專利名稱：活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置及其檢測方法
活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置及其檢測方法技術領域
本發明屬于活塞密封檢測裝置技術領域，具體涉及一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置及其檢測方法。
背景技術：
活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置，是對活塞環、活塞桿密封性能測量的專用設備。活塞環是內燃機發動機的重要零件之一，其中活塞環外緣和缸體內壁間隙即活塞環與缸壁的氣密性關系著發動機的工作效率，活塞桿處的密封性能也關系著發動機的工作效率。在工作狀態下，氣缸內充滿高壓氦氣，活塞環和活塞桿密封的密封不良則會產生高壓氦氣泄漏，活塞環和活塞桿密封的泄漏影響發電機的效率和消耗氦氣，將使運行成本增力口。一些國家以活塞環與汽缸壁間的光密封度作為評定指標，間接反映氣密性。活塞環、活塞桿密封的密封對于太陽能發電、汽車工業等行業非常重要，因此需要對活塞環、活塞桿密封進行定量的測量和分析，尋找出設計上的缺陷，使發電機達到最佳工作狀態。
目前，國內沒有針對活塞環和活塞桿密封的密封性能進行檢測的裝置，無法保證活塞環和活塞桿密封的密封性能滿足使用要求。發明內容
本發明的目的是提供一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置及其檢測方法，以對活塞環、活塞桿密封進行定量的測量和分析，尋找出設計上的缺陷，使發電機達到最佳工作狀態。
為達到上述目的，本發明提供的技術方案是:一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置，其特殊之處在于:包括箱體組件和機械傳動組件，所述箱體組件包括底座、曲軸箱和氣缸，所述曲軸箱設置于底座上，氣缸設置于曲軸箱上，氣缸底部與曲軸箱頂部連通，曲軸箱頂部開設有氣孔，所述機械傳動組件包括電機、左端聯軸器、右端聯軸器、傳動軸、曲軸、飛輪、連桿、活塞桿和活塞，所述電機設置于底座上，電機軸通過右端聯軸器與傳動軸連接，所述曲軸設置于曲軸箱內，曲軸兩端伸出曲軸箱設置且與曲軸箱之間通過軸承連接，曲軸的一端通過左端聯軸器與傳動軸連接，另一端安裝有飛輪，曲軸的曲柄銷處安裝有連桿，連桿頂端和 活塞桿下端相連，活塞桿頂部連接有活塞，所述活塞桿和活塞均設置于氣缸內，活塞桿中部與氣缸內壁之間設有密封組件，所述氣缸側壁上位于密封組件和活塞之間的位置上開設有試驗臺進氣口，氣缸頂部開設有兩個氣體出口。
上述氣缸包括氣缸外殼、氣缸襯和氣缸蓋,所述氣缸襯與氣缸外殼的內壁緊貼設置，氣缸襯和氣缸外殼間以及密封組件和氣缸襯間均設有密封圈，氣缸襯與氣缸外殼之間設有環形腔，與環形腔位置對應的氣缸外殼上開設有冷卻水進口和冷卻水出口，氣缸蓋設置于氣缸頂部，氣缸蓋上開設有氣體出口，所述密封組件底部設有潤滑油進口，所述曲軸箱內設有軸承座，軸承座上設有曲軸潤滑油入口，曲軸箱底部設有曲軸箱出油口。
上述檢測裝置用于檢測活塞環的靜態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: 1)連接進氣氣路:將氣瓶、電磁閥、單向閥、壓力變送器通過管道依次連接，將壓力變送器與試驗臺進氣口用管道連通，在氣瓶和電磁閥之間設置壓力表，在單向閥和壓力變送器之間設置點接觸壓力表和排氣閥，在壓力變送器與試驗臺進氣口之間設置加氣閥； 2)連接氣體檢測氣路:將電磁閥、緩沖器、油氣分離器和集氣瓶通過管道依次連接，將電磁閥與氣缸頂部的氣體出口用管道連通，并且在電磁閥與氣體出口之間設置點接觸壓力表，在油氣分離器和集氣瓶之間設置壓力表； 