一种可调间隙的密封泄漏特性实验台制造技术

本发明专利技术公开了一种可调间隙的密封泄漏特性和流场可视化实验台。该实验台可以方便、快捷地调整密封间隙，更换密封结构，并可用于进行流场可视化研究。所述实验段由密封齿、转子面、观测板和背挡板组装而成，密封齿下有用于调整间隙高度的调整螺栓和高度调节板；所述实验段由有机玻璃制成，可通过激光片光，在观测板上有视窗口，配合PIV测试系统的激光源和CCD相机可进行流场可视化测量。在流量计和整流段之间连接有烟雾发生器，用于产生用于流场可视化的示踪粒子，所述的烟雾发生器装有冷却系统。

An experimental platform for sealing leakage characteristics with adjustable clearance

The invention discloses an adjustable gap sealing leakage characteristic and a flow field visualization experiment table. The experimental platform can adjust the seal clearance conveniently and quickly, change the sealing structure, and can be used for visualization of flow field. The experimental section is composed of seal teeth and the rotor surface, and the back baffle plate observation assembled under sealed gear for adjusting the adjusting bolt gap height and height adjustment plate; the test section is made of organic glass, the laser light sheet, plate has seen in the observation window, with the laser source and the CCD PIV camera test system for measuring flow visualization. A smoke generator is connected between the flow meter and the rectifier section for generating a tracer particle for visualization of the flow field. The smoke generator is provided with a cooling system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于透平机械
，具体涉及一种可调间隙的密封泄漏特性实验台。
技术介绍
在汽轮机、压气机、泵等透平机械中，旋转动密封装置安装在静子部件和转子部件所形成的间隙中，控制间隙内从高压端向低压端的泄漏流动，对透平机械的安全、经济、稳定运行有着显著的影响。目前较为常用的动密封结构有迷宫密封、蜂窝密封、孔型密封和刷式密封，而根据安装位置不同又可分为级间密封、轴密封、叶顶密封、叶轮进口密封和隔板密封等。旋转动密封结构一般由转子部件和密封静子部件两部分组成，两者之间存在着很小的间隙。在众多旋转动密封装置中，迷宫密封由于有结构简单、运行稳定、成本低、安装方便、密封效果好等优点，目前是透平机械领域应用最为广泛的动密封装置。近年来，新型阻尼密封(蜂窝密封、袋型阻尼密封、孔型密封等)和刷式密封由于它们具有十分优良的性能也越来越受密封行业的关注。但是，旋转动密封内的不可避免的泄漏流动直接对透平机械的运行效率有着显著的影响，因此对动密封内的泄漏流动和流场可视化研究逐渐成为透平机械研究领域的热点和难点问题。