一种浮环密封通用试验器及检测系统及其检测方法

本申请是母案名称为“一种浮环密封通用试验器及检测系统”的发明专利的分案申请；母案申请的申请号为：CN202010025912.X；母案申请的申请日为：2020-01-10。

技术领域

本发明涉及机械设备检测技术领域，特别是涉及一种浮环密封通用试验器及检测系统及其检测方法。

背景技术

浮环密封组件是一种利用浮环与转轴之间压力较高的油膜阻止介质外漏的一种动密封组件。浮环密封组件作为一个完整的部件提供给用户安装在整机中使用，其密封性能在整机中难以检测，因此产品在出厂前应该模拟浮环密封组件的实际工况进行性能检测。

行业内已经有对浮环密封组件进行性能检测的测试设备或平台，但是现有的这些测试设备或平台存在一个共同的缺点：通用性不强，即只能检测某一尺寸的浮环密封组件，如果要检测不同尺寸的浮环密封组件，则需要更换设备或对设备进行大改，造成成本的激增。

有鉴于此，急需一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种浮环密封通用试验器及检测系统及其检测方法，用于模拟浮环密封组件的实际工况环境，能够准确的测量各个尺寸不同的浮环密封组件的泄漏量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种浮环密封通用试验器，包括主轴及设有试验腔的试验器本体，所述试验腔的内部装有锥套及转接环；

所述锥套能够拆卸地套接在所述主轴的前端部，并与所述主轴同步旋转连接；所述转接环能够拆卸地设置于所述锥套外围，且所述转接环的外环壁与所述试验腔的内腔壁贴紧且密封连接，所述锥套的外圆柱面与所述转接环的内环壁之间形成用于安装待测工件的浮动腔；

所述主轴与所述锥套二者锥面配合连接，并通过锁紧螺钉紧固；

所述试验器本体上还设有气路和油路，所述气路穿过待测工件中间，将待测工件中的两个浮环向两侧推动，所述转接环与待测工件之间设有小柔性石墨密封圈，所述油路能够将试验油从待测工件的一侧通入。

优选的，所述主轴与所述锥套二者的配合锥角取值范围为7～12°。

优选的，所述试验器本体包括主壳体、内盖和外盖；

所述主壳体内部设有贯穿其前后表面的阶梯孔，所述阶梯孔包括大径段及小径段，所述大径段形成所述试验腔，所述小径段用于安装所述主轴；

所述内盖呈圆环板状，所述内盖固定在所述试验腔的开口处，且所述内盖的内缘抵挡在所述转接环的端面；

所述试验器本体还包括固定封盖在所述主壳体前端面的外盖，所述外盖呈圆环圈状。

优选的，所述主轴通过两个轴承安装在所述小径段内，两个所述轴承分别位于所述小径段的前后位置。

优选的，所述内盖的内孔壁向一侧延伸形成一圈凸缘，在装配时，所述凸缘插入所述转接环的内孔中。

优选的，所述外盖远离所述主壳体的一端设有用于观察的玻璃板，所述玻璃板的一侧固定有外压板，所述玻璃板通过所述外压板压紧在所述外盖上。

优选的，所述试验器本体设有水冷管道、气路及油路；

所述主壳体上设有进水孔和出水孔，所述进水孔和所述出水孔为所述水冷管道的两端，所述水冷管道能够用于外接冷却水，以进行冷却散热；

所述气路包括进气口和排气口，所述进气口和所述排气口分别为所述气路的两端，所述进气口设置于所述主壳体的底部，所述排气口设置于所述主壳体的顶部，所述气路能够用于外接气源，以封堵流体介质泄漏；