3)進行活塞環的靜態密封性能檢測:將活塞環安裝到活塞上，將活塞桿密封安裝于活塞桿與密封組件之間，在未啟動電機的狀態下，將安裝好活塞環的活塞提到頂部，兩個點接觸壓力表設置壓力上限，氣瓶內裝入高壓氮氣或氬氣，關閉排氣閥，使用高壓氮氣或氬氣通過試驗臺進氣口向氣缸內腔注入，由于活塞環不可能完全密封，因此會有微量氮氣或氬氣通過活塞環與氣缸內壁之間的縫隙泄漏至活塞頂部空間，根據點接觸壓力表所示，當氣缸內壓力到達上限，關閉進氣氣路的電磁閥，停止向氣缸內通入高壓氮氣或氬氣，活塞頂部空間內的氣體會通過氣缸頂部的出氣口流出，泄漏出來的氣體依次通過緩沖器和油氣分離器后裝入集氣瓶內，通過集氣瓶上的壓力表測量集氣瓶內的壓力，集氣瓶的體積一定，根據集氣瓶內的氣體壓力大小，換算成常態下活塞環密封泄漏的氣體體積，即可知活塞環的初始密封性能。
上述檢測裝置用于檢測活塞桿密封的靜態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: 1)連接進氣氣路:將氣瓶、電磁閥、單向閥、壓力變送器通過管道依次連接，將壓力變送器與試驗臺進氣口用管道連通，在氣瓶和電磁閥之間設置壓力表，在單向閥和壓力變送器之間設置點接觸壓力表和排氣閥，在壓力變送器與試驗臺進氣口之間設置加氣閥； 2)連接氣體檢測氣路:將真空泵、緩沖器、油氣分離器和單向閥通過管道依次連接，真空泵與曲軸箱頂部的一個氣孔連接，單向閥與曲軸箱頂部的另一個氣孔連接，在油氣分離器和單向閥之間設置氦質譜儀； 3)進行活塞桿密封的靜態密封性能檢測:將活塞桿密封安裝于活塞桿與密封組件之間，測量方法使用對比測量法，曲軸箱內認為全部是空氣，注5 mL的氦氣到曲軸箱內，使用氦質譜儀測量曲軸箱內的氦氣濃度，氦質譜儀的顯示表指示出相應的數據，調整氦質譜儀的顯示表為滿刻度的三分之一，此時曲軸箱內的氦氣濃度為測量泄漏時的標準濃度； 在未啟動電機的狀態下，兩個點接觸壓力表設置壓力上限，氣瓶內裝入高壓氦氣，關閉排氣閥，氣瓶里的高壓氦氣通過試驗臺進氣口進入氣缸內，從密封組件和活塞的縫隙中流入，并沿著密封組件和活塞桿間的縫隙流出，由于活塞桿密封會泄漏微量氦氣，因此氦氣只能通過活塞桿密封泄漏到曲軸箱內，由于泄漏出來的氣體先后通過緩沖器和油氣分離器后通過單向閥流回曲軸箱，此時設置于油氣分離器和單向閥之間的氦質譜儀可測得新的氦氣密度，將新測得的氦氣密度和試驗前曲軸箱內氦氣密度對比，即可得到活塞桿密封的初始密封性能數據。
上述檢測裝置用于檢測活塞桿密封的動態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: I)連接進氣氣路:將氣瓶、電磁閥、單向閥、壓力變送器通過管道依次連接，將壓力變送器與試驗臺進氣口用管道連通，在氣瓶和電磁閥之間設置壓力表，在單向閥和壓力變送器之間設置點接觸壓力表和排氣閥，在壓力變送器與試驗臺進氣口之間設置加氣閥，將壓力變送器與六位半數字電流表連接，六位半數字電流表與配電柜連接； 2)連接氣體冷卻回路:氣缸頂部的兩個出氣口通過管道分別與兩個冷卻器的冷卻器進氣口連接，冷卻器出氣口均與試驗臺進氣口連通，將水箱與水泵通過水管連接，水泵的出水口通過水管與冷卻水進口連接，冷卻水出口和冷卻器進水口連接，冷卻器出水口與散熱器連接，散熱器與水箱回水口連接。
3)連接潤滑油回路:將油箱分別與兩個油泵通過油管連接，其中一個油泵通過過濾器與密封組件底部的潤滑油進口連接，另一個油泵通過過濾器與曲軸潤滑油入口連接，曲軸箱出油口與油箱連接； 4)連接氣體檢測氣路:將真空泵、緩沖器、油氣分離器和單向閥通過管道依次連接，真空泵與曲軸箱頂部的一個氣孔連接，單向閥與曲軸箱頂部的另一個氣孔連接，在油氣分離器和單向閥之間設置氦質譜儀； 