现有轴向迷宫密封的研究成果较少，一般为通过数值仿真的方式模拟迷宫密封内部流场的运动形式和泄漏量，以此作为迷宫密封设计及齿形优化的依据。针对迷宫密封的模拟仿真多以CFD是（Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)为主，基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。其模拟过程中与实际情况的符合度急需得到验证。

发明内容

发明目的：本发明的目的就在于解决现有轴向迷宫密封理论及设计手段与实际情况存在差异的问题，提出一种轴向可调式迷宫密封实验测试装置及测试方法，该测试方法通过搭建迷宫密封测试装置试验台，以及更换实验测试块，验证不同结构参数下轴向迷宫的密封性能。

技术方案：

一种轴向可调式迷宫密封实验的测试装置，本测试装置包括供压系统和轴向迷宫密封测试结构，供压系统的压缩机连通静压腔，压缩机与静压腔连通的管路上设置有控制阀，静压腔与轴向迷宫密封测试结构连通；

轴向迷宫密封测试结构的气缸内设置有活塞，活塞的左右两侧分别固定连接有活塞顶板和活塞挡板，活塞顶板与气缸内壁形成稳压腔，稳压腔与静压腔连通，活塞挡板固定于气缸盖上，气缸盖上设置有出口气阀，气缸盖与气缸固定连接形成封闭空间，沿活塞圆周上设置有活塞迷宫密封测试块；气缸内壁上与活塞迷宫密封测试块相对处设置有气缸迷宫齿，气缸迷宫齿与活塞迷宫密封测试块之间形成实验测试段。

本测试装置包括测量系统，测量系统包括压差式流量计、振动传感器和压力传感器，压差式流量计设置在静压腔与气缸连通的管路上，振动传感器设置在气缸外侧，压力传感器设置在出口气阀处；压差式流量计、振动传感器和压力传感器均连接至计算机。

活塞迷宫密封测试块为16块扇形测试块呈圆周排布，16块扇形测试块均与活塞连接，扇形测试块为截面呈扇形的块状结构，扇形弧长所在的面上设置有齿，每一块扇形测试块的角弧度为22.5°。