所述油路用于外接油箱，以提供试验油。

本发明还公开了一种检测系统，包括控制器、冷却装置、供气装置、供油装置、驱动装置、摄像装置及如权利要求1-7任一项所述的浮环密封通用试验器；

所述驱动装置安装在所述试验器本体的后方，且所述驱动装置的输出轴与所述主轴传动连接；

所述摄像装置正对所述试验腔，用于观察浮环密封组件在所述浮动腔内的运动状态。

优选的，所述供气装置包括高温高压气体加热器，所述高温高压气体加热器通过管道与所述试验器本体中的气路相连通，所述试验器本体内设有压力传感器；

所述供油装置包括液压机、油箱、加热器和油气分离器，所述液压机、所述油箱、所述加热器、所述试验器本体和所述油气分离器通过油管依次连接，所述油箱设置于所述加热器中。

本发明还公开了一种检测系统的检测方法，包括以下步骤：

S1、对各个装置进行组装；

S2、启动供油装置向试验器本体内部间隙供油，将试验器本体中的空气排出；

S3、启动连接主轴的电机，使主轴转动，启动冷却装置和供气装置，供气装置为试验器本体中提供高温高压空气，冷却装置降低试验器本体中轴承的温度，从而使得试验器本体进入工作状态；

S4、对浮环密封组件的泄漏量进行检测。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的浮环密封通用试验器，包括锥套和转接环，其中锥套可拆卸地套接在主轴的前端部，并与之同步旋转连接；转接环固定于锥套外围，锥套与转接环之间形成用于安装待测工件的浮动腔；试验时，待测工件套设在浮动腔内，进而模拟实际工况进行密封检测；由于锥套和转接环可替换，从而可形成不同尺寸的浮动腔，匹配不同尺寸的待测工件。

在检测不同尺寸的浮环密封组件时，只需将锥套和转接环进行拆卸替换即可，提高了浮环密封通用试验器的通用性；包含该浮环密封通用试验器的检测系统能够检测多种不同尺寸的浮环密封组件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一较佳实施例的浮环密封组件的检测系统的侧视图；

图2示出了本发明一较佳实施例的浮环密封组件的检测系统的主视图；

图3示出了本发明的浮环密封通用试验器的剖面图；

图4示出了本发明的主壳体的立体剖面图；

图5示出了本发明的主轴与锥套的装配状态剖面图；

图6示出了图3中A处的局部放大图；

图7示出了图3中B处的局部放大图。

主要元件符号说明：

100-检测系统；F-浮环密封组件；θ-配合锥角；1-试验器；10-试验器本体；101-主壳体；1011-试验腔；102-内盖；103-外盖；104-轴承；105-玻璃板；106-外压板；107-观察室；108-凸缘；109-大柔性石墨密封圈；110-小柔性石墨密封圈；1012-进水孔；1013-出水孔；1014-进气口；1015-排气口；11-主轴；12-锥套；121-紧固螺钉；122-压紧圈；13-转接环；2-控制器；3-摄像装置；4-高速电机；5-高温高压气体加热器；61-液压机；62-油箱；63-油气分离器；9-底架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种浮环密封通用试验器及检测系统及其检测方法，浮环密封通用试验器及检测系统及其检测方法，用于模拟浮环密封组件的实际工况环境，能够准确的测量各个尺寸不同的浮环密封组件的泄漏量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

请参阅图1及图2，本实施例提供一种对浮环密封组件进行密封性测试的检测系统100(以下简称检测系统100)，其包括浮环密封通用试验器1、控制器2、冷却装置、供气装置、供油装置、驱动装置及摄像装置3。以下描述以图1的方位为参照。

所述浮环密封通用试验器1(以下简称试验器1)是整个检测系统100的关键部件，待测工件装设于其内，模拟工件的实际工况，从而完成检测。在本实施例中，浮环密封通用试验器1安装在一底架9上，底架9为一框架结构，主要起到支撑试验器1的作用。

请参阅图3、图4及图5，所述浮环密封通用试验器1包括试验器本体10和主轴11；所述试验器本体10具有试验腔1011(如图4所示)，所述主轴11可转动地安装在试验腔1011的轴线上；试验腔1011的内部还装有锥套12及转接环13。

请参阅图5，所述锥套12可拆卸地套接在所述主轴11的前端部，并与所述主轴11同步旋转连接；所述转接环13固定于所述锥套12外围，且所述转接环13的外环壁与所述试验腔1011的内腔壁贴紧且密封连接。

所述锥套12的外圆柱面与所述转接环13的内环壁之间形成用于安装待测工件的浮动腔(图中未标识)；其中，所述锥套12和所述转接环13可替换，替换为不同尺寸的锥套12和转接环13，以匹配不同尺寸的待测工件。