在密封泄漏特性的实验研究中，往往因为实验件和密封间隙的变化而需要对实验台其余某些部件进行重新设计，这大大增加了实验成本和时间；此外，随着对密封性能研究的深入，为了在理论上分析密封的封严机制，因此需要对密封内部的流场结构进行可视化测量，所以在密封泄漏特性实验台的设计中，还需要同时考虑对其内部流场进行可视化测量的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对密封泄漏特性实验研究中能够对密封结构进行经济、方便、快捷地调整间隙和更换测量结构的要求，以及可同时进行流场可视化测量的要求，提供了一种可调间隙的密封泄漏特性实验台，其能通入烟雾颗粒作为示踪粒子，进行流场可视化测量。这种适用于不同结构、不同形式、不同间隙的实验台大大提高了密封泄漏特性研究过程中实验台的使用效率，缩短了实验研究时间，节省了实验成本。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现：一种可调间隙的密封泄漏特性实验台，包括压气机、流量阀、流量计前直管段、涡轮流量计、流量计后直管段、截面转换段、整流段、收缩段、实验段前连接段、实验段和实验段后延伸段；其中，实验段包括密封齿、转子面、观测板和背挡板，从上游望向下游，密封齿的齿与转子面上下相对，左侧为背挡板，右侧为观测板，且背挡板和观测板相连接，实验段上游与实验段前连接段相连，下游与实验段后延伸段相连；实验段底部的高度调节板板面与实验段底面平行，距实验段底面留有设定距离，若干个高度调节螺栓穿过高度调节板上的螺纹孔，顶部支撑在实验段底面上；截面转换段和整流段的连接处设置有整流栅网，实验段前连接段上设置有总压探头和热电偶，总压探头输出端通过压电转换器连接至电子压力表输入端，热电偶输出端连接至NI采集卡输入端。本专利技术进一步的改进在于，实验段的外侧还设置有YAG激光源、光导臂、片光片和CCD相机，片光片出口和CCD相机对准实验段，并通过光导臂连接片光片和YAG激光源。本专利技术进一步的改进在于，NI采集卡输出端、YAG激光源和CCD相机输出端均通过数据连接线连接至计算机。本专利技术进一步的改进在于，流量计后直管段上设置有烟雾发生器。本专利技术进一步的改进在于，还包括冷却水箱和冷却水回流槽，冷却水箱内设置有冷却水泵，冷却水箱的冷却水通过冷却水泵及冷却水管道对烟雾发生器进行冷却，并通过冷却水回流槽回收冷却后的水至冷却水箱内。本专利技术进一步的改进在于，还包括设置在压气机出气口处的旁通阀。本专利技术进一步的改进在于，实验段上的观测板上开设有透光性好的玻璃观测视窗。本专利技术进一步的改进在于，实验段上的背挡板的表面上涂有哑光漆。本专利技术进一步的改进在于，收缩段的通道收缩型线为维氏曲线。本专利技术进一步的改进在于，密封齿、转子面、观测板与背挡板，均采用聚甲基丙烯酸甲酯材质制成。本专利技术具有如下的优点：本专利技术提供了一种可调间隙的密封泄漏特性实验台，由于实验段并非一体构造，而是由密封齿、转子面、观测板和背挡板组装而成，故能较为方便地更换密封齿结构和转子面结构，能够广泛应用于对各类动密封(迷宫密封、阻尼密封、刷式密封、高低齿密封等)的设计和性能测试研究。又由于观测板、背挡板以及实验段前连接段和实验段后延伸段上的连接孔均为腰型孔，且实验段下侧支撑部分为高度调节螺栓，故可方便、快捷地调整密封间隙；同时，栅网和整流段的设置，保证了实验段来流的均匀性，流量计与进口的总压探针和热电偶可以精确测量进口压力、温度和质量流量参数，出口为实验环境条件，这样便可使实验台方便、经济地用于不同间隙、不同形式的密封结构的泄漏特性实验。进一步，由于实验段的外侧还设置有YAG激光源、光导臂、片光片和CCD相机，片光片出口和CCD相机对准实验段，并通过光导臂连接片光片和YAG激光源。故本专利技术可通过PIV技术对多种密封结构的内流场进行可视化测量研究，为密封的封严机制进行理论分析和工程设计高性能密封装置提供流场结构的可视化结果。进一步，由于烟雾发生器安装在流量计后直管段上，距实验段较远，有利于烟雾颗粒混合均匀，提高流场可视化测量结果。进一步，由于NI采集卡、YAG激光源和CCD相机都连到同一计算机上，故可将温度数据采集、PIV流场拍摄控制以及流场数据的后处理集成到同一平台上，方便数据的采集和整理。进一步，由于压气机出口支路接有旁通阀，故可调整旁通阀使实验台在较大工况范围内安全稳定运行，而不会造成压气机工况变化过大，避免了喘振等危险发生。进一步，虽然烟雾发生器出口温度很高，但因装有冷却系统，从而避免了连接处密封胶融化而导致的泄漏问题，又使实验台可较长时间连续稳定运行。进一步，由于背挡板上涂有哑光漆，观测板上开有透光性好的玻璃观测视窗，故可最大限度减小了在流场可视化测量中，光的反射和折射带来的实验误差。