1.本发明涉及一种干气密封性能测试装置，具体涉及一种干气密封动特性的测试装置。
背景技术：2.干气密封是典型的非接触式机械密封，其包括动压型干气密封和静压型干气密封。动压型干气密封是通过在密封端面开设流体动压型槽以产生具有一定承载力和刚度的气膜，静压型干气密封其通过从外部引入高压气体介质或通过密封腔内与密封端面的压力差作用下在密封环端面之间形成静压润滑气膜。干气密封在运行的过程中容易受到冲击振动和工况波动，从而容易使气膜失稳导致密封失效，尤其当干气密封运行在极易受到振动的场合，提高干气密封的动态性能显得尤为重要。良好的动态特性是保证干气密封在受到外界扰动位移条件下仍能保持气膜厚度稳定的关键。在低速搅拌釜等旋转设备中，因其细长搅拌轴在搅拌过程中易出现角向偏摆，对安装于其轴端的干气密封会产生角向偏摆，故搅拌设备轴端干气密封的角向追随特性十分重要。
3.目前公开文献中已有关于干气密封气膜动态特性的测试方法及其装置的报道。在现有的干气密封动态特性测试装置中，其振动源来自运行时转轴转动产生的振动，动环振动通过密封气膜传给静环，通过监测静环的运动，测出干气密封的动态特性。但是由于振动源的不可控，其只能测试自身运行产生扰动位移下的动态特性，对于外界扰动位移下的动态特性测试还难以实现。
技术实现要素：4.针对现在干气密封动态特性测试装置中振动源不可控的问题，本发明提出一种基于压电激振器的激励振幅和频率可控的干气密封动态特性测试装置。
5.本发明的技术方案如下：一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，包括干气密封副，所述干气密封副包括设置在激励环座上的激励环、设置在激励环顶部的响应环，所述激励环上设置激励环位移激励组件，通过激励环位移激励组件给激励环施加不同的轴向扰动位移和角向扰动位移激励，所述响应环上设置响应环位移测试组件，通过响应环位移测试组件以监测响应环的位移变化。
6.进一步的，所述响应环设置在响应环外座与响应环内座之间,所述响应环外座设置在密封腔体上，所述响应环与推环固定连接，所述推环与响应环外座之间设有弹性元件；所述响应环与推环之间设有节流气腔，所述推环背部设有背压腔，所述节流气腔通过响应环外座上的第一通气孔、密封腔体上的第二进气孔与外部气体管路相连通，所述背压腔通过响应环外座上的第二通气孔、密封腔体上的第三进气孔与外部气体管路相连通。
7.进一步的，所述激励环位移激励组件包括压电激振器、压电激振器座及第一位移传感器，所述压电激振器下端固定于压电激振器座上，所述压电激振器上端固定于激励环
上，所述第一位移传感器固定于激励环座上。
8.进一步的，所述响应环位移测试组件包括第二位移传感器、金属感应片，所述第二位移传感器固定于响应环内座上，所述金属感应片与响应环固定。
9.进一步的，所述激励环背部与激励环座之间设有压力气垫腔，所述激励环与激励环座之间设有第一辅助密封圈及第二辅助密封圈，所述激励环座上设有连通压力气垫腔及外界压力管路的第一进气孔。
10.进一步的，所述第一位移传感器设有3个，且3个第一位移传感器沿周向均布在激励环座上，所述第一位移传感器探头对准激励环的背部端面。
11.进一步的，所述第二位移传感器设有3个，且3个第二位移传感器沿周向均匀固定于响应环内座上，所述第二位移传感器探头对准金属感应片。
12.进一步的，所述压电激振器座固定于下底座上，所述压电激振器下端固定于压电激振器座上端面中心或偏心位置处，所述压电激振器上端固定于激励环下端面中心或偏心位置处。
13.进一步的，所述激励环座的四周设有位移调节结构，所述位移调节结构可调节激励环座的水平位置以保证激励环与响应环同心。
14.进一步的，所述激励环座上设有保护台阶，所述保护台阶的保护台阶端面高度高出第一位移传感器探头以避免激励环背部端面与第一位移传感器探头相碰，所述保护台阶可避免压电激振器受力过载。
15.本发明的有益效果如下：1）通过对压电激振器输出位移振幅和频率的控制以及压电激振器安装位置的不同，可对激励环施加不同的轴向扰动位移和角向扰动位移，以模拟干气密封在实际运行过程中所受到的轴向和角向扰动位移作用。
16.2）在激励环座上设有保护台阶和压力气垫腔，可避免激励环背部端面与第一位移传感器探头相碰和防止压电激振器过载而损坏。
附图说明
17.图1是本发明实施例1的第一剖面示意图；图2是本发明实施例1的第二剖面示意图；图3是本发明实施例1的激励环及其位移激励组件结构剖面图；图4是本发明实施例1的干气密封副位移激励与响应示意图；图5是本发明响应环位移测试组件安装结构示意图；图6是本发明激励环座及其位移调节结构三维示意图；图7是本发明实施例2的干气密封动特性测试装置剖面示意图；图8是本发明实施例2的干气密封副位移激励与响应示意图；图中：1、干气密封副；11、激励环；111、压力气垫腔；112、第一辅助密封圈；113、第二辅助密封圈；114、第一进气孔；12、响应环；121、节流气腔；122、背压腔；13、推环；14、弹性元件；2、激励环位移激励组件；21、压电激振器；22、压电激振器座；23、第一位移传感器；3、响应环位移测试组件；31、第二位移传感器；32、金属感应片；41、激励环座；411、保护台阶；412、保护台阶端面；42、响应环外座；421、第一通气孔；422、第二通气孔；43、响应环内；44、
位移调节结构；45、密封腔体；451、第二进气孔；452、第三进气孔；46、下底座。