5)進行活塞桿密封的動態密封性能檢測:首先將活塞壓到底部，設置點接觸壓力表壓力值，關閉排氣閥，開啟水泵、油泵和六位半數字電流表，高壓氦氣通過試驗臺進氣口注入氣缸襯，開啟電機，連桿在曲軸的帶動下進行上下運動，并帶活塞桿和活塞上下運動，當活塞桿和活塞運動至氣缸襯頂部，頂部空間的氣體被壓縮，該氣體包括空氣和由活塞環泄漏的氦氣，從和氣缸襯聯接的氣缸蓋的頂部的兩個氣體出口流出，流入兩個冷卻器的冷卻器進氣口，在冷卻器中冷卻后從冷卻器出氣口流出，重新流回密封組件內殼，當氣缸襯內氦氣量不足時，氣瓶的加氣閥打開，補充氣缸襯內氣體，保證系統在預定的壓力下工作，試驗臺工作一段時間后，氣缸襯內的高壓氣體反復壓縮，溫度升高體積膨脹，活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力超過限定值時，電磁閥打開放氣，活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力小于限定值時，電磁閥關閉，同時起到活塞桿密封的保護作用，活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力大小，可以隨時設定，由于氣缸襯和氣缸外殼間，密封組件和氣缸襯間均有密封圈進行密封，防止漏氣，因此在曲軸箱內檢測到的氦氣可認為是由活塞桿密封泄漏的，由于泄漏出來的氣體壓力比較大，使用一個緩沖器減小沖擊壓力，使用油氣分離器完成油氣的分離，當一次試驗結束，氦質譜儀測得氦氣密度，從而得到活塞桿動態密封性能的檢測結果。
本發明相對于現有技術，具有如下優點和效果: 本發明用電動機驅動曲軸連桿機構帶動活塞作往復運動，模擬發動機的工作過程，在實驗臺的工作狀態與發動機的實際情況基本相符的條件下，使用容易泄漏的氦氣通過氦氣質譜檢漏儀來實現對活塞環和活塞桿密封性能的檢測，尋找出設計上的缺陷，使發電機達到最佳工作狀態。
圖1為本發明設計方案框圖； 圖2-a為本發明活塞環的密封試驗結構示意圖； 圖2-b為圖2-a的局部放大圖； 圖3-a為本發明活塞桿密封的靜態密封試驗結構示意圖； 圖3-b為圖3-a的局部放大圖； 圖4-a為本發明活塞桿密封的動態密封試驗結構示意圖； 圖4-b為本發明活塞桿密封的動態密封試驗油路和水路連接示意圖； 圖4-c為圖4-a的局部放大圖； 其中1-氣瓶、2-壓力表、3-電磁閥、4-單向閥、5-點接觸壓力表、6-排氣閥、7-壓力變送器、8-加氣閥、9-緩沖器、10-氣缸襯、11-試驗臺進氣口、12-氣缸外殼、13-平衡塊、14-曲軸、15-飛輪、16-連桿、17-曲軸箱、18-左端聯軸器、19-傳動軸、20-右端聯軸器、21-底座、22-電機、23-曲軸潤滑油入口、24-密封組件、25-活塞桿、26-集氣瓶、27-油氣分離器、28-氣缸蓋、29-氣體出口、30-活塞鎖緊螺母、31-活塞、32-活塞環、33-六位半數字電流表、34-配電柜、35-氦質譜儀、36-真空泵、37-潤滑油進口、38-活塞桿密封、39-油泵、40-油箱、41-過濾器、42-冷卻器出氣口、43_冷卻器、44-冷卻器出水口、45_冷卻器進氣口、46-冷卻器進水口、47_冷卻水出口、48_冷卻水進口、49_散熱器、50-水箱、51 -水泵、52-曲軸箱出油口。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做詳細說明: 參照圖2-a、圖2-b，一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置，包括箱體組件和機械傳動組件，所述箱體組件包括底座21、曲軸箱17和氣缸，所述曲軸箱17設置于底座21上，氣缸設置于曲軸箱17上,氣缸底部與曲軸箱17頂部連通，曲軸箱17頂部開設有氣孔，所述機械傳動組件包括電機22、左端聯軸器18、、右端聯軸器20、傳動軸19、曲軸14、飛輪15、連桿16、活塞桿25和活塞31,所述電機22設置于底座21上，電機軸通過右端聯軸器20與傳動軸19連接，所述曲軸14設置于曲軸箱17內，曲軸14兩端伸出曲軸箱17設置且與曲軸箱之間通過軸承連接，曲軸14的一端通過左端聯軸器18與傳動軸19連接，另一端安裝有飛輪15，曲軸14的曲柄銷處安裝有連桿16，連桿16頂端和活塞桿25下端相連，活塞桿25頂部連接有活塞31，所述活塞桿25和活塞31均設置于氣缸內，活塞桿25中部與氣缸內壁之間設有密封組件24，所述氣缸側壁上位于密封組件24和活塞31之間的位置上開設有試驗臺進氣口 11，氣缸頂部開設有兩個氣體出口 29。