所述待测工件是指待检测的浮环密封组件F，示范性的，所述浮动密封组件包括沿同一轴线相对设置的两个浮环，两个浮环之间压缩有弹性件，例如波簧。浮环密封组件F是本领域的一种常规密封产品，其具体结构和规格都是习知的，此处不再赘述。

上述锥套12与转接环13之间形成的浮动腔，实际上是模拟待测工件的工况环境，从而可对浮环密封组件F的密封性在出厂前进行检测，实现本发明的基础功能。

所述锥套12和所述转接环13可替换，以匹配不同尺寸的待测工件，是指锥套12的厚度和转接环13的厚度有不同的规格，因此，由二者形成的浮动腔也随之变化，具有不同的尺寸，从而可以匹配不同尺寸的浮环密封组件F，并对其进行密封检测。

当检测不同尺寸的浮环密封组件F时，只需将锥套12和转接环13进行拆卸替换即可，无需更换其它部件或整个试验器1，相比于现有技术只能检测某一特定尺寸的浮环密封组件F，本实施例的试验器1具有更强的通用性。而本实施例中的锥套12和转接环13均以可拆卸的方式进行安装，替换起来也极其便利。

请参阅图5，优选的，锥套12与主轴11二者锥面配合连接，接触面为光滑曲面。

具体的，主轴11的前端部设置为锥面，锥套12的内表面也设置为锥面，而且两个锥面的配合锥角θ(即主轴11的前端部母线与水平面之间的夹角)一致，取值范围为7-12°。

设定上述角度范围有两方面的考虑：

第一、钢制零件的自锁锥角是小于7°，即配合锥角θ小于7°的情况下，锥套12和主轴11将会出现自锁现象，二者结合得过于紧实不利于拆卸，因此，二者之间的配合锥角θ不能小于7°；

第二、如果配合锥角θ超过12°，则锥套12和主轴11结合不牢靠，无法确保二者在高速运动中始终保持同心，且容易出现松脱，因此，上述配合锥角θ不能超过12°。

具体的，主轴11的轴端还开设有螺钉孔，装配时，锥套12套接在主轴11的前端部，两个锥面贴紧连接，再通过一紧固螺钉121将二者牢固连接在一起；优选的，紧固螺钉121与锥套12之间垫有一压紧圈122，紧固螺钉121依次穿过压紧圈122和主轴11的前端部，压紧圈122的四周抵在锥套12的对应凹槽上，从而实现锥套12和主轴11的轴端相固定的技术效果。

可以理解的是，主轴11与锥套12之间并不限定采用上述锥面配合的连接方式，例如还可以采用花键结构进行连接，凡是能够实现主轴11与锥套12之间的可拆卸连接、且不影响二者同心度的方式均可。

具体在本实施例中，所述试验器本体10包括主壳体101、内盖102及外盖103，外盖103固定封盖在所述主壳体101的前端面。

具体的，所述主壳体101内部设有贯穿其前后表面的阶梯孔，所述阶梯孔包括大径段及小径段(如图4所示)，所述大径段形成所述试验腔1011，主轴11的前端部、锥套12及转接环13均安装在试验腔1011内；所述小径段用于安装所述主轴11的右端，小径段的前后位置处分别装有一个轴承104，主轴11的安装在轴承104上(如图6所示)，主轴11的右端依次穿过两个轴承104的内圈。

请参阅图1及图2，所述外盖103呈圆环圈状，外盖103与主壳体101均设有法兰，二者之间通过法兰相互紧固连接；外盖103远离主壳体101的一端安装有用于观察的玻璃板105。

请参阅图3，玻璃板105与外盖103的端缘之间设有第一柔性石墨密封圈(图中未标识)，玻璃板105的外侧通过外压板106进行压紧，再用螺钉将其紧固在外盖103上。此外，外压板106上设有与玻璃板105对应的通孔或开口类结构，避免外压板106阻挡摄像装置3的摄像工作。

