[发明专利]一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置

权利要求书

1.一种干气密封轴向和角向气膜刚度测试装置，其特征在于，包括：

固定框架；

试验密封组件，所述试验密封组件设置在所述固定框架中，用于形成气膜；

轴向力加载组件，所述轴向力加载组件设置在所述试验密封组件上方，用于对所述试验密封组件施加轴向力；

偏转力矩加载组件，所述偏转力矩加载组件设置在所述试验密封组件上方，用于对所述试验密封组件施加偏转力；

密封间隙测试组件，所述密封间隙测试组件用于检测所述气膜分别在所述轴向力加载组件工作下的密封间隙值和在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状，从而分别计算得到干气密封的轴向气膜刚度值和角向气膜刚度值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定框架包括下面板和上面板，所述下面板和上面板之间有一密封腔体，所述试验密封组件、轴向力加载组件和偏转力矩加载组件均设置在所述密封腔体内，所述偏转力矩加载组件的上端伸出所述密封腔体并固定在所述上面板的上方。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验密封组件包括：

配对环，所述配对环设置在所述试验密封环的下方，用于设置所述密封间隙测试组件；

试验密封环座，所述试验密封环座设置在所述固定框架中；

试验密封环，所述试验密封环设置在所述试验密封环座上，所述配对环和所述试验密封环在带压气体介质下形成微米级气膜。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述试验密封环为端面开设微米级浅槽的动压型密封环。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述试验密封环为静压型密封环，所述试验密封环的端面上开有周向均布的节流孔，所述试验密封环的背面上开有周向均布的通气孔，所述节流孔与所述通气孔一一对应连通。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴向力加载组件包括：

调压腔体，所述调压腔体的底面设置有调压腔下板，所述调压腔下板与所述调压腔体紧密配合，用于通过改变所述调压腔体的腔内气压对所述试验密封组件施加轴向力；

测力传感器，所述测力传感器用于检测所述气膜的承载力。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏转力矩加载组件包括若干施力杆和与所述施力杆一一对应的施力杆腔体，所述施力杆的下端固定在所述试验密封环座上，所述施力杆的上端与所述施力杆腔体紧密配合，所述施力杆腔体内充满了压力可调的带压气体，用于通过改变所述施力杆腔体的腔内气压对所述试验密封组件施加偏转力。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏转力矩加载组件包括：

若干施力杆，所述施力杆的下端固定在所述试验密封环座上；

配重件，所述配重件设置于所述施力杆的上端，用于改变任意所述施力杆的轴向作用力，从而对所述试验密封组件施加偏转力。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封间隙测试组件包括：

若干金属感应片，所述金属感应片固定在所述试验密封组件的下方；

与所述金属感应片一一对应的第一位移传感器，所述第一位移传感器的探头对准所述金属感应片的下端面，用于检测所述气膜在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状，从而计算得到干气密封角向气膜刚度值；

金属夹持座，所述金属夹持座安装在所述试验密封组件的中心；

第二位移传感器，所述第二位移传感器的探头对准所述金属夹持座的下端面，用于检测所述气膜在所述轴向力加载组件工作下的密封间隙值，从而计算得到干气密封的轴向气膜刚度值。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过在所述偏转力矩加载组件工作下的密封间隙形状计算得到干气密封的角向气膜刚度值的过程包括：

获取所述偏转力矩加载组件工作下的轴向作用力；

根据所述轴向作用力，计算在水平轴线x,y轴的偏转力矩；

根据所述密封间隙形状，计算给定截面上的密封间隙偏角，其中所述给定截面为所述气膜在所述轴向作用力下的倾斜面；

根据所述偏转力矩和密封间隙偏角，绘制所述给定截面上“偏转力矩值-密封间隙偏角”散点图；

根据所述散点图，通过数值拟合和求导处理得到不同密封间隙偏角条件下的角向气膜刚度值。