上述氣缸包括氣缸外殼12、氣缸襯10和氣缸蓋28,所述氣缸襯10與氣缸外殼12的內壁緊貼設置，氣缸襯10和氣缸外殼12間以及密封組件24和氣缸襯10間均設有密封圈，氣缸襯10與氣缸外殼12之間設有環形腔，與環形腔位置對應的氣缸外殼12上開設有冷卻水進口 48和冷卻水出口 47，氣缸蓋28設置于氣缸頂部，氣缸蓋28上開設有氣體出口29，所述密封組件24底部設有潤滑油進口 37，所述曲軸箱17內設有軸承座，軸承座上設有曲軸潤滑油入口 23，曲軸箱17底部設有曲軸箱出油口 52。
上述檢測裝置用于檢測活塞環的靜態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: 1)連接進氣氣路:將氣瓶1、電磁閥3、單向閥4、壓力變送器7通過管道依次連接，將壓力變送器7與試驗臺進氣口 11用管道連通，在氣瓶I和電磁閥3之間設置壓力表2，在單向閥4和壓力變送器7之間設置點接觸壓力表5和排氣閥6，在壓力變送器7與試驗臺進氣口11之間設置加氣閥8 ； 2)連接氣體檢測氣路:將電磁閥3、緩沖器9、油氣分離器27和集氣瓶26通過管道依次連接，將電磁閥3與氣缸頂部的氣體出口 29用管道連通，并且在電磁閥3與氣體出口 29之間設置點接觸壓力表5，在油氣分離器27和集氣瓶26之間設置壓力表2 ； 3)進行活塞環的靜態密封性能檢測:將活塞環安裝到活塞上，將活塞桿密封38安裝于活塞桿與密封組件之間，在未啟動電機22的狀態下，將安裝好活塞環32的活塞31提到頂部，兩個點接觸壓力表5設置壓力上限，氣瓶I內裝入高壓氮氣或氬氣，關閉排氣閥6，使用高壓氮氣或氬氣通過試驗臺進氣口 11向氣缸內腔注入，由于活塞環32不可能完全密封，因此會有微量氮氣或氬氣通過活塞環32與氣缸內壁之間的縫隙泄漏至活塞31頂部空間(此過程中，會有少量氣體從活塞桿密封中泄露，但是不影響測量結果，因此可忽略該部分)，根據點接觸壓力表5所示，當氣缸內壓力到達上限，關閉進氣氣路的電磁閥3，停止向氣缸內通入高壓氮氣或氬氣，活塞31頂部空間內的氣體會通過氣缸頂部的出氣口 29流出，泄漏出來的氣體依次通過緩沖器9和油氣分離器27后裝入集氣瓶26內，通過集氣瓶26上的壓力表2測量集氣瓶26內的壓力,集氣瓶26的體積一定,根據集氣瓶26內的氣體壓力大小,換算成常態下活塞環密封泄漏的氣體體積，即可知活塞環的初始密封性能。
圖3-a、圖3-b，上述檢測裝置用于檢測活塞桿密封的靜態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: 1)連接進氣氣路:將氣瓶1、電磁閥3、單向閥4、壓力變送器7通過管道依次連接，將壓力變送器7與試驗臺進氣口 11用管道連通，在氣瓶I和電磁閥3之間設置壓力表2，在單向閥4和壓力變送器7之間設置點接觸壓力表5和排氣閥6，在壓力變送器7與試驗臺進氣口11之間設置加氣閥8 ； 2)連接氣體檢測氣路:將真空泵36、緩沖器9、油氣分離器27和單向閥4通過管道依次連接，真空泵36與曲軸箱17頂部的一個氣孔連接，單向閥4與曲軸箱17頂部的另一個氣孔連接，在油氣分離器27和單向閥4之間設置氦質譜儀35 ； 3)進行活塞桿密封的靜態密封性能檢測:將活塞桿密封38安裝于活塞桿25與密封組件24之間，測量方法使用對比測量法，曲軸箱17內認為全部是空氣，注5 mL的氦氣到曲軸箱17內，使用氦質譜儀35測量曲軸箱17內的氦氣濃度，氦質譜儀35的顯示表指示出相應的數據，調整氦質譜儀35的顯示表為滿刻度的三分之一，此時曲軸箱17內的氦氣濃度為測量泄漏時的標準濃度； 在未啟動電機的狀態下，兩個點接觸壓力表5設置壓力上限，氣瓶I內裝入高壓氦氣，關閉排氣閥6，氣瓶I里的高壓氦氣通過試驗臺進氣口 11進入氣缸內，從密封組件24和活塞31的縫隙中流入，并沿著密封組件24和活塞桿25間的縫隙流出，由于活塞桿密封38會泄漏微量氦氣，因此氦氣只能通過活塞桿密封38泄漏到曲軸箱17內，由于泄漏出來的氣體先后通過緩沖器9和油氣分離器27后通過單向閥4流回曲軸箱17，此時設置于油氣分離器和單向閥之間的氦質譜儀35可測得新的氦氣密度，將新測得的氦氣密度和試驗前曲軸箱17內氦氣密度對比，即可得到活塞桿密封38的初始密封性能數據。