玻璃板105与主壳体101的前端面之间留有一定距离，形成观察室107。

所述内盖102呈圆环板状，所述内盖102固定封盖在所述试验腔1011的开口处，且所述内盖102的内缘抵挡在所述转接环13的端面。装配后，内盖102挡在转接环13的外侧，用于固定转接环13的轴向位置。

请参阅图7，优选的，所述内盖102的内孔壁向一侧延伸形成一圈凸缘108，装配时，该凸缘108插入所述转接环13的内孔中，以便提供更好的固定效果，用于限定转接环13的径向位置。当然，所述转接环13的内孔壁可以做适应性的设置，例如开设一圈凹槽，凹槽的深度与凸缘108的厚度一致，用于确保装配时凸缘108刚好嵌入凹槽内。

需要说明的是，在装配时，转接环13的外环壁与试验腔1011的内腔壁之间设有两个大柔性石墨密封圈109，浮环密封组件F的外壁与转接环13的内环壁之间设有两个小柔性石墨密封圈110，以防止流体不会从上述装配间隙处泄漏。

转接环13、锥套12及主轴11的位置固定，三者处于同心的位置关系；需要注意的是，浮环密封组件F安装到浮动腔内之后，其初始位置与上述三者并不是100％的同心，而会由于自身重力下落，其圆心位置略低于上述三者的圆心，究其根源是浮环密封组件F的内孔略大于锥套12的外径。当主轴11高速旋转时，浮环密封组件F会保持在与主轴11相分离的浮动状态，此时浮环密封组件F与上述三者保持同心位置关系。

在试验器1启动和停止的阶段，锥套12的外圆柱面与浮环密封组件F的内圆柱面之间都会产生摩擦，久而久之，则会对锥套12外圆柱面造成损坏，因此，在锥套12的外圆柱面上喷涂碳化钨或氧化铬从而形成耐磨层，可以提高锥套12的耐磨性，延长其使用寿命。一般的，由于浮环密封组件F的内圆柱面采用碳石墨材料制得，所以其本身就具有硬度高，耐磨性强等优点。

请参阅图7，本实施例的浮环密封组件F安装过程如下：

将装有两件大柔性石墨密封圈109的转接环13装入主壳体101的试验腔1011中，两件大柔性石墨密封圈109阻止了左方流体从主壳体101和转接环13之间的间隙泄漏，此处的左侧流体为试验油，试验油在油路的导向下从待测工件的左侧泄漏到待测工件的右侧，泄漏量则是评判待测工件密封性的标准；

将装有两件小柔性石墨密封圈110的浮环密封组件F装入转接环13对应的内孔中，两件小柔性石墨密封圈110阻挡住了密封流体(用于密封的气体)从浮环密封组件F外环中间向两侧泄漏，即在气体的压力作用下，使得两个浮环向两侧移动，并且结合小柔性石墨密封圈110的密封作用下，可以防止位于左侧的试验油从其上方通过；

内盖102自左向右装入，用螺钉固紧，内盖102的凸缘108前端压紧小柔性石墨密封圈110，并将浮环密封组件F轴向定位；

装入锥套12、压紧圈122，并用紧固螺钉121进行固紧。

本试验器1是在高温条件下工作，所以试验腔1011内密封圈的材质均采用耐高温的柔性石墨制得。

本实施例的驱动装置采用高速电机4，高速电机4安装在试验器本体10的后方，且高速电机4的输出轴与所述主轴11传动连接，高速电机4驱动主轴11旋转。需要说明的是，在其它一些实施例中，所述高速电机4还可以替换成其它具有输出轴的驱动装置，比如柴油机、汽油机等。高速电机4自带减速机构，其轴承104采用水冷降温。主轴11的转速为每分钟3-5万转，如此高的转速，必须对轴承104进行冷却。

请参阅图1至图3，本实施例的试验器本体10上设有水冷管道、气路及油路。

具体的，本实施例的冷却装置主要用于对轴承104进行冷却散热，具体采用输入输出流体(水)进行冷却，为此，在主壳体101内部设置有水冷管道，水冷管道具体开设在主壳体101的小径段，主壳体101的右侧上方开有进水孔1012，在左侧轴承104处设置环槽(图中未标识)，所述进水孔1012与环槽相连通，在环槽中的冷却水通过压紧螺套的径向槽到达左侧轴承104的左端面，此后进入轴承腔中；在通过右侧的轴承104后，最后从主壳体101下方的出水孔1013排出，冷却水将轴承104的热量带走。冷却装置的各个连接部件之间通过水管连接。