具体实施方式
18.以下结合说明书附图，对本发明的实施进一步详述。
19.实施例1：参照图1、2、3、4、5和6，一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，包括干气密封副1、激励环位移激励组件2、响应环位移测试组件3，干气密封副1包括位于下部的激励环11、位于上部的响应环12、推环13、弹性元件14，激励环11固定安装于激励环座41上，响应环12固定安装于响应环外座42和响应环内座43之间。激励环11背部设有压力气垫腔111，为了在激励环和激励环座之间构造出封闭的压力气垫腔111，激励环11与激励环座41之间设有第一辅助密封圈112和第二辅助密封圈113，压力气垫腔111通过第一进气孔114与外界压力管路连通。激励环座41的四周设有位移调节结构44（44a、44b、44c、44d），用以调节激励环座41的水平位置，位移调节结构44为常规螺纹旋扭方式调节，保证激励环11与响应环12同心。响应环12为静压干气密封环，响应环12与推环13采用固定连接，两者之间设有节流气腔121，推环13背部设有背压腔122，节流气腔121通过响应环外座42上的第一通气孔421、密封腔体45上的第二进气孔451与外部气体管路相连通，背压腔122通过响应环外座42上的第二通气孔422、密封腔体45上的第三进气孔452与外部气体管路相连通。
20.激励环位移激励组件2用于给激励环11一振幅和频率可控的外界位移激励，包括压电激振器21、压电激振器座22、第一位移传感器23，压电激振器21可通过外置控制器以实现给定频率和振幅的位移激励，压电激振器21下端固定于压电激振器座22上端面中心处，压电激振器21上端固定于激励环11下端面中心处，3个第一位移传感器23沿周向均布固定于激励环座41上，其中第一位移传感器23为的电涡流传感器，第一位移传感器23探头对准激励环11的背部端面，用以监测不同激励情况下激励环11的位移变化。激励环座41上设有高度高出第一位移传感器23探头的保护台阶411，以避免激励环11背部端面与第一位移传感器23探头相碰和压电激振器21受力过载。
21.响应环位移测试组件3包括第二位移传感器31、金属感应片32，3个第二位移传感器31（31a、31b、31c）沿周向均匀固定于响应环内座43上，第二位移传感器31探头对准金属感应片32，用以监测响应环12的位移变化，金属感应片32固定在响应环12上。
22.激励环11受到来自压电激振器21的扰动位移，通过3个沿周向均布的第一位移传感器23可以得到激励环11的轴向位移变化情况。激励环11的上下运动使膜厚发生变化，继而改变密封开启力，响应环12因轴向受力发生改变而产生位移，由于金属感应片32固定在响应环12上，通过3个沿周向均布的第二位移传感器31获得金属感应片32的位移变化，从而推断出响应环12的位移变化及运动情况。
23.实施例2：参照图7和8，本实施例与实施例一的不同之处在于压电激振器21下端固定于压电激振器座22上端面偏心处，压电激振器21上端固定于激励环11下端面偏心处。通过压电激振器21的偏心安装从而实现给激励环11角向的位移扰动。其余结构与实施方式与实施例一相同。
24.工作原理：
干气密封动特性表征响应环追随外界扰动位移的能力，干气密封的动特性越好，其在受到扰动位移后的膜厚变化量越小。
25.作为干气密封副之一且位于上部的响应环受到多个轴向作用力：弹性元件作用在推环和响应环上的弹簧力、背压腔带压介质作用在推环和响应环上的气压作用力、推环和响应环与安装座之间辅助密封圈的摩擦力以及密封端面的开启力，其中开启力的大小受节流气压力的影响。在推环和响应环中心固定有响应环内座，其上装有3个沿周向均布的第二位移传感器，用以监测响应环的位移变化。在试验前需要通过激励环座四周设有的位移调节结构，将激励环与响应环调节至同心。然后通过外界气体管路通入带压气体，并调节密封外腔和背压腔中气体压力使密封端面之间形成一层具有一定承载力和刚度的气膜，进而实现非接触运行。位于下部的激励环作为干气密封的另一密封副，其下端固定有压电激振器，通过压电激励器给予激励环一个振幅和频率可控的位移激励。激励环安装在激励环座上，激励环座上安装有3个沿周向均布的第一位移传感器，且第一位移传感器探头对准激励环背部端面，通过多个第一位移传感器可测得激励环的激励位移。在激励环背部还设有一压力气垫腔，通过调节腔内压力以平衡激励环上部端面的气压作用力，从而避免压电激振器受载过大；另一方面，在压力气垫腔内还设有保护台阶，以在压力气垫腔突然失压的意外情况下保护第一位移传感器探头被撞及压电激振器受力过载。
26.当本发明用于干气密封动特性测试时，在保证密封端面完全打开的前提下，通过外置控制器给压电激振器一定频率和振幅的位移激励，通过3个第一位移传感器测出不同时间下激励环的位移变化，以时间为横坐标，位移变化为纵坐标，获得激励环位移变化-时间的散点图。同理通过3个安装于响应环内座的第二位移传感器测出响应环的位移变化，得到响应环位移变化-时间的散点图，通过对激励环激励位移时变特性和响应环响应位移时变特性的数据处理，可获得静压干气密封在不同频率和振幅位移激励条件下的动特性。
27.本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能想到的同等技术手段。