參照圖4-a、圖4-b、圖4_c，上述檢測裝置用于檢測活塞桿密封的動態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: 1)連接進氣氣路:將氣瓶1、電磁閥3、單向閥4、壓力變送器7通過管道依次連接，將壓力變送器7與試驗臺進氣口 11用管道連通，在氣瓶I和電磁閥3之間設置壓力表2，在單向閥4和壓力變送器7之間設置點接觸壓力表5和排氣閥6，在壓力變送器7與試驗臺進氣口11之間設置加氣閥8，將壓力變送器7與六位半數字電流表33連接，六位半數字電流表33與配電柜34連接； 2)連接氣體冷卻回路:氣缸頂部的兩個出氣口29通過管道分別與兩個冷卻器的冷卻器進氣口 45連接，冷卻器出氣口 42均與試驗臺進氣口 11連通，將水箱50與水泵51通過水管連接，水泵51的出水口通過水管與冷卻水進口 48連接，冷卻水出口 47和冷卻器進水口 46連接，冷卻器出水口 44與散熱器49連接，散熱器49與水箱50回水口連接。
3)連接潤滑油回路:將油箱40分別與兩個油泵39通過油管連接，其中一個油泵通過過濾器41與密封組件底部的潤滑油進口 37連接，另一個油泵通過過濾器41與曲軸潤滑油入口 23連接，曲軸箱出油口 52與油箱40連接； 4)連接氣體檢測氣路:將真空泵36、緩沖器9、油氣分離器27和單向閥4通過管道依次連接，真空泵36與曲軸箱17頂部的一個氣孔連接，單向閥4與曲軸箱17頂部的另一個氣孔連接，在油氣分離器27和單向閥4之間設置氦質譜儀35 ； 5)進行活塞桿密封的動態密封性能檢測:首先將活塞31壓到底部，設置點接觸壓力表5壓力值，關閉排氣閥6，開啟水泵51、油泵39和六位半數字電流表33，高壓氦氣通過試驗臺進氣口 11注入氣缸襯10，開啟電機22，連桿16在曲軸14的帶動下進行上下運動，并帶活塞桿25和活塞31上下運動，當活塞桿25和活塞31運動至氣缸襯10頂部，頂部空間的氣體被壓縮，該氣體包括空氣和由活塞環泄漏的氦氣，從和氣缸襯10聯接的氣缸蓋28的頂部的兩個氣體出口 29流出，流入兩個冷卻器43的冷卻器進氣口 45，在冷卻器43中冷卻后從冷卻器出氣口 42流出，重新流回密封組件24內殼，當氣缸襯10內氦氣量不足時，氣瓶的加氣閥8打開，補充氣缸襯10內氣體，保證系統在預定的壓力下工作，試驗臺工作一段時間后，氣缸襯10內的高壓氣體反復壓縮，溫度升高體積膨脹，活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力超過限定值時，電磁閥3打開放氣,活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力小于限定值時，電磁閥3關閉，同時起到活塞桿密封38的保護作用，活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力大小，可以隨時設定，由于氣缸襯10和氣缸外殼12間,密封組件24和氣缸襯10間均有密封圈進行密封，防止漏氣，因此在曲軸箱17內檢測到的氦氣可認為是由活塞桿密封泄漏的，由于泄漏出來的氣體壓力比較大，使用一個緩沖器9減小沖擊壓力，使用油氣分離器27完成油氣的分離，當一次試驗結束，氦質譜儀35測得氦氣密度，從而得到活塞桿動態密封性能的檢測結果。