具体的，本实施例的供气装置采用高温高压气体加热器5作为气源对试验器1供气，通过高温气体的作用是更好的模拟实际使用时的高温环境，气体用于封堵流体介质的泄漏。高温高压气体加热器5具有温度自动控制装置，其气体压力由试验器1的压力传感器控制，这样就可以准确保持试验器1的密封气的压力要求。

所述气路设置在主壳体101内部，所述气路还包括进气口1014和排气口1015，进气口1014设置在主壳体101的底部，排气口1015设置在主壳体101的顶部。供气装置的各个连接部件之间通过管道连接。

具体的，本实施例的供油装置采用液压机61供油，试验油进入油箱62，油箱62置于加热器中，试验油加热到所需温度后输入试验器1，从试验器1下方排出的试验油经过油气分离器63并降温后进入液压机61中的储油箱循环使用。所述试验油即密封滑油，供油装置的各个连接部件之间通过油管进行连接。

所述摄像装置3放置在试验器本体10的前方适当位置，且正对所述试验腔1011。摄像装置3用于对浮环密封组件F在浮动腔内的运动状态进行摄像，形成的影像数据用于分析浮环密封组件F的浮动工况，从而为检测结果提供判断依据。

本实施例的工作原理及过程描述如下：

待浮环密封组件F以及所有管道安装、连接完成后，首先由液压机61向油箱62供油，经过加热并达到规定温度后，打开开关，试验油从试验器1底部进入试验器1，将试验器1内部间隙灌满油，试验油从待测工件的左侧进右侧出，将试验器1中的空气全部排出。然后启动高速电机4，在高速电机4的转动下，使得待测工件与锥套12之间形成油膜，打开轴承冷却水开关引入冷却水、向试验器1输入高温高压空气，在气体的压力作用下，使得两个浮环向两侧移动，左侧浮环可以抵住左侧的试验油，防止其直接流到待测工件的右侧，试验器1进入工作状态，然后只需检测浮环向两侧移动后，试验油流到待测工件右侧的泄漏量即可检测出待测工件的密封性。

浮环密封组件F的泄漏量检测采用两种检测方法：

1、人工读数检测

从进油端测试，即待试验器1进入正常工作状态后，关闭液压机61的进油阀门，读取油箱62上部试验油在设定时间的下降刻度，即可计算出单位时间浮环密封组件F的泄漏量。

2、自动检测

从回油端测试，利用流量计在回油端检测，在计算机上得到泄漏量和过程曲线。

本发明可实现人工智能控制，高温高压气体加热器5的温度、压力、过热保护，油箱62的温度、油箱62的过热保护，高速电机4的速度控制，高温高压密封气的出口压力，试验腔1011热电偶的温度测试，试验油的流量等均由所述控制器2进行统一控制和计算。

综上所述，本发明带来如下有益效果：

1)本发明的浮环密封通用试验器1，包括锥套12和转接环13，其中锥套12可拆卸地套接在主轴11的前端部，并与之同步旋转连接；转接环13固定于锥套12外围，锥套12与转接环13之间形成用于安装待测工件的浮动腔；试验时，待测工件套设在浮动腔内，进而模拟实际工况进行密封检测；由于锥套12和转接环13可替换，从而可形成不同尺寸的浮动腔，匹配不同尺寸的待测工件，提高试验器1的通用性。

2)在检测不同尺寸的浮环密封组件F时，只需将锥套12和转接环13进行拆卸替换即可，无需更换试验器1；包含该浮环密封通用试验器1的检测系统100能够检测多种不同尺寸的浮环密封组件F，通用性得以提高。

3)通过在试验器本体10上开设水冷管道，对高速旋转的轴承104进行冷却，可达到较佳的冷却散热效果，延长轴承104的使用寿命。

4)通过控制器2对冷却装置、供气装置、供油装置、驱动装置及摄像装置3进行统一控制及计算，可实现自动检测，提高工作效率。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。