技术特征：1.一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，包括干气密封副（1），所述干气密封副（1）包括设置在激励环座（41）上的激励环（11）、设置在激励环（11）顶部的响应环（12），所述激励环（11）上设置激励环位移激励组件（2），通过激励环位移激励组件（2）给激励环（11）施加不同的轴向扰动位移和角向扰动位移激励，所述响应环（12）上设置响应环位移测试组件（3），通过响应环位移测试组件（3）以监测响应环（12）的位移变化。2.根据权利要求1所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述响应环（12）设置在响应环外座（42）与响应环内座（43）之间,所述响应环外座（42）设置在密封腔体（45）上，所述响应环（12）与推环（13）固定连接，所述推环（13）与响应环外座（42）之间设有弹性元件（14）；所述响应环（12）与推环（13）之间设有节流气腔（121），所述推环（13）背部设有背压腔（122），所述节流气腔（121）通过响应环外座（42）上的第一通气孔（421）、密封腔体（45）上的第二进气孔（451）与外部气体管路相连通，所述背压腔（122）通过响应环外座（42）上的第二通气孔（422）、密封腔体（45）上的第三进气孔（452）与外部气体管路相连通。3.根据权利要求1所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述激励环位移激励组件（2）包括压电激振器（21）、压电激振器座（22）及第一位移传感器（23），所述压电激振器（21）下端固定于压电激振器座（22）上，所述压电激振器（21）上端固定于激励环（11）上，所述第一位移传感器（23）固定于激励环座（41）上。4.根据权利要求1所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述响应环位移测试组件（3）包括第二位移传感器（31）、金属感应片（32），所述第二位移传感器（31）固定于响应环内座（43）上，所述金属感应片（32）与响应环（12）固定。5.根据权利要求1所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述激励环（11）背部与激励环座（41）之间设有压力气垫腔（111），所述激励环（11）与激励环座（41）之间设有第一辅助密封圈（112）及第二辅助密封圈（113），所述激励环座（41）上设有连通压力气垫腔（111）及外界压力管路的第一进气孔（114）。6.根据权利要求3所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述第一位移传感器（23）设有3个，且3个第一位移传感器（23）沿周向均布在激励环座（41）上，所述第一位移传感器（23）探头对准激励环（11）的背部端面。7.根据权利要求4所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述第二位移传感器（31）设有3个，且3个第二位移传感器（31）沿周向均匀固定于响应环内座（43）上，所述第二位移传感器（31）探头对准金属感应片（32）。8.根据权利要求3所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述压电激振器座（22）固定于下底座（46）上，所述压电激振器（21）下端固定于压电激振器座（22）上端面中心或偏心位置处，所述压电激振器（21）上端固定于激励环（11）下端面中心或偏心位置处。9.根据权利要求1所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述激励环座（41）的四周设有位移调节结构（44），所述位移调节结构（44）可调节激励环座（41）的水平位置以保证激励环（11）与响应环（12）同心。10.根据权利要求3所述的一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，其特征在于，所述激励环座（41）上设有保护台阶（411），所述保护台阶（411）的保护台阶端面（412）高
度高出第一位移传感器（23）探头以避免激励环（11）背部端面与第一位移传感器（23）探头相碰，所述保护台阶（41）可避免压电激振器（21）受力过载。
技术总结本发明公开了一种基于压电激振器的干气密封动特性测试装置，包括干气密封副，所述干气密封副包括设置在激励环座上的激励环、设置在激励环顶部的响应环，所述激励环上设置激励环位移激励组件，通过激励环位移激励组件给激励环施加不同的轴向扰动位移和角向扰动位移激励，所述响应环上设置响应环位移测试组件，通过响应环位移测试组件以监测响应环的位移变化。本发明通过对压电激振器输出位移振幅和频率的控制以及压电激振器安装位置的不同，可对激励环施加不同的轴向扰动位移和角向扰动位移，以模拟干气密封在实际运行过程中所受到的轴向和角向扰动位移作用。的轴向和角向扰动位移作用。的轴向和角向扰动位移作用。
技术研发人员：江锦波 方泽添 蔡浩楠 彭旭东 赵文静 李纪云
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2022/7/5