水箱50內的冷卻水通過水泵51打入兩個冷卻器43以及環形腔內，環形腔內的冷卻水從冷卻水進口 48流入，冷卻水出口 47流出，通過冷卻器進水口 46流入冷卻器43中。冷卻水對由于進行試驗而溫度升高的氦氣進行冷卻，隨后從冷卻器出水口 44流出。后從兩個冷卻器43流出的冷卻水經過管路流入散熱器49，散熱器49對其進行散熱，溫度恢復室溫的冷卻水重新流回水箱50。如此循環。
潤滑油從油箱40流出，經過油泵39，并由過濾器41過濾潤滑油，一路流入密封組件底部的潤滑油進口 37，通過活塞桿25的上下運動，被帶至和密封組件24接觸的活塞桿25上各部位，對其進行潤滑，隨后順著連桿16和曲軸14流至曲軸箱17底部。另一路流入曲軸14上的曲軸潤滑油入口 23內，通過曲軸潤滑油入口 23內的斜孔流至曲軸14，對曲軸14進行潤滑，隨后流至曲軸箱17底部。曲軸箱17底部的潤滑油通過曲軸箱出油口 52流至油泵39，最終返回油箱40。
權利要求
1.一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置，其特征在于:包括箱體組件和機械傳動組件，所述箱體組件包括底座(21)、曲軸箱(17)和氣缸，所述曲軸箱(17)設置于底座(21)上，氣缸設置于曲軸箱(17)上，氣缸底部與曲軸箱(17)頂部連通，曲軸箱(17)頂部開設有氣孔，所述機械傳動組件包括電機(22)、左端聯軸器(18)、右端聯軸器(20)、傳動軸(19)、曲軸(14)、飛輪(15)、連桿(16)、活塞桿(25)和活塞(31)，所述電機(22)設置于底座(21)上，電機軸通過右端聯軸器(20)與傳動軸(19)連接，所述曲軸(14)設置于曲軸箱(17)內，曲軸(14)兩端伸出曲軸箱(17)設置且與曲軸箱之間通過軸承連接，曲軸(14)的一端通過左端聯軸器(18)與傳動軸(19)連接，另一端安裝有飛輪(15)，曲軸(14)的曲柄銷處安裝有連桿(16)，連桿(16)頂端和活塞桿(25)下端相連，活塞桿(25)頂部連接有活塞(31)，所述活塞桿(25)和活塞(31)均設置于氣缸內，活塞桿(25)中部與氣缸內壁之間設有密封組件(24)，所述氣缸側壁上位于密封組件(24)和活塞(31)之間的位置上開設有試驗臺進氣口(11)，氣缸頂部開設有兩個氣體出口(29)。
2.根據權利要求1所述一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置，其特征在于:所述氣缸包括氣缸外殼(12)、氣缸襯(10)和氣缸蓋(28),所述氣缸襯(10)與氣缸外殼(12)的內壁緊貼設置，氣缸襯(10)和氣缸外殼(12)間以及密封組件(24)和氣缸襯(10)間均設有密封圈，氣缸襯(10)與氣缸外殼(12)之間設有環形腔，與環形腔位置對應的氣缸外殼(12)上開設有冷卻水進口(48)和冷卻水出口(47)，氣缸蓋(28)設置于氣缸頂部，氣缸蓋(28)上開設有氣體出口(29)，所述密封組件(24)底部設有潤滑油進口(37)，所述曲軸箱(17)內設有軸承座，軸承座上設有曲軸潤滑油入口(23)，曲軸箱(17)底部設有曲軸箱出油口(52)。
3.一種利用如權利要求1所述的一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置檢測活塞環的靜態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: 1)連接進氣氣路:將氣瓶(I)、電磁閥(3)、單向閥(4)、壓力變送器(7)通過管道依次連接，將壓力變送器⑵與試驗臺進氣口(11)用管道連通，在氣瓶⑴和電磁閥(3)之間設置壓力表(2)，在單向閥(4)和壓力變送器(7)之間設置點接觸壓力表(5)和排氣閥(6)，在壓力變送器(7)與試驗臺進氣口(11)之間設置加氣閥⑶； 2)連接氣體檢測氣路:將電磁閥(3)、緩沖器(9)、油氣分離器(27)和集氣瓶(26)通過管道依次連接，將電 