进一步，由于收缩段的通道型线为韦氏曲线，故根据风动设计原理，该收缩段能使气体在收缩流动中保持很好的层流性和稳定性，避免壁面分离，减小实验段进口湍流强度。进一步，由于密封齿、转子面、观测板与背挡板均采用聚甲基丙烯酸甲酯材质制成。该种材料为透明材料，可使激光射入，完成流场可视化测量。且此种材料能承受较大压力而又质量较轻，故在满足较宽工况范围的同时可更为方便地携带、安装、拆卸、更换与调整实验段。附图说明图1是本专利技术实验台的结构简图；图2是本专利技术的实验段组装图(以阶梯式迷宫密封为例)；图3a是本专利技术的间隙调整示意图(以阶梯式迷宫密封为例)，图3b为密封齿的结构示意图，图3c为转子面的结构示意图，图3d为观测板的结构示意图，图3e为背挡板的结构示意图；图4a是本专利技术的收缩段子午面剖视图，图4b是图4a的A-A向剖视图，图4c是图4a的B-B向剖视图；图5是本专利技术的烟雾发生器连接处示意图；图6是本专利技术的烟雾发生器冷却水循环示意图；图7是本专利技术的PIV拍摄示意图。图中：1为压气机；2为旁通阀；3为流量阀；4为流量计前直管段；5为涡轮流量计；6为流量计后直管段；7为截面转换段；8为整流栅网；9为整流段；10为收缩段；11为实验段前连接段；12为总压探针；13为压电转换器；14为电子压力表；15为热电偶；16为NI采集卡；17为密封齿；18为转子面；19为观测板；20为背挡板；21为实验段后延伸段；22为高度调节板；23为高度调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调间隙的密封泄漏特性实验台，其特征在于，包括压气机(1)、流量阀(3)、流量计前直管段(4)、涡轮流量计(5)、流量计后直管段(6)、截面转换段(7)、整流段(9)、收缩段(10)、实验段前连接段(11)、实验段和实验段后延伸段(21)；其中，实验段包括密封齿(17)、转子面(18)、观测板(19)和背挡板(20)，从上游望向下游，密封齿(17)的齿与转子面(18)上下相对，左侧为背挡板(20)，右侧为观测板(19)，且背挡板(20)和观测板(19)相连接，实验段上游与实验段前连接段(11)相连，下游与实验段后延伸段(21)相连；实验段底部的高度调节板(22)板面与实验段底面平行，距实验段底面留有设定距离，若干个高度调节螺栓(23)穿过高度调节板(22)上的螺纹孔，顶部支撑在实验段底面上；截面转换段(7)和整流段(9)的连接处设置有整流栅网(8)，实验段前连接段(11)上设置有总压探头(12)和热电偶(15)，总压探头(12)输出端通过压电转换器(13)连接至电子压力表(14)输入端，热电偶(15)输出端连接至NI采集卡(16)输入端。

【技术特征摘要】
1.一种可调间隙的密封泄漏特性实验台，其特征在于，包括压气机(1)、流量阀(3)、流量计前直管段(4)、涡轮流量计(5)、流量计后直管段(6)、截面转换段(7)、整流段(9)、收缩段(10)、实验段前连接段(11)、实验段和实验段后延伸段(21)；其中，实验段包括密封齿(17)、转子面(18)、观测板(19)和背挡板(20)，从上游望向下游，密封齿(17)的齿与转子面(18)上下相对，左侧为背挡板(20)，右侧为观测板(19)，且背挡板(20)和观测板(19)相连接，实验段上游与实验段前连接段(11)相连，下游与实验段后延伸段(21)相连；实验段底部的高度调节板(22)板面与实验段底面平行，距实验段底面留有设定距离，若干个高度调节螺栓(23)穿过高度调节板(22)上的螺纹孔，顶部支撑在实验段底面上；截面转换段(7)和整流段(9)的连接处设置有整流栅网(8)，实验段前连接段(11)上设置有总压探头(12)和热电偶(15)，总压探头(12)输出端通过压电转换器(13)连接至电子压力表(14)输入端，热电偶(15)输出端连接至NI采集卡(16)输入端。2.根据权利要求1所述的一种可调间隙的密封泄漏特性实验台，其特征在于，实验段的外侧还设置有YAG激光源(29)、光导臂(30)、片光片(31)和CCD相机(32)，片光片(31)出口和CCD相机(32)对准实验段，并通过光导臂(30)连接片光片(31)和YAG激光源(29)。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏鑫，代欣波，张康，李军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61