磁閥(3)與氣缸頂部的氣體出口(29)用管道連通，并且在電磁閥(3)與氣體出口(29)之間設置點接觸壓力表(5)，在油氣分離器(27)和集氣瓶(26)之間設置壓力表⑵； 3)進行活塞環的靜態密封性能檢測:將活塞環安裝到活塞上，將活塞桿密封(38)安裝于活塞桿與密封組件之間，在未啟動電機(22)的狀態下，將安裝好活塞環(32)的活塞(31)提到頂部，兩個點接觸壓力表(5)設置壓力上限，氣瓶(I)內裝入高壓氮氣或氬氣，關閉排氣閥出)，使用高壓氮氣或氬氣通過試驗臺進氣口(11)向氣缸內腔注入，由于活塞環(32)不可能完全密封，因此會有微量氮氣或氬氣通過活塞環(32)與氣缸內壁之間的縫隙泄漏至活塞(31)頂部空間，根據點接觸壓力表(5)所示，當氣缸內壓力到達上限，關閉進氣氣路的電磁閥(3)，停止向氣缸內通入高壓氮氣或氬氣，活塞(31)頂部空間內的氣體會通過氣缸頂部的出氣口(29)流出，泄漏出來的氣體依次通過緩沖器(9)和油氣分離器(27)后裝入集氣瓶(26)內，通過集氣瓶(26)上的壓力表(2)測量集氣瓶(26)內的壓力，集氣瓶(26)的體積一定，根據集氣瓶(26)內的氣體壓力大小，換算成常態下活塞環密封泄漏的氣體體積，即可知活塞環的初始密封性能。
4.一種利用如權利要求1所述的一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置檢測活塞桿密封的靜態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: 1)連接進氣氣路:將氣瓶(I)、電磁閥(3)、單向閥(4)、壓力變送器(7)通過管道依次連接，將壓力變送器⑵與試驗臺進氣口(11)用管道連通，在氣瓶⑴和電磁閥(3)之間設置壓力表(2)，在單向閥(4)和壓力變送器(7)之間設置點接觸壓力表(5)和排氣閥(6)，在壓力變送器(7)與試驗臺進氣口(11)之間設置加氣閥(8)； 2)連接氣體檢測氣路:將真空泵(36)、緩沖器(9)、油氣分離器(27)和單向閥(4)通過管道依次連接，真空泵(36)與曲軸箱(17)頂部的一個氣孔連接，單向閥(4)與曲軸箱(17)頂部的另一個氣孔連接，在油氣分離器(27)和單向閥(4)之間設置氦質譜儀(35)； 3)進行活塞桿密封的靜態密封性能檢測:將活塞桿密封(38)安裝于活塞桿(25)與密封組件(24)之間，測量方法使用對比測量法，曲軸箱(17)內認為全部是空氣，注(5) mL的氦氣到曲軸箱(17)內，使用氦質譜儀(35)測量曲軸箱(17)內的氦氣濃度，氦質譜儀(35)的顯示表指示出相應的數據，調整氦質譜儀(35)的顯示表為滿刻度的三分之一，此時曲軸箱(17)內的氦氣濃度為測量泄漏時的標準濃度； 在未啟動電機的狀態下，兩個點接觸壓力表(5)設置壓力上限，氣瓶(I)內裝入高壓氦氣，關閉排氣閥出)，氣瓶(I)里的高壓氦氣通過試驗臺進氣口(11)進入氣缸內，從密封組件(24)和活塞(31)的縫隙中流入，并沿著密封組件(24)和活塞桿(25)間的縫隙流出，由于活塞桿密封(38)會泄漏微量氦氣，因此氦氣只能通過活塞桿密封(38)泄漏到曲軸箱(17)內，由于泄漏出來的氣體先后通過緩沖器(9)和油氣分離器(27)后通過單向閥(4)流回曲軸箱(17)，此時設置于油氣分離器和單向閥之間的氦質譜儀(35)可測得新的氦氣密度，將新測得的氦氣密度和試驗前曲軸箱(17)內氦氣密度對比，即可得到活塞桿密封(38)的初始密封性能數據。
5.一種利用如權利要求2所述的一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置用于檢測活塞桿密封的動態密封性能的檢測方法，包括以下步驟: 1)連接進氣氣路:將氣瓶(I)、電磁閥(3)、單向閥(4)、壓力變送器(7)通過管道依次連接，將壓力變送器⑵與試驗臺進氣口(11)用管道連通，在氣瓶⑴和電磁閥(3)之間設置壓力表(2)，在單向閥(4)和壓力變送器(`7)之間設置點接觸壓力表(5)和排氣閥(6)，在壓力變送器(7)與試驗臺進氣口(11)之間設置加氣閥(8)，將壓力變送器(7)與六位半數字電流表(33)連接，六位半數字電流表(33)與配電柜(34)連接； 2)連接氣體冷卻回路:氣缸頂部的兩個出氣口(29)通過管道分別與兩個冷卻器的冷卻器進氣口(45)連接，冷卻器出氣口(42)均與試驗臺進氣口(11)連通，將水箱(50)與水泵(51)通過水管連接，水泵(51)的出水口通過水管與冷卻水進口(48)連接，冷卻水出口(47)和冷卻器進水口(46)連接，冷卻器出水口(44)與散熱器(49)連接，散熱器(49)與水箱(50)回水口連接； 3)連接潤滑油回路:將油箱(40)分別與兩個油泵(39)通過油管連接，其中一個油泵通過過濾器(41)與密封組件底部的潤滑油進口(37)連接，另一個油泵通過過濾器(41)與曲軸潤滑油入口(23)連接，曲軸箱出油口(52)與油箱(40)連接；4)連接氣體檢測氣路:將真空泵(36)、緩沖器(9)、油氣分離器(27)和單向閥(4)通過管道依次連接，真空泵(36)與曲軸箱(17)頂部的一個氣孔連接，單向閥(4)與曲軸箱(17)頂部的另一個氣孔連接，在油氣分離器(27)和單向閥(4)之間設置氦質譜儀(35)； 5)進行活塞桿密封的動態密封性能檢測:首先將活塞(31)壓到底部，設置點接觸壓力表(5)壓力值，關閉排氣閥￠)，開啟水泵(51)、油泵(39)和六位半數字電流表(33)，高壓氦氣通過試驗臺進氣口(11)注入氣缸襯(10)，開啟電機(22)，連桿(16)在曲軸(14)的帶動下進行上下運動，并帶活塞桿(25)和活塞(31)上下運動，當活塞桿(25)和活塞(31)運動至氣缸襯(10)頂部，頂部空間的氣體被壓縮，該氣體包括空氣和由活塞環泄漏的氦氣，從和氣缸襯(10)聯接的氣缸蓋(28)的頂部的兩個氣體出口(29)流出，流入兩個冷卻器(43)的冷卻器進氣口(45)，在冷卻器(43)中冷卻后從冷卻器出氣口(42)流出，重新流回密封組件(24)內殼,當氣缸襯(10)內氦氣量不足時,氣瓶的加氣閥(8)打開,補充氣缸襯(10)內氣體，保證系統在預定的壓力下工作，試驗臺工作一段時間后，氣缸襯(10)內的高壓氣體反復壓縮，溫度升高體積膨脹，活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力超過限定值時，電磁閥(3)打開放氣，活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力小于限定值時，電磁閥(3)關閉，同時起到活塞桿密封(38)的保護作用，活塞桿密封氣腔內氦氣的壓力大小，可以隨時設定，由于氣缸襯(10)和氣缸外殼(12)間，密封組件(24)和氣缸襯(10)間均有密封圈進行密封，防止漏氣，因此在曲軸箱(17)內檢測到的氦氣可認為是由活塞桿密封泄漏的，由于泄漏出來的氣體壓力比較大，使用一個緩沖器(9)減小沖擊壓力，使用油氣分離器(27)完成油氣的分離，當一次試驗結束，氦質譜儀(35)測得氦氣密度，從而得到活塞桿動態密封性能的檢測結果。
全文摘要
本發明屬于活塞密封檢測裝置技術領域，具體涉及一種活塞環和活塞桿密封的密封性能檢測裝置及其檢測方法。目前,國內沒有針對活塞環和活塞桿密封的密封性能進行檢測的裝置，無法保證活塞環和活塞桿密封的密封性能滿足使用要求。本發明用電動機驅動曲軸連桿機構帶動活塞作往復運動，模擬發動機的工作過程，在實驗臺的工作狀態與發動機的實際情況基本相符的條件下，使用容易泄漏的氦氣通過氦氣質譜檢漏儀來實現對活塞環和活塞桿密封性能的檢測，尋找出設計上的缺陷，使發電機達到最佳工作狀態。
文檔編號G01M3/26GK103162918SQ201310078059
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月12日 優先權日2013年3月12日
發明者劉建設, 申濤, 劉雅文 申請人:西